CN108955316A - 一种多股流印刷电路板式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高紧凑度换热器，具体是涉及一种多股流印刷电路板式换热器。本发明包括冷流体进口、冷流体出口、热流体进口、热流体出口以及换热芯体，所述冷流体进口与冷流体出口至少设有一组，所述热流体进口与热流体出口至少设有一组，所述冷流体进口、冷流体出口、热流体进口、热流体出口的总组数至少为三组；所述换热芯体包括多个冷流体通道板和多个热流体通道板，所述换热芯体由冷流体通道板与热流体通道板通过扩散焊接技术堆叠连接而成。本发明能够在结构紧凑的同时实现多股冷、热流体之间的换热，具备换热效率高、便于安装、节约能源的特点，且能够有效克服现有换热器所存在的容易出现泄露、承压能力偏低的技术缺陷。

Description

一种多股流印刷电路板式换热器

技术领域

本发明涉及海洋油气平台、液化天然气等领域内应用的高紧凑度换热器，具体是涉及一种多股流印刷电路板式换热器。

背景技术

海洋油气平台、液化天然气等领域内所应用的传统式印刷电路板式换热器，为一股冷流体与一股热流体进行换热的设备，而在各种工艺流程中，大多存在多股冷流体与多股热流体。为了进行多股冷流体与多股热流体之间的换热，往往需要配备多台传统式印刷电路板式换热器进行联合工作，以实现不同冷、热流股之间的热量交换。所需设备投资大、占地安装空间大，且换热效率低，存在能源浪费的问题。

虽然，现如今的相关领域内已经出现采用多股流板翅式换热器来实现多股冷流体与热流体之间的换热，以解决传统式印刷电路板式换热器的弊端，但又存在以下局限性：1)板翅式换热器由翅片、隔板、封条等通过钎焊技术制造而成，而在制造过程中由于板片制造误差、钎焊工艺水平、介质腐蚀等因素影响，使得换热器极易出现泄漏问题；2)由于钎焊技术的特点，导致所制造生产出的换热器承压能力偏低，不能很好的适应于苛刻的工作环境中。

发明内容

为了避免和克服现有技术中出现的问题，本发明提供了一种多股流印刷电路板式换热器。本发明能够在结构紧凑的同时实现多股冷、热流体之间的换热，具备换热效率高、便于安装、节约能源的特点，且能够有效克服现有换热器所存在的容易出现泄露、承压能力偏低的技术缺陷。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种多股流印刷电路板式换热器，包括换热芯体以及与所述换热芯体相连通的冷流体进口、冷流体出口、热流体进口、热流体出口，所述冷流体进口与冷流体出口至少设有一组，所述热流体进口与热流体出口至少设有一组，所述冷流体进口、冷流体出口、热流体进口、热流体出口的总组数至少为三组；所述换热芯体包括多个冷流体通道板和多个热流体通道板，所述冷流体通道板、热流体通道板上分别设有供冷流体和热流体流动的通道，所述换热芯体中的供冷流体流动的通道对应连通各组冷流体进口与冷流体出口，所述换热芯体中的供热流体流动的通道对应连通各组热流体进口与热流体出口，所述换热芯体由冷流体通道板与热流体通道板通过扩散焊接技术堆叠连接而成。

优选的，当所述冷流体进口、冷流体出口的组数多于一组时，每个所述冷流体通道板上均设有供多股冷流体流动的通道；当所述热流体进口、热流体出口的组数多于一组时，每个所述热流体通道板上均设有供多股热流体流动的通道。

进一步优选的，当所述冷流体进口、冷流体出口的组数多于一组时，每个所述冷流体通道板上的供多股冷流体流动的通道与多组冷流体进口、冷流体出口一一对应；当所述热流体进口、热流体出口的组数多于一组时，每个所述热流体通道板上的供多股热流体流动的通道与多组热流体进口、热流体出口一一对应。

进一步优选的，所述通道的截面为半圆形或半椭圆形。

进一步优选的，所述通道沿流动方向的形状呈直线状或Z字状或正弦曲线状。

本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：

(1)本发明中所述冷流体进口与冷流体出口至少设有一组，所述热流体进口与热流体出口至少设有一组，所述冷流体进口、冷流体出口、热流体进口、热流体出口的总组数至少为三组，以致于可在一台印刷电路板式换热器上实现多股冷、热流体的同时换热，充分减少能源浪费的同时极大的降低了设备投资，减少了安装空间，紧凑式的结构也有利于提高换热效率；另外，本发明中的冷、热流体通道分别通过蚀刻方式设置于冷流体通道板与热流体通道板上，所述换热芯体由冷流体通道板与热流体通道板通过扩散焊接连接而成，这样的构造以及制造方式使得换热芯体出现泄漏的可能性极低，且承压能力高，可达到70MPa，能够更好的适应于苛刻的工作环境中。

(2)不论是现有的板翅式换热器还是传统式印刷电路板式换热器，每一个通道板上的通道仅能通过一股流体(即同一层通道仅能通过一股流体)，多股流体之间的换热是通过不同层通道顺序排列实现的，这样一来不仅容易产生温度交差和热量内耗，还无法利用低品位冷源或热源，对目标流体进行阶梯式冷却或加热。考虑到上述因素，本发明在每个所述冷流体通道板上均设有供多股冷流体流动的通道，每个所述热流体通道板上均设有供多股热流体流动的通道。通过这样的设计方式可实现在同一个冷流体通道板上通过不同品位的冷源或在同一个热流体通道板上通过不同品位的热源，从而充分利用低品位冷源或低品位热源，对目标流体进行阶梯式冷却或加热，以最大限度的回收冷量或热量，进一步提高了换热效果并充分节约了能源。

另外，本发明中每个所述冷流体通道板上的供多股冷流体流动的通道与多组冷流体进口、冷流体出口一一对应，即各组冷流体进口与冷流体出口在每个冷流体通道板上均有供冷流体流动的通道与之对应连通；每个所述热流体通道板上的供多股热流体流动的通道与多组热流体进口、热流体出口一一对应，即各组热流体进口与热流体出口在每个热流体通道板上均有供热流体流动的通道与之对应连通。这样的设置能够使得多股冷流体同时通过同一层冷流体通道板，多股热流体同时通过同一层热流体通道板，进而避免了不同股冷流体或不同股热流体位于不同层通道而导致的冷流体之间的相互换热或热流体之间的相互换热，以避免温度交差和热量内耗，从而提高换热效率。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为实施例1中冷、热流体通道板的示意简图；

图3为本发明实施例2的结构示意图；

图4为实施例2中冷、热流体通道板的示意简图。

附图标记的含义如下：

10-换热芯体 11-冷流体通道板 12-热流体通道板 20-冷流体进口

20a-第一股冷流体进口 20b-第二股冷流体进口

20c-第三股冷流体进口 30-冷流体出口 30a-第一股冷流体出口

30b-第二股冷流体出口 30c-第三股冷流体出口 40-热流体进口

40a-第一股热流体进口 40b-第二股热流体进口 50-热流体出口

50a-第一股热流体出口 50b-第二股热流体出口

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～4所示，一种多股流印刷电路板式换热器，包括换热芯体10以及与所述换热芯体10相连通的冷流体进口20、冷流体出口30、热流体进口40、热流体出口50，所述冷流体进口20、冷流体出口30、热流体进口40、热流体出口50均由箱体、接管、法兰焊接而成，所述冷流体进口20与冷流体出口30至少设有一组，所述热流体进口40与热流体出口50至少设有一组，所述冷流体进口20、冷流体出口30、热流体进口40、热流体出口50的总组数至少为三组；所述换热芯体10包括多个冷流体通道板11和多个热流体通道板12，所述冷流体通道板11与热流体通道板12采用奥氏体不锈钢或双相不锈钢或钛合金材质制成，所述冷流体通道板11、热流体通道板12上分别通过蚀刻加工方式设置有供冷流体和热流体流动的通道，所述换热芯体10中的供冷流体流动的通道对应连通各组冷流体进口20与冷流体出口30，所述换热芯体10中的供热流体流动的通道对应连通各组热流体进口40与热流体出口50，所述换热芯体10由冷流体通道板11与热流体通道板12通过扩散焊接技术堆叠连接而成。

本发明中当所述冷流体进口20、冷流体出口30的组数多于一组时，每个所述冷流体通道板11上均设有供多股冷流体流动的通道；当所述热流体进口40、热流体出口50的组数多于一组时，每个所述热流体通道板12上均设有供多股热流体流动的通道。

本发明中当所述冷流体进口20、冷流体出口30的组数多于一组时，每个所述冷流体通道板11上的供多股冷流体流动的通道与多组冷流体进口20、冷流体出口30一一对应，即各组冷流体进口20与冷流体出口30在每个冷流体通道板11上均有供冷流体流动的通道与之对应连通；当所述热流体进口40、热流体出口50的组数多于一组时，每个所述热流体通道板12上的供多股热流体流动的通道与多组热流体进口40、热流体出口50一一对应，即各组热流体进口40与热流体出口50在每个热流体通道板12上均有供热流体流动的通道与之对应连通。

本发明中所述通道的截面为半圆形或半椭圆形，所述通道沿流动方向的形状呈直线状或Z字状或正弦曲线状。实际应用时，考虑到不同股冷、热流体之间的差异性以及实际工况需求的不同，本发明中供多股冷流体流动的多股通道的通道类型存在差异，供多股热流体流动的多股通道的通道类型也存在差异。

本发明中所述冷流体通道板11与热流体通道板12的堆叠布置形式有冷、热型，冷、热、热型，冷、冷、热型三种，实际应用时，根据工况需求的不同，灵活选用。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1

如图1、2所示，本实施例包括冷流体进口20、冷流体出口30，第一股热流体进口40a、第一股热流体出口50a、第二股热流体进口40b、第二股热流体出口50b以及换热芯体10，所述换热芯体10中的冷流体通道板11与热流体通道板12按照冷、热规律交替重叠布置。

所述冷流体通道板11上的供冷流体流动的通道截面形状为半圆形，通道沿流动方向的形状为直线状；所述热流体通道板12上的供热流体流动的通道分为两种类型，第一股热流体的通道的截面为半椭圆形，第一股热流体的通道沿流动方向的形状为直线状，第二股热流体的通道的截面为半圆形，第二股热流体的通道沿流动方向的形状为Z字状。

工作时，冷流体从冷流体进口20流入，进入供冷流体流动的通道，再从冷流体出口30流出；第一股热流体从第一股热流体进口40a流入，进入供第一股热流体流动的通道，再从第一股热流体出口50a流出，第二股热流体从第二股热流体进口40b流入，进入供第二股热流体流动的通道，再从第二股热流体出口50b流出。第一股热流体的品位低于第二股热流体的品位，冷流体与第一股热流体和第二股热流体依次进行逆流换热，充分利用低品位热源，实现阶梯式加热，从而提高换热效果，节约能源。

实施例2

如图3、4所示，本实施例包括第一股热流体进口40a、第一股热流体出口50a、第二股热流体进口40b、第二股热流体出口50b，第一股冷流体进口20a、第一股冷流体出口30a、第二股冷流体进口20b、第二股冷流体出口30b、第三股冷流体进口20c、第三股冷流体出口30c以及换热芯体10，所述换热芯体10中的冷流体通道板11与热流体通道板12按照冷、热、热规律交替重叠布置。

所述冷流体通道板11上的供冷流体流动的通道分为三种类型，第一股冷流体的通道的截面为半圆形，第一股冷流体的通道沿流动方向的形状为直线状，第二股冷流体的通道的截面为半圆形，第二股冷流体的通道沿流动方向的形状为Z字状，第三股冷流体的通道的截面为半圆形，第三股冷流体的通道沿流动方向的形状为直线状；第一股冷流体的半圆形通道的截面尺寸与第三股冷流体的半圆形通道的截面尺寸不同。所述热流体通道板12上蚀刻有供第一股热流体流动的通道和供第二股热流体流动的通道，第一股热流体的通道、第二股热流体的通道的通道类型相同，均采用呈直线状的半圆形通道。

工作时，第一股热流体从第一股热流体进口40a流入，进入供第一股热流体流动的通道，再从第一股热流体出口50a流出，第二股热流体从第二股热流体进口40b流入，进入供第二股热流体流动的通道，再从第二股热流体出口50b流出；第一股冷流体从第一股冷流体进口20a流入，进入供第一股冷流体流动的通道，再从第一股冷流体出口30a流出，第二股冷流体从第二股冷流体进口20b流入，进入供第二股冷流体流动的通道，再从第二股冷流体出口30b流出，第三股冷流体从第三股冷流体进口20c流入，进入供第三股冷流体流动的通道，再从第三股冷流体出口30c流出。第一、二股热流体与第一、二、三股冷流体依次进行逆流换热，从而极大的提高了印刷电路板式换热器的整体换热效率，充分节省了设备投资，减少了设备安装空间。

另外，需要特殊说明的是，本说明书中所提到的供冷、热流体流动的通道沿流动方向的形状呈直线状或Z字状或正弦曲线状，均是针对中心区通道来说，而不包括邻近进、出口区域的通道。

Claims (5)

1.一种多股流印刷电路板式换热器，包括换热芯体(10)以及与所述换热芯体(10)相连通的冷流体进口(20)、冷流体出口(30)、热流体进口(40)、热流体出口(50)，其特征在于：所述冷流体进口(20)与冷流体出口(30)至少设有一组，所述热流体进口(40)与热流体出口(50)至少设有一组，所述冷流体进口(20)、冷流体出口(30)、热流体进口(40)、热流体出口(50)的总组数至少为三组；所述换热芯体(10)包括多个冷流体通道板(11)和多个热流体通道板(12)，所述冷流体通道板(11)、热流体通道板(12)上分别设有供冷流体和热流体流动的通道，所述换热芯体(10)中的供冷流体流动的通道对应连通各组冷流体进口(20)与冷流体出口(30)，所述换热芯体(10)中的供热流体流动的通道对应连通各组热流体进口(40)与热流体出口(50)，所述换热芯体(10)由冷流体通道板(11)与热流体通道板(12)通过扩散焊接技术堆叠连接而成。

2.根据权利要求1所述的一种多股流印刷电路板式换热器，其特征在于：当所述冷流体进口(20)、冷流体出口(30)的组数多于一组时，每个所述冷流体通道板(11)上均设有供多股冷流体流动的通道；当所述热流体进口(40)、热流体出口(50)的组数多于一组时，每个所述热流体通道板(12)上均设有供多股热流体流动的通道。

3.根据权利要求2所述的一种多股流印刷电路板式换热器，其特征在于：当所述冷流体进口(20)、冷流体出口(30)的组数多于一组时，每个所述冷流体通道板(11)上的供多股冷流体流动的通道与多组冷流体进口(20)、冷流体出口(30)一一对应；当所述热流体进口(40)、热流体出口(50)的组数多于一组时，每个所述热流体通道板(12)上的供多股热流体流动的通道与多组热流体进口(40)、热流体出口(50)一一对应。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种多股流印刷电路板式换热器，其特征在于：所述通道的截面为半圆形或半椭圆形。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种多股流印刷电路板式换热器，其特征在于：所述通道沿流动方向的形状呈直线状或Z字状或正弦曲线状。