CN111059934A - 一种复合结构印刷电路板式换热器芯体 - Google Patents
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Abstract
一种复合结构印刷电路板式换热器芯体，沿高度方向交替堆叠布置有若干蚀刻板、翅片板及隔板，蚀刻板上表面蚀刻有供sCO2介质流通的微流道，翅片板左右两侧设置有封条，翅片板与左右两侧的封条及上下两侧的隔板组成一个夹层，形成了供熔盐或液态金属介质流动的通道。本发明能够耐受高温、高压、大压差，具有热负荷大、热流密度高、紧凑高效的特点。
Description
技术领域
本发明涉及换热装置技术领域，特别涉及一种复合结构印刷电路板式换热器芯体。
背景技术
超临界二氧化碳(sCO2)布雷顿循环具有能量密度大、传热效率高、系统简单、布置紧凑等特点，非常适用于第四代先进核反应堆(熔盐堆、固冷快堆)和光热发电系统。sCO2布雷顿循环在提高核电机组安全性(避免固-水反应)、降低机组投资、提高光热利用效率、降低光热电力成本方面极具发展前景。
在熔盐堆、固冷快堆以及光热sCO2发电系统中，中间换热器承担着在一回路和二回路之间传递热量的重要作用，是系统的关键设备。系统整体效率和紧凑度严重依赖于中间换热器的性能和尺寸。服役工况下，中间换热器热侧为高温低压的熔盐或液态金属，冷侧为高温高压的sCO2。为了保证系统具有较高的效率和紧凑度，中间换热器在承受高温、高压、大压差、大端差、高热流密度条件的同时还需具备大热负荷、紧凑高效的特点。传统的管壳式、板翅式换热器均无法满足先进核电、光热发电系统对中间换热器的上述苛刻要求。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合结构印刷电路板式换热器芯体，该换热器芯体能够耐受高温、高压、大压差，具有热负荷大、热流密度高、紧凑高效的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种复合结构印刷电路板式换热器芯体，由沿高度方向交替堆叠布置的若干蚀刻板2、翅片板4及隔板5扩散焊接而成，所述的蚀刻板2上表面蚀刻有供sCO2介质流通的微流道1，所述的翅片板4左右两侧设置有封条3，所述的翅片板4与左右两侧的封条3及上下两侧的隔板5组成一个夹层，形成了供熔盐或液态金属介质流动的通道。
所述的微流道1由若干条微通道等间距并列组成，微流道1的长度等于蚀刻板2的长度，其宽度小于蚀刻板2的宽度，其深度小于蚀刻板2的深度；所述翅片板4的长度等于蚀刻板2的长度，其宽度小于蚀刻板2的宽度，所述封条3为矩形金属棒材，其长度等于蚀刻板2的长度，其高度等于翅片板4的高度；所述隔板5长度等于蚀刻板2的长度，其宽度等于蚀刻板2的宽度。
所述微流道1的微通道形线为直线形、正弦波形、三角波形、方波形、锯齿波形、机翼翅片形、S翅片形中的任意一种；所述微流道1的微通道横截面形状为半圆形、圆形、半椭圆形、椭圆形、U形、矩形、梯形中的任意一种。
所述翅片板4的翅片结构为平直翅片、锯齿翅片、多孔翅片、百叶窗翅片、波纹翅片中的任意一种。
所述微流道1和翅片板4的流道方向可平行、垂直或倾斜交叉布置。
沿芯体高度方向相邻的两块翅片板4之间可布置一块或者多块蚀刻板2。
沿芯体高度方向相邻的两块蚀刻板2之间可布置一块或者多块翅片板4。
所述换热器芯体由蚀刻板2、隔板5及翅片板4扩散焊接而成。
所述的蚀刻板2由金属薄板经过(光)化学蚀刻工艺加工而成。
所述的隔板5为金属平薄板。
所述的翅片板4由薄金属片经打孔、冲压、滚轧、切割等工序加工而成。
本发明的有益效果：
(1)耐高温。采用高温合金材料整体扩散焊接成型的换热器芯体，其耐高温能力远优于传统的板翅式换热器，能够满足熔盐堆、固冷快堆以及光热sCO2发电系统对中间换热器耐高温的要求。
(2)耐高压。扩散焊接后的蚀刻板片具有与母材相当的力学强度，蚀刻板侧通道的耐压能力与传统管壳式换热器相当。得益于扩散焊接工艺，通过增大封条3宽度以及隔板5的厚度可持续提升翅片夹层的设计压力，使得本发明提供的翅片板侧通道耐压能力远优于传统的板翅式换热器。
(3)承受大压差。本发明中换热器芯体承受两侧传热介质压差的能力取决于蚀刻板、隔板的厚度，服役时蚀刻板侧通道内为高压的sCO2工质，翅片板侧通道内为低压的熔盐或液态金属工质，只要保证足够的蚀刻板、隔板厚度即可承受大压差(～20MPa)，本发明提供换热芯体的承受大压差能力优于传统板翅式换热器，与传统的管壳式换热器相当。
(4)紧凑高效。蚀刻板与翅片板均属于微小尺度强化传热元件，微流道尺寸小、强化传热效果好、耐压能力强，十分适用于低粘度、高能量密度、高压的sCO2流动传热场合，翅片板流道尺寸较小、结构简单、死区少，十分适用于高粘度、高温、低压的熔盐、液态金属等非牛顿流体传热场合，本发明提供的换热芯体与sCO2、熔盐、液态金属传热介质的流动传热特性匹配协同，其紧凑度、传热效率均显著优于传统的管壳式、板翅式换热器。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为微流道、2为蚀刻板、3为封条、4为翅片板、5为隔板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种复合结构印刷电路板式换热器芯体，由沿高度方向交替堆叠布置的若干蚀刻板2、隔板5及翅片板4扩散焊接而成；所述蚀刻板2由金属薄板经过(光)化学蚀刻工艺加工而成，其上蚀刻有供sCO2介质流通的微流道1；所述隔板5为金属平薄板；所述翅片板4由薄金属片经打孔、冲压、滚轧、切割等工序加工而成，翅片板4与左右两侧的封条3及上下两侧的隔板5组成一个夹层，形成了供熔盐或液态金属介质流动的通道。
所述蚀刻板2的长度、宽度由热力设计计算确定，其厚度由强度校核计算确定；所述微流道1由若干条微通道等间距并列组成，微通道结构、尺寸由热力设计计算确定，微通道间距由强度校核计算确定，微流道1的长度等于蚀刻板2的长度，其宽度小于蚀刻板2的宽度，其深度小于蚀刻板2的深度；所述翅片板4的长度等于蚀刻板2的长度，其宽度小于蚀刻板2的宽度，翅片板上翅片的结构、尺寸由热力设计计算确定；所述封条3为矩形金属棒材，其长度等于蚀刻板2的长度，其高度等于翅片板4的高度，其宽度由强度校核计算确定；所述隔板5长度等于蚀刻板2的长度，其宽度等于蚀刻板2的宽度，其厚度由强度校核计算确定。
所述微流道1的微通道形线为直线形、正弦波形、三角波形、方波形、锯齿波形、机翼翅片形、S翅片形中的任意一种；所述微流道1的微通道横截面形状为半圆形、圆形、半椭圆形、椭圆形、U形、矩形、梯形中的任意一种。
所述翅片板4的翅片结构为平直翅片、锯齿翅片、多孔翅片、百叶窗翅片、波纹翅片中的任意一种。
所述微流道1和翅片板4的流道方向可平行、垂直或倾斜交叉布置。
沿芯体高度方向相邻的两块翅片板4之间可布置一块或者多块蚀刻板2。
沿芯体高度方向相邻的两块蚀刻板2之间可布置一块或者多块翅片板4。
实施例：
一种复合结构印刷电路板式换热器芯体，由3块蚀刻板2、3块隔板5、3块翅片板4和3块隔板5自上而下依次排序、紧密贴合、堆叠装配后经扩散焊接而成。
所述蚀刻板2为100mm×50mm×2mm的316L不锈钢板片，其上设置有供sCO2介质流通的微流道1；所述微流道1采用光化学蚀刻工艺加工而成，由12条等间距(1mm)平行布置的微通道组成，微通道形线为直线形，其横截面为直径2mm的半圆。
所述隔板5为100mm×50mm×2mm的800HT镍基合金板片。
所述翅片板4由0.2mm厚的800HT镍基合金薄片冲压成型，其平直翅片高度为5mm、节距为1.8mm，翅片板4长100mm，宽38.2mm。
所述封条3为100mm×5mm×5mm的800HT镍基合金方棒。
所述蚀刻板2和其上方的隔板5围成一个夹层，夹层内形成了供sCO2介质流动的微通道。
所述翅片板4和左右两侧的封条3以及上下两侧的隔板5围成一个夹层，夹层内形成了供熔盐或液态金属介质流动的矩形直通道。所述微流道1和翅片板4的翅片通道相互平行，低温的sCO2在微流道1中从左上方向右下方流动，高温的熔盐或液态金属在翅片板4矩形通道中从右下方向左上方流动，高、低温工质呈逆流换热布置。
Claims (10)
1.一种复合结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，沿高度方向交替堆叠布置的若干蚀刻板(2)、翅片板(4)及隔板(5)，所述的蚀刻板(2)上表面蚀刻有供sCO2介质流通的微流道(1)，所述的翅片板(4)左右两侧设置有封条(3)，所述的翅片板(4)与左右两侧的封条(3)及上下两侧的隔板(5)组成一个夹层，形成了供熔盐或液态金属介质流动的通道。
2.根据权利要求1所述的一种复合结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述的微流道(1)由若干条微通道等间距并列组成，微流道(1)的长度等于蚀刻板(2)的长度，其宽度小于蚀刻板(2)的宽度，其深度小于蚀刻板(2)的深度；所述翅片板(4)的长度等于蚀刻板(2)的长度，其宽度小于蚀刻板(2)的宽度，所述封条(3)为矩形金属棒材，其长度等于蚀刻板(2)的长度，其高度等于翅片板(4)的高度；所述隔板(5)长度等于蚀刻板(2)的长度，其宽度等于蚀刻板(2)的宽度。
3.根据权利要求1所述的一种复合结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述微流道(1)的微通道形线为直线形、正弦波形、三角波形、方波形、锯齿波形、机翼翅片形、S翅片形中的任意一种；所述微流道(1)的微通道横截面形状为半圆形、圆形、半椭圆形、椭圆形、U形、矩形、梯形中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种复合结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述翅片板(4)的翅片结构为平直翅片、锯齿翅片、多孔翅片、百叶窗翅片、波纹翅片中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种复合结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述微流道(1)和翅片板(4)的流道方向可平行、垂直或倾斜交叉布置。
6.根据权利要求1所述的一种复合结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，沿芯体高度方向相邻的两块翅片板(4)之间可布置一块或者多块蚀刻板(2)。
7.根据权利要求1所述的一种复合结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，沿芯体高度方向相邻的两块蚀刻板(2)之间可布置一块或者多块翅片板(4)。
8.根据权利要求1所述的一种复合结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述的蚀刻板(2)、隔板(5)及翅片板(4)扩散焊接形成芯体。
9.根据权利要求1所述的一种复合结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述的蚀刻板(2)由金属薄板经过(光)化学蚀刻工艺加工而成；
所述的翅片板(4)由薄金属片经打孔、冲压、滚轧、切割等工序加工而成。
10.根据权利要求1所述的一种复合结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述的隔板(5)为金属平薄板。
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Cited By (5)
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