CN112179172A - 一种冷热流体同层布置的盘板式扩散焊紧凑换热器 - Google Patents

一种冷热流体同层布置的盘板式扩散焊紧凑换热器 Download PDF

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黄彦平
王俊峰
刘睿龙
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Abstract

本发明提供一种冷热流体同层布置的盘板式扩散焊紧凑换热器，包括盘板换热区，安装于盘板换热区两端的第一底板与第二底板，进出口接管，盘板换热区由若干换热盘板平行叠加，并通过扩散焊焊接而成；换热盘板的表面交替缠绕布置有两个螺旋形流道；进出口接管的位置分别与两个螺旋形流道的进口以及出口处相对应。本发明采用沿同一方向回旋布置的螺旋形流道，通过离心力发生纵向涡，增强了传热，流动阻力较低；螺旋形流道内不存在回流区或死区，杂质不容易沉积，减少了维护成本；螺旋形流道由于采用回旋式设计，容易实现长流道设计，且工质进出口布置灵活，便于实现多台换热器串并联协同工作；还具有加工简单、结构牢固、综合效益好的优点。

Description

一种冷热流体同层布置的盘板式扩散焊紧凑换热器
技术领域
本发明属于核能、航空航天等对紧凑高效换热设备需求旺盛的工程热物理领域，具体涉及一种将同时布置有冷热螺旋流道的换热盘板通过扩散焊工艺焊接而成的紧凑换热器。
背景技术
最近许多先进能源开发方式被相继被提出，例如结合超临界二氧化碳布雷顿循环的太阳能、核能以及传统化石能源的能源开发新方式，以及模块化小型反应堆、先进IV代反应堆等技术概念。这些新技术新概念迫切需要一种承温承压能力高、换热效能高、体积紧凑的换热器。换热器性能很大程度上受换热表面特性决定，包括换热面的流动特性和传热特性。理想的换热表面应该具有较大的对流换热系数，以提高换热器换热效率；同时具有较小的摩擦阻力，从而降低换热器整体动力功耗。
因此，针对以上问题研制出一种承温承压能力高、换热效能高、体积紧凑的换热器是本领域技术人员所急需解决的难题。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种冷热流体同层布置的盘板式扩散焊紧凑换热器。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种冷热流体同层布置的盘板式扩散焊紧凑换热器，包括盘板换热区，安装于盘板换热区两端的第一底板与第二底板，进出口接管，盘板换热区由若干换热盘板平行叠加，并通过扩散焊焊接而成；换热盘板的表面交替缠绕布置有两个螺旋形流道；进出口接管的位置分别与两个螺旋形流道的进口以及出口处相对应。进一步地，两个螺旋形流道分别为第一流道以及第二流道，第一流道与第二流道的距离l为0.2～4.0mm。
进一步地，换热盘板最外侧螺旋形流道的回旋直径为5.0～600mm。
进一步地，螺旋形流道的横截面为化学蚀刻后形成的半圆形或者类半圆形，且螺旋形流道的等效水力直径为0.5～2.5mm。
进一步地，第一流道的进出口处分别设有第一流道进口与第一流道出口；第二流道的进出口处分别设有第二流道进口与第二流道出口。
进一步地，进出口接管包括一次侧入口接管、一次侧出口接管、二次侧入口接管以及二次侧出口接管，分别与第一流道进口、第一流道出口、第二流道进口以及第二流道出口的位置相对应。
进一步地，换热盘板的外侧轮廓为圆形、多边形或者带弧线多边形。
进一步地，换热盘板由金属材料或者非金属材料制成。
本发明提供了一种冷热流体同层布置的盘板式扩散焊紧凑换热器，由盘板换热区，安装于盘板换热区两端的第一底板与第二底板，以及进出口接管组成，其中盘板换热区由若干换热盘板平行叠加，并通过扩散焊焊接而成，通过扩散焊工艺将换热盘板焊接为换热芯体，作为盘板换热区，具有较好的结构强度。换热盘板的表面交替缠绕布置有两个螺旋形流道；两个螺旋形流道供冷热流体两种工质流通，在回旋布置的螺旋形流道作用下，不断产生离心力，冷热流体两种工质形成二次流，促进传热，同时工质旋转方向保持不变，可有效降低流动阻。进出口接管的位置分别与两个螺旋形流道的进口以及出口处相对应，用于冷热流体工质的进出。
本发明中两个螺旋形流道分别为第一流道以及第二流道，第一流道与第二流道的距离l为0.2～4.0mm；换热盘板最外侧螺旋形流道的回旋直径为5.0～600mm；螺旋形流道的横截面为化学蚀刻后形成的半圆形或者类半圆形，且螺旋形流道的等效水力直径为0.5～2.5mm。通过上述设计参数加工出来的整体结构能够有效强化换热器传热能力，提高换热器效能，增强换热器设计的灵活性，同时螺旋形流道的横截面为化学蚀刻后形成的半圆形或者类半圆形，该工艺技术简单，成熟度高，能够使螺旋形流道能够与换热盘板一体加工形成，保证螺旋形流道结构牢固且可靠。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
（1）本发明采用沿同一方向回旋布置的螺旋形流道，通过离心力发生纵向涡，增强了传热，流动阻力较低；
（2）本发明中螺旋形流道内不存在回流区或死区，杂质不容易沉积，减少了维护成本；
（3）本发明中螺旋形流道由于采用回旋式设计，容易实现长流道设计，且工质进出口布置灵活，便于实现多台换热器串并联协同工作；
（4）还具有加工简单、结构牢固、综合效益好的优点。
附图说明
图1、本发明的结构示意图；
图2、本发明中换热盘板的结构示意图；
图3、本发明中换热盘板的剖视图。
附图标记列表：第一底板1、第二底板2、换热盘板3、螺旋形流道4、第一流道41、第二流道42、第一流道进口51、第一流道出口52、第二流道进口61、第二流道出口62、一次侧入口接管71、一次侧出口接管72、二次侧入口接管73、二次侧出口接管74。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1：
如图1所示为本发明的结构示意图，本发明为一种冷热流体同层布置的盘板式扩散焊紧凑换热器，包括盘板换热区，安装于盘板换热区两端的第一底板1与第二底板2，进出口接管。
盘板换热区由若干换热盘板3平行叠加，并通过扩散焊焊接而成；换热盘板3材质为316L不锈钢，外侧轮廓为圆形，换热盘板3的表面交替缠绕布置有两个螺旋形流道4，换热盘板3最外侧螺旋形流道4的回旋直径为200mm，螺旋形流道4的横截面为化学蚀刻后形成的半圆形或者类半圆形，且螺旋形流道4的等效水力直径为2mm；两个螺旋形流道4分别为第一流道41以及第二流道42，第一流道41与第二流道42的距离l为4.0mm；并且第一流道41的进出口处分别设有第一流道进口51与第一流道出口52；第二流道42的进出口处分别设有第二流道进口61与第二流道出口62。
进出口接管的位置分别与两个螺旋形流道4的进口以及出口处相对应，进出口接管包括一次侧入口接管71、一次侧出口接管72、二次侧入口接管73以及二次侧出口接管74，分别与第一流道进口51、第一流道出口52、第二流道进口61以及第二流道出口62的位置相对应。同时，用于冷热两种工质进出的一次侧入口接管71、一次侧出口接管72、二次侧入口接管73以及二次侧出口接管74全部接管于第一底板1上。此时，与直流道布置形式的印刷电路板式换热器相比压降相当的情况下整体换热系数可提高约10%，与折现流道布置形式的印刷电路板式换热器相比整体换热系数相当的情况下压降可降低约50%以上，与传统卷板式换热器相比，该新型盘板式换热器可承受温度高达500℃、压力80MPa的高参数工况。
实施例2：
本实施例与实施例1中的结构基本相同，区别在于：一次侧入口接管71以及一次侧出口接管72接管于第一底板1上或者第二底板2上，二次侧入口接管73以及二次侧出口接管74则接管于另一块底板上。
实施例3：
本实施例与实施例1中的结构基本相同，区别在于：一次侧入口接管71、一次侧出口接管72、二次侧入口接管73以及二次侧出口接管74中的任意一个进出口接管接管于第一底板1上或者第二底板2上，其他3个进出口接管则接管于另一块底板上。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种冷热流体同层布置的盘板式扩散焊紧凑换热器，包括盘板换热区，安装于盘板换热区两端的第一底板（1）与第二底板（2），进出口接管，其特征在于：所述盘板换热区由若干换热盘板（3）平行叠加，并通过扩散焊焊接而成；所述换热盘板（3）的表面交替缠绕布置有两个螺旋形流道（4）；所述进出口接管的位置分别与两个螺旋形流道（4）的进口以及出口处相对应。
2.根据权利要求1所述的一种冷热流体同层布置的盘板式扩散焊紧凑换热器，其特征在于：两个螺旋形流道分别为第一流道（41）以及第二流道（42），第一流道（41）与第二流道（42）的距离l为0.2～4.0mm。
3.根据权利要求1所述的一种冷热流体同层布置的盘板式扩散焊紧凑换热器，其特征在于：所述换热盘板（3）最外侧螺旋形流道（4）的回旋直径为5.0～600mm。
4.根据权利要求1所述的一种冷热流体同层布置的盘板式扩散焊紧凑换热器，其特征在于：所述螺旋形流道（4）的横截面为化学蚀刻后形成的半圆形或者类半圆形，且螺旋形流道（4）的等效水力直径为0.5～2.5mm。
5.根据权利要求2所述的一种冷热流体同层布置的盘板式扩散焊紧凑换热器，其特征在于：所述第一流道（41）的进出口处分别设有第一流道进口（51）与第一流道出口（52）；所述第二流道（42）的进出口处分别设有第二流道进口（61）与第二流道出口（62）。
6.根据权利要求5所述的一种冷热流体同层布置的盘板式扩散焊紧凑换热器，其特征在于：所述进出口接管包括一次侧入口接管（71）、一次侧出口接管（72）、二次侧入口接管（73）以及二次侧出口接管（74），分别与第一流道进口（51）、第一流道出口（62）、第二流道进口（61）以及第二流道出口（62）的位置相对应。
7.根据权利要求1所述的一种冷热流体同层布置的盘板式扩散焊紧凑换热器，其特征在于：所述换热盘板（3）的外侧轮廓为圆形、多边形或者带弧线多边形。
8.根据权利要求1所述的一种冷热流体同层布置的盘板式扩散焊紧凑换热器，其特征在于：所述换热盘板（3）由金属材料或者非金属材料制成。
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