CN115325717B - 换热装置及布雷顿循环系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种换热装置及布雷顿循环系统，换热装置包括换热芯体和管箱，换热芯体包括相邻分布的热侧区和冷侧区，热侧区包括沿第一方向堆叠连接的多个热侧换热板，冷侧区包括沿第一方向堆叠连接的多个冷侧换热板，热侧换热板和冷侧换热板均设置有工质流道，热侧换热板包括沿第二方向依次排布的热侧回热段和热侧冷却段，冷侧换热板包括沿第二方向依次排布的冷侧回热段和冷侧冷却段；管箱包括相互连通的管件和汇流箱，管件用于输入或输出工质，汇流箱沿第一方向延伸设置于换热芯体的工质进出口处，汇流箱用于分配或汇集进出口处的工质。通过本申请实施例能够有效减少换热装置管箱部分体积，提高布雷顿循环系统的紧凑度。

Description

换热装置及布雷顿循环系统

技术领域

本申请涉及换热技术领域，特别涉及一种换热装置及布雷顿循环系统。

背景技术

在经济增速换挡、资源环境约束趋紧的新常态下，推动能源革命势在必行、刻不容缓。这场能源革命对能源转换系统提出了更高的要求，一种区别于蒸汽郎肯循环方式，以超临界二氧化碳为工质的布雷顿循环被研究者们提出。通过将二氧化碳与布雷顿循环结合，控制系统压力高于临界压力，系统内的二氧化碳将以超临界态存在，不会存在由相变引起的沸腾临界现象，提高了系统安全性。相较于蒸汽郎肯循环核能转换系统，超临界二氧化碳布雷顿循环核能转换系统具有更为简单的结构、更为低廉的造价和更短的建造周期。

微通道扩散焊式换热器因具有紧凑度高、换热效能好、耐高温高压能力强等优势成为了超临界二氧化碳布雷顿循环系统中回热器和冷却器的首选换热器。但当布雷顿循环系统中具有较多换热器时，管箱与接管部分将占据相当大的体积，从而降低了布雷顿循环系统整体的紧凑度。有鉴于此，需要对现有的换热器予以改进。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供了一种换热装置及布雷顿循环系统，能够有效减少换热装置管箱部分体积，提高布雷顿循环系统的紧凑度。

第一方面，本申请实施例提供换热装置，用于布雷顿循环系统，换热装置包括：换热芯体，换热芯体包括相邻分布的热侧区和冷侧区，热侧区包括沿第一方向堆叠连接的多个热侧换热板，冷侧区包括沿第一方向堆叠连接的多个冷侧换热板，热侧换热板和冷侧换热板均设置有工质流道，热侧换热板包括沿第二方向依次排布的热侧回热段和热侧冷却段，冷侧换热板包括沿第二方向依次排布的冷侧回热段和冷侧冷却段，

其中，热侧回热段设置有低压高温进口，热侧冷却段设置有低压低温出口，低压高温进口和低压低温出口通过工质流道连通，

冷侧回热段设置有高压低温进口和高压高温出口，冷侧冷却段设置有冷却工质进口和冷却工质出口，高压低温进口和高压高温出口通过工质流道连通，冷却工质进口和冷却工质出口通过工质流道连通；

管箱，管箱包括相互连通的管件和汇流箱，管件用于输入或输出工质，汇流箱沿第一方向延伸设置于换热芯体的工质进出口处，汇流箱用于分配或汇集进出口处的工质。

在第一方面的一些实施例中，热侧回热段和热侧冷却段之间设置有沿热侧换热板宽度方向延伸的第一间隔部，冷侧回热段和冷侧冷却段之间设置有沿冷侧换热板宽度方向延伸的第二间隔部，第一间隔部和第二间隔部均用于隔热。

在第一方面的一些实施例中，热侧回热段和热侧冷却段的连接处设置有呈喇叭口结构的第一过渡段，以使热侧冷却段工质流道的宽度大于热侧回热段工质流道的宽度。

在第一方面的一些实施例中，热侧换热板和冷侧换热板沿第一方向依次交错堆叠设置。

在第一方面的一些实施例中，沿换热芯体长度方向上低压高温进口远离于高压低温进口，以使热侧换热板和冷侧换热板的工质流向呈相对的逆流状态。

在第一方面的一些实施例中，换热装置还包括保温部件，保温部件贴附于换热芯体的外表面；箱包括多个管件，多个管件沿第一方向排布设置于汇流箱上。

在第一方面的一些实施例中，热侧回热段包括相互连通的第一子热侧回热段和第二子热侧回热段，冷侧回热段包括相互连通的第一子冷侧回热段和第二子冷侧回热段；

其中，第一子热侧回热段设置有低压高温进口，第二子热侧回热段设置有低压中温出口，低压高温进口、低压中温出口和低压低温出口通过工质流道依次连通；

第一子冷侧回热段设置有高压中温进口和高压高温出口，第二子冷侧回热段设置有高压中温出口和高压低温进口，高压低温进口、高压中温出口、高压中温进口和高压高温出口通过工质流道依次连通。

在第一方面的一些实施例中，第一子冷侧回热段和第二子冷侧回热段之间设置有沿冷侧换热板宽度方向延伸的第三间隔部，第三间隔部用于隔热。

在第一方面的一些实施例中，第一子热侧回热段和第二子热侧回热段的连接处设置有呈喇叭口结构的第二过渡段，以使第二子热侧回热段工质流道的宽度大于第一子热侧回热段工质流道的宽度。

第二方面，本申请实施例提供一种布雷顿循环系统，布雷顿循环系统包括第一方面实施例中提供的换热装置。

本申请实施例提供的换热装置及布雷顿循环系统中，通过将回热器和冷却器一体集成形成一体式换热装置，能够有效减少回热器和冷却器等分别作为单独装置运行时的管箱部分的体积，从而提高布雷顿循环系统整体的紧凑度。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请一些实施例所提供的一种布雷顿循环系统结构示意图；

图2为本申请一些实施例所提供的另一种布雷顿循环系统结构示意图；

图3为本申请一些实施例所提供的换热装置的爆炸示意图；

图4为本申请一些实施例所提供的换热装置的第一视角结构示意图；

图5为本申请一些实施例所提供的换热装置的第二视角结构示意图；

图6为本申请一些实施例所提供的换热装置的第三视角结构示意图；

图7为本申请一些实施例所提供的换热装置的热侧换热板结构示意图；

图8为本申请一些实施例所提供的换热装置的冷侧换热板结构示意图；

图9为图7沿A-A的剖视示意图；

图10为多个图7所示的热侧换热板堆叠后沿A-A的剖视示意图；

图11为图8沿B-B的剖视示意图；

图12为多个图8所示的冷侧换热板堆叠后沿B-B的剖视示意图；

图13为图7所示的热侧换热板G处的细节放大示意图；

图14为图7所示的热侧换热板H处的细节放大示意图。

具体实施方式中的附图标号如下：

1、换热芯体；2、热源装置；3、透平；4、回热器；4a、高温回热器；4b、低温回热器；5、冷却器；6、压缩机；6a、主压缩机；6b、再压缩机；

10、热侧换热板；

110、热侧回热段；111、第一子热侧回热段；112、第二子热侧回热段；110a、低压高温进口；112a、低压中温出口；

120、热侧冷却段；120a、低压低温出口；

130、第一间隔部；140、第一过渡段；150、第二过渡段；

20、冷侧换热板；

210、冷侧回热段；211、第一子冷侧回热段；212、第二子冷侧回热段；210a、高压低温进口；210b、高压高温出口；211a、高压中温进口；212a、高压中温出口；

220、冷侧冷却段；220a、冷却工质进口；220b、冷却工质出口；

230、第二间隔部；240、第三间隔部；

12、工质流道；30、管箱；31、管件；32、汇流箱；40、保温部件；

X、第一方向。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请实施例所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

此外，技术术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

布雷顿循环是以气体为工质，充分结合工质物性、热力学原理与设备特性形成的创新型动力循环方式。相比当前大规模使用的蒸汽朗肯循环，布雷顿循环具有效率高、系统简单紧凑、成本低、无需消耗水资源等显著优势，在核能、化石能、太阳能、地热能、工业余热利用等多种领域具有较好的应用前景，近年来受到广泛关注，成为能源动力领域的研究热点之一。在布雷顿循环系统中，以超临界二氧化碳为工质的布雷顿循环系统是目前主流的能源转换系统。超临界二氧化碳布雷顿循环系统是通过将二氧化碳与布雷顿循环结合，控制系统压力高于临界压力，系统内的二氧化碳将以超临界态存在，不会存在由相变引起的沸腾临界现象，提高了系统安全性。相较于蒸汽郎肯循环核能转换系统，超临界二氧化碳布雷顿循环核能转换系统具有更为简单的结构、更为低廉的造价和更短的建造周期。

其中，微通道扩散焊式换热器因具有紧凑度高、换热效能好、耐高温高压能力强等优势成为了超临界二氧化碳布雷顿循环系统中回热器和冷却器的首选换热器。本申请的发明人注意到，但当布雷顿循环系统中具有较多换热器时，管箱与接管部分将占据相当大的体积，从而降低了布雷顿循环系统整体的紧凑度。

本申请的发明人研究发现，通过将回热器和冷却器一体集成形成一体式换热装置，能够有效减少回热器和冷却器等分别作为单独装置运行时的管箱部分的体积，从而提高布雷顿循环系统整体的紧凑度。

为了解决现有技术问题，本申请实施例提供了一种换热装置及布雷顿循环系统。下面首先对本申请实施例所提供的换热装置进行介绍。

如图1至图8所示，换热装置包括换热芯体1和管箱30。换热芯体1包括相邻分布的热侧区和冷侧区，热侧区包括沿第一方向X堆叠连接的多个热侧换热板10，冷侧区包括沿第一方向X堆叠连接的多个冷侧换热板20，热侧换热板10和冷侧换热板20均设置有工质流道12。热侧换热板10包括沿第二方向依次排布的热侧回热段110和热侧冷却段120，冷侧换热板20包括沿第二方向依次排布的冷侧回热段210和冷侧冷却段220。

其中，热侧回热段110设置有低压高温进口110a，热侧冷却段120设置有低压低温出口120a，低压高温进口110a和低压低温出口120a通过工质流道12连通。冷侧回热段210设置有高压低温进口210a和高压高温出口210b，冷侧冷却段220设置有冷却工质进口220a和冷却工质出口220b，高压低温进口210a和高压高温出口210b通过工质流道12连通，冷却工质进口220a和冷却工质出口220b通过工质流道12连通。

管箱30包括相互连通的管件31和汇流箱32，管件31用于输入或输出工质，汇流箱32沿第一方向X延伸设置于换热芯体1的工质进出口处，汇流箱32用于分配或汇集进出口处的工质。

参考图1，布雷顿循环系统包括透平3、热源装置2、回热器4、冷却器5和压缩机6，透平3的入口与热源装置2的出口通过管道连接，回热器4包括热侧和冷侧，回热器4的热侧和冷侧通过热传导材料相连接，回热器4热侧的入口与透平3的出口通过管道连接，回热器4的冷侧出口与热源装置2的入口通过管道连接，冷却器5的入口与回热器4热侧的出口通过管道连接，压缩机6的入口与冷却器5的出口通过管道连接，压缩机6的出口与回热器4冷侧的入口通过管道连接。

其中，高温高压工质从热源装置2的出口输出且通过透平3的入口进入透平3中膨胀做功，透平3再将高温高压工质具有的能量转化为动能，透平3的输出轴直接或经传动机构带动其他机械，输出机械功。在本申请的实施例中，与透平3的输出轴连接的外接设备可以是发电机，高温高压工质在透平3中膨胀做功后变为高温低压工质，然后，通过透平3的出口流出透平3并且流经回热器4热侧进入到冷却器5中，高温低压工质通过冷却器5进行冷却变为低温低压工质，低温低压工质进入到压缩机6中进行压缩变为低温高压工质，低温高压工质流经回热器4冷侧进入到热源装置2中进行加热，完成一次循环。其中，回热器4热侧中的高温低压工质可以对回热器4冷侧中的低温高压工质进行预加热。

本申请实施例中，通过大尺寸的换热板将回热器4和冷却器5一体集成形成一体式换热装置。具体地，第一方向X为换热板的厚度方向。换热板上设置有工质流道12，工质流道12为换热装置中能够使工质流通的通道，在本申请实施例中，工质可以是超临界二氧化碳。换热芯体1为换热板堆叠后通过扩散焊接形成紧密连接的多孔结构芯块，其中，多孔结构即工质流道12。换热板包括热侧换热板10和冷侧换热板20，热侧换热板10堆叠后通过扩散焊接形成换热装置的热侧区，热侧区流通的是低压高温工质；冷侧换热板20堆叠后通过扩散焊接形成换热装置的冷侧区，冷侧区流通的是高压低温工质。

回热段即为现有技术中布雷顿循环系统中的回热器4，冷却段即为现有技术中布雷顿循环系统中的冷却器5。热侧回热段110设置有低压高温进口110a，热侧冷却段120设置有低压低温出口120a，换热装置的低压高温进口110a与透平3的输出口连通，低压低温出口120a与压缩机6的输入口连通。具体地，低压高温工质从透平3的输出口流出，通过低压高温进口110a进入换热装置的热侧区，经过热交换后变为低压低温工质，然后从低压低温出口120a流出换热装置的热侧区并进入压缩机6进行加压。

冷侧回热段210设置有高压低温进口210a和高压高温出口210b，换热装置的高压低温进口210a与压缩机6的输出口连通，高压高温出口210b与热源装置2的输入口连通。具体地，高压低温工质从压缩机6的输出口流出，通过高压低温进口210a进入换热装置的冷侧区，经过热交换后变为高压高温工质，然后从高压高温出口210b流出换热装置的冷侧区并进入热源装置2进行进一步加热。冷侧冷却段220设置有冷却工质进口220a和冷却工质出口220b，冷却液通过冷却工质进口220a进入冷侧冷却段220，通过冷却工质出口220b流出冷侧冷却段220。冷侧冷却段220通过冷却液能够冷却流经热侧冷却段120的工质，使其变为低压低温工质。

管箱30包括相互连通的管件31和汇流箱32，管件31用于将换热装置与布雷顿循环系统中的其他装置连通，其他装置包括透平3、热源装置2和压缩机6等。如上所述，换热芯体1为换热板堆叠后通过扩散焊接形成紧密连接的多孔结构芯块，其中，多孔结构即工质流道12。可以理解的是，换热板的各个进出口处同样会形成阵列式多孔结构。汇流箱32沿第一方向X延伸设置，将换热装置的各个进出口处的多孔结构封闭，以形成工质容纳空间。

具体地，在换热装置的各个进口处，透平3、热源装置2和压缩机6等通过管件31输入到换热装置的工质先在汇流箱32处的工质容纳空间聚集，依靠压力的作用均匀的分配至多孔结构的各个进口中；同理，在换热装置的各个出口处，换热装置输出的工质先在汇流箱32处的工质容纳空间聚集，然后通过管件31输出到透平3、热源装置2和压缩机6等装置中。

通过将回热器4和冷却器5一体集成形成一体式换热装置，能够有效减少回热器4和冷却器5等分别作为单独装置运行时的管箱30部分的体积，从而提高布雷顿循环系统整体的紧凑度。

继续参考图9至图12，在一些实施例中，热侧回热段110和热侧冷却段120之间设置有沿热侧换热板10宽度方向延伸的第一间隔部130，冷侧回热段210和冷侧冷却段220之间设置有沿冷侧换热板20宽度方向延伸的第二间隔部230，第一间隔部130和第二间隔部230均用于隔热。

第一间隔部130和第二间隔部230均可以为凹槽结构，凹槽结构可以在换热板的一侧设置凹槽结构，也可以在换热板的两侧设置凹槽结构。凹槽结构不与工质流道12和外部环境联通，多个换热板堆叠后由真空扩散焊接成型后，各个凹槽结构就形成了多个独立的封闭真空腔室。这些沿换热板表面布置的真空腔室可以有效阻隔大部分经回热段向冷却段的横向导热，以便于相应部分的热量尽可能多地在回热段进行传导。

具体地，热侧回热段110运行低压高温工质，冷侧回热段210运行高压低温工质，回热段的作用为将热侧回热段110的低压高温工质与冷侧回热段210的高压低温工质进行热量交换。可以理解的是，热侧换热板10的热侧回热段110的工质温度比热侧冷却段120的工质温度高，第一间隔部130可以有效阻隔大部分经热侧回热段110向热侧冷却段120的横向导热；冷侧换热板20的冷侧回热段210的工质温度比冷侧冷却段220的冷却液的温度高，第二间隔部230可以有效阻隔大部分经冷侧回热段210向冷侧冷却段220的横向导热。第一间隔部130和第二间隔部230能够有效减小热侧回热段110和冷侧回热段210的热量损失。

通过设置第一间隔部130和第二间隔部230，能够有效阻隔大部分经回热段向冷却段的横向导热，降低了回热段的热量损失，有效提高了换热装置的换热效率。

继续参考图13，在一些实施例中，热侧回热段110和热侧冷却段120的连接处设置有呈喇叭口结构的第一过渡段140，以使热侧冷却段120工质流道12的宽度大于热侧回热段110工质流道12的宽度。

具体地，由于热侧回热段110中的低压高温工质的一部分热量传递到冷侧回热段210中的高压低温工质中，换热装置的热侧区中，沿热侧回热段110至热侧冷却段120的方向上，工质的温度和压力会不断地降低，在热侧冷却段120的工质流道12的宽度可以相应的增加，以降低流动阻力。将第一过渡段140设置为呈喇叭口结构，喇叭口的小口端连接至热侧回热段110，大口端连接至热侧冷却段120。

通过在热侧回热段110和热侧冷却段120的连接处设置有呈喇叭口结构的第一过渡段140，能够降低热侧冷却段120的工质流动阻力，进而减小了整个换热装置的能量损耗，有效提高了换热装置的换热效率。

在一些实施例中，热侧换热板10和冷侧换热板20沿第一方向X依次交错堆叠设置。

如上所述，第一方向X为换热板的厚度方向。在本申请实施例中，热侧换热板10和冷侧换热板20依次交错堆叠，并通过扩散焊接形成紧密连接的多孔结构芯块。即沿换热板的厚度方向上，每块热侧换热板10与相邻的两块冷侧换热板20连接，每块冷侧换热板20与相邻的两块热侧换热板10连接。

通过热侧换热板10和冷侧换热板20交错堆叠设置，能够提高热侧区的低压高温工质和冷侧区的高压低温工质之间的单位接触面积，进而能够有效提高换热装置的换热效率。

在一些实施例中，沿换热芯体1长度方向上低压高温进口110a远离于高压低温进口210a，以使热侧换热板10和冷侧换热板20的工质流向呈相对的逆流状态。

具体地，低压高温进口110a连通于透平3的输出口，高压低温进口210a连通于压缩机6的输出口。本申请实施例中，低压高温进口110a与高压低温进口210a设置于沿换热芯体1长度方向上相互远离的两端，而高压高温出口210b设置于靠近低压高温进口110a的一端，低压低温出口120a设置于靠近高压低温进口210a的一端。

其中，低压高温工质从低压高温进口110a处进入换热芯体1，从低压低温出口120a处流出换热芯体1；高压低温出口从高压低温进口210a处进入换热芯体1，从高压高温出口210b处流出换热芯体1。因此，低压高温工质和高压低温工质在换热芯体1中的流向呈相对的逆流状态，能够有效提高换热装置的换热效率。

在一些实施例中，换热装置还包括保温部件40，保温部件40贴附于换热芯体1的外表面。管箱30包括多个管件31，多个管件31沿第一方向X排布设置于汇流箱32上。

具体地，保温部件40可以由具有隔热效果的材料制成，如玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐等。本申请不对具体的材料进行限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。本申请实施例中的保温部件40可以是板状结构的保温板，保温板可以盖设于换热芯体1沿第一方向X上的两个外端面上；也可以盖设于换热芯体1的整个外表面，以完全封闭换热芯体1。保温部件40也可以是保温层，保温层可以贴附于换热芯体1沿第一方向X上的两个外端面上；也可以贴附于换热芯体1的整个外表面，以完全封闭换热芯体1。本申请实施例的保温部件40能够阻隔换热芯体1与外部环境之间的热传导，降低换热芯体1中的热损失，进一步提高换热装置的换热效率。

如上所述，第一方向X为换热板的厚度方向。汇流箱32沿第一方向X延伸设置，将换热装置的各个进出口处的多孔结构封闭，以形成工质容纳空间。多个管件31沿第一方向X排布于汇流箱32上，多个管件31共同连通于布雷顿循环系统中的其他装置连通，其他装置包括透平3、热源装置2和压缩机6等。能够使工质更快地输入至换热芯体1中，或输出至布雷顿循环系统中的其他装置中，进一步提高了换热装置的换热效率。

在一些实施例中，热侧回热段110包括相互连通的第一子热侧回热段111和第二子热侧回热段112，冷侧回热段210包括相互连通的第一子冷侧回热段211和第二子冷侧回热段212。

其中，第一子热侧回热段111设置有低压高温进口110a，第二子热侧回热段112设置有低压中温出口112a，低压高温进口110a、低压中温出口112a和低压低温出口120a通过工质流道12依次连通。第一子冷侧回热段211设置有高压中温进口211a和高压高温出口210b，第二子冷侧回热段212设置有高压中温出口212a和高压低温进口210a，高压低温进口210a、高压中温出口212a、高压中温进口211a和高压高温出口210b通过工质流道12依次连通。

继续参考图2，在一些布雷顿循环系统中，压缩机6包括主压缩机6a和再压缩机6b，回热器4包括高温回热器4a和低温回热器4b。其中，低温回热器4b热侧的一部分工质不进入冷却器5进行冷却，而是直接进入再压缩机6b进行压缩，压缩后的工质进入高温回热器4a的冷侧进行加热。

在本申请实施例中，热侧回热段110包括相互连通的第一子热侧回热段111和第二子热侧回热段112，冷侧回热段210包括相互连通的第一子冷侧回热段211和第二子冷侧回热段212。其中，第一子热侧回热段111和第一子冷侧回热段211相当于上述现有技术中的高温回热器4a的热侧和冷侧；第二子热侧回热段112和第二子冷侧回热段212相当于上述现有技术中的低温回热器4b的热侧和冷侧。

其中，第一子热侧回热段111设置有低压高温进口110a，低压高温进口110a连通于透平3的输出口；第二子热侧回热段112设置有低压中温出口112a，低压中温出口112a连通于再压缩机6b的输入口。具体地，低压高温工质在第一子热侧回热段111将一部分热量传导给第一子冷侧回热段211的温度较低的工质，第二子热侧回热段112中的工质温度比第一子热侧回热段111的低压高温工质的温度低，因此，第二子热侧回热段112中运行低压中温工质，低压中温工质一部分通过低压中温出口112a流出换热芯体1且进入再压缩机6b中进行压缩变为高压中温工质，另一部分则进入热侧冷却段120进行冷却。

第一子冷侧回热段211设置有高压中温进口211a和高压高温出口210b，高压中温进口211a连通于再压缩机6b的输出口，高压高温出口210b连通于热源装置2的输入口；第二子冷侧回热段212设置有高压中温出口212a和高压低温进口210a，高压中温出口212a通过第一汇流箱32连通于高压中温进口211a，高压低温进口210a连通于主压缩机6a的输出口。具体地，高压低温工质在第二子冷侧回热段212接受到第二子热侧回热段112中低压中温工质传导的热量，变为高压中温工质，并从高压中温工质出口流出且进入到第一汇流箱32中，从再压缩机6b的输出口流出的高压中温工质也进入到第一汇流箱32中，在压差的驱动下，第一汇流箱32中的高压中温工质从高压中温进口211a进入到第一子冷侧回热段211中继续进行加热变为高压高温工质，然后从高压高温出口210b流出并进入到热源装置2中。在本申请实施例中，回热器4不限于两个，也可以是多个，本申请不对回热器4的具体数量进行限定，本领域技术人员可以根据本申请公开的技术方案，运用同样的技术手段，可以将多个换热器和冷却器5进行一体集成形成一体式换热装置。

通过将单压缩机6变为双压缩机6，并将回热段设置为双级回热的方式，能够有效地增加换热装置的换热效率，进而极大地增加整个布雷顿循环系统的工作效率。本申请实施例中，将布雷顿循环系统中的高温回热器4a、低温回热器4b和冷却器5等多个装置一体集成形成一体式换热装置，进一步减少了多个回热器4和冷却器5等分别作为单独装置运行时的管箱30部分的体积，从而进一步提高布雷顿循环系统整体的紧凑度。

继续参考图11，在一些实施例中，第一子冷侧回热段211和第二子冷侧回热段212之间设置有沿冷侧换热板20宽度方向延伸的第三间隔部240，第三间隔部240用于隔热。

第三间隔部240可以为凹槽结构，第三间隔部240可以在冷侧换热板20的一侧设置凹槽结构，也可以在冷侧换热板20的两侧设置。凹槽结构不与工质流道12和外部环境联通，多个冷侧换热板20堆叠后由真空扩散焊接成型后，各个凹槽结构就形成了多个独立的封闭真空腔室。这些沿冷侧换热板20表面布置的真空腔室可以有效阻隔大部分经第一子冷侧回热段211向第二子冷侧回热段212的横向导热，有效降低了第一子冷侧回热段211的工质热量损失，使高压高温出口210b输出的工质具有更高的温度。

第一子冷侧回热段211运行高压高温工质，第二子冷侧回热段212运行高压中温工质，可以理解的是，第一子冷侧回热段211的工质温度比第二子冷侧回热段212的工质温度要高，而且，高温高压出口设置于第一子冷侧回热段211，高温高压出口是换热装置的最终工质输出口，所以需要降低第一子冷侧回热段211的工质热量损失，保证高温高压出口输出的工质保持高温度。

通过第一子冷侧回热段211和第二子冷侧回热段212之间设置第三间隔部240，能够有效阻隔大部分经第一子冷侧回热段211向第二子冷侧回热段212的横向导热，降低了第一子冷侧回热段211的工质热量损失，有效提高了换热装置的换热质量。

继续参考图14，在一些实施例中，第一子热侧回热段111和第二子热侧回热段112的连接处设置有呈喇叭口结构的第二过渡段150，以使第二子热侧回热段112工质流道12的宽度大于第一子热侧回热段111工质流道12的宽度。

具体地，由于热侧回热段110中的低压高温工质的一部分热量传递到冷侧回热段210中的高压低温工质中，换热装置的热侧区中，沿热侧回热段110至热侧冷却段120的方向上，工质的温度和压力会不断地降低。可以理解的是，沿热侧回热段110至热侧冷却段120的方向上，第二子热侧回热段112的工质温度比第一子热侧回热段111的工质温度低，在第二子热侧回热段112的工质流道12的宽度可以相应的增加，以提高工质的流通速度。将第二过渡段150设置为呈喇叭口结构，喇叭口的小口端连接至第一子热侧回热段111，大口端连接至第二子热侧回热段112。

通过在第一子热侧回热段111和第二子热侧回热段112的连接处设置有呈喇叭口结构的第二过渡段150，能够提高第二子热侧回热段112的工质流通速度，进一步加快了整个换热装置的工质流通速度，进一步提高了换热装置的换热效率。

基于上述本申请实施例提供的换热装置，本申请实施例还提供一种布雷顿循环系统，包括上述任一实施例提供的换热装置。

可以理解的是，本申请实施例的布雷顿循环系统，包括本申请实施例提供的换热装置，换热装置的具体细节可以参见上述本申请实施例描述的换热装置中的相应部分的描述，为了简洁，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种换热装置，用于布雷顿循环系统，其特征在于，所述换热装置包括：

换热芯体，所述换热芯体包括相邻分布的热侧区和冷侧区，所述热侧区包括沿第一方向堆叠连接的多个热侧换热板，所述冷侧区包括沿第一方向堆叠连接的多个冷侧换热板，所述热侧换热板和所述冷侧换热板均设置有工质流道，所述热侧换热板包括沿第二方向依次排布的热侧回热段和热侧冷却段，所述冷侧换热板包括沿第二方向依次排布的冷侧回热段和冷侧冷却段，

其中，所述热侧回热段设置有低压高温进口，所述热侧冷却段设置有低压低温出口，所述低压高温进口和所述低压低温出口通过所述工质流道连通，

所述冷侧回热段设置有高压低温进口和高压高温出口，所述冷侧冷却段设置有冷却工质进口和冷却工质出口，所述高压低温进口和高压高温出口通过所述工质流道连通，所述冷却工质进口和冷却工质出口通过所述工质流道连通；

管箱，所述管箱包括相互连通的管件和汇流箱，所述管件用于输入或输出工质，所述汇流箱沿所述第一方向延伸设置于所述换热芯体的工质进出口处，所述汇流箱用于分配或汇集所述进出口处的工质。

2.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述热侧回热段和热侧冷却段之间设置有沿所述热侧换热板宽度方向延伸的第一间隔部，所述冷侧回热段和冷侧冷却段之间设置有沿所述冷侧换热板宽度方向延伸的第二间隔部，所述第一间隔部和第二间隔部均用于隔热。

3.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述热侧回热段和热侧冷却段的连接处设置有呈喇叭口结构的第一过渡段，以使所述热侧冷却段工质流道的宽度大于所述热侧回热段工质流道的宽度。

4.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述热侧换热板和所述冷侧换热板沿所述第一方向依次交错堆叠设置。

5.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，沿所述换热芯体长度方向上所述低压高温进口远离于所述高压低温进口，以使所述热侧换热板和所述冷侧换热板的工质流向呈相对的逆流状态。

6.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述换热装置还包括保温部件，所述保温部件贴附于所述换热芯体的外表面；

所述管箱包括多个所述管件，多个所述管件沿所述第一方向排布设置于所述汇流箱上。

7.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述热侧回热段包括相互连通的第一子热侧回热段和第二子热侧回热段，所述冷侧回热段包括相互连通的第一子冷侧回热段和第二子冷侧回热段；

其中，所述第一子热侧回热段设置有所述低压高温进口，所述第二子热侧回热段设置有低压中温出口，所述低压高温进口、低压中温出口和低压低温出口通过所述工质流道依次连通；

所述第一子冷侧回热段设置有高压中温进口和所述高压高温出口，所述第二子冷侧回热段设置有高压中温出口和所述高压低温进口，所述高压低温进口、高压中温出口、高压中温进口和高压高温出口通过所述工质流道依次连通。

8.根据权利要求7所述的换热装置，其特征在于，所述第一子冷侧回热段和第二子冷侧回热段之间设置有沿所述冷侧换热板宽度方向延伸的第三间隔部，所述第三间隔部用于隔热。

9.根据权利要求7所述的换热装置，其特征在于，所述第一子热侧回热段和第二子热侧回热段的连接处设置有呈喇叭口结构的第二过渡段，以使所述第二子热侧回热段工质流道的宽度大于所述第一子热侧回热段所述工质流道的宽度。

10.一种布雷顿循环系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的换热装置。

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