CN205245837U - 异形毛细流道换热器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种异形毛细流道换热器，该换热器包括芯体1、设置在芯体上端连接热流体进口的上联箱接管法兰、设置在芯体下端连接热流体出口的下联箱接管法兰，设置在芯体左右两侧至少一个连接冷却介质进、出口管路的联箱接管法兰，所述的上联箱接管法兰的进气口面积大于下联箱接管法兰出气口面积。适应现场条件要求换热器体积与重量很小工况：如船舶、海洋平台及燃料电池汽车加氢站等系统装置多种工况技术要求。
Description
技术领域
本实用新型属于热交换设备领域，具体涉及一种异形毛细流道换热器，该换热器用于气体的液化、加热、冷却；液体的气化、加热、冷却、分馏；化学反应等工艺系统中。
背景技术
目前上述领域特别是在大型高温高压与大温差换热工况的装备系统中，采用管壳式换热器，经过长期发展管壳式换热器技术趋于成熟，但由于其工艺、结构限制等因素可能导致问题，具体表现在：
①、在一些重大工程中，管壳式换热器传热管内径(当量直径)较大如φ19mm，管壁较厚热阻增大，流体流动状态(雷诺数Re)相同传热系数低、换热流程(传热管)长，其整体与相关的支撑及紧固装置结构尺寸与重量都相应增大，导致海工装备、塔类及安全壳大，其在各类换热器中单位体积换热面积最小约100m2/m3。
②、管程与壳程工作温差大，为适应两结构热涨冷缩差异可能导致的问题，重大工程蒸汽发生器采用U形管结构，与其部分顺流弱化传热，其体积与重量又有增加。
③、流体横向流过细长弹性传热管可诱发振动，流动状态变化(如湍流激发强烈振动、若再遇地震等灾害)，可能导致传热管特别是U形管共振、及管间、管与折流板碰撞磨损等，致使传热管可能出现疲劳破坏、管与管板连接处开裂等问题，导致系统装备停运检修的重大事故。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中在上述技术领域应用管壳式换热器体积与重量过大、运行中维护维修困难等带来的问题，提高承受深冷\高温、高压、强腐蚀与传热能力、提高安全性，减小换热器体积与重量，适应现场条件要求换热器体积与重量很小工况：如船舶、海洋平台及燃料电池汽车加氢站等系统装置多种工况技术要求。
本实用新型的目的是这样实现的：该换热器包括芯体、设置在芯体上端连接热流体进口的上联箱接管法兰、设置在芯体下端连接热流体出口的下联箱接管法兰，设置在芯体左右两侧至少一个连接冷却介质进、出口管路的联箱接管法兰，所述的上联箱接管法兰的进气口面积大于下联箱接管法兰出气口面积。
所述的芯体由多个传热板IA和传热板IIB依次交替叠加与端板扩散焊接构成，所述传热板IA上采用化学蚀刻等工艺在其一侧表面加工有第一变截面毛细流道，所述第一变截面毛细流道是上大下小的梯形结构形式、由多个上大下小连续渐变截面的凹槽A均布排列构成，其中第一变截面毛细流道相对于传热板中心线X轴呈对称设置。
所述传热板IIB上采用化学蚀刻等工艺在其一侧表面加工有第二变截面毛细流道，所述第二变截面毛细流道是上大下＝＝小的梯形结构形式、由多个上大下小连续渐变截面的凹槽B均布排列构成，其中第二变截面毛细流道的上下两端有至少一个左右方向的进出流道，所述第二变截面毛细流道相对于传热板中心线X′轴呈对称设置。
本实用新型具有以下优点和积极效果：
1、本实用新型换热板片变截面毛细流道：设计其当量直径接近或小于1mm，换热表面积比大、传热系数增高、传热流程短：换热器单位体积内换热面积大800--5000m2/m3。与在用的管壳式换热器相比，本换热器体积重量大为减小：减小幅度可达1个数量级，与相关的装置如安装平台与支撑装置等的体积与重量都相应减小。
2、根据力学受力原理，传热流体流道结构尺寸越小，在壁面很薄时可承受传热流体工作压力越高，本换热器工作压力最高：100MPa。
3、本实用新型变截面毛细流道换热器的结构实质是：内部设置带有精细换热流道网的单一金属块，不存在管壳式换热器在上述运行中因热涨冷缩、流体冲击振动、包括在地震灾中可能产生事故的结构因素，提高了设备安全可靠性能，保障安全运行。
4、可选择最高工作温度950℃或适应深低温(如-200℃)的合金制成：适应深低温/高压、超高温/高压工况，金属板毛细流道可用化学蚀刻、激光熔刻或机械加工等制成。
5、本实用新型在高温、高压、真空或纯净惰性气体条件下，金属传热板片之间的全部接触面上分子双向扩散、实现板片接触面金属固态结合、形成与金属母体相同晶体结构，其具有与金属母体同样的物理与化学性能。实际成为内部有精密设计毛细流道的换热金属模块，一个或若干个换热模块组合成满足传热工况要求的换热器芯体；将两侧流体进出口的联箱接管法兰焊接到换热器芯体的对应位置，制成完整的异形毛细流道换热器。
6、本实用新型根据换热器工艺侧气(液)体工况要求，按照流体随着温度升高/降低--体积增大/缩小，设计梯形变截面毛细流道，获得优化工艺流体趋近等速稳态流动状态，在满足工况要求前提下获得更高传热系数与单位体积更大换热面积，进一步减小和换热器体积与重量，设计毛细流道根部圆角结构减少应力集中，提高承压力与可靠性。
7、本实用新型在深低温或高温、高压、强腐蚀与现场要求体积小、重量轻或换热介质昂贵的技术条件下具有突出优异性能与效益。
8、本实用新型适用于海洋工程装备、石油化工、化工、机械动力、燃料电池汽车、太阳热能、核能与氢能等新能源发电技术领域。
9、本实用新型能大幅度提高单位体积换热面积、相应减小换热器体积与重量并提高运行可靠性，如在海工装备中天然气液化与液化天然气气化工艺等都是采用管壳式换热器，用异形毛细流道扩散焊气体换热器可大幅度减少换热器体积与重量、提高运行可靠性、获得显著效益。
附图说明
图1是本实用新型整体结构示意图。
图2是本实用新型另一种实施方式的结构示意图。
图3是本实用新型图1或图2中芯体部分A-A剖面结构示意图。
图4是本实用新型图1或图2中芯体部分A-A剖面的另一种实施方式截面结构示意图。
图5是本实用新型传热板IA的结构示意图。
图6是本实用新型传热板IIB的结构示意图。
图7是本实用新型传热板IIB的另一种实施方式结构示意图。
图8是本实用新型图5的C处局部放大剖面结构示意图。
具体实施方式
由附图1、2所示：该换热器包括芯体1、设置在芯体1上端连接热流体进口管路的上联箱接管法兰2、设置在芯体1下端连接热流体出口管路的下联箱接管法兰3，设置在芯体1左右两侧至少一个连接冷却介质进出口管路的联箱接管法兰4、5，所述的上联箱接管法兰2的进气口面积大于下联箱接管法兰3出气口面积。
由附图2、3、4、5所示：所述的芯体1由多个传热板IA和传热板IIB依次交替叠加与顶板扩散焊接构成，所述传热板IA上采用化学蚀刻等工艺在其一侧表面加工有第一变截面毛细流道6，所述第一变截面毛细流道6是上大下小的梯形结构形式、由多个上大下小连续渐变截面凹槽A6-1均布排列构成，其中第一变截面毛细流道6相对于传热板中心线X轴呈对称设置。
所述传热板IIB上采用化学蚀刻工艺在其一侧表面加工有第二变截面毛细流道7，所述第二变截面毛细流道7是上大下小的梯形结构形式、由多个上大下小连续渐变截面凹槽B7-1均布排列构成，其中第二变截面毛细流道7的上下两端有至少一个左右方向的进出流道8，所述第二变截面毛细流道7相对于传热板中心线X′轴呈对称设置。
本实用新型采用化学蚀刻等工艺加工传热板IA和传热板IIB上的的异形毛细流道，所述的化学蚀刻是利用腐蚀性溶剂对板片毛细流道里多余金属体用化学腐蚀去除的工艺，历史悠久，现有众多的化学蚀刻公司都有成套的化学蚀刻设备，针对流道板不同的金属材料选择相应的腐蚀溶剂与其浓度，按照工艺需要的温度与时间，在蚀刻设备中对金属板进行压力喷射蚀刻制成毛细流道结构，化学蚀刻工艺流程：表面清洗→喷涂抗蚀油墨→烘烤→晾干→菲林晒版→显影→烘烤→化学腐蚀→清洗→脱墨→清洗→成品。
本实用新型扩散焊接技术实现换热芯体(异形毛细流道板束+顶板)的制备，具体步骤是：首先对上下端板的表面要严格精整与彻底清洁，然后对毛细流道传热板IA(工艺侧流道板)和传热板IIB(工作侧微流道板)按设计要求依次叠放，在封闭容器内将带端板的毛细流道传热板片束准确定位，按该金属板材扩散焊接工艺条件要求，真空或充惰性气、加压(如液压、气压)、加热(如电热)按工艺时间要求进行扩散焊接，扩散焊工艺温度一般要高于该金属熔点的60％、与低于其熔点的100℃～200℃的范围内。扩散焊工艺压力要控制在高温下扩散焊加工中：加工件不应产生宏观变形。
工作原理：
1)工艺侧流体冷却：来自工艺系统的热流体(气体或液体)由上部经深色流道向下流动放热流入下端工艺系统；来自冷却系统或需要加热的气体或液体从工作侧右下接管流入流道向上流动吸热，从左上接管流出流向热阱或需加热工艺系统的下端管路。
2)工艺侧流体加热：来自于工艺系统的流体(气体或液体)由下部经深色流道向上流动吸热，通过上部接管流入其工艺系统下端管路。来自热源或需要冷却的工作侧液体或气体由左上接管流入流道向下流动放热，从左上接管流入流入热阱或冷却系统下端管路。
Claims (3)
1.一种异形毛细流道换热器，其特征在于：该换热器包括芯体(1)、设置在芯体(1)上端连接热流体进口的上联箱接管法兰(2)、设置在芯体(1)下端连接热流体出口的下联箱接管法兰(3)，设置在芯体(1)左右两侧至少一个连接冷却介质进、出口管路的联箱接管法兰(4、5)，所述的上联箱接管法兰(2)的进气口面积大于下联箱接管法兰(3)出气口面积。
2.根据权利要求1所述的一种异形毛细流道换热器，其特征在于：所述的芯体(1)由多个传热板I(A)和传热板II(B)依次交替叠加并与端板扩散焊接构成，所述传热板I(A)上采用化学蚀刻工艺在其一侧表面加工有第一变截面毛细流道(6)，所述第一变截面毛细流道(6)是上大下小的梯形结构形式、由多个上大下小连续渐变截面的凹槽A(6-1)均布排列构成，其中第一变截面毛细流道(6)相对于传热板中心线X轴呈对称设置。
3.根据权利要求2所述的一种异形毛细流道换热器，其特征在于：所述传热板II(B)上采用化学蚀刻工艺在其一侧表面加工有第二变截面毛细流道(7)，所述第二变截面毛细流道(7)是上大下小的梯形结构形式、由多个上大下小连续渐变截面的凹槽B(7-1)均布排列构成，其中第二变截面毛细流道(7)的上下两端有至少一个左右方向的进出流道(8)，所述第二变截面毛细流道(7)相对于传热板中心线X′轴呈对称设置。
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Cited By (3)
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