CN214407123U - 一种高温紧凑型微通道换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高温紧凑型微通道换热器，属于高温换热领域。所述微通道换热器包括换热工质进口管、初级流量分配管、二级流量分配管、微通道扁管、初级流量汇管、二级流量汇管和换热工质出口管。本实用新型通过内部换热流动结构设计，实现了高换热效率、紧凑空间结构的设计。相对于传统换热器结构，本实用新型所述的换热器换热效率高、耐受温度高、换热均匀、等效换热面积大，换热器结构设计紧凑，能耐受的最高温度范围为1000℃～2500℃，能耐受的最高压力范围为20MPa～40Mpa，适用于高压、高温、紧凑空间换热等应用场景。

Description

一种高温紧凑型微通道换热器

技术领域

本实用新型涉及高温换热领域，具体涉及一种采用液态金属作为换热工质的微通道环形换热器。

背景技术

现有的换热器种类繁多，各具特点，按传热原理可分为：间壁式换热器、蓄热式换热器、流体连接间接式换热器、直接接触式换热器以及复式换热器等；按照结构可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器以及板式换热器等。管壳式换热器结构坚固、可靠、适应性强、易于制造、能承受较高压力和温度，但是换热效率、结构紧凑型不如其他新型换热器。蛇管式换热器结构简单、造价低廉、操作敏感性较小，但是管外流体流速很小，因而传热系数小、传热效率低、需要的传热面积大。套管式换热器结构简单、传热系数高，但是金属消耗大、检修清洗麻烦。管板式换热器传热面积大、传热效率高、易于制造，但是流动阻力大、流道易堵塞、耐压性能比管式换热器差。现有常见换热器的工作温度差异较大，浮头式换热器最高耐温约400℃，耐压约6.4MPa；板式换热器工作温度在-30℃～180℃，压力最高约1.6MPa；板翅式换热器选用适当的材料，可用于1000K温度的热交换。现有的换热器通常针对不同的适用场合进行设计，难以兼顾工作温度、换热介质、结构紧凑性、流动压降等多种参数的需求。此外，在高温情况下，由于使用空间和材料物性的限制，常见换热器换热面积难以满足换热需求，需要进行特殊性结构设计以增大结构紧凑性。

针对上述问题，本实用新型提出了一种高温微通道换热器，通过内部换热流动结构设计，实现了高换热效率、紧凑空间结构的设计。

相对于传统换热器结构，本实用新型所述换热器换热效率高、耐受温度高、换热均匀、等效换热面积大，换热器结构设计紧凑，适用于高压、高温、紧凑空间换热等应用场景。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种高换热效率、结构紧凑、适用于管型或环型通道内的换热器。该换热器是一种利用液态金属作为传热工质、利用微通道进行传热的复合式换热器。

本实用新型的技术方案为：

一种高温紧凑型微通道换热器，包括换热工质进口管、初级流量分配管、二级流量分配管、微通道扁管、初级流量汇管、二级流量汇管和换热工质出口管。

所述的微通道扁管为两端开口的扁管，多个微通道扁管的开口端沿周向等间隔分布，周向分布角为0°～180°，形成一个圆筒状结构。

所述的初级流量分配管和二级流量汇管分别位于圆筒状结构的两端；初级流量分配管和二级流量汇管均为圆环形管，二者面向圆筒结构的面上沿周向等间距均匀设有数量相等的通孔。通孔、微通道扁管、二级流量分配管和初级流量汇管数量相同。所述二级流量分配管和初级流量汇管均为一端开口、另一端封闭且长度均与微通道扁管开口端的长度一致；二者在长度方向上均开有槽道缝，用于换热工质引流。所述二级流量分配管和初级流量汇管的开口端分别与初级流量分配管和二级流量汇管上的通孔连接；且二级流量分配管和初级流量汇管的槽道缝分别与微通道扁管位于圆筒结构外侧的开口端和位于圆筒结构内侧的开口端连接。

所述微通道扁管沿二级流量分配管长度方向均匀设有多个隔道，相邻隔道之间形成换热工质流道，换热工质在流道内进行流动，并进行换热。所述微通道扁管流道截面的水力直径不超过12mm。

相邻微通道扁管间的通道形成待加热流体的加热流道，加热流道两端分别为加热入口和加热出口，其中加热入口位于二级流量汇管侧，加热出口位于初级流量分配管侧。

所述换热工质进口管连接在初级流量分配管上。所述二级流量汇管周向连接换热工质出口管，换热工质由换热工质出口管流出。

高温换热工质由换热工质进口管进入后，依次经过初级流量分配管、二级流量分配管进行流量分配，然后沿二级流量分配管的槽道缝进入微通道扁管内部进行流动和换热，随后由初级流量汇管、二级流量汇管依次进行换热工质流量收集，最后通过换热工质出口管流出。待加热流体通过前端加热入口流入，在换热器内换热后由后端加热出口流出。

进一步地，所述换热工质进口管、初级流量分配管、二级流量分配管、微通道扁管、初级流量汇管、二级流量汇管和换热工质出口管的制造材料具有耐高温能力和良好的热传导率，包括钽钨合金、镍钨合金、钛钨合金、镍钽合金、铌钨合金或铌钽合金等合金材料以及碳化硅等复合材料。

进一步地，所述换热工质为具有高温条件下换热能力和高热导率的液态金属材料，包括液态锂、液态钠、液态钾、液态铷或液态铯。

进一步地，所述微通道扁管的单个流道截面形状包括矩形、圆形或三角形等其他闭合曲线形状；二级流量分配管上的槽道缝形状包括矩形或圆形等其他闭合曲线形状。

进一步地，所述微通道扁管有60个，周向分布角为6°。

进一步地，所述换热工质出口管有4个，周向分布角为90°。

本实用新型的有益效果：本实用新型提出了一种高温紧凑型微通道换热器，通过内部换热流动结构设计，实现了高换热效率、紧凑空间结构的设计。相对于传统换热器结构，本实用新型所述的换热器换热效率高、耐受温度高、换热均匀、等效换热面积大，换热器结构设计紧凑，能耐受的最高温度范围为1000℃～2500℃，能耐受的最高压力范围为20MPa～40Mpa，适用于高压、高温、紧凑空间换热等应用场景。

附图说明

图1是本实用新型高温紧凑型微通道换热器的结构示意图；

图2是本实用新型高温紧凑型微通道换热器的主视图；

图3是本实用新型实施例1和实施例2中二级流量分配管的槽道缝结构示意图；

图4是本实用新型实施例1和实施例2中微通道扁管结构示意图；

图5是本实用新型实施例1和实施例2中微通道扁管腔室流道结构图。

图中：1换热工质进口管；2初级流量分配管；3二级流量分配管；4微通道扁管；5初级流量汇管；6二级流量汇管；7换热工质出口管；8加热入口；9加热出口。

具体实施方式

下面结合实施例以及附图对本实用新型作进一步描述。

本实用新型的工作原理是：高温液态工质由换热工质进口管进入，在初级流量分配管和二级流量分配管进行流量分配后，进入微通道扁管通道内进行流动和换热，换热后的工质由初级流量汇管和二级流量汇管进行收集，最后由换热工质出口管流出。待加热流体从加热入口流入，在加热流道内进行换热，加热后的流体从加热出口流出，实现了整个换热器的换热过程。

实施例1：

如图1所示，一种高温紧凑型微通道换热器，包括换热工质进口管1、初级流量分配管2、二级流量分配管3、微通道扁管4、初级流量汇管5、二级流量汇管6、换热工质出口管7、加热入口8和加热出口9。

所述的微通道扁管4为两端开口的扁管，共有60个。60个微通道扁管4的开口端在空间呈环状分布，空间分布角为6°，形成一个圆筒状结构。微通道扁管4沿开口方向均匀设有多个隔道，相邻隔道之间形成矩形流道，沿二级流量分配管3长度方向共设有48个流道，流道间隔20mm。

高温液态金属锂从换热工质进口管1流入，随后由与换热工质进口管1相连的初级流量分配管2进行流量分配。初级流量分配管2上沿周向等间距均匀设有通孔，二级流量分配管3一端通过焊接的方式与初级流量分配管2的通孔进行连接。流体自二级流量分配管3长度方向上开设的矩形槽道缝流入微通道扁管4中的腔室流道，随后通过初级流量汇管5长度方向上开设的矩形槽道缝由初级流量汇管5进行收集，再进入与初级流量汇管5一端连接的二级流量汇管6，最终由二级流量汇管6周向连接的4个换热工质出口管7流出，实现了液态金属锂的降温过程。

空气从加热入口8流入，在加热流道内进行换热，加热后的空气从加热出口9流出，实现了空气在换热器中的升温过程。

特别地，换热工质选用高温液态金属锂，待加热流体选用空气。换热工质进口管1、初级流量分配管2、二级流量分配管3、微通道扁管4、初级流量汇管5、二级流量汇管6和换热工质出口管7的制造材料均选用钽钨合金。

实施例2：

如图1所示，一种高温紧凑型微通道换热器，包括换热工质进口管1、初级流量分配管2、二级流量分配管3、微通道扁管4、初级流量汇管5、二级流量汇管6、换热工质出口管7、加热入口8和加热出口9。

所述的微通道扁管4为两端开口的扁管，共有60个。60个微通道扁管4的开口端在空间呈环状分布，空间分布角为6°，形成一个圆筒状结构。微通道扁管4沿开口方向均匀设有多个隔道，相邻隔道之间形成矩形流道，沿二级流量分配管3长度方向共设有48个流道，流道间隔20mm。

高温液态金属锂从换热工质进口管1流入，随后由与换热工质进口管1相连的初级流量分配管2进行流量分配。初级流量分配管2上沿周向等间距均匀设有通孔，二级流量分配管3一端通过焊接的方式与初级流量分配管2的通孔进行连接。流体自二级流量分配管3长度方向上开设的矩形槽道缝流入微通道扁管4中的腔室流道，随后通过初级流量汇管5长度方向上开设的矩形槽道缝由初级流量汇管5进行收集，再进入与初级流量汇管5一端连接的二级流量汇管6，最终由换热工质出口管7流出，实现了液态金属锂的降温过程。

高温润滑脂从加热入口8流入，在加热流道内进行换热，加热后的高温润滑脂从加热出口9流出，实现了高温润滑脂在换热器中的升温过程。

所述换热工质进口管1、初级流量分配管2、二级流量分配管3、微通道扁管4、初级流量汇管5、二级流量汇管6和换热工质出口管7材料选用钽钨合金。

以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

Claims (5)

1.一种高温紧凑型微通道换热器，其特征在于，所述微通道换热器包括换热工质进口管、初级流量分配管、二级流量分配管、微通道扁管、初级流量汇管、二级流量汇管和换热工质出口管；

所述的微通道扁管为两端开口的扁管，多个微通道扁管的开口端沿周向等间隔分布，周向分布角为0°～180°，形成一个圆筒状结构；

所述的初级流量分配管和二级流量汇管分别位于圆筒状结构的两端；初级流量分配管和二级流量汇管均为圆环形管，二者面向圆筒结构的面上沿周向等间距均匀设有数量相等的通孔；所述二级流量分配管和初级流量汇管均为一端开口、另一端封闭且长度均与微通道扁管开口端的长度一致；二者在长度方向上均开有槽道缝，用于换热工质引流；所述二级流量分配管和初级流量汇管的开口端分别与初级流量分配管和二级流量汇管上的通孔连接；且二级流量分配管和初级流量汇管的槽道缝分别与微通道扁管位于圆筒结构外侧的开口端和位于圆筒结构内侧的开口端连接；

所述微通道扁管沿二级流量分配管长度方向均匀设有多个隔道，相邻隔道之间形成换热工质流道，换热工质在流道内进行流动，并进行换热；所述微通道扁管流道截面的水力直径不超过12mm；

相邻微通道扁管间的通道形成待加热流体的加热流道，加热流道两端分别为加热入口和加热出口，其中加热入口位于二级流量汇管侧，加热出口位于初级流量分配管侧；

所述换热工质进口管连接在初级流量分配管上；所述二级流量汇管周向连接换热工质出口管。

2.根据权利要求1所述的一种高温紧凑型微通道换热器，其特征在于，所述的微通道扁管有60个，周向分布角为6°。

3.根据权利要求1或2所述的一种高温紧凑型微通道换热器，其特征在于，所述的换热工质出口管有4个，周向分布角为90°。

4.根据权利要求1或2所述的一种高温紧凑型微通道换热器，其特征在于，所述微通道扁管的单个流道截面形状包括矩形、圆形或三角形；二级流量分配管上的槽道缝形状包括矩形或圆形。

5.根据权利要求3所述的一种高温紧凑型微通道换热器，其特征在于，所述微通道扁管的单个流道截面形状包括矩形、圆形或三角形；二级流量分配管上的槽道缝形状包括矩形或圆形。

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