本發(fā)明涉及換熱裝置領(lǐng)域，特別是涉及一種印刷電路板式熔鹽氣體換熱器。

背景技術(shù)：

換熱器被廣泛應(yīng)用到石油化工、航空航天、海洋工程、船舶和核電等工業(yè)領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)不同工質(zhì)之間的熱量交換，而現(xiàn)有的各類換熱器普遍存在換熱面積密度低，體積重量大，抗高溫高壓性能差，傳熱效率低等問(wèn)題，特別是在核電領(lǐng)域，隨著第四代核反應(yīng)堆的推廣應(yīng)用，傳統(tǒng)焊接方式建造的換熱器無(wú)法滿足核反應(yīng)堆內(nèi)高溫高壓介質(zhì)的使用要求。需要采用耐高溫高壓的新型高效換熱設(shè)備。針對(duì)以上情況，印刷電路板式換熱器作為高效、緊湊、新型的換熱設(shè)備，是一種理想的選擇，已在各種領(lǐng)域中得到應(yīng)用。

由于印刷電路板換熱器通道直徑較小，熔鹽在換熱器通道內(nèi)流動(dòng)，最重要的一點(diǎn)就是防止熔鹽溫度過(guò)低，產(chǎn)生凍堵。以二元硝酸鹽為例，其熔點(diǎn)為207℃，完全熔化溫度為238℃，當(dāng)熔鹽低于238℃就會(huì)出現(xiàn)固態(tài)晶體，低于300℃隨溫度降低粘度急劇增加，故而，較低溫度的熔鹽需要進(jìn)行升溫才能在避免堵塞，但較高溫度的熔鹽會(huì)對(duì)換熱器流道造成較大的熱膨脹效應(yīng)，縮短換熱器的使用壽命。因此，亟需一種新的換熱設(shè)備解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種印刷電路板式熔鹽氣體換熱器，該換熱器很好地防止了在低溫環(huán)境熔鹽造成流道堵塞，同時(shí)避免了在高溫環(huán)境下熔鹽會(huì)對(duì)換熱器流道造成的較大的熱膨脹效應(yīng)，提高使用壽命。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種印刷電路板式熔鹽氣體換熱器，包括換熱板芯體，所述換熱板芯體包括至少1個(gè)周期性結(jié)構(gòu)，所述周期性結(jié)構(gòu)由依次疊設(shè)的第一氣體換熱板、熔鹽換熱板和第二氣體換熱板組成；所述熔鹽換熱板設(shè)置有多條熔鹽流道，所述熔鹽流道從所述熔鹽換熱板的縱向第一端延伸至所述熔鹽換熱板的縱向第二端；所述第一氣體換熱板和所述第二氣體換熱板上均設(shè)置有多條氣體流道，所述氣體流道從所述相應(yīng)氣體換熱板的橫向第一端延伸至相應(yīng)氣體換熱板的橫向第二端。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，多條熔鹽流道的流向相互平行，且相鄰兩條熔鹽流道之間的間距相等；多條氣體流道的流向相互平行，且相鄰兩條氣體流道之間的間距相等。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述氣體流道的流向與所述熔鹽流道的流向相互垂直。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述印刷電路板式熔鹽氣體換熱器還包括設(shè)置于換熱板芯體周圍的外殼，所述外殼設(shè)置有一對(duì)熔鹽側(cè)封頭及一對(duì)氣體側(cè)封頭，其中一所述熔鹽側(cè)封頭設(shè)置有熔鹽進(jìn)口，另一所述熔鹽側(cè)封頭設(shè)置有熔鹽出口；其中一所述氣體側(cè)封頭設(shè)置有氣體進(jìn)口，另一所述氣體側(cè)封頭設(shè)置有氣體出口。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述熔鹽進(jìn)口和所述熔鹽出口分別與所述熔鹽流道的進(jìn)出口端相對(duì)應(yīng)，所述氣體進(jìn)口、所述氣體出口分別與所述氣體流道的進(jìn)出口端相對(duì)應(yīng)。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述外殼周圍設(shè)置有保溫棉。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述外殼與所述保溫棉之間設(shè)置有電加熱絲。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述第一氣體換熱板、和所述第二氣體換熱板分別由兩塊印刷電路板對(duì)扣串聯(lián)而成，以適于形成呈中心線對(duì)稱的所述氣體流道；所述熔鹽換熱板由兩塊印刷電路板對(duì)扣串聯(lián)而成，以適于形成呈中心線對(duì)稱的所述熔鹽流道。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述熔鹽流道與所述氣體流道的截面形狀均為矩形。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述熔鹽流道和所述氣體流道的流向布置形式均為Z字形、S形或一字形。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述氣體流道及所述熔鹽流道的形狀均為周期性曲線結(jié)構(gòu)。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述周期性曲線結(jié)構(gòu)選自鋸齒波浪形、正弦形、余弦形和S形的周期性曲線結(jié)構(gòu)中的任意一種。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述熔鹽換熱板與所述第一氣體換熱板、所述第二氣體換熱板分別通過(guò)擴(kuò)散焊連接。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述換熱板芯體的材質(zhì)為哈氏N合金。

如上所述，本發(fā)明的一種印刷電路板式熔鹽氣體換熱器，具有以下有益效果：

本發(fā)明采用錯(cuò)流的方式換熱，合理分配空間，極大地利用了熱鹽的顯熱，保證氣體順利吸熱，吸熱完成后成為高溫高壓氣體，進(jìn)入下一級(jí)循環(huán)推動(dòng)透平做工發(fā)電；本發(fā)明采用截面形狀為矩形的微小流道，流道的周期性曲線結(jié)構(gòu)可增加流體的湍動(dòng)性，破壞近壁面處的換熱邊界層，提高換熱效率；微小流道的尺寸小，分布均勻，可減小流體流動(dòng)的壓力損失。

進(jìn)一步，本發(fā)明采用的矩形流道截面能增大換熱面積，減小板片厚度，使換熱器的換熱面積密度得到有效提高，減小換熱器的體積和重量。

進(jìn)一步，本發(fā)明中換熱板芯體均由同一材料構(gòu)成，解決了熱鹽對(duì)換熱管道的造成熱膨脹的問(wèn)題，提高了換熱器的使用壽命。

進(jìn)一步，本發(fā)明設(shè)置電伴熱與保溫棉，保證換熱器整體溫度在熔鹽的凝固點(diǎn)以上，避免換熱過(guò)程中產(chǎn)生凍堵問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1顯示為本發(fā)明于一實(shí)施例中印刷電路板式熔鹽氣體換熱器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示為本發(fā)明于一實(shí)施例中換熱板芯體的結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

1 第一氣體側(cè)封頭

11 氣體進(jìn)口

2 第二氣體側(cè)封頭

21 氣體出口

3 第一熔鹽側(cè)封頭

31 熔鹽進(jìn)口

4 第二熔鹽側(cè)封頭

41 熔鹽出口

5 換熱板芯體

51 氣體換熱板

511 氣體流道

52 熔鹽換熱板

521 熔鹽流道

具體實(shí)施方式

以下由特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。

請(qǐng)參閱圖1至圖2須知，本說(shuō)明書(shū)所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說(shuō)明書(shū)所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容所能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說(shuō)明書(shū)中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語(yǔ)，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。

本發(fā)明提供一種印刷電路板式熔鹽氣體換熱器，適用于石油化工、航空航天、海洋工程、船舶和核電等工業(yè)領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)不同工質(zhì)之間的熱量交換。請(qǐng)參閱圖1，一種印刷電路板式熔鹽氣體換熱器包括換熱板芯體5和外殼。

其中，外殼兩側(cè)分別設(shè)置有第一熔鹽側(cè)封頭3和第二熔鹽側(cè)封頭4，第一熔鹽側(cè)封頭3設(shè)置有熔鹽進(jìn)口31，第二熔鹽側(cè)封頭4設(shè)置有熔鹽出口41；外殼兩端分別設(shè)置有第一氣體側(cè)封頭1和第二氣體側(cè)封頭2，第一氣體側(cè)封頭1設(shè)置有氣體進(jìn)口11，第二氣體側(cè)封頭2設(shè)置有氣體出口21。

換熱板芯體5包括至少1個(gè)周期性結(jié)構(gòu)，周期性結(jié)構(gòu)的個(gè)數(shù)與換熱器的功率大小有關(guān)。周期性結(jié)構(gòu)由依次疊設(shè)的氣體換熱板51、熔鹽換熱板52和氣體換熱板51組成。采取這種疊加方式為滿足氣體較大的體積流量，同時(shí)減小單流道內(nèi)氣體的流速，降低壓降損失。

請(qǐng)參閱圖2，熔鹽換熱板52設(shè)置有多條熔鹽流道521，熔鹽流道521從熔鹽換熱板52的縱向第一端延伸至熔鹽換熱板52的縱向第二端；熔鹽流道521的中心線相互平行，相鄰兩條熔鹽流道之間的間距相等，熔鹽流道521的形狀為周期性曲線結(jié)構(gòu)。氣體換熱板51上均設(shè)置有多條氣體流道511，所述氣體流道511從相應(yīng)氣體換熱板51的橫向第一端延伸至相應(yīng)氣體換熱板51的橫向第二端，氣體流道511的流向與熔鹽流道521的流向垂直，氣體流道511的中心線相互平行，相鄰兩條氣體流道511之間的間距相等，氣體流道511的形狀為周期性曲線結(jié)構(gòu)。熔鹽流道521的進(jìn)出口端分別與熔鹽進(jìn)口31、熔鹽出口41相對(duì)應(yīng)，氣體流道511的進(jìn)出口端分別與氣體進(jìn)口11、氣體出口21相對(duì)應(yīng)。

熔鹽流道521與氣體流道511的截面形狀選自半圓形、矩形、橢圓形、圓形中的一種；作為示例，熔鹽流道521與氣體流道511的截面形狀均為矩形。采用截面形狀為矩形的微小流道，流道的周期性曲線結(jié)構(gòu)可增加流體的湍動(dòng)性，破壞近壁面處的換熱邊界層，提高換熱效率；能增大換熱面積，減小板片厚度，使換熱器的換熱面積密度得到有效提高，減小換熱器的體積和重量。

氣體換熱板51和熔鹽換熱板521分別由兩塊印刷電路板對(duì)扣串聯(lián)而成。如圖2所示，中間的矩形流道是由兩片印刷電路板對(duì)扣而成，比如，矩形流道的尺寸為1.2×2.4mm，而一般印刷電路板的厚度都比較薄，如1mm，因此在每個(gè)板片上刻出0.6mm深的通道，兩個(gè)對(duì)扣一起形成寬度為1.2mm的矩形通道。

熔鹽流道521、氣體流道511的流向布置形式均為Z字形、S形或一字形，但不限于以上幾種布置形式；不同工質(zhì)的換熱板片可采用相同流道布置形式，或采用不同的流道布置形式搭配使用，構(gòu)成換熱板芯體5。作為示例，熔鹽流道521、氣體流道511的流向布置形式均為Z字形。Z字形結(jié)構(gòu)傳熱性能高，傳熱面積密度高，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度相對(duì)比較適中，制作更加方便。

熔鹽流道521、氣體流道511的形狀為周期性曲線結(jié)構(gòu)，可以選自鋸齒波浪形、正弦形、余弦形或者S形，以及其它周期性曲線結(jié)構(gòu)中的任意一種。作為示例，流道的形狀為鋸齒波浪形。

在本實(shí)施例中，熔鹽換熱板52與氣體換熱板51通過(guò)擴(kuò)散焊連接。換熱板組裝焊接成換熱板芯體5后，可以在換熱板芯體5的兩側(cè)面加工熔鹽側(cè)封頭，在換熱板芯體5的兩端面加工氣體側(cè)封頭。擴(kuò)散焊連接是將焊件緊密貼合，在一定溫度和壓力下保持一段時(shí)間，使接觸面之間的原子相互擴(kuò)散形成聯(lián)接的焊接方法。擴(kuò)散焊接壓力較小，工件不產(chǎn)生宏觀塑性變形，提高換熱板芯體的質(zhì)量。

在本實(shí)施例中，外殼周圍纏繞有保溫棉，防止熱量流失。

在本實(shí)施例中，外殼與保溫棉之間設(shè)置有電加熱絲，在流入熔鹽之前對(duì)換熱器進(jìn)行加熱，保證換熱器整體溫度在熔鹽的凝固點(diǎn)以上，避免換熱過(guò)程中產(chǎn)生凍堵問(wèn)題。

換熱板芯體5的材質(zhì)為耐腐蝕、導(dǎo)熱性好的材質(zhì)，所以需選擇耐腐蝕的金屬材質(zhì)較好，作為示例，換熱板芯體5的材質(zhì)為哈氏N合金。由于熔鹽對(duì)普通材料具有腐蝕性，而哈氏N合金具有較好的耐腐蝕性，故采用哈氏N合金，延長(zhǎng)換熱器的使用壽命。換熱板芯體5的材質(zhì)始終為一種材料，很好地避免了因不同材料熱膨脹系數(shù)不同引起的殘余應(yīng)力，承壓能力大大提高，延長(zhǎng)了換熱器的使用壽命。

綜上所述，本發(fā)明采用錯(cuò)流的方式換熱，合理分配空間，極大地利用了熱鹽的顯熱，保證氣體順利吸熱，吸熱完成后成為高溫高壓氣體，進(jìn)入下一級(jí)循環(huán)推動(dòng)透平做工發(fā)電；本發(fā)明采用截面形狀為矩形的微小流道，流道的周期性曲線結(jié)構(gòu)可增加流體的湍動(dòng)性，破壞近壁面處的換熱邊界層，提高換熱效率；微小流道的尺寸小，分布均勻，可減小流體流動(dòng)的壓力損失。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。