CN110095001A - 一种高压储氢用风冷混合型印刷线路板式换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压储氢用风冷混合型印刷线路板式换热器，包括高压流体进口管路、高压流体出口管路、空气进口管路、空气出口管路和换热芯体，所述换热芯体包括金属波纹板片、金属翅片组和支撑密封结构，两个金属波纹板片相对叠形成高压流体波形通道后与金属翅片组、支撑密封结构交替压紧叠放焊接。本发明不仅耐高温高压，紧凑度高，换热系数高，使用寿命长，能够模块化生产，同时解决了大流量低压空气与小流量高压氢气换热匹配问题，有效降低了两侧流体流动阻力以及两侧都采用高压微通道结构换热器成本。
Description
技术领域
本发明涉及耐高压换热器技术领域，具体涉及一种高压储氢用风冷混合型印刷线路板式换热器。
背景技术
在高压流体换热领域，管式换热器占据绝对统治地位，然而管式换热器在高压流体换热过程中管壁厚度往往很厚，同时换热系数低，对焊接工艺要求很高，在设备运用过程中存在使用寿命短、体积庞大、造价高昂等缺点。近年来渐渐兴起耐高压印刷线路板式换热器，以其耐高温、高压、紧凑度高、易于模块化、加工简单等优点，国外已有产品应用于浮式海上LNG平台作为压缩机级间冷却器，国内科研机构集中于将印刷线路板式换热器应用于CO2发电领域，然而纯印刷线路板式换热器两侧均为耐高压微通道，并不利于高压流体的取热及放热。
现有技术中，对混合型印刷线路板式换热器鲜有报道。而两侧耐高压微通道结构在高压流体和低压流体换热中，如储氢压缩机级间风冷冷却器、CO2发电***高温烟气-高压CO2取热器，容易造成运行成本提高，低压流体压降过高等问题。混合型印刷线路板式换热器能够解决小流量高压流体与大流量低压流体传热问题，降低了印刷线路板式换热器的运行成本和制造成本。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种高压储氢用风冷混合型印刷线路板式换热器，独特设计的具有导流区的金属波纹板，既能够保证设备耐高压能力和减少高压流体对芯体入口磨损及流量输配等问题。支撑密封结构能够保证金属翅片组在真空扩散焊接过程中翅片不变形，同时宽通道的多种形式翅片又能够降低低压流体侧流动阻力，确保低压流体侧不易积灰，即使积灰也能够很方便清洗。
本发明的目的是这样实现的：
一种高压储氢用风冷混合型印刷线路板式换热器，包括高压流体进口管路、高压流体出口管路、空气进口管路、空气出口管路和换热芯体，所述换热芯体包括金属波纹板片、金属翅片组和支撑密封结构，两个金属波纹板片相对叠形成高压流体波形通道后与金属翅片组、支撑密封结构交替压紧叠放焊接。
优选的，所述金属波纹板片设有换热区，所述换热区间隔设有多个半波形通道，金属波纹板片的半波形通道相对叠形成高压流体波形通道。
优选的，所述半波形通道的截面为半椭圆形，所述半波形通道的水力直径为1mm以下，同一金属波纹板片的相邻两个半波形通道的间距为1-10mm。
优选的，所述换热区两侧分别设有进口导流区和出口导流区，所述换热区与进、出口导流区之间均设有光滑弧形通道，相对叠的金属波纹板片的光滑弧形通道形成光滑弧形喇叭口。
优选的，所述金属翅片组包括若干金属翅片，所述支撑密封结构设置在金属翅片的两端。
优选的，所述金属翅片通过冲压形成波形，所述支撑密封结构高于金属翅片组的波峰。
优选的，高压气体从高压流体进口管路进入后依次经过进口导流区、高压流体波形通道、出口导流区后从高压流体出口管路流出。
优选的，所述半波形通道通过激光刻蚀或化学刻蚀腐蚀形成。
本发明的有益效果是：
（1）克服了现有印刷线路板式换热器低压气体侧流动阻力过大，运行成本及换热器制造成本增加的缺陷，为加氢站高压储氢提供一种压缩机级间风冷混合型印刷线路板式换热器；
（2）与常规印刷线路板式换热器相比，独特的进出口导流区的设置不仅利于高压气体输配到全部微通道管道中，还能够减轻由于通道截面变小，高压流体流速突然增大，对进口截面的磨损。
（3）设置了多个金属翅片及支撑密封结构，支撑密封结构略高于金属翅片波纹高度，在真空扩散焊接过程中能够有效保护翅片不变形，实现翅片与金属波纹板之间的点焊。
（4）投资成本小，蓄热芯体生产工艺简单，并且易于组成模块，安装方便；
（5）不仅适用储氢站，也适用于CO2超临界发电、高压流体与低压流体换热等多个领域。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2本发明的金属波纹板片俯视图。
图3本发明的金属波纹板片对叠焊接后通道截面图。
图4本发明的波纹板片导流区截面示意图。
图5本发明的金属波纹翅片组及支撑密封结构俯视图。
图6本发明的金属波纹翅片组及支撑密封结构主视图。
其中：1高压流体进口管路；2高压流体出口管路；3空气进口管路；4空气出口管路；5换热芯体；6金属波纹板片；7金属波纹翅片组；8支撑密封结构；9进口导流区；10换热区；11出口导流区；12半椭圆波形通道；13高压流体椭圆波形通道；14光滑弧形通道；15波形。
具体实施方式
参见图1-6，本发明涉及一种高压储氢用风冷混合型印刷线路板式换热器，包括高压流体进口管路1、高压流体出口管路2、空气进口管路3、空气出口管路4和换热芯体5，所述换热芯体5包括金属波纹板片6、金属翅片组7和支撑密封结构8，两个金属波纹板片6相对叠形成高压流体波形通道13，对叠后的两个金属波纹板片6与金属翅片组7、支撑密封结构8交替压紧通过真空扩散焊接在一起。
所述金属波纹板片6设有换热区10，所述换热区10两侧分别设有进口导流区9和出口导流区11，所述进口导流区9和出口导流区11的长度为1-10cm。所述换热区10、进口导流区9、出口导流区11由金属波纹板片6通过激光刻蚀或化学腐蚀手段形成，所述换热区10间隔腐蚀设有多个半波形通道12，金属波纹板片6的半波形通道12相对叠形成高压流体波形通道13。高压气体从高压流体进口管路1进入后依次经过进口导流区9、高压流体波形通道13、出口导流区11后从高压流体出口管路2流出。
所述半波形通道12的截面为半椭圆形，所述半波形通道12的水力直径为1mm以下，同一金属波纹板片6的相邻两个半波形通道12的间距为1-10mm。所述半波形通道12的波形通过激光刻蚀或化学腐蚀手段形成。
所述换热区10与进、出口导流区9、11之间均设有光滑弧形通道14，相对叠的金属波纹板片6的光滑弧形通道14形成光滑弧形喇叭口。
所述金属翅片组7包括若干金属翅片，所述支撑密封结构8设置在金属翅片的两端。空气从空气进口管路3进入经过金属翅片后从空气出口管路4流出。所述支撑密封结构8能够在换热芯体5真空扩散焊接过程中起到保护金属波纹翅片组7不变形的作用。
所述金属翅片通过冲压形成波形15，所述支撑密封结构8高于金属翅片组7的波峰，保证焊接时金属波纹翅片组7与金属波纹板片6形成点焊，翅片不变形。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高压储氢用风冷混合型印刷线路板式换热器，其特征在于：包括高压流体进口管路（1）、高压流体出口管路（2）、空气进口管路（3）、空气出口管路（4）和换热芯体（5），所述换热芯体（5）包括金属波纹板片（6）、金属翅片组（7）和支撑密封结构（8），两个金属波纹板片（6）相对叠形成高压流体波形通道（13）后与金属翅片组（7）、支撑密封结构（8）交替压紧叠放焊接。
2.根据权利要求1所述的一种高压储氢用风冷混合型印刷线路板式换热器，其特征在于：所述金属波纹板片（6）设有换热区（10），所述换热区（10）间隔设有多个半波形通道（12），金属波纹板片（6）的半波形通道（12）相对叠形成高压流体波形通道（13）。
3.根据权利要求2所述的一种高压储氢用风冷混合型印刷线路板式换热器，其特征在于：所述半波形通道（12）的截面为半椭圆形，所述半波形通道（12）的水力直径为1mm以下，同一金属波纹板片（6）的相邻两个半波形通道（12）的间距为1-10mm。
4.根据权利要求2所述的一种高压储氢用风冷混合型印刷线路板式换热器，其特征在于：所述换热区（10）两侧分别设有进口导流区（9）和出口导流区（11），所述换热区（10）与进、出口导流区（9、11）之间均设有光滑弧形通道（14），相对叠的金属波纹板片（6）的光滑弧形通道（14）形成光滑弧形喇叭口。
5.根据权利要求1所述的一种高压储氢用风冷混合型印刷线路板式换热器，其特征在于：所述金属翅片组（7）包括若干金属翅片，所述支撑密封结构（8）设置在金属翅片的两端。
6.根据权利要求5所述的一种高压储氢用风冷混合型印刷线路板式换热器，其特征在于：所述金属翅片通过冲压形成波形（15），所述支撑密封结构（8）高于金属翅片组（7）的波峰。
7.根据权利要求4所述的一种高压储氢用风冷混合型印刷线路板式换热器，其特征在于：高压气体从高压流体进口管路（1）进入后依次经过进口导流区（9）、高压流体波形通道（13）、出口导流区（11）后从高压流体出口管路（2）流出。
8.根据权利要求2所述的一种高压储氢用风冷混合型印刷线路板式换热器，其特征在于：所述半波形通道（12）通过激光刻蚀或化学刻蚀腐蚀形成。
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