[发明专利]一种新型换热器芯体和分流结构

说明书

技术领域

本发明属于化工，冶炼，能源动力机械领域，涉及到换热器应用的一切设备，具体涉及如余热回收、核能、太阳能、地热能、海洋热能利用等方面。

背景技术

70年代世界爆发的能源危机有力的加速了传热强化技术的发展，如今能源问题依然是人类面临的重大问题，无论何种动力设备或者热量交互设备，只要涉及到利用热能的设备基本都离不开换热器，而换热器在如今的工业生产设备中占据了重要的地位，如何更加高效的利用热能，对节能减排以及可持续科学发展将有重大意义，而且有些设备对换热器提出了更多的要求，诸如燃气轮机的回热器，废热回收设备，以及制冷设备或者移动动力设备等，都对换热器提出了高换热系数，小体积，大换热量，低重量，低成本等诸多要求。

传统的换热器多以管翅式，管壳式，板式，板翅式，螺旋板式换热器居多，其中板式换热器也已经是目前量产换热器中单位体积换热力较高的一种换热器了，加之其结构简单，生产方便，发展势头很迅猛，但是其单位体积的换热面积并不是岂今已有换热器中最大的，而高密度的板翅式换热器单位体积换热面积十分巨大，但其却并非属于一次表面换热器，而且板间翅片板与平板需要焊接，工艺复杂，而在一些应用领域，如军用燃气轮机中，希望使用单位体积换热面积更大，换热系数更高的换热器，一次表面换热器又站在了人们的视野中(板式换热器也属于一次表面换热器)，而高紧凑型一次表面换热器会满足这一要求，国外在这方面相对国内要起步更早，如一台2700kw的回热式燃气轮机重量大约2800kg，如果采用管壳式回热器，回热器重量将高达23600kg之多，美国斯坦福大学开发出一种新型一次表面换热器重量只有相应换热量管壳式换热器体积的1/8，体积只有相应换热量管壳式换热器体积的1/5，但是这一类新型结构换热器也是属于国外保密技术。

这种高紧凑一次表面换热器的设计难点在于芯体和分流结构两部分上(芯体结构指的是冷热流在换热器中交换热量的通道排布构成，分流结构指的是将冷热流体分别引导进入对应的流动通道的装置)。

而国内公开可见的相关资料显示，工程人员在这种高紧凑一次表面换热器的研究还是停留在对称波纹板芯体结构上，而至于分流结构暂未见公开资料提及。

没有可靠的公开的分流结构，也是导致这种对称波纹板高紧凑一次表面换热器在国内工业发展中应用缓慢，目前国内公开资料仅可见上海交大有相关方面的工作，但也没有公开分流结构。

因此提出一种可靠的分流结构，另外提出一种更加紧凑，单位体积换热面积更大的芯体结构对促进工业发展以及能源高效利用十分有价值。

发明内容

本专利提出了一种新结构的一次表面换热器，其芯体紧凑程度比目前市面公开资料可见的换热器要更高，单位体积的换热面积要更大，另外换热器构成十分简单，芯体结构中流动通道的构成十分巧妙简洁。区别于板式换热器(也属于一次表面换热器)一层冷流一层热流交替排布的特点，本换热器芯体的冷热流通道由众多分散的细小通道构成，每一层中既有冷流通道又有热流通道，每束冷流通道的壁面完全被热流包裹，每束热流通道的壁面又完全被冷流包裹，本专利公开了两种芯体方案，三角形截面芯体和矩形截面芯体。另外本专利还公开了一种简便巧妙的分流结构，对这种高紧凑一次表面换热器的生产应用提供了指导作用。

本换热器专利包括两大部分：芯体结构和分流结构。

其中，芯体结构由多层板叠加构成，每层采用板材冲压成边长为2-10mm三角形截面波浪板或者矩形截面波浪板，板材的材料使用0.2-0.5mm不锈钢板但不只限于不锈钢板(导热金属，非金属都可以)，且厚度不只限于0.2-0.5mm，三角形或者矩形的边长不只限于2-10mm。对于三角形波浪板，芯体由一张三角形波浪板加一张平板作为基单元，每个基单元为一层，多个基单元叠加构成。在每层基单元中，相邻的两个流道走的一个是冷流一个是热流，而和这层基单元相邻的基单元中，对应位置的相邻流道走的流体正好互换，一个是热流一个是冷流，以形成芯体中每束冷流通道周围都完全包覆着热流通道，每束热流通道周围都完全包覆着冷流通道，而对于矩形芯体结构，每个基单元只由一张矩形波浪板构成，多层基单元相互叠加，构成芯体，每层基单元中，相邻的两个流道中冷热流的分布方式与三角波纹板原理相同。