[发明专利]一种带有微小酒窝型凹陷阵列的微通道LNG气化换热器

说明书

本发明公开了一种带有微小酒窝型凹陷阵列的微通道LNG气化换热器，包括外壳，外壳上设有冷流体入口管和热流体入口管，外壳内部设有换热器机芯，所述机芯上设有冷流体流路和热流体流路，所述冷流体流路和热流体流路错排水平分布，形成水平交叉流动；其特征在于，所述冷流体流路和/或热流体流路的壁面上设有阵列分布的凹陷球坑。

技术领域

本发明涉及一种带有微小酒窝型凹陷阵列的微通道LNG气化换热器，利用3D打印技术或增材制造技术制作高效强化型LNG气化换热器，对微槽道管路壁进行特殊3D打印处理，在表面形成微观的3微圆弧形酒窝型凹陷阵列，以提高换热管路的LNG超临界流体换热特性，属于低温换热技术、电子元器件冷却技术领域。

背景技术

随着我国天然气需求的增加和液化天然气(LNG,Liquefied Natural Gas)产业链的发展，海上浮式LNG接收站也随之兴起。换热器是浮式LNG接收站再气化装置的核心构件之一，由于浮式LNG接收站的布置和安装条件限制，紧凑型微通道换热器的研发对于浮式LNG接收站的建设和LNG产业的发展具有重要意义。

目前LNG换热器的设计和生产技术掌握在国外个别企业手里，相关文献相对较少。基本采用印刷板式微槽道技术，微槽道群加工较为困难，微槽道换热器多是采用多层带有密集的槽孔平板通过焊接或者机械密封制成。英国Heatric公司最早发明了印刷板式换热器，随后得益于光刻技术和扩散焊技术的应用而进一步发展。Heatric公司掌握各种尺寸的LNG换热器的设计、芯体制造和装配技术，在国际上处于领先地位；美国VPE公司，日本神户制钢生产的微槽道换热器其生产的微槽道换热器已应用于LNG的气化、液化、浮式LNG处理装置热交换领域。上海利策科技股份有限公司开展了紧凑型换热器设计及制造技术研究，其板片槽道采用光化学蚀刻加工，芯体采用多层板片扩散焊集成，目前完成了小型工程样机的研制和真实介质换热性能测试与验证。

微槽道换热器的最新的制造技术是3D激光打印也就是增材制造技术，目前国内外都处于初期的研发试制阶段。国内的增材制造LNG微槽道换热器设计和研究与国外相比处于相距不大，都处于模拟计算和工程样机试验阶段，目前国内外的增材制造技术研发的LNG紧凑换热器基本样式大同小异，管路截面形状有圆形，矩形等变化，但流路截面形状保持不变，而对流动方向的流道形状进行变化，如S型，Z型或锯齿形等，通过对沿程流道变化，增加流动长度，增加弧形涡流区等强化换热特性。

目前为止，实际开发的3D打印或者印刷板式微通道换热器其核心部件，换热通道都还是设计和加工成光滑内壁，没有对管路壁面本身进行机械或其他形式的强化措施。对于大管径换热管，已经使用了各种机械式强化手段，比如管内加螺旋扭带，弹簧螺旋管等材料，在管壁上开各种槽道，或者在管壁上再加工出各种肋片结构。其目的都是产生各种大涡流动，以强化换热。对于微通道，也有十分多的计算和实验室研究使用同样的以上方法进行微通道换热强化计算或开发，但由于实际微通道换热器都不可能在微通道内部再进行任何机械加工，所以实用型微通道换热器包括LNG专用的超临界流体换热器还都是简单的光滑管路。

近年来，3D激光打印技术已经发展到可以制造中小型结构复杂的微通道换热器。这为制造结构先进的带有各类微通道强化换热器打下了技术基础，原来无法实现的微通道内壁3D机械加工现在可以完成精准设计和高效低成本加工制造。

针对大尺度槽道换热器的流路强化措施，实践上一般有以下方法可以采用：

槽道内加金属或塑料螺旋管。

改变槽道的截面结构：各种异型截面，渐变截面。

内壁面开槽：管内壁加工成周向，轴向各类槽道表面。

内壁面上加工各类凸起的肋结构。

将平直流道改变为弯曲流路道，如Z型，S型流道，蛇形流道，增加流道长度，增加拐角数量，加强涡流。