本發(fā)明涉及換熱裝置領(lǐng)域，特別是涉及一種雙層板排列的印刷電路板式熔鹽換熱器。

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雙層板排列的印刷電路板式熔鹽換熱器，該換熱設(shè)備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)對換熱器流道造成的熱膨脹效應(yīng)，提高換熱設(shè)備使用壽命。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種雙層板排列的印刷電路板式熔鹽換熱器，其包括：外殼；換熱板芯體，設(shè)置于所述外殼內(nèi)，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)的第一冷鹽換熱板、第二冷鹽換熱板和熱鹽換熱板組成；所述第一冷鹽換熱板、所述第二冷鹽換熱板設(shè)置有多條冷鹽流道，所述冷鹽流道從相應(yīng)冷鹽換熱板的縱向第一端延伸至相應(yīng)冷鹽換熱板的縱向第二端；所述熱鹽換熱板設(shè)置有多條熱鹽流道，所述熱鹽流道從所述熱鹽換熱板的橫向第一端延伸至所述熱鹽換熱板的橫向第二端。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，多條冷鹽流道的流向平行，且相鄰兩條冷鹽流道之間的間距相等；多條熱鹽流道的流向平行，且相鄰兩條熱鹽流道之間的間距相等。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述熱鹽流道的流向與所述冷鹽流道的流向相互垂直。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述外殼設(shè)置一對熱鹽側(cè)封頭及一對冷鹽側(cè)封頭，其中一所述熱鹽側(cè)封頭設(shè)置有熱鹽進(jìn)口，另一所述熱鹽側(cè)封頭設(shè)置有熱鹽出口；其中一所述冷鹽側(cè)封頭設(shè)置有冷鹽進(jìn)口，另一所述冷鹽側(cè)封頭設(shè)置有冷鹽出口。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述熱鹽進(jìn)口和所述熱鹽出口分別與所述熱鹽流道的進(jìn)出口端相對應(yīng)，所述冷鹽進(jìn)口、所述冷鹽出口分別與所述冷鹽流道的進(jìn)出口端相對應(yīng)。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述熱鹽流道與所述冷鹽流道的截面形狀均為半圓形。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述熱鹽流道和所述冷鹽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，所述冷鹽流道及所述熱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，所述第一冷鹽換熱板、所述第二冷鹽換熱板和所述熱鹽換熱板之間通過擴(kuò)散焊連接。

于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述冷鹽流道從所述冷鹽換熱板上表面開口，并往所述冷鹽換熱板下表面方向延伸，但未到達(dá)所述冷鹽換熱板下表面；所述熱鹽流道從所述熱鹽換熱板上表面開口，并往所述熱鹽換熱板下表面方向延伸，但未到達(dá)所述熱鹽換熱板下表面。

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，所述換熱板芯體的材質(zhì)為哈氏N合金。

如上所述，本發(fā)明的雙層板排列的印刷電路板式熔鹽換熱器，具有以下有益效果：

本發(fā)明中換熱板芯體的排列方式為雙層板疊加方式排列，即一層熱鹽換熱板，兩層冷鹽換熱板為一個(gè)周期性結(jié)構(gòu)，可滿足冷鹽較大的體積流量，同時(shí)減小冷鹽流道內(nèi)冷鹽的流速，使冷熱側(cè)的流速相等，降低壓降損失。

進(jìn)一步，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，保證冷鹽順利吸熱；本發(fā)明采用截面形狀為半圓形的冷鹽流道和熱鹽流道，冷鹽流道和熱鹽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；冷鹽流道和熱鹽流道的尺寸小，分布均勻，可減小流體流動(dòng)的壓力損失。

進(jìn)一步，本發(fā)明采用的截面呈半圓形的冷鹽流道和熱鹽流道，能增大換熱面積，減小換熱板厚度，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，解決了熱鹽對換熱管道的造成熱膨脹的問題，提高了換熱器的使用壽命。

進(jìn)一步，本發(fā)明設(shè)置了電加熱絲與保溫棉，保證換熱器整體溫度在熔鹽的凝固點(diǎn)以上，避免換熱過程中產(chǎn)生凍堵問題。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明于一實(shí)施例中雙層板排列的印刷電路板式熔鹽換熱器的結(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)說明：

1 第一冷鹽側(cè)封頭

11 冷鹽進(jìn)口

2 第二冷鹽側(cè)封頭

21 冷鹽出口

3 第一熱鹽側(cè)封頭

31 熱鹽進(jìn)口

4 第二熱鹽側(cè)封頭

41 熱鹽出口

5 換熱板芯體

51 冷鹽換熱板

511 冷鹽流道

52 熱鹽換熱板

521 熱鹽流道

具體實(shí)施方式

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

請參閱圖1至圖2須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(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)，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，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，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(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)明提供一種雙層板排列的印刷電路板式熔鹽換熱器，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)相同工質(zhì)之間的熱量交換。請參閱圖1，一種雙層板排列的印刷電路板式熔鹽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)置有第一熱鹽側(cè)封頭3和第二熱鹽側(cè)封頭4，第一熱鹽側(cè)封頭3設(shè)置有熱鹽進(jìn)口31，第二熱鹽側(cè)封頭4設(shè)置有熱鹽出口41；外殼兩端分別設(shè)置有第一冷鹽側(cè)封頭1和第二冷鹽側(cè)封頭2，第一冷鹽側(cè)封頭1設(shè)置有冷鹽進(jìn)口11，第二冷鹽側(cè)封頭2設(shè)置有冷鹽出口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)的冷鹽換熱板51、冷鹽換熱板51和熱鹽換熱板52組成。采取這種疊加方式為滿足冷鹽較大的體積流量，同時(shí)減小單個(gè)冷鹽流道內(nèi)流體的流速，降低壓降損失。采取這種疊加方式使冷熱側(cè)的流速相等，降低壓降損失，合理分配空間，極大地利用了熱鹽的顯熱，保證冷鹽順利吸熱，吸熱完成后為下一回路的氣體換熱，將氣體加熱為高溫高壓氣體，進(jìn)入下一級(jí)循環(huán)推動(dòng)透平做工發(fā)電。

請參閱圖2，熱鹽換熱板52設(shè)置有多條熱鹽流道521，熱鹽流道521從熱鹽換熱板52的橫向第一端延伸至熱鹽換熱板52的橫向第二端，熱鹽流道521的中心線相互平行且間距相等，熱鹽流道521的形狀為周期性曲線結(jié)構(gòu)。冷鹽換熱板51上均設(shè)置有多條冷鹽流道511，冷鹽流道511從相應(yīng)冷鹽換熱板51的縱向第一端延伸至相應(yīng)冷鹽換熱板51的縱向第二端，冷鹽流道的流向與熱鹽流道的流向相互垂直，冷鹽流道511的中心線相互平行且間距相等，冷鹽流道511的形狀為周期性曲線結(jié)構(gòu)。熱鹽流道521的進(jìn)出口端分別與熱鹽進(jìn)口31、熱鹽出口41相對應(yīng)，冷鹽流道511的進(jìn)出口端分別與冷鹽進(jìn)口11、冷鹽出口21相對應(yīng)。

熱鹽流道521從熱鹽換熱板52上表面開口，并往熱鹽換熱板52下表面方向延伸，但未到達(dá)熱鹽換熱板52下表面；冷鹽流道511從冷鹽換熱板51上表面開口，并往冷鹽換熱板51下表面方向延伸，但未到達(dá)冷鹽換熱板51下表面。

熱鹽流道521與冷鹽流道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，熱鹽流道521與冷鹽流道511的截面形狀均為半圓形。作為示例，流道的截面形狀為半圓形。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。

在本實(shí)施例中，熱鹽流道521、冷鹽流道511的流向布置形式均為一字形，如圖2所示。

在其它實(shí)施例，熱鹽流道521、冷鹽流道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)雜程度相對比較適中，制作更加方便。

熱鹽流道521、冷鹽流道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，熱鹽換熱板52與冷鹽換熱板51通過擴(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)面加工熱鹽側(cè)封頭，在換熱板芯體5的兩端面加工冷鹽側(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，避免換熱過程中產(chǎn)生凍堵問題。

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，延長了換熱器的使用壽命。

綜上所述，本發(fā)明中換熱板芯體的排列方式為雙層板疊加方式排列，可滿足冷鹽較大的體積流量，同時(shí)減小冷鹽流道內(nèi)冷鹽的流速，使冷熱側(cè)的流速相等，降低壓降損失；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，保證冷鹽順利吸熱。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。