[發明專利]毛細通道換熱器及其制備方法

有效

• 申請號: 201910584003.7
• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN110253131B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 梁世強;蔡浩飛;朱玉銘;姜玉雁;郭永獻
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所;衡水中科衡發動力裝備有限公司
• 主分類號: B23K20/00
• 分類號: B23K20/00;B23P15/26;F28D9/00
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發明涉及一種毛細通道換熱器及其制備方法，包括多個層疊的堆疊單元組成的主體，主體的兩端有高壓流體的流通通道，兩側有另一流體的流通通道，所有的流通通道分別焊接封頭；所述的堆疊單元，包括三種尺寸一致、不同形式的板片，板片A上疊放板片B，板片B上第一毛細通道形成高壓流體的流通通道，板片A上第一鏤空段和板片B第二鏤空段連通形成另一流體的流通通道；在板片B上再依次加一層板片A、一層板片C，板片C板片第二毛細通道也形成高壓流體的流通通道，板片C上第三鏤空段與板片A上第一鏤空段連通，形成另一流體的流通通道。流體在換熱器中進行上下的折流，有效提高流動湍流程度，強化換熱效果。

技術領域

本發明涉及換熱器技術領域，具體涉及一種毛細通道換熱器及其制備方法，主要利用擴散焊接方式制造能夠承受高溫高壓的毛細通道換熱器，用于航空航天、石油化工、能源動力等高溫高壓等條件苛刻的熱交換場所。

背景技術

熱交換器一直是能源動力系統中起到能量轉換作用的關鍵設備。高效能源動力系統的構建離不開耐受條件高、換熱效率高、緊湊度高的換熱器。隨著航空航天、石油化工、動力發電等領域的進一步發展，各種系統運行的溫度壓力條件越來越高，對換熱器的溫度壓力承受范圍提出更高的要求，比如超臨界二氧化碳布雷頓循環發電系統中回熱器的運行溫度和壓力分別達到550℃、22MPa，同時要求換熱器的緊湊度達到1300m²/m³。傳統的管殼式換熱器及板式換熱器存在耐壓等級低、體積笨重等缺點，因此需要開發新型高溫高壓緊湊式換熱器。近年來，通道尺寸為毫米級的毛細通道換熱器得到了越來越多的關注，一方面，較小的通道能夠有效的強化傳熱，另一方面，小通道具有較高的承壓能力，同時，毛細通道換熱器具有較高的緊湊度，其面積與體積比可以達到1500m²/m³，滿足當前大多數能源動力系統對緊湊度的要求。毛細通道換熱器的加工方法成為當前研究的熱點之一，開發高效低廉的毛細通道換熱器制造方法能夠有效降低構建能源動力系統的成本，提高經濟性。

目前有通過將管殼式換熱器的管程縮小至毛細管尺寸的方式來制造毛細管換熱器，然而，由于管程直徑小，管束排列較密，管束兩端同管板的焊接存在較大的困難。當前一種主要的焊接方法是采用真空釬焊工藝將管束兩頭與管板焊接到一起，但是真空釬焊焊接強度及耐受溫度都有相應限制范圍，難以達到超臨界二氧化碳回熱器550℃、20MPa的要求，管程和殼程之間容易發生互相泄漏。并且，毛細管換熱器殼程由于直徑較大，需要較大壁厚來達到耐壓要求，材料成本較高。因此，亟需發明新式方法制造毛細管換熱器。

發明內容

本發明在印刷電路板換熱器的基礎上，設計了具有獨特形狀的板片。新型板片的加工方法摒棄了印刷電路板換熱器中板片復雜的蝕刻流程，帶來了工藝上的簡化及成本上的降低，通過擴散焊接方法將板片焊接到一起，從而形成能夠承受高溫高壓的緊湊式毛細通道換熱器。

具體的技術方案為：

毛細通道換熱器，包括多個層疊的堆疊單元組成的主體，主體的兩端有高壓流體的流通通道，兩側有另一流體的流通通道，所有的流通通道分別焊接封頭；

所述的堆疊單元，包括三種尺寸一致、不同形式的板片，分別為：

板片A，板片A為長方形，其上橫豎均勻分布多個長度為6-8mm、寬度為1-2mm的第一鏤空段，板片A沿著長度方向上的第一鏤空段組成一行，沿寬度方向進行編號，分別為1行、2行、3行……n行；

板片B，板片B為長方形，板片B上均勻的開設有多個平行的第一毛細通道，所述的第一毛細通道沿長度方向開設，第一毛細通道寬度為1-2mm，在相鄰的第一毛細通道之間有第二鏤空段，同一行的第二鏤空段同時對應板片A相鄰的兩行第一鏤空段；第一行的第二鏤空段與1行第一鏤空段對應，第二行的第二鏤空段與2行和3行第一鏤空段對應，第三行第二鏤空段與4行和5行第一鏤空段對應，以此類推；在板片A和板片B上流體可以采用上下折流的方式沿寬度方向流動；