[實用新型]一種用于高溫富氫含水氣體的板式換熱器

有效

• 申請號: 202023132777.3
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN214333471U
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 王建強;呂欣婷;嚴慧娟;洪春峰;馬成國;杜賢龍;肖國萍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: F28D9/00
• 分類號: F28D9/00;F28F3/08;F28F21/08
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 宋麗榮

本實用新型涉及一種用于高溫富氫含水氣體的板式換熱器，其包括若干金屬板片，金屬板片為厚度介于0.3mm?0.6mm之間的人字波紋型板片，相鄰金屬板片呈180°全貼合交疊以形成交替分布的冷熱流道并通過金屬板片進行熱交換，金屬板片為鎳基合金板，相鄰金屬板片通過鎳箔片釬料焊接。根據本實用新型的板式換熱器，有效回收高溫熱，可達到高效綜合利用熱的目的，且其可在高溫低阻力富氫含水環境下工作。

技術領域

本實用新型涉及換熱器，更具體地涉及一種用于高溫富氫含水氣體的板式換熱器。

背景技術

電解水制氫研究目前處于市場熱點。眾多制氫技術中，固體氧化物電解池(SolidOxide Electrolysis Cell，簡稱SOEC)被認為是最高效、安全的產氫方法之一。高溫電解水制氫技術的核心反應器是固體氧化物電解池堆。在電解池堆兩側電極施加一定的直流電壓，高溫水蒸氣在氫電極被分解產生H₂和O^2-，O^2-通過致密的固體氧化物電解質層到達氧電極，在氧電極失去電子得到O₂。高溫電解水制氫技術具有顯著優勢：(1)在高溫狀態下電解過程中的電能消耗降低20～30％，電解效率可以達到90～100％；(2)可以利用價格相對低廉的金屬氧化物來取代貴金屬作為電極材料，降低制氫設備成本。

固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，簡稱SOFC)是近些年來發展的一項新興的能源技術。與傳統的火力發電需要經歷的化學能到熱能，熱能到機械能，機械能到電能的多次能量轉換不同，SOFC是將燃料的化學能直接轉換成電能的一種裝置。由于不需要經過卡諾循環，SOFC的能量轉換效率遠高于內燃機的40％，可達60％-70％。SOFC與SOEC互為逆過程。

SOEC和SOFC單體電池采用模塊化集成電堆，電堆再通過串并聯應用到工程系統中，其工作溫度在600℃-1000℃，因電堆進料和產物有較大溫差，故考慮在其前端設置一臺換熱器，該換熱器熱端為電堆產物氣，冷端為原料氣。因電堆工作在低壓條件下，而工業上常用管殼式換熱器壓損過大，故選用在相同傳熱系數下壓損僅為管殼式換熱器的板式換熱器。

傳統板式換熱器應用于高溫電解水制氫領域存在以下問題：第一，板式換熱器一般用于液-液相的流體，氣-氣相換熱量有限，從而導致換熱效率低；第二，傳統板式換熱器大多應用于低溫環境下，在高溫富氫含水環境下，會對換熱板片產生氫腐蝕，換熱器很難保證長期穩定性工作；第三，換熱器工作的溫差非常大，傳統換熱器難以達到設計要求。

實用新型內容

為了解決上述現有技術中的傳統換熱器難以用于氣-氣相換熱等問題，本實用新型提供一種用于高溫富氫含水氣體的板式換熱器。

根據本實用新型的一個方面提供一種用于高溫富氫含水氣體的板式換熱器，其包括若干金屬板片，金屬板片為厚度介于0.3mm-0.6mm之間的人字波紋型板片，相鄰金屬板片呈180°全貼合交疊以形成交替分布的冷熱流道并通過金屬板片進行熱交換，金屬板片為鎳基合金板，相鄰金屬板片通過鎳箔片釬料焊接。

優選地，鎳基合金板由Alloy 625、incoloy800H、Hastelloy C276、Hastelloy B-2、或Monel 400提供。

優選地，金屬板片的波紋傾角為30°-80°，波紋間距為5mm-15mm，波紋高度為1.8mm-2.4mm。更優選地，金屬板片的波紋間距為8mm-10mm。

優選地，金屬板片為矩形板，其寬側中線處為凹凸分界線。

優選地，金屬板片為矩形板，寬度為70mm-300mm，長度為150mm-535mm。更優選地，金屬板片的寬度為75mm-280mm，例如112mm。更優選地，金屬板片的長度為155mm-520mm，例如296mm。

優選地，金屬板片的數目介于7塊-61塊之間。更優選地，金屬板片的數目介于39塊-56塊之間。