本公開涉及傳熱設(shè)備、能源動力裝備及發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種換熱單元及換熱器。

背景技術(shù)：

隨著能源動力設(shè)備和新型工質(zhì)循環(huán)發(fā)電裝置日新月異的發(fā)展，對于能夠同時承受高溫、高壓、高換熱負(fù)荷的緊湊式換熱器有著日益增長的需求。例如，在閉式he循環(huán)、超臨界co2閉式循環(huán)、超臨界水蒸汽循環(huán)等發(fā)電設(shè)備、核反應(yīng)堆中，為了實現(xiàn)更高的熱力學(xué)效率和經(jīng)濟(jì)效益，工質(zhì)的熱端設(shè)計溫度和壓力不斷提高，吸熱器、中間換熱器、回?zé)崞鞯葥Q熱器往往需要承受300～800℃的高溫、10～30mpa的高壓工質(zhì)。同時，為了減少設(shè)備重量和占地面積，或出于移動式發(fā)電設(shè)備機(jī)動性及投資經(jīng)濟(jì)性等方面的考慮，又對換熱器的緊湊性提出了很高要求。

現(xiàn)有的印刷電路板式換熱器雖然能夠解決耐高溫、高壓和緊湊性的需求，但由于需要化學(xué)/光學(xué)刻蝕、放電加工等微機(jī)械加工等手段來實現(xiàn)板片內(nèi)部肋片之間的無縫連接，存在工藝難度高、成品率低、成本高的缺點，成為相關(guān)新型發(fā)電裝備實用化和產(chǎn)業(yè)化難以逾越的巨大障礙。因此，迫切需要發(fā)明一種新型結(jié)構(gòu)和工藝的換熱器，在滿足耐高溫、高壓和緊湊性要求的同時，具有較低的工藝難度和較高的成品率，從而提高生產(chǎn)效率，并降低生產(chǎn)成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

鑒于上述技術(shù)問題，本公開提供了一種換熱單元及換熱器，能夠滿足高溫、高壓和緊湊性的要求，大幅度降低了工藝難度和成本，有利于實現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的實用化和產(chǎn)業(yè)化。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種換熱單元，包括：

隔板，包括相對的第一表面和第二表面，

高壓流體通道板，與所述隔板的第一表面連接，且二者之間形成一個或多個高壓流體通道；以及，

低壓流體通道板，與所述隔板的第二表面連接，且二者之間形成一個或多個低壓流體通道；

其中，所述高壓流體通道板、低壓流體通道板及隔板為一體化沖壓成型。

在本公開的一些實施例中，所述低壓流體通道板包括：第一低壓流體通道板及第二低壓流體通道板，其分別位于高壓流體通道板的兩側(cè)；所述隔板包括第一隔板及第二隔板；所述第一隔板位于所述第一低壓流體通道板與所述高壓流體通道板之間；所述第二隔板位于所述第二低壓流體通道板與所述高壓流體通道板之間。

在本公開的一些實施例中，所述高壓流體通道板、低壓流體通道板由金屬平板沖壓形成波紋狀或凹凸?fàn)?，多個高壓流體通道的延伸方向相互平行，多個低壓流體通道的延伸方向相互平行；所述高壓流體通道的延伸方向與所述低壓流體通道的延伸方向一致或交叉。

在本公開的一些實施例中，所述高壓流體通道及低壓流體通道的水力直徑在0.3至3mm之間。

在本公開的一些實施例中，所述隔板為金屬隔板；所述金屬隔板與所述高壓流體通道板、及低壓流體通道板之間通過激光焊接或超塑性成型擴(kuò)散焊方式連接。

在本公開的一些實施例中，封條，位于所述高壓流體通道板及低壓流體通道板的外緣，該外緣為各通道板的沿其流道延伸方向的外緣。

在本公開的一些實施例中，所述封條與其內(nèi)側(cè)的隔板之間通過焊接方式連接。

本公開還提供了一種換熱器，其包括多個所述的換熱單元；其中，每相鄰的兩個換熱單元通過相對的兩個流體通道板彼此連接及相對的封條彼此連接，形成層疊結(jié)構(gòu)。

在本公開的一些實施例中，所述換熱器的所述相鄰的兩個換熱單元的在外緣的封條處通過激光焊接或超塑性成型擴(kuò)散焊方式連接。

在本公開的一些實施例中，所述換熱器的所述相鄰的兩個換熱單元的相連接的流體通道板之間為柔性連接，形成自由滑動面。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本公開換熱單元及換熱器至少具有以下有益效果其中之一：

(1)流體通道板及隔板通過一體化沖壓成型，流體通道板與隔板之間通過激光焊接工藝或超塑性成型擴(kuò)散焊連接，能夠承受高壓，工藝簡單，成本較低、避免了復(fù)雜工藝加工耗時。

(2)高壓流體通道板位于兩低壓流體通道板之間，從而使得高、低壓流體板之間的隔板及相關(guān)焊縫結(jié)構(gòu)的承壓能力無需達(dá)到高壓側(cè)流體的實際壓力，而只需達(dá)到高、低壓流體之間的壓差即可。

(3)換熱器相鄰的換熱單元之間的流體通道板采用能夠自由滑動的柔性連接方式，能夠有效地消除溫度不均勻分布造成的熱應(yīng)力。

附圖說明

通過附圖所示，本公開的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的裝置。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本公開的主旨。

圖1為依據(jù)本公開實施例換熱器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為依據(jù)本公開實施例換熱器沿一方向剖視圖。

圖3為依據(jù)本公開實施例換熱器沿另一方向剖視圖。

圖4為依據(jù)本公開另一實施例換熱器沿一方向剖視圖。

<符號說明>

1-高壓流體通道板；2-低壓流體通道板；3-隔板；4-封條；5-焊縫；6-自由滑動面。

具體實施方式

為使本公開的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本公開進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本公開提供了一種基于一體化沖壓成型和激光焊接或超塑性成型擴(kuò)散連接的板式換熱單元及換熱器。所述換熱單元，包括：

隔板，包括相對的第一表面和第二表面；

高壓流體通道板，與所述隔板的第一表面連接，且二者之間形成一個或多個高壓流體通道；以及，

低壓流體通道板，與所述隔板的第二表面連接，且二者之間形成一個或多個低壓流體通道；

其中，所述高壓流體通道板、低壓流體通道板及隔板為一體化沖壓成型。

進(jìn)一步的，所述換熱單元，還包括：封條，位于所述高壓流體通道板及低壓流體通道板的外緣，該外緣為各通道板的沿其流道延伸方向的外緣。

所述低壓流體通道板包括：第一低壓流體通道板及第二低壓流體通道板，其分別位于高壓流體通道板的兩側(cè)；所述隔板包括第一隔板及第二隔板；該第一隔板位于所述第一低壓流體通道板與所述高壓流體通道板之間；該第二隔板位于所述第二低壓流體通道板與所述高壓流體通道板之間。

所述高壓流體通道板、低壓流體通道板由金屬平板沖壓形成波紋狀或凹凸?fàn)?，多個高壓流體通道的延伸方向相互平行，多個低壓流體通道的延伸方向相互平行；所述高壓流體通道的延伸方向與所述低壓流體通道的延伸方向相一致或交叉。所述高壓流體通道及低壓流體通道的水力直徑在0.3至3mm之間，以兼顧緊湊性和沖壓工藝的要求。

所述隔板為金屬隔板；所述金屬隔板與所述高壓流體通道板、及低壓流體通道板之間通過激光焊接或超塑性成型擴(kuò)散焊方式連接，也即所述高壓流體通道板及低壓流體通道板可通過激光焊接或超塑性成型擴(kuò)散焊方式連接到位于兩者之間的金屬隔板上。所述封條與所述隔板之間通過焊接方式連接。

本公開還提供了一種換熱器，其包括多個所述的換熱單元；其中每相鄰的兩個換熱單元通過相對的兩個流體通道板連接及相對的封條連接，形成層疊結(jié)構(gòu)。具體的，相鄰換熱單元僅在兩端封條處通過激光焊接或超塑性成型擴(kuò)散焊方式彼此連接，而在內(nèi)部(虛線處)，相鄰換熱單元的流體通道板之間為柔性連接，能夠自由滑動，容許一定的變形，以消除溫度分布不均造成的熱應(yīng)力。

其中，若換熱單元包括：一高壓流體通道板及一低壓流體通道板，即高-低組合型；則在換熱器中，相鄰的換熱單元中通過高壓流體通道板與高壓流體通道板對應(yīng)連接、低壓流體通道板與低壓流體通道板對應(yīng)連接，形成層疊結(jié)構(gòu)的換熱器。若換熱單元包括：一高壓流體通道板及二低壓流體通道板，二低壓流體通道板分別位于高壓流體通道板兩側(cè)，即低-高-低組合型；則在換熱器中，相鄰的換熱單元中通過低壓流體通道板與低壓流體通道板對應(yīng)連接，形成層疊結(jié)構(gòu)的換熱器。

以下結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本公開實施例的換熱單元及換熱器。

在一具體實施例中，如圖1所示，換熱單元包括：

高壓流體通道板1，形成多個相互平行的波紋狀或凹槽狀高壓流體通道，其可由金屬平板沖壓形成。為了兼顧緊湊度和沖壓工藝的要求，所述高壓流體通道的水力直徑一般在0.3～3mm之間；

低壓流體通道板2，形成多個相互平行的波紋狀或凹槽狀流體通道，其也可由金屬薄板沖壓形成，通道水力直徑大約在0.3～3mm之間；其中，低壓流體通道板2包括位于所述高壓流體通道板1上方的第一低壓流體通道板，以及位于所述高壓流體通道板1下方的第二低壓流體通道板，第一、二低壓流體通道板的通道延伸方向與所述高壓流體通道板的延伸方向不同。

隔板3、位于所述高壓流體通道板1與低壓流體通道板2之間，具體的，位于高壓流體通道板與第一低壓流體通道板之間，以及高壓流體通道板與第二低壓流體通道板之間。隔板的材質(zhì)優(yōu)選為金屬，高壓流體通道板1和低壓流體通道板2均可通過激光焊接或超塑性成型擴(kuò)散焊方式連接到位于兩者之間的金屬隔板3上；以及

封條4，位于所述高壓流體通道板1、低壓流體通道板2各自外緣，可通過焊接方式與所述隔板連接，用于密封內(nèi)部流體并提供必要的結(jié)構(gòu)強度。

本實施例換熱器包括換熱單元1及換熱單元2，該換熱單元1及換熱單元2形成層疊結(jié)構(gòu)。請配合參照圖1-3所示，相鄰換熱單元的低壓側(cè)僅在兩端封條處通過激光焊接或超塑性成型擴(kuò)散焊方式彼此連接，連接處形成焊縫5，而在內(nèi)部(虛線處)，相鄰換熱單元的流體通道板之間為柔性連接，形成自由滑動面6，由此能夠自由滑動，容許一定的變形，以消除溫度分布不均造成的熱應(yīng)力。

由于每個板片(流體通道板1、2及隔板3)內(nèi)部為一體化沖壓成型，流體通道板1、2與隔板3之間采用能夠承受高壓的焊接工藝連接，使得高壓流體通道板1能夠承受與印刷電路板換熱器相當(dāng)?shù)膲毫?例如30mpa左右)；由于相鄰換熱單元低壓側(cè)外緣的封條之間，如換熱單元1與換熱單元2的封條之間采用激光焊接或超塑性成型擴(kuò)散焊方式連接，也能夠承受較高的流體壓力(例如15mpa左右)；并且由于低壓側(cè)流體的壓力一般遠(yuǎn)高于外界環(huán)境壓力，因而高、低壓流體之間的隔板及相關(guān)焊縫結(jié)構(gòu)的承壓能力無需達(dá)到高壓側(cè)流體的實際壓力，而只需達(dá)到高、低壓流體之間的壓差(例如8～15mpa)即可。

在另一具體實施例中，請參照圖4，圖4示出了本公開另一具體實施例換熱器沿一方向剖視圖。與前述具體實施例不同之處在于每個換熱單元包括一高壓流體通道板1及一低壓流體通道板2，即高-低組合型；其中，低壓流體通道板2形成的通道的延伸方向與高壓流體通道板形成的通道的延伸方向平行，高壓側(cè)流體與低壓側(cè)流體順流或逆流布置。相鄰的換熱單元通過高壓流體通道板與高壓流體通道板對應(yīng)連接、低壓流體通道板與低壓流體通道板對應(yīng)連接，形成層疊結(jié)構(gòu)的換熱器。

此外，由于相鄰換熱單元之間除兩端外，中間的流體通道板之間采用能夠自由滑動的柔性連接方式，能夠有效地消除溫度不均勻分布造成的熱應(yīng)力。

因此，本公開提出的結(jié)構(gòu)設(shè)計既能滿足核反應(yīng)堆、超臨界co2閉式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、he工質(zhì)閉式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)等設(shè)備對換熱器耐受高溫、高壓和緊湊性的要求，又因為避免了工藝難度高、加工耗時、成本高的化學(xué)/激光蝕刻、放電加工等微機(jī)械加工等工藝，因而相對于現(xiàn)有印刷電路板換熱器技術(shù)而言，能夠大幅度降低工藝難度和成本，有利于實現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的實用化和產(chǎn)業(yè)化。

另外，本公開并不限于實施例中的通道截面形狀、換熱單元數(shù)量、流程布置、通道數(shù)量等，本公開還可包括其它任意通道截面形狀、任意通道長度、任意流體通道數(shù)量、任意換熱單元數(shù)量、流程布置方式(順流、逆流、交叉流等)及其各種適合的組合方式。此外，隔板材料、流體通道板材料、焊料牌號、焊接工藝等也是可以根據(jù)具體工作條件和要求任意選擇的，而并不脫離本公開的范圍。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本申請。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本申請的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本申請將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。

需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行更改或替換。

還需要說明的是，實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本公開的保護(hù)范圍。貫穿附圖，相同的元素由相同或相近的附圖標(biāo)記來表示。在可能導(dǎo)致對本公開的理解造成混淆時，將省略常規(guī)結(jié)構(gòu)或構(gòu)造。

并且圖中各部件的形狀和尺寸不反映真實大小和比例，而僅示意本公開實施例的內(nèi)容。另外，在權(quán)利要求中，不應(yīng)將位于括號之間的任何參考符號構(gòu)造成對權(quán)利要求的限制。

除非有所知名為相反之意，本說明書及所附權(quán)利要求中的數(shù)值參數(shù)是近似值，能夠根據(jù)通過本公開的內(nèi)容所得的所需特性改變。具體而言，所有使用于說明書及權(quán)利要求中表示組成的含量、反應(yīng)條件等等的數(shù)字，應(yīng)理解為在所有情況中是受到「約」的用語所修飾。一般情況下，其表達(dá)的含義是指包含由特定數(shù)量在一些實施例中±10％的變化、在一些實施例中±5％的變化、在一些實施例中±1％的變化、在一些實施例中±0.5％的變化。

再者，單詞“包含”不排除存在未列在權(quán)利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞“一”或“一個”不排除存在多個這樣的元件。

說明書與權(quán)利要求中所使用的序數(shù)例如“第一”、“第二”、“第三”等的用詞，以修飾相應(yīng)的元件，其本身并不意味著該元件有任何的序數(shù)，也不代表某一元件與另一元件的順序、或是制造方法上的順序，該些序數(shù)的使用僅用來使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚區(qū)分。

類似地，應(yīng)當(dāng)理解，為了精簡本公開并幫助理解各個公開方面中的一個或多個，在上面對本公開的示例性實施例的描述中，本公開的各個特征有時被一起分組到單個實施例、圖、或者對其的描述中。然而，并不應(yīng)將該公開的方法解釋成反映如下意圖：即所要求保護(hù)的本公開要求比在每個權(quán)利要求中所明確記載的特征更多的特征。更確切地說，如下面的權(quán)利要求書所反映的那樣，公開方面在于少于前面公開的單個實施例的所有特征。因此，遵循具體實施方式的權(quán)利要求書由此明確地并入該具體實施方式，其中每個權(quán)利要求本身都作為本公開的單獨實施例。

以上所述的具體實施例，對本公開的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本公開的具體實施例而已，并不用于限制本公開，凡在本公開的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本公開的保護(hù)范圍之內(nèi)。