用于SCO2动力循环冷端换热的变截面印刷电路板式换热器制造技术

本发明专利技术属于换热领域，具体是一种用于SCO2动力循环冷端换热的变截面印刷电路板式换热器，主要的结构是：换热器芯体，由冷侧流道板和热侧流道板交替叠加焊接而成，冷流道板上蚀刻有冷侧流体通道，热流道板上蚀刻有热侧流体通道，其中热侧流道为渐变的变截面通道。本发明专利技术中超临界二氧化碳工质在截面渐变的流道中与冷侧流体进行换热。本发明专利技术通过沿工质流动方向改变流道等效直径以适应超临界二氧化碳工质的物性变化，改善由于超临界二氧化碳物性剧烈变化引起的冷、热侧换热系数不匹配的问题提高换热器的整体换热性能；同时，在换热器入口参数发生扰动时，减小超临界二氧化碳由于温度过低而产生跨临界现象的风险，拓宽冷端参数的运行范围。行范围。行范围。

【技术实现步骤摘要】
用于SCO2动力循环冷端换热的变截面印刷电路板式换热器


[0001]本专利技术属于换热器领域，特别涉及一种用于SCO2动力循环冷端换热的变截面印刷电路板式换热器。

技术介绍

[0002]超临界二氧化碳(SCO2)具有良好的稳定性和热传导特性，并且二氧化碳来源广泛，成本较低。以SCO2作为循环工质的布雷顿循环利用二氧化碳在临界点附近的物性变化特点可以大大降低压缩机耗功，提高循环的效率，同时还可以缩小系统的尺寸。SCO2在冷却过程中，随着温度靠近临界点，其物性会出现剧烈变化，这种变化对超临界二氧化碳布雷顿发电性能具有重要影响。
[0003]印刷电路板式换热器(PCHE)，具有换热高效、结构紧凑，耐高温和高压等特点，在SCO2布雷顿发电技术中受到广泛关注。普通截面的PCHE在应用于SCO2动力循环冷端换热时无法适应SCO2在冷却过程中的物性变化，会造成冷、热侧换热系数不匹配，换热器出口参数控制难度大等问题。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种用于SCO2动力循环冷端换热的变截面印刷电路板式换热器，改善由于工质物性剧烈变化造成换热器局部换热性能变化过大而引起的冷、热侧换热系数不匹配的问题；同时，在一定程度上减小因换热器入口侧参数变化引起的二氧化碳出口温度波动，减小由于二氧化碳出口温度过低发生凝结而引起安全问题的概率，拓宽冷端参数的运行范围。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种用于SCO2动力循环冷端换热的变截面印刷电路板式换热器，所述换热器包括换热器芯体1，换热器芯体1由冷流道板2和热流道板3交替叠加焊接而成，冷流道板2上蚀刻有冷侧流体通道4，热流道板3上蚀刻有热侧流体通道5；所述热侧流体通道5为变截面通道，截面随着流体的流动而变化。
[0007]进一步，所述热侧流体通道5由截面形状相同，等效直径逐渐变化的流道组成。
[0008]进一步，所述冷侧流体通道4与热侧流体通道5相互平行或错列排布。
[0009]进一步，所述热侧流体通道5的水力直径大小依据热侧流体的物性变化而确定。
[0010]进一步，所述热侧流体流道5的槽深h固定不变，槽宽d
i
从入口到出口逐渐扩大，变化范围为1
‑
2mm。
[0011]进一步，所述的变截面流道为物性变化较大的流体的换热通道，所述流体包括在临界区附近的超临界二氧化碳；
[0012]本专利技术通过设计一种变截面通道的印刷电路板换热器，流道水力直径根据流体物性变化而变化，在一定程度上解决了因热侧流体物性变化过大而引起的换热性能与换热器不匹配的问题，提高了换热器的整体换热性能。同时，将此换热器应用于超临界二氧化碳动
力循环冷端换热时，可以在一定程度上减小因换热器入口侧参数变化引起的二氧化碳出口温度波动，减小由于二氧化碳温度过低发生凝结而引起安全问题的概率，拓宽冷端参数的运行范围。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例的变截面印刷电路板式换热器立体结构示意图。
[0014]图2为本专利技术实施例的变截面流道结构示意图。
[0015]图3为普通印刷电路板式换热器PCHE与本专利技术变截面印刷电路板式换热器PCHE中工质换热系数沿流动方向的变化的对比，其中虚线代表水，实线代表SCO2工质；C表示流道截面不变的普通PCHE，A表示流道截面渐扩的变截面PCHE。
[0016]图4为普通印刷电路板式换热器与本专利技术变截面印刷电路板式换热器用于SCO2—水换热时，SCO2出口温度随水侧入口流量改变的变化，横坐标为水侧实际流量(M
s
)与设计流量(M
d
)的比值。
具体实施方式
[0017]为使本专利技术的主要特点、具体功能和最终目的更加清楚、易于理解，下面结合具体实例及对应图示，对本专利技术进行进一步阐述。
[0018]图1为本专利技术实施例的变截面印刷电路板式换热器立体结构示意图。如图1所示，换热器芯体1，其内部为热流体和冷流体的主要换热空间，换热器芯体1由冷流道板2和热流道板3交替叠加焊接而成，冷流道板2上蚀刻冷侧流体通道4，热流道板3上蚀刻热侧流体通道5，其中热测流体通道5为等效直径逐渐变化的变截面通道，截面随着流体的流动而变化。冷侧流体通道4与热侧流体通道5相互平行或错列排布。
[0019]图2为本专利技术实施例的变截面流道示意图。本专利技术实例中的热侧流体通道5的槽深h固定不变，槽宽d
i
从入口到出口逐渐扩大，直径变化范围为1mm
‑
2mm。
[0020]图3为普通流道印刷电路板式换热器PCHE(图中用C表示)和本专利技术(图中用A表示)用于SCO2—水换热时，冷侧和热侧换热系数沿换热流程的变化图，从图中可以看出当普通直流道PCHE应用于超临界二氧化碳时，由于超临界二氧化碳在换热过程中物性会发生剧烈变化，在整个换热流程中PCHE热侧换热系数与冷侧换热系数会出现严重的不匹配现象，导致整体换热系数低于任意一侧的换热系数，使换热器的整体换热性能下降；同时，由于PCHE出口侧二氧化碳的温度接近临界点，在PCHE入口侧参数发生扰动时，超临界二氧化碳容易出现跨临界现象，会影响设备和系统的安全运行。
[0021]为解决上述问题，本专利技术通过设计适用于超临界二氧化碳动力循环冷端换热的变截面印刷电路板式换热器PCHE，改善上述热侧和冷侧换热系数不匹配的现象，提高整体的换热性能。同时，在换热器入口参数发生扰动时，减小超临界二氧化碳由于温度过低而发生跨临界现象的风险，拓宽冷端参数的运行范围。
[0022]实施例1
[0023]以超临界二氧化碳—水换热为例，超临界二氧化碳在整个换热过程中物性会发生剧烈变化。超临界二氧化碳在入口段温度远离临界状态，换热系数较小，随着换热的进行其温度向临界温度靠近，换热系数迅速增加。相对而言，水侧换热系数在换热过程中的变化可
以忽略。在整个换热流程中二氧化碳侧的换热系数与水侧换热系数会出现严重的不匹配现象，导致整体换热系数低于任意一侧的换热系数，使换热器的整体换热性能下降。
[0024]在超临界二氧化碳换热的初始阶段，温度远离临界点，换热系数较小，低于水侧的换热系数，通过减少流道截面积适当提高超临界二氧化碳流速以增大其换热系数，改善冷、热侧的换热系数相差过大的问题。
[0025]在换热的后段，二氧化碳温度降低，向临界温度靠近，换热系数不断增大，不断靠近甚至高于水侧换热系数。随着二氧化碳温度继续降低冷热侧的换热系数差持续扩大，通过增大流道截面以减小超临界二氧化碳的流速，适当降低二氧化碳的换热系数，进一步缩小冷、热侧的换热系数差，同时增大换热面积。
[0026]本专利技术实施例中变截面通道为渐扩式，即流道的等效直径按照一定的比例增大，流道的直径变化范围为：1mm
‑
2mm。。
[0027]通过设计适用于超临界二氧化碳动力循环冷端换热的变截本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于SCO2动力循环冷端换热的变截面印刷电路板式换热器，其特征在于，所述换热器包括换热器芯体(1)，换热器芯体(1)由冷流道板(2)和热流道板(3)交替叠加焊接而成，冷流道板(2)上蚀刻有冷侧流体通道(4)，热流道板(3)上蚀刻有热侧流体通道(5)；所述热侧流体通道(5)为变截面通道，截面随着流体的流动而变化。2.按照权利要求1所述的变截面印刷电路板式换热器，其特征在于，所述热侧流体通道(5)由截面形状相同，等效直径逐渐变化的流道组成。3.按照权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵全斌，侯敏，种道彤，严俊杰，王进仕，陈伟雄，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：