热交换器制造技术

一种热交换器，包括由交替的平面导流板(1)和传热板(2)的堆叠形成的多个单元，每个传热板具有至少三个贯穿其中的孔(3、4、6)，每个孔限定热交换器中的至少三个流体流动路径中相应的一个流体流动路径的一部分。每个导流板具有与流动路径中的至少两个流动路径对应的贯穿导流板的孔和构造为引导剩余的流动路径中的流体穿过导流板定位在其间的传热板的表面的贯穿导流板的大孔(5、7、8)，堆叠中的每个连续的导流板形成与堆叠中的前一个导流板不同的流动路径的一部分。同的流动路径的一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热交换器


[0001]本专利技术涉及热交换器，例如用于分离电解产生的氧气和氢气的低温系统。

技术介绍

[0002]氢气高效且成本效益好，作为替代化石燃料的燃料，其生产最近发展势头显著，从而导致对鲁棒的、成本效益好且高效的电解技术的需求呈指数增长。例如，通过使用光伏电池阵列来捕获太阳能，已经成为许多国家的重要电力来源。然而，由于这种阵列的最大发电量不一定与需求一致，因此有必要储存能量。使用电池存储成本高且效率相对较低，并且由于其重量，它们不是用于公路和铁路车辆的理想解决方案，充电之间的距离是一个很大的限制。由于用于安装阵列的具有不间断阳光和土地可用性的合适位置并不总是靠近需要电力的地方，所以能量的储存成为一个更重要的问题。
[0003]使用来自太阳能电池阵列等的电力将水电解成氢气和氧气，将能够生产作为易于运输的燃料的氢气以及用于例如工业过程的氧气。这可能能够使太阳能阵列的位置远离有人居住的地区，位于接受强烈阳光的土地上(否则是没有生产力的)。
[0004]WO 2014/170337 A1和GB 2515292 A中描述了用于产生氢气的电解系统。这些电解系统产生后续需要分离的混合气流，例如通过低温蒸馏氧气。WO 2015/118073A1公开了一种替代布置，其具有堆叠的单元，并使用电解液的流动将单独的流体回路中的气体运送到相应的脱气单元，以去除产生的氢气或氧气。
[0005]在产生混合气流的情况下，低温蒸馏系统需要热交换器来使用冷却的氢气和氧气流来降低进入的混合气流的温度。热交换器需要以下特性:
[0006]1.提供三个独立和分开的流(大多数是双流单元)
[0007]2.在低温(大约70K)下运行的能力
[0008]3.运行期间耐压，内部压力高达50bar(g)或更高，同时位于真空室中
[0009]4.在所有流中提供湍流的能力，以确保流与流之间的最大传热
[0010]5.承受系统内气体内部爆裂的能力
[0011]6.在整个压力和热瞬变过程中完全无泄漏
[0012]7.制造相对简单
[0013]8.低制造成本

技术实现思路

[0014]本专利技术提供了一种热交换器，包括由交替的平面导流板和传热板的堆叠形成的多个单元，每个传热板具有至少三个贯穿其中的孔，每个孔限定热交换器中的至少三个流体流动路径中的相应一个流体流动路径的一部分，每个导流板具有与流动路径中的至少两个流动路径对应的贯穿其中的孔，以及构造为引导剩余的流动路径中的流体穿过导流板定位在其间的传热板的表面的贯穿导流板的大孔，堆叠中的每个连续的导流板形成与堆叠中的前一个导流板不同的流动路径的一部分。
[0015]多个单元中的至少一些单元可以在其中包括湍流诱导交叉结构(matrix)。该交叉结构可以包括单元内的焊接插入件或编织网插入件，或者可以包括在其间限定有单元的传热板中的至少一个传热板的表面上的结构。
[0016]板由不锈钢制成，板优选通过铜钎焊结合在一起。不锈钢适于为316L不锈钢，其具有与铜相似的线性热膨胀系数。这些板可以大致为平面矩形，但应当理解，也可以采用其他外部形状。
[0017]合适地设置有一对端板，板的堆叠被夹持在这对端板之间，端板具有贯穿其中的流动连接件。
[0018]堆叠中的单元不需要在三个流动路径之间均等地分配。例如，可能希望使氧气的返回路径比氢气的返回路径长，因为氧气的热导率小于氢气的热导率。替代地或附加地，考虑到不同的热导率，可以改变单元的内部布置。
[0019]可能需要使单元沿堆叠的取向反转，以改变沿堆叠的长度的每个流动路径中传热板的表面的流动的方向。
[0020]本专利技术的热交换器可配置为处理三个以上的流动路径，以允许其在从混合气流中分离多种气体时使用，例如，其可用于分离氢气和氧气(例如从电解水产生的氢和氧)的设备中。
[0021]因此，本专利技术的另一方面提供一种用于从混合气流中分离氢气和氧气的设备，设备包括：混合气体入口，与至少部分浸没在绝热容器中的液氮中的冷凝盘管连接；液氧储存罐，与冷凝盘管连接；来自冷凝盘管的氢气出口；氧气流量控制阀，与液氧储存罐连接；以及根据前述权利要求中任一项的热交换器，其中混合气体入口与热交换器中的第一流动路径连接，氢气出口与热交换器中的第二流动路径连接，氧气流量控制阀与热交换器中的第三流动路径连接。
[0022]热交换器优选安装在液氮容器上方的真空室内。
[0023]混合气流可以通过电解水的分解作用产生。
附图说明
[0024]附图示出本专利技术的实施方式，在附图中:
[0025]图1示出了根据本专利技术的热交换器中使用的按顺序排列的板的一个示例；
[0026]图2是包括图1所示类型的板的完整热交换器的立体图；
[0027]图3是组装成热交换器中之前的根据另一实施例的按顺序排列的板的分解图；
[0028]图4是体现本专利技术的热交换器的气体分离设备的视图；以及
[0029]图5和图6示出了图1所示的按顺序排列的板的替代顺序结构。
具体实施方式
[0030]首先参见图1，热交换器由一系列交替堆叠的两种通用类型的薄板构成，导流板1(厚度通常约为1.5毫米至2.5毫米)和传热板2(厚度通常约为0.5毫米至1.5毫米)。在图中所示的实施例中，存在三个不同的导流板1a、1b和1c以及三个不同的传热板2a、2b和2c，每个板都具有贯穿板的孔，每个孔形成穿过热交换器的三个流体流动路径中的一个流体流动路径的一部分。在图中，与三个流动路径相关的孔分别由黑色、灰色和白色圆圈表示。图1示
出了堆叠的按顺序排列的12个板，但是数量不限于此。典型的热交换器可以包括用于小流速的48个单元和用于较大系统的多达200个或更多个单元。以所示的按顺序排列的的板为例(这是为了说明的目的，其他布置也是可能的)，第一导流板1a是具有倒圆角的大致方形框架的形式，每个板具有相同的外部形状。框架的一个边缘部分被加宽以容纳形成在框架的一个角上的第二路径的一部分的孔3和形成在另一个角上的第三流动路径的一部分的孔4。框架内的区域5成形为与第一流动路径的间隔开的入口和出口对齐，第一流动路径的入口和出口显示为黑色圆圈，它们之间的流动方向由箭头指示，但是入口和出口实际上不形成板1a的一部分。
[0031]堆叠中的下一个板2a为传热板，在传热板的一个边缘附近设置有贯穿传热板的三个孔3、4和6，当板被堆叠时孔3和4与导流板1a中的孔3和4对齐，另一个孔6在一侧通向第一导流板1a的区域5，从而形成通过热交换器的第一流动路径的一部分。
[0032]导流板1b为堆叠的第三个板，采用框架形式，其边缘部分加宽以容纳的孔3和6，该孔3和6与前一个传热板2a中的孔3和6对齐。由框架包围的开放区域7与传热板2a中的孔4连通，允许气体流过板的表面到达下一个传热板2b中的孔4，该孔4位于与前一个传热板中的孔4的正方形的对角相邻的位置处。
[0033]第三导流板1c为框架形式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热交换器，包括由交替的平面导流板和传热板的堆叠形成的多个单元，每个传热板具有至少三个贯穿其中的孔，每个孔限定所述热交换器中的至少三个流体流动路径中相应的一个流体流动路径的一部分，每个导流板具有与所述流动路径中的至少两个流动路径对应的贯穿所述导流板的孔，以及构造为引导剩余的流动路径中的流体穿过所述导流板定位在其间的所述传热板的表面的贯穿所述导流板的大孔，所述堆叠中的每个连续的导流板形成与所述堆叠中的前一个导流板不同的流动路径的一部分。2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述多个单元中的至少一些单元在其中包括湍流诱导交叉结构。3.根据权利要求2所述的热交换器，其中，所述交叉结构包括所述单元内的焊接插入件或编织网插入件。4.根据权利要求2所述的热交换器，其中，所述交叉结构包括在其间限定有所述单元的所述传热板中的至少一个传热板的表面上的结构。5.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其中，所述板由不锈钢制成。6.根据权利要求5所述的热交换器，其中，所述板通过铜钎焊结合在一起。7.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其中，所述板是平面矩形。8.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，包括一对端板，所述板的...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：清洁能源氢集团有限公司，
类型：发明
国别省市：