【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于换热器，具体涉及一种立体异向流道式功能换热模组及换热器。
技术介绍
1、lng动力船舶利用燃料气供气系统fuel gas supply system(简称fgss)，将lng通过泵加压后在高压汽化器内吸热汽化，然后输运至动力系统作为燃料。其中高压汽化器是fgss系统的关键设备。由于汽化器工作在高压(30mpa以上)、低温(-162℃)的苛刻应用环境，传统的管壳式换热器体积大，重量重，冷热流体在200℃的换热温差下，极易产生热应力破坏，限制了其在lng船舶上的应用；而常规的钎焊板式、板翅式、框架板式换热器无法在高压下应用，目前扩散焊换热器使用相对更多。
2、当前，针对双燃料动力船用fgss系统的高压液化天然气汽化工段的应用，扩散焊微通道换热器仍需解决两个难题：一方面，lng也即工作介质的温度极低，在-162℃左右，而换热介质如乙二醇水溶液等的冰点通常为-40℃左右；由于低温lng的温度远低于乙二醇水溶液的冰点；因此，在诸多汽化器中，乙二醇水溶液侧均存在极易结冰的现象。一旦乙二醇水溶液侧换热流道部分结冰，会逐步堵塞换热通道的换热与流通，并进而使结冰速率逐渐加快，最终出现汽化器内的乙二醇水溶液的流道的完全结冰现象，引发汽化功能失效，影响系统的正常运行。单纯通过加大通道直径来避免结冰现象，又易受化学蚀刻、机加工工艺、制造经济性等限制，且目前蚀刻深度又难以超过2mm，实际效果非常有限。另一方面，经过长时间使用，换热介质所在的微通道内壁会包含大量的杂质、污垢、油污，进而堵塞通道，又由于扩散焊微通道换热器的通道串联性
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种立体异向流道式功能换热模组，其作为换热器的内置换热构件，能利用工作介质流道与换热介质流道处各主流道与辅流道之间的距离差产生的温差效应，以及各主流道与辅流道乃至不同层热源腔之间的间壁换热和融合换热效果，以“混合融冰”和“换热融冰”的共同作用，确保对结冰的生长速率的抑制和对主流道甚至是辅流道的结冰处的持续融冰功能；在不影响汽化器正常工作的前提下，可确保结冰处的自清理功能。
2、为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
3、立体异向流道式功能换热模组，包括换热板以及位于换热板内的可供工作介质和换热介质通行的流道；其特征在于：所述流道包括构成第一冷源的第一工作介质流道、构成热源的换热介质流道以及构成第二冷源的第二工作介质流道；所述换热介质流道为第一主流道、第一辅流道、第二辅流道及第二主流道的顺序层叠式结构，且第一主流道和第一辅流道彼此连通形成上层热源腔，第二主流道和第二辅流道彼此连通形成下层热源腔；同一层热源腔中，主流道的流通面积大于辅流道的流通面积，且主流道与辅流道彼此相交，以使得交点处构成彼此贯通的连通点；沿流道的层叠方向，第二辅流道与第一主流道彼此相邻，第二主流道和第一辅流道彼此相邻，且上层热源腔和下层热源腔之间存有彼此连通的汇通口。
4、优选的，在俯视方向的投影上，第二辅流道位于第一主流道的投影范围内，第二主流道位于第一辅流道的投影范围内。
5、优选的，第一辅流道的底端与第二辅流道的顶端沿流道的层叠方向彼此交汇，交汇处构成所述汇通口。
6、优选的，所述上层热源腔和下层热源腔由三层换热板配合形成；第一换热板的下板面处设置凹槽状的第一主流道，第二换热板的上板面处设置凹槽状的第一辅流道，第二换热板的下板面处设置凹槽状的第二辅流道，第三换热板的上板面处设置凹槽状的第二主流道；相应的主流道和辅流道在连通点处彼此槽口对合，从而形成相应的热源腔；在第一换热板的上方还布置有设置第一工作介质流道的上层换热板，第三换热板的下方布置有设置第二工作介质流道的下层换热板。
7、优选的，所述上层热源腔和下层热源腔由三层换热板配合形成，第一换热板的下板面处蚀刻有凹槽状的第一主流道，第二换热板的上板面处蚀刻有凹槽状的第一辅流道，第二换热板的下板面处蚀刻有凹槽状的第二辅流道，第三换热板的上板面处蚀刻有凹槽状的第二主流道，相应的主流道和辅流道在连通点处彼此槽口对合，从而形成相应的热源腔；在第一换热板的上方或下方还布置有同时具备低压lng流道和高压lng流道的侧部换热板。
8、优选的，各辅流道均由两条以上的独立流道彼此并排组合形成；每条独立流道均分别在所述连通点处独立连通同一层热源腔的相应主流道。
9、优选的，各主流道和各辅流道外形均呈v字状或w字状或波浪状，且同一层热源腔中，彼此配合的主流道和辅流道的开口彼此相对，以使得该主流道和辅流道的开口对合形成闭环结构，且闭环结构的对合点处设置所述连通点；以v字状或w字状的主流道和辅流道的转折处，或波浪状主流道和辅流道的波峰或波谷为各流道的拐点，再以同一层热源腔的彼此配合的主流道和辅流道形成一列流道单元，当前列流道单元与同一层热源腔的下一列流道单元的相邻拐点彼此连通。
10、优选的，各主流道和辅流道与各换热板的长度方向之间形成的夹角的范围为(0°，15°]。
11、优选的，上层换热板的板面处蚀刻有上层弧槽，该上层弧槽槽腔与相邻换热板配合形成第一工作介质流道；下层换热板处蚀刻有下层弧槽，该下层弧槽槽腔与相邻换热板配合形成第二工作介质流道；上层弧槽和下层弧槽的槽口朝向彼此相向或者彼此背离。
12、优选的，该换热器应用所述的立体异向流道式功能换热模组，其特征在于：包括管箱以及位于管箱内的芯体，芯体由两组以上的立体异向流道式功能换热模组沿流道层叠方向依序叠放形成。
13、优选的，当前组立体异向流道式功能换热模组的下层换热板与下一层立体异向流道式功能换热模组的上层换热板共用同一板体。
14、本专利技术的有益效果在于：
15、1)通过上述方案，本专利技术依托特殊的“主辅分流、温差去冰”的设计思路，依靠靠近冷源的主流道和相对远离冷源的辅流道彼此配合，使用时，双冷源自然使得各个主流道形成了第一主流道、第一辅流道、第二辅流道和第二主流道的特定层叠状态。
16、以乙二醇水溶液和低温lng举例：由于主流道和辅流道的流通面积的差异性，使得正常操作时，乙二醇水溶液会主要沿主流道行进，从而方便与主流道相邻的工作介质流道内的低温lng进行换热。当出现严重结冰现象时，其现象多发生于主流道处；因为辅流道相对的更远离工作介质流道，温度相对更高，因此更不容易结冰。此时，随着冰的堵塞，主流道流量减小，相对的辅流道的流量逐渐超过主流道，此时更多的乙二醇水溶液开始进入流道相对通畅的辅流道中；当辅流道的流量大于主流道时，辅流道实际上反超主流道，也即形成了主流道的替代流道，实现了乙二醇水溶液的持续流通换热目的。
17、而在辅流道作为替代流道工作时，一部分乙二醇水溶液仍然会流入主流道，并不断冲刷主流道的结冰处，实现“混合融冰”的作用；而另一部分进入辅流道的乙二醇水溶液，则因为与相应主流道靠近，因此实现了对主流道的间壁式换热目的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.立体异向流道式功能换热模组，包括换热板以及位于换热板内的可供工作介质和换热介质通行的流道；其特征在于：所述流道包括构成第一冷源的第一工作介质流道(10a)、构成热源的换热介质流道(10b)以及构成第二冷源的第二工作介质流道(10c)；所述换热介质流道(10b)为第一主流道(11a)、第一辅流道(11b)、第二辅流道(12a)及第二主流道(12b)的顺序层叠式结构，且第一主流道(11a)和第一辅流道(11b)彼此连通形成上层热源腔，第二主流道(12b)和第二辅流道(12a)彼此连通形成下层热源腔；同一层热源腔中，主流道的流通面积大于辅流道的流通面积，且主流道与辅流道彼此相交，以使得交点处构成彼此贯通的连通点；沿流道的层叠方向，第二辅流道(12a)与第一主流道(11a)彼此相邻，第二主流道(12b)和第一辅流道(11b)彼此相邻，且上层热源腔和下层热源腔之间存有彼此连通的汇通口(13)。
2.根据权利要求1所述的立体异向流道式功能换热模组，其特征在于：在俯视方向的投影上，第二辅流道(12a)位于第一主流道(11a)的投影范围内，第二主流道(12b)位于第一辅流道(11
3.根据权利要求2所述的立体异向流道式功能换热模组，其特征在于：第一辅流道(11b)的底端与第二辅流道(12a)的顶端沿流道的层叠方向彼此交汇，交汇处构成所述汇通口(13)。
4.根据权利要求1所述的立体异向流道式功能换热模组，其特征在于：所述上层热源腔和下层热源腔由三层换热板配合形成；第一换热板(15)的下板面处设置凹槽状的第一主流道(11a)，第二换热板(16)的上板面处设置凹槽状的第一辅流道(11b)，第二换热板(16)的下板面处设置凹槽状的第二辅流道(12a)，第三换热板(17)的上板面处设置凹槽状的第二主流道(12b)；相应的主流道和辅流道在连通点处彼此槽口对合，从而形成相应的热源腔；在第一换热板(15)的上方还布置有设置第一工作介质流道(10a)的上层换热板(14)，第三换热板(17)的下方布置有设置第二工作介质流道(10c)的下层换热板(18)。
5.根据权利要求1所述的一种双层异向流道式功能换热模组，其特征在于：所述上层热源腔和下层热源腔由三层换热板配合形成，第一换热板(15)的下板面处蚀刻有凹槽状的第一主流道(11a)，第二换热板(16)的上板面处蚀刻有凹槽状的第一辅流道(11b)，第二换热板(16)的下板面处蚀刻有凹槽状的第二辅流道(12a)，第三换热板(17)的上板面处蚀刻有凹槽状的第二主流道(12b)，相应的主流道和辅流道在连通点处彼此槽口对合，从而形成相应的热源腔；在第一换热板(15)的上方或下方还布置有同时具备低压LNG流道(10a)和高压LNG流道(10c)的侧部换热板。
6.根据权利要求4或5所述的立体异向流道式功能换热模组，其特征在于：各辅流道均由两条以上的独立流道彼此并排组合形成；每条独立流道均分别在所述连通点处独立连通同一层热源腔的相应主流道。
7.根据权利要求4或5所述的立体异向流道式功能换热模组，其特征在于：各主流道和各辅流道外形均呈V字状或W字状或波浪状，且同一层热源腔中，彼此配合的主流道和辅流道的开口彼此相对，以使得该主流道和辅流道的开口对合形成闭环结构，且闭环结构的对合点处设置所述连通点；以V字状或W字状的主流道和辅流道的转折处，或波浪状主流道和辅流道的波峰或波谷为各流道的拐点，再以同一层热源腔的彼此配合的主流道和辅流道形成一列流道单元，当前列流道单元与同一层热源腔的下一列流道单元的相邻拐点彼此连通。
8.根据权利要求7所述的立体异向流道式功能换热模组，其特征在于：各主流道和辅流道与各换热板的长度方向之间形成的夹角的范围为(0°，15°]。
9.根据权利要求4所述的立体异向流道式功能换热模组，其特征在于：上层换热板(14)的板面处蚀刻有上层弧槽，该上层弧槽槽腔与相邻换热板配合形成第一工作介质流道(10a)；下层换热板(18)处蚀刻有下层弧槽，该下层弧槽槽腔与相邻换热板配合形成第二工作介质流道(10c)；上层弧槽和下层弧槽的槽口朝向彼此相向或者彼此背离。
10.换热器，该换热器应用如权利要求4或5所述的立体异向流道式功能换热模组，其特征在于：包括管箱以及位于管箱内的芯体，芯体由两组以上的立体异向流道式功能换热模组沿流道层叠方向依序叠放形成。
...【技术特征摘要】
1.立体异向流道式功能换热模组，包括换热板以及位于换热板内的可供工作介质和换热介质通行的流道；其特征在于：所述流道包括构成第一冷源的第一工作介质流道(10a)、构成热源的换热介质流道(10b)以及构成第二冷源的第二工作介质流道(10c)；所述换热介质流道(10b)为第一主流道(11a)、第一辅流道(11b)、第二辅流道(12a)及第二主流道(12b)的顺序层叠式结构，且第一主流道(11a)和第一辅流道(11b)彼此连通形成上层热源腔，第二主流道(12b)和第二辅流道(12a)彼此连通形成下层热源腔；同一层热源腔中，主流道的流通面积大于辅流道的流通面积，且主流道与辅流道彼此相交，以使得交点处构成彼此贯通的连通点；沿流道的层叠方向，第二辅流道(12a)与第一主流道(11a)彼此相邻，第二主流道(12b)和第一辅流道(11b)彼此相邻，且上层热源腔和下层热源腔之间存有彼此连通的汇通口(13)。
2.根据权利要求1所述的立体异向流道式功能换热模组，其特征在于：在俯视方向的投影上，第二辅流道(12a)位于第一主流道(11a)的投影范围内，第二主流道(12b)位于第一辅流道(11b)的投影范围内。
3.根据权利要求2所述的立体异向流道式功能换热模组，其特征在于：第一辅流道(11b)的底端与第二辅流道(12a)的顶端沿流道的层叠方向彼此交汇，交汇处构成所述汇通口(13)。
4.根据权利要求1所述的立体异向流道式功能换热模组，其特征在于：所述上层热源腔和下层热源腔由三层换热板配合形成；第一换热板(15)的下板面处设置凹槽状的第一主流道(11a)，第二换热板(16)的上板面处设置凹槽状的第一辅流道(11b)，第二换热板(16)的下板面处设置凹槽状的第二辅流道(12a)，第三换热板(17)的上板面处设置凹槽状的第二主流道(12b)；相应的主流道和辅流道在连通点处彼此槽口对合，从而形成相应的热源腔；在第一换热板(15)的上方还布置有设置第一工作介质流道(10a)的上层换热板(14)，第三换热板(17)的下方布置有设置第二工作介质流道(10c)的下层换热板(18)。
5.根据权利要求1所述的一种双层异向流道式功能换热...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈永东，韩冰川，于改革，邹宏伟，刘孝根，邓靜，
申请(专利权)人：合肥通用机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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