CN114623716B - 一种模块化多介质复合热交换器 - Google Patents
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Abstract
本发明复合热交换器主体通过相同结构模块构成，模块间用密封垫密封，通过螺栓锁紧连接，两端由端盖密封；每个模块采用铝挤式加工制作，模块自身焊接均采用钎焊式，各模块连接后通过与两端端板密封形成主流道，内部流通主换热介质，各模块内部流通不同种类换热介质，均与主换热介质进行热交换；增减换热介质种类通过增减模块即可实现；该复合热交换器的加工与密封等工艺较易实现，各模块结构相同，方便批量生产，任意一路均可为气相或液相工况，能够实现多种介质同步换热，换热效率高，可承受高压工况，制造简单，增减模块方便，易于组装拆卸、清理和维护，应用范围广泛。
Description
技术领域
本发明涉及热交换器制造领域，尤其适用于高温醇类燃料电池多介质复合换热的工况，同时适应用于石油、化工、冶金、电力的普遍工况，能实现多种介质在同一热交换器中进行换热的热交换器，换热效率高，可承受高压工况，易于组装拆卸，方便进行清理和维护。
背景技术
多介质复合换热的工况在工程应用中非常普遍，随着换热介质的增多，对换热设备的换热效率、结构紧凑性、组装拆卸维修等都提出较高的要求，如高温醇燃料电池系统中循环油需回收燃料处理器燃烧尾气中的余热、给甲醇水溶液蒸发提供热量、给阴极空气预热提供热量、给燃料处理器重整气的降温等，如何实现高效换热同时结构紧凑、布局合理、组装拆卸维修方便具有较大的工程应用价值。
本发明提出一种模块化多介质复合换热器，能够实现多种介质同步换热，换热效率高，可承受高压工况，制造简单，增减模块方便，易于组装拆卸、清理和维护，应用范围广泛。
发明内容
本发明的目的是提供一种模块化多介质复合热交换器，能够实现多种介质同步换热，换热效率高，可承受高压工况，制造简单，增减模块方便，易于组装拆卸、清理和维护。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种模块化多介质复合热交换器，包括2个以上的流体单元，每个流体单元均为一柱状体，于柱状体的侧壁面上设有流体介质进口和流体介质出口，柱状体二个端面的几何中心的连线为柱状体的轴线；
于柱状体的二个端面之间开设有一条状通孔(I)，条状通孔的一端与流体介质进口相连通，另一端与流体介质出口相连通；垂直于轴线的柱状体截面(J)上的条状通孔为一沿流体介质流动方向呈折线和/或曲线形条状通道，条状通孔靠近流体介质进口端的为进口通道、靠近流体介质出口端的为出口通道，通道从两端(进口端和出口端)起分别沿截面的边缘顺时针或逆时针延伸至与另一端(出口端或进口端)相距L处为止，作为截面的边缘通道；与另一端相距L处的所在位置分别作为边缘通道的起点，从两条边缘通道任一起点开始进口通道和出口通道以间距为L的距离形成二条并行通道从截面的边缘向截面几何中心成双螺旋环绕靠近，并相交于靠近截面几何中心处；
于柱状体两个端面间的、两条并行通道间的间隔壁上开设有2个以上的通孔K，且一个通孔靠近流体介质进口端、一个通孔靠近流体介质出口端；
于每个流体单元的两端分别设有与条状通道形状和尺寸相同的封板，封板与流体单元的外壁面和间隔壁密闭连接；
2个以上的流体单元的截面(J)形状和尺寸相同，2个以上的流体单元沿其轴线方向从左至右依次串连叠合，相邻流体单元间外壁面密闭连接；
于左端的流体单元的左侧和右端的流体单元的右侧分别设有与流体单元外壁面密闭连接的封头；分别于两个封头上设置有流体介质A进口和流体介质A出口。
2、按照权利要求1所述热交换器，其特征在于：
沿流体介质流动方向的相邻通孔(K)之间间距为M，M适宜范围为1～10mm。
3、按照权利要求1所述热交换器，其特征在于：
L适宜范围为3～20mm。
相邻流体单元间外壁面间通过密封垫密闭连接。
2个以上的流体单元中流体介质E可以相同或不同或部分相同部份不同。
流体介质E于进口通道沿顺时针或逆时针流动、于出口通道沿逆时针或顺时针流动。
本发明复合热交换器主体通过相同结构模块构成，模块间用密封垫密封，通过螺栓锁紧连接，两端由端盖密封；每个模块采用铝挤式加工制作，模块自身焊接均采用钎焊式，各模块连接后通过与两端端板密封形成主流道，内部流通主换热介质，各模块内部流通不同种类换热介质，均与主换热介质进行热交换；增减换热介质种类通过增减模块即可实现；
该复合热交换器的加工与密封等工艺较易实现，各模块结构相同，方便批量生产，任意一路均可为气相或液相工况，能够实现多种介质同步换热，换热效率高，可承受高压工况，制造简单，增减模块方便，易于组装拆卸、清理和维护，应用范围广泛。
附图说明
图1是本发明热交换器的整体示意图。
图2是图1所示热交换器拆分示意图。
图3是本发明热交换器中换热主体模块示意图。
图4是本发明热交换器内部介质流动示意图。
图5是热交换器的密封圈示意图。
图中：1.第一种流体介质进口管口，2.第一种流体介质出口管口，3.第二种流体介质进口管口，4.第二种流体介质出口管口，5.第三种流体介质进口管口，6.第三种流体介质出口管口，7.第四种流体介质进口管口，8.第四种流体介质出口管口，9.第五种流体介质进口管口，10.第五种流体介质出口管口，11.右封头，12.左封头，13.换热模块a，14.换热模块b，15.换热模块c，16.换热模块d，17.侧盖板a，18.侧盖板b，19～23.密封垫。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1、2所示，本发明模块化热交换器，包括流体侧进出口接管1～10，前后端盖11、12，换热模块13～16，侧盖板17、18，密封垫19～23，包括2个以上的流体单元，每个流体单元均为一柱状体，于柱状体的侧壁面上设有流体介质E进口和流体介质E出口，柱状体二个端面的几何中心的连线为柱状体的轴线；
于柱状体的二个端面之间开设有一条状通孔I，条状通孔的一端与流体介质进口相连通，另一端与与流体介质出口相连通；垂直于轴线的柱状体截面J上的条状通孔为一沿流体介质流动方向呈折线和/或曲线形条状通道，条状通孔靠近流体介质进口端的为进口通道、靠近流体介质E出口端的为出口通道，通道从两端(进口端和出口端)起分别沿截面的边缘顺时针或逆时针延伸至与另一端(出口端或进口端)相距L处为止，作为截面的边缘通道；与另一端相距L处的所在位置分别作为边缘通道的起点，从两条边缘通道任一起点开始进口通道和出口通道以间距为L的距离形成二条并行通道从截面的边缘向截面几何中心成双螺旋环绕靠近，并相交于靠近截面几何中心处；
于柱状体两个端面间的、两条并行通道间的间隔壁上开设有2个以上的通孔K，且一个通孔靠近流体介质进口端、一个通孔靠近流体介质出口端；
于每个流体单元的两端分别设有与条状通道形状和尺寸相同的封板，封板与流体单元的外壁面和间隔壁密闭连接；
2个以上的流体单元的截面J形状和尺寸相同，2个以上的流体单元沿其轴线方向从左至右依次串连叠合，相邻流体单元间外壁面密闭连接；
于左端的流体单元的左侧和右端的流体单元的右侧分别设有与流体单元外壁面密闭连接的封头；分别于两个封头上设置有流体介质A进口和流体介质A出口。如图3所示，换热模块主体由铝挤式工艺制成，后经简单机加工而成，翅片腔为第一种流体介质A的直通通道，“折线”型空腔流道对应不同模块的第二～五种流体介质，每一模块“折线”型空腔流道通过两边侧盖板17、18焊接密封；如图4所示，每一模块进出口分布在两侧，也可根据需要调整位置，布置灵活，同时翅片间距及腔体流道间距可根据要求随意调整，以满足传热与压降的合理匹配；图5为模块间及模块与端盖间密封垫，从图1、2中可以看到，不同模块间及模块与端盖间依靠密封垫19～23配合外围螺栓连接结构实现密封，从进口1到出口2，与换热模块13～16其间的翅片型通道共同构成第一种流体介质的流通通道。
以本发明热交换器用于高温甲醇燃料电池系统为例，进口1到出口2的翅片主体流道内为第一种流体介质A循环油，循环油首先用于电堆冷却，吸收电堆热量后～5℃温升(155→160℃)，再将5℃温升热量散去循环利用；换热模块a“折线”形腔体中第二种流体介质B为燃烧尾气，体积流量200～400L/min，温度～250℃从进口3进入，降温后出口4温度～180℃，之后排出；换热模块b“折线”形腔体中第三种流体介质C为60％体积含量的甲醇水溶液即重整反应液，质量流量0.00029kg/s，重整反应液常温25℃从进口5进入，汽化后出口6温度～150℃，之后进入重整器进行反应；换热模块c“折线”形腔体中第四种流体介质D为即将进入电堆的阴极空气，质量流量为0.00148kg/s，常温25℃从进口7进入，预热后出口8温度～90℃，之后进入电堆进行反应；换热模块d“折线”形腔体中第五种流体介质E为甲醇水溶液反应之后的重整尾气，温度～220℃从进口9进入，降温后出口10温度～170℃，之后进入电堆进行反应；
本发明热交换器，加工与密封等工艺较易实现，各模块结构相同，方便批量生产，任意一路均可为气相或液相工况，能够实现多种介质同步换热，换热效率高，可承受高压工况，制造简单，增减模块方便，易于组装拆卸、清理和维护，应用范围广泛。
Claims (6)
1.一种模块化多介质复合热交换器，其特征在于：
包括2个以上的流体单元，每个流体单元均为一柱状体，于柱状体的侧壁面上设有流体介质进口和流体介质出口，柱状体二个端面的几何中心的连线为柱状体的轴线；
于柱状体的二个端面之间开设有一条状通孔（I），条状通孔的一端与流体介质E进口相连通，另一端与流体介质出口相连通；垂直于轴线的柱状体截面（J）上的条状通孔为一沿流体介质流动方向呈折线和/或曲线形条状通道，条状通孔靠近流体介质进口端的为进口通道、靠近流体介质出口端的为出口通道，通道从进口端或出口端起分别沿截面的边缘顺时针或逆时针延伸至与另一端出口端或进口端相距L处为止，作为截面的边缘通道；与另一端出口端或进口端相距L处的所在位置分别作为边缘通道的起点，从两条边缘通道任一起点开始进口通道和出口通道以间距为L的距离形成二条并行通道从截面的边缘向截面几何中心成双螺旋环绕靠近，并相交于靠近截面几何中心处；
于柱状体两个端面间的、两条并行通道间的间隔壁上开设有2个以上的通孔（K），且一个通孔靠近流体介质进口端、一个通孔靠近流体介质出口端；
于每个流体单元的两端分别设有与条状通道形状和尺寸相同的封板，封板与流体单元的外壁面和间隔壁密闭连接；
2个以上的流体单元的截面（J）形状和尺寸相同，2个以上的流体单元沿其轴线方向从左至右依次串连叠合，相邻流体单元间外壁面密闭连接；
于左端的流体单元的左侧和右端的流体单元的右侧分别设有与流体单元外壁面密闭连接的封头；分别于两个封头上设置有流体介质A进口和流体介质A出口。
2.按照权利要求1所述热交换器，其特征在于：
沿流体介质流动方向的相邻通孔（K）之间间距为M，M适宜范围为1~10mm。
3.按照权利要求1所述热交换器，其特征在于：
L适宜范围为3~20mm。
4.按照权利要求1所述热交换器，其特征在于：
相邻流体单元间外壁面间通过密封垫密闭连接。
5.按照权利要求1所述热交换器，其特征在于：
2个以上的流体单元中流体介质可以相同或不同或部分相同部分不同。
6.按照权利要求1所述热交换器，其特征在于：
流体介质于进口通道沿顺时针或逆时针流动、于出口通道沿逆时针或顺时针流动。
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