一种紧凑型多级串联PCHE换热器及换热方法
技术领域
本发明属于换热装置技术领域，涉及一种紧凑型多级串联PCHE换热器及换热方法。
背景技术
印刷电路板式换热器(printed circuit heat exchanger,PCHE)属于微通道板式换热器范畴。PCHE具有结构紧凑、耐高温、耐高压、安全可靠等优点，在制冷空调、石油天然气、核工业、化工工业、电力工业等领域应用广泛。
目前常见的PCHE换热器多为方形，且进出口管口分布在换热器上4 个不同侧面，这样换热器进出口管道比较分散，占据空间较大。另外，一般来说一个PCHE换热器只实现一个回路的换热器功能，几个回路多次换热需要多个独立的PCHE换热器来实现，这样会出现更多的换热器进出口连接管，占据更多空间。
在某些特殊应用场合，例如舰船、海上平台等，由于空间狭小，且对布置形状有特殊要求时，普通的方形独立PCHE换热器空间利用率太低，需要特殊设计的换热器来满足特殊需求。
发明内容
为了解决以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种适用于圆筒形布置要求的紧凑式串联PCHE换热器及换热方法，以超临界CO2 循环发电系统为应用背景，该换热器以圆筒形布置为空间布置要求，这样的布置最大限度的利用了圆柱形空间，满足圆柱形空间布置的特殊需求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种紧凑型多级串联PCHE换热器，所述换热器系统能够实现超临界 CO2发电系统中回热器与预冷器的功能，整体呈圆柱状，该系统包括回热器、预冷器、进出口管道及连接管；所述回热器包括从前到后依次焊接连接为整体的回热器前盖板1.1、若干回热器冷介质板片1.2、若干回热器热介质板片1.3和回热器后盖板1.4，所述预冷器包括从前到后依次焊接连接为整体的预冷器前盖板2.1、若干预冷器热介质板片2.2、若干预冷器冷介质板片2.3和预冷器后盖板2.4，所述进出口管道包括回热器热侧入口管道 3、预冷器热侧出口管道5、回热器冷侧出口管道6、回热器冷侧入口管道 7、冷却水出口管道8和冷却水入口管道9，所述连接管为回热器热侧出口 -预冷器热侧入口连接管4，所述回热器和预冷器通过回热器热侧出口-预冷器热侧入口连接管4连接在一起；所述回热器冷介质板片1.2、回热器热介质板片1.3、预冷器热介质板片2.2、预冷器冷介质板片2.3均为金属板面上蚀刻微通道的板片，所述回热器冷介质板片1.2和回热器热介质板片1.3间隔分布，所述预冷器热介质板片2.2和回热器冷介质板片2.3间隔分布；
所述回热器冷介质板片1.2和回热器热介质板片1.3的相同位置处分布有CO2热侧入口a、CO2冷侧出口b、CO2冷侧入口c和CO2热侧出口d；在回热器前盖板1.1上与回热器冷介质板片1.2和回热器热介质板片 1.3的相同位置处有CO2热侧入口a和CO2冷侧出口b，回热器后盖板1.4 上与回热器冷介质板片1.2和回热器热介质板片1.3的相同位置上有CO2 冷侧入口c和CO2热侧出口d；
所述预冷器热介质板片2.2和预冷器冷介质板片2.3的相同位置上分布有热侧入口e、热水出口f、冷水入口g、热侧出口h；在预冷器前盖板 2.1上与预冷器热介质板片2.2和预冷器冷介质板片2.3的相同位置处有热侧入口e和热水出口f，预冷器后盖板2.4上与预冷器热介质板片2.2和预冷器冷介质板片2.3的相同位置上有冷水入口g和热侧出口h；
所述回热器热侧入口管道3的一端连接回热器前盖板1.1上的CO2热侧入口a，另一端是外部管道接口，回热器热侧出口-预冷器热侧入口连接管4的一端与回热器后盖板的CO2热侧出口d连接，另一端与预冷器前盖板2.1的热侧入口e连接，预冷器热侧出口管道5与预冷器后盖板2.4 的热侧出口h连接，另一端是外部管道接口，回热器冷侧出口管道6与回热器前盖板1.1上的CO2冷侧出口b连接，另一端是外部管道接口，回热器冷侧入口管道7与回热器后盖板1.4上的CO2冷侧入口c连接，另一端是外部管道接口，冷却水出口管道8与预冷器前盖板上2.1的热水出口f 连接，另一端是外部管道接口，冷却水入口管道9与预冷器后盖板2.4上的冷水入口g连接，另一端是外部管道接口。
所述回热器冷介质板片1.2和回热器热介质板片1.3以及预冷器热介质板片2.2和预冷器冷介质板片2.3整体程扇形，微通道程辐射状分布于扇面，来回穿梭于不同扇形区域进行换热。
所述焊接连接为真空扩散焊连接。
所述一种紧凑型多级串联PCHE换热器的换热方法，外部高温CO2 由回热器热侧入口管道3进入回热器热介质板片1.3，释放热量后由回热器热侧出口-预冷器热侧入口连接管4进入预冷器热介质板片2.2，进一步被冷却后由预冷器热侧出口管道5流出换热器供外部设备使用；外部低温 CO2由回热器冷侧入口管道7进入回热器冷介质板片1.2，吸收热量后由回热器冷侧出口管道6流出换热器，供外部设备使用；外部冷却水由冷却水入口管道9进入预冷器冷介质板片2.3，吸收CO2侧热量后由冷却水出口管道8流出换热器外部。
本发明具有以下有益效果：
(1)适合于圆筒形区域布置：本发明在一个圆柱形内集成了回热器和预冷器两个换热器，回热器和预冷器的进出口管道也在圆柱形区域内。这样的布置最大限度的利用了圆柱形空间，满足圆柱形空间布置的特殊需求。
(2)换热器板片整体程扇形，冷端与热端不接触，减小了冷端与热端的直接传热，也减轻了换热器的热应力问题。
附图说明
图1为回热器结构分解示意图。
其中，1.1为回热器前盖板、1.2为回热器冷介质板片、1.3为回热器热介质板片，1.4为回热器后盖板。
图2为预冷器结构分解示意图。
其中，2.1为预冷器前盖板、2.2为预冷器热介质板片、2.3为预冷器冷介质板片，2.4为预冷器后盖板。
图3为换热器系统整体示意图。
其中，3为回热器热侧入口管道、4为回热器热侧出口-预冷器热侧入口连接管、5为预冷器热侧出口管道、6为回热器冷侧出口管道、7为回热器冷侧入口管道、8为冷却水出口管道、9为冷却水入口管道，
图4为回热器热介质板片示意图。
图5为回热器冷介质板片示意图。
图6为回热器前盖板示意图。
图7为回热器后盖板示意图。
图8为预冷器热介质板片示意图。
图9为预冷器冷介质板片示意图。
图10为预冷器前盖板示意图。
图11为预冷器后盖板示意图。
其中，a为CO2热侧入口、b为CO2冷侧出口、c为CO2冷侧入口、 d为CO2热侧出口、e为热侧入口、f为热水出口、g为冷水入口、h为热侧出口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2和图3所示，本发明一种紧凑型多级串联PCHE换热器，所述换热器系统能够实现超临界CO2发电系统中回热器与预冷器的功能，整体呈圆柱状，该系统包括回热器、预冷器、进出口管道及连接管；所述回热器包括从前到后依次焊接连接为整体的回热器前盖板1.1、若干回热器冷介质板片1.2、若干回热器热介质板片1.3和回热器后盖板1.4，所述预冷器包括从前到后依次焊接连接为整体的预冷器前盖板2.1、若干预冷器热介质板片2.2、若干预冷器冷介质板片2.3和预冷器后盖板2.4，所述进出口管道包括回热器热侧入口管道3、预冷器热侧出口管道5、回热器冷侧出口管道6、回热器冷侧入口管道7、冷却水出口管道8和冷却水入口管道9，所述连接管为回热器热侧出口-预冷器热侧入口连接管4，所述回热器和预冷器通过回热器热侧出口-预冷器热侧入口连接管4连接在一起；所述回热器冷介质板片1.2、回热器热介质板片1.3、预冷器热介质板片2.2、预冷器冷介质板片2.3均为金属板面上蚀刻微通道的板片，所述回热器冷介质板片1.2和回热器热介质板片1.3间隔分布，所述预冷器热介质板片2.2和回热器冷介质板片2.3间隔分布。
如图4、图4、图6和图7，所述回热器冷介质板片1.2和回热器热介质板片1.3的相同位置处分布有CO2热侧入口a、CO2冷侧出口b、CO2 冷侧入口c和CO2热侧出口d；在回热器前盖板1.1上与回热器冷介质板片1.2和回热器热介质板片1.3的相同位置处有CO2热侧入口a和CO2冷侧出口b，回热器后盖板1.4上与回热器冷介质板片1.2和回热器热介质板片1.3的相同位置上有CO2冷侧入口c和CO2热侧出口d。
如图8、图9、图10和图11所示，所述预冷器热介质板片2.2和预冷器冷介质板片2.3的相同位置上分布有热侧入口e、热水出口f、冷水入口 g、热侧出口h；在预冷器前盖板2.1上与预冷器热介质板片2.2和预冷器冷介质板片2.3的相同位置处有热侧入口e和热水出口f，预冷器后盖板 2.4上与预冷器热介质板片2.2和预冷器冷介质板片2.3的相同位置上有冷水入口g和热侧出口h。
所述回热器热侧入口管道3的一端连接回热器前盖板1.1上的CO2热侧入口a，另一端是外部管道接口，回热器热侧出口-预冷器热侧入口连接管4的一端与回热器后盖板的CO2热侧出口d连接，另一端与预冷器前盖板2.1的热侧入口e连接，预冷器热侧出口管道5与预冷器后盖板2.4 的热侧出口h连接，另一端是外部管道接口，回热器冷侧出口管道6与回热器前盖板1.1上的CO2冷侧出口b连接，另一端是外部管道接口，回热器冷侧入口管道7与回热器后盖板1.4上的CO2冷侧入口c连接，另一端是外部管道接口，冷却水出口管道8与预冷器前盖板上2.1的热水出口f 连接，另一端是外部管道接口，冷却水入口管道9与预冷器后盖板2.4上的冷水入口g连接，另一端是外部管道接口。
如图4、图5、图8和图9所示，，本发明换热器板片整体程扇形，微通道程辐射状分布于扇面，流体沿箭头方向来回穿梭于不同扇形区域进行换热。
如图3所示，本发明一种紧凑型多级串联PCHE换热器的换热方法，外部高温CO2由回热器热侧入口管道3进入回热器热介质板片1.3，释放热量后由回热器热侧出口-预冷器热侧入口连接管4进入预冷器热介质板片2.2，进一步被冷却后由预冷器热侧出口管道5流出换热器供外部设备使用；外部低温CO2由回热器冷侧入口管道7进入回热器冷介质板片1.2，吸收热量后由回热器冷侧出口管道6流出换热器，供外部设备使用；外部冷却水由冷却水入口管道9进入预冷器冷介质板片2.3，吸收CO2侧热量后由冷却水出口管道8流出换热器外部。
以上详细说明仅为本发明的较佳实施例，如换热器外部管道供给方向有变化，例如冷却水进出口在换热器后方，只需调整连接管方向即可，不能以此限定本发明的范围。即凡是依据本发明申请范围所作的均等变化与修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。
