本發(fā)明屬于換熱器，具體是涉及一種基于風(fēng)險設(shè)計的高壓氫氣pche換熱器。

背景技術(shù)：

0、技術(shù)背景

1、微通道換熱器(pche)是一種通過在薄板片上蝕刻換熱通道，并通過擴散焊將板片焊合在一起所制成的換熱器。這種換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、換熱效率高、耐高溫、耐高壓等優(yōu)點，在lng浮式儲存和再汽化領(lǐng)域，核電、火電等布雷頓循環(huán)發(fā)電領(lǐng)域，制氫、儲氫和充氫等領(lǐng)域?qū)袕V泛的應(yīng)用。

2、應(yīng)用于加氫站充氫過程的高壓氫氣pche換熱器最高操作壓力可達到90mpa，并伴有頻繁的壓力波動，使得該場景下的pche換熱器存在疲勞破壞的可能性。但目前用于制造這類換熱器的鋼板材料及擴散焊接頭在90mpa以上氫氣環(huán)境中的適用性以及在90mpa以上氫氣環(huán)境中的疲勞性能均處于研究階段，缺少安全保障。此外，加工、制造過程中的缺陷也可能會對此類換熱器在使用過程中的安全性產(chǎn)生影響。

3、因此，針對高壓氫氣pche換熱器的使用安全性提出一種新的結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而能在pche換熱器發(fā)生泄漏或爆破前進行預(yù)警，是十分有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是為了解決上述問題，提供一種基于風(fēng)險設(shè)計的高壓氫氣pche換熱器。

2、本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

3、一種基于風(fēng)險設(shè)計的高壓氫氣pche換熱器，包括自上而下依次布置的上端板、換熱芯體和下端板，所述換熱芯體由高壓氫側(cè)板片和低壓氫側(cè)板片交替堆疊而成，高壓氫側(cè)板片和低壓氫側(cè)板片的中心設(shè)置為流道區(qū)域，所述換熱芯體在流道區(qū)域的任意相對兩側(cè)布置高壓氫側(cè)管箱，并在另一相對兩側(cè)布置低壓氫側(cè)管箱；

4、所述高壓氫側(cè)板片上的流道區(qū)域內(nèi)布置高壓流道，低壓氫側(cè)板片上的流道區(qū)域內(nèi)布置低壓流道，所述高壓氫側(cè)管箱與高壓流道連通，所述低壓氫側(cè)管箱與低壓流道連通；

5、所述高壓流道呈幾字型緊密排列，所述高壓氫側(cè)板片和低壓氫側(cè)板片在流道區(qū)域的兩側(cè)相同位置布置緩沖流道，所述緩沖流道垂直于高壓流道幾字型排列產(chǎn)生的轉(zhuǎn)彎間隙；各換熱板片的緩沖流道疊合形成緩沖槽，所述緩沖槽還通過釋放通道連接每個所述高壓氫側(cè)板片的高壓流道區(qū)域，并與所述高壓流道保持隔斷；所述緩沖槽的頂端和底端分別由所述上端板和下端板封閉。

6、優(yōu)選的，所述緩沖槽與每個所述高壓氫側(cè)板片的高壓流道區(qū)域之間設(shè)置有釋放通道，所述釋放通道的進口布置在所述高壓流道幾字型排列產(chǎn)生的轉(zhuǎn)彎間隙中。

7、優(yōu)選的，所述換熱芯體與上端板和下端板連接的一側(cè)，均設(shè)置為低壓氫側(cè)板片。

8、優(yōu)選的，所述高壓氫側(cè)管箱包括高壓進口管箱和高壓出口管箱，高壓進口管箱連通所述高壓流道的進口端，高壓出口管箱連通所述高壓流道的出口端。

9、優(yōu)選的，所述低壓氫側(cè)管箱包括低壓進口管箱和低壓出口管箱，低壓進口管箱連通所述低壓流道的進口端，低壓出口管箱連通所述低壓流道的出口端，所述低壓氫側(cè)管箱和高壓氫側(cè)管箱的設(shè)置位置相避讓。

10、優(yōu)選的，所述上端板開設(shè)與所述高壓進口管箱連通的流體進口、與高壓出口管箱連通的流體出口，所述下端板用于封閉所述高壓進口管箱和高壓出口管箱的底端。

11、優(yōu)選的，所述釋放通道的截面呈半圓形、矩形、三角形、半橢圓形中的任意一種。

12、優(yōu)選的，記相鄰高壓流道的中軸線之間的距離為s1，記緩沖槽與其最靠近的流道區(qū)域間的距離為s2，則s2滿足s2≥0.5s1。

13、優(yōu)選的，記相鄰高壓流道的流道肋寬度為a，所述緩沖流道與兩側(cè)高壓流道之間的垂直距離分別為b1和b2，則b1＝b2，且b1+b2＞a。

14、優(yōu)選的，所述緩沖槽還連接設(shè)置在pche換熱器外壁上的檢漏接口。

15、優(yōu)選的，所述檢漏接口上還設(shè)置氫氣泄漏報警裝置。

16、本發(fā)明的有益效果在于：

17、1)在充分考慮風(fēng)險的基礎(chǔ)上對構(gòu)成高壓氫氣pche換熱器的高壓氫側(cè)板片結(jié)構(gòu)、低壓側(cè)板片結(jié)構(gòu)形式進行特殊設(shè)計，并將高壓氫側(cè)板片、低壓氫側(cè)板片及端板結(jié)構(gòu)進行合理的排列組合，獲得一種在高壓氫氣介質(zhì)環(huán)境下安全運行的pche換熱器。

18、高壓氫側(cè)板片、低壓側(cè)板片結(jié)構(gòu)設(shè)置緩沖槽，避免了高壓氫側(cè)流道區(qū)域、低壓側(cè)流道區(qū)域外側(cè)材料與高壓氫氣的直接接觸，在一定程度上減小了高壓氫側(cè)流道區(qū)域、低壓側(cè)流道區(qū)域外側(cè)材料被高壓氫氣劣化的可能性。

19、2)該pche換熱器具有與高壓氫側(cè)流道區(qū)域連接的釋放通道和緩沖槽，換熱器高壓氫側(cè)板片在使用過程中因制造換熱器的材料在高壓氫下發(fā)生劣化而發(fā)生斷裂或因循環(huán)壓力載荷引起疲勞斷裂抑或因制造缺陷引起破壞時，泄漏的氫氣通過釋放通道流入緩沖槽，緩沖槽在高壓下發(fā)生可控鼓凸，換熱器外壁能直接觀察到該鼓凸，從而起到檢漏與預(yù)警的作用。

20、高壓氫氣進入通過釋放通道流入緩沖槽中，還能在一定程度上降低換熱器內(nèi)部的壓力，降低爆破性。

21、3)該pche換熱器的上下端板與低壓側(cè)板片直接接觸，從而避免了與高壓氫側(cè)板片流道內(nèi)高壓氫氣的直接接觸，在一定程度上減小了端板材料被高壓氫氣劣化的可能性。

技術(shù)特征：

1.一種基于風(fēng)險設(shè)計的高壓氫氣pche換熱器，包括自上而下依次布置的上端板(11)、換熱芯體(12)和下端板(13)，所述換熱芯體(12)由高壓氫側(cè)板片(20)和低壓氫側(cè)板片(30)交替堆疊而成，高壓氫側(cè)板片(20)和低壓氫側(cè)板片(30)的中心設(shè)置為流道區(qū)域，所述換熱芯體(12)在流道區(qū)域的任意相對兩側(cè)布置高壓氫側(cè)管箱(21)，并在另一相對兩側(cè)布置低壓氫側(cè)管箱(31)，其特征在于：

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于風(fēng)險設(shè)計的高壓氫氣pche換熱器，其特征在于，所述緩沖槽(40)與每個所述高壓氫側(cè)板片(20)的高壓流道(22)區(qū)域之間設(shè)置有釋放通道(41)，所述釋放通道(41)布置在所述高壓流道(22)幾字型排列產(chǎn)生的轉(zhuǎn)彎間隙中。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于風(fēng)險設(shè)計的高壓氫氣pche換熱器，其特征在于，所述換熱芯體(12)與上端板(11)和下端板(13)連接的一側(cè)，均設(shè)置為低壓氫側(cè)板片(30)。

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于風(fēng)險設(shè)計的高壓氫氣pche換熱器，其特征在于，所述高壓氫側(cè)管箱(21)包括高壓進口管箱和高壓出口管箱，高壓進口管箱連通所述高壓流道(22)的進口端，高壓出口管箱連通所述高壓流道(22)的出口端。

5.如權(quán)利要求4所述的一種基于風(fēng)險設(shè)計的高壓氫氣pche換熱器，其特征在于，所述低壓氫側(cè)管箱(31)包括低壓進口管箱和低壓出口管箱，低壓進口管箱連通所述低壓流道(32)的進口端，低壓出口管箱連通所述低壓流道(32)的出口端，所述低壓氫側(cè)管箱(31)和高壓氫側(cè)管箱(21)的設(shè)置位置相避讓。

6.如權(quán)利要求5所述的一種基于風(fēng)險設(shè)計的高壓氫氣pche換熱器，其特征在于，所述上端板(11)開設(shè)與所述高壓進口管箱連通的流體進口、與高壓出口管箱連通的流體出口，所述下端板(13)用于封閉所述高壓進口管箱和高壓出口管箱的底端。

7.如權(quán)利要求2所述的一種基于風(fēng)險設(shè)計的高壓氫氣pche換熱器，其特征在于，記相鄰高壓流道(22)的中軸線之間的距離為s1，記緩沖槽(40)與其最靠近的流道區(qū)域間的距離為s2，則s2滿足s2≥0.5s1。

8.如權(quán)利要求2所述的一種基于風(fēng)險設(shè)計的高壓氫氣pche換熱器，其特征在于，記相鄰高壓流道(22)的流道肋寬度為a，所述釋放通道(41)與兩側(cè)高壓流道(22)之間的垂直距離分別為b1和b2，則b1＝b2，且b1+b2＞a。

9.如權(quán)利要求1所述的一種基于風(fēng)險設(shè)計的高壓氫氣pche換熱器，其特征在于，所述緩沖槽(40)還連接設(shè)置在pche換熱器外壁上的檢漏接口(42)。

10.如權(quán)利要求9所述的一種基于風(fēng)險設(shè)計的高壓氫氣pche換熱器，其特征在于，所述檢漏接口(42)上還設(shè)置氫氣泄漏報警裝置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于換熱器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于風(fēng)險設(shè)計的高壓氫氣PCHE換熱器。換熱器的換熱芯體由高壓氫側(cè)板片和低壓氫側(cè)板片交替堆疊而成，高壓氫側(cè)板片上的流道區(qū)域內(nèi)布置高壓流道，高壓流道呈幾字型緊密排列，高壓氫側(cè)板片和低壓氫側(cè)板片在流道區(qū)域的兩側(cè)相同位置布置緩沖流道，緩沖流道垂直于高壓流道幾字型排列產(chǎn)生的轉(zhuǎn)彎間隙，各換熱板片的緩沖流道疊合形成緩沖槽，緩沖槽還通過釋放通道連接每個高壓氫側(cè)板片的高壓流道區(qū)域。換熱器高壓氫側(cè)板片在使用過程中因疲勞斷裂、沖刷等不可預(yù)見因素引起破壞時，泄漏的氫氣通過釋放通道流入緩沖槽，緩沖槽在高壓下發(fā)生可控鼓凸，換熱器外壁能直接觀察到該鼓凸，從而起到檢漏與預(yù)警的作用。

技術(shù)研發(fā)人員：陳永東,姚志燕,吳曉紅,于改革,劉孝根,霍中雪
受保護的技術(shù)使用者：合肥通用機械研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14