本发明属于印刷电路板式换热器领域，具体涉及一种换热板组件、换热器芯体、换热器及换热器制作方法。
背景技术：
超临界二氧化碳布雷顿循环是一种新型、高效、安全的能量循环系统，被认为是最有潜力的第四代高温气冷核反应堆循环系统。在超临界二氧化碳布雷顿循环中，换热器是最为重要的换热部件之一，其热工水力性能对整个循环的效率和系统尺寸有着重要的影响。
目前，第二、第三代压水堆核电站中采用的换热器普遍为管壳式换热器。传统的管壳式换热器由于换热面积较小，换热效率低，体积大，耐高温、耐高压以及减震抗震效果较差，已不能满足超临界二氧化碳布雷顿循环高温气冷堆的发展要求。因此，需要一种新型高效、紧凑的高温高压换热设备。印刷电路板式换热器(pche)作为一种新型耐高温高压设备，其具有换热面积大，体积小，换热效率高等优点，被认为是超临界二氧化碳布雷顿循环中最为适用的换热器。印刷电路板式换热器其换热板通道采用化学刻蚀工艺形成的，换热板之间采用扩散焊连接一起组成印刷电路板式换热器芯体。
但印刷电路板式换热器采用真空扩散焊的缺点也非常明显：真空扩散焊工艺长时间高温高压的焊接环境类似于材料退火，焊接后母材强度降低，流道容易变形；大平面多层换热板的真空扩散焊工艺复杂，加工难度大、加工成本高；真空扩散焊后，换热器芯体一体化，一旦发生流道堵塞或蚀穿后无法更换维修。
中国专利，专利公开号cn104990434a“机械镂穿的印刷电路板式换热器实现方法”，其特征在于，采用了加工机械镂穿金属板作为加工方式，避免了电化学蚀刻工艺引起的金属板刻穿。但其问题在于机械镂穿只适用于加工连续流道的pche换热板，无法应用于非连续流道换热板的加工；此外，该专利换热金属板之间仍采用扩散焊的方式，一旦发生流道堵塞或蚀穿后无法更换维修。
中国专利，专利公开号cn107388854a“一种基于3d打印技术的新型印刷电路板式换热器”其特征在于采用了3d打印技术，可以实现多种流道形式。但目前金属3d打印技术不成熟，强度、精度较低，不能满足高温高压pche结构强度、流道表面粗糙度的要求。此外，3d打印技术与真空扩散焊一致，加工的换热器芯体均为一体成型，一旦发生流道堵塞或蚀穿后无法更换维修。
目前国内外均较少有公开成果和专利介绍涉及高温高压板式换热器的换热板更换维修。因此，亟需设计一种新的易于维修的印刷电路板式换热器。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种换热板组件、换热器芯体、换热器及换热器制作方法，结构简单紧凑，换热效率高，密封性能好，流道形式多样，耐高温高压，加工难度较低且易于维护。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种换热板组件，设置换热板，所述的换热板上设置热量交换区及流体口；
至少围绕所述的热量交换区及流体口嵌设密封体，所述的密封体由多个金属丝和/或金属管并列形成流道式封闭结构。
可选的，于所述换热板的边缘嵌设密封体。
可选的，所述的热量交换区为连通两个流体口的四边形结构，靠近流体口为导流区，连接导流区为换热区；
换热区的流道形式为连续半圆形截面直通道、z字形通道、正弦形通道，非连续机翼形通道、菱形通道或s形通道。
可选的，对应所述的密封体，在换热板上设置密封槽。
一种换热板组件，至少交替设置冷换热板和热换热板，冷换热板上设置热量交换区及流体口，热换热板上设置热量交换区及流体口；
围绕热量交换区及流体口嵌设密封体，围绕冷换热板的边缘和热换热板的边缘分别嵌设密封体，所述的密封体由多个金属丝和/或金属管并列形成流道式封闭结构；
冷换热板、密封体和热换热板平面压装密封。
可选的，对应所述的密封体，在冷换热板和热换热板上分别设置密封槽。
一种换热器芯体，依次叠设第一底板、换热板组件和第二底板，所述的换热板组件为本发明所述的换热板组件；
第一底板与换热板组件间通过平面压装嵌设密封体，第二底板与换热板组件间通过平面压装嵌设密封体，所述的密封体由多个金属丝和/或金属管并列形成流道式封闭结构。
一种换热器，所述的换热器设置换热器芯体、换热芯体压装架及换热器壳体，所述的换热器芯体为本发明所述的换热器芯体；
换热器芯体压装架沿所述换热器芯体的上下面压设条板式压装架本体，压装架本体之间通过加固件连接。
可选的，所述的换热器壳体设置矩形的外壳，矩形外壳的两端设置收口的第一封头和第二封头，第一封头上设置泄压阀，第二封头上设置压力表；
矩形外壳底层内设置固定架，用于固定换热芯体压装架；
矩形外壳上层设置密封盖板组件，用于密封贯穿设置冷流体进口管、热流体出口管、热流体进口管和冷流体出口管；
所述的密封盖板组件由上到下依次叠设第一盖板、石墨密封板、第二盖板和密封垫片，所述的石墨密封板设置多个，第一盖板、石墨密封板、第二盖板和密封垫片通过贯穿的螺栓固定安装。
一种换热器的制作方法，所述的换热器至少设置换热器芯体；
换热器芯体依次叠设第一底板、换热板组件和第二底板，所述的换热板组件交替设置冷换热板和热换热板；
所述的冷换热板和热换热板间平面压装嵌设密封体，第一底板与换热板组件间平面压装嵌设密封体，第二底板与换热板组件间平面压装嵌设密封体；
所述的密封体由多个金属丝和/或金属管并列形成流道式封闭结构。
本发明与现有技术相比，具有以下优势：
本发明的换热组件可以灵活的设置在现有技术中的换热器中，特别是换热板与换热板、换热板与底板之间为流道式紧压密封结构，密封效果好，能耐高温高压。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1为本发明的换热器芯体结构示意图；
图2为本发明的金属密封圈结构示意图；
图3为本发明的换热板结构示意图；
图4为本发明的换热器结构示意图；
图5为本发明的换热器结构示意图；
图6为本发明的换热器内部结构示意图；
图7为本发明的密封盖板组件结构示意图；
图中各标号表示为：1-换热器芯体、a-换热板组件、a1-密封体、a11-边缘密封圈、a12-交换区密封圈、a13-流体口密封圈、a2-换热板、a21-导流区、a22-换热区、a23-密封槽、a231-边缘密封槽、a232-交换区密封槽、a233-流体口密封槽、a24-冷流体入口、a25-冷流体出口、a26-热流体入口、a27-热流体出口、b-第一底板、c-第二底板；
2-换热芯体压装架、21-压装架本体、22-加固件；
3-换热器壳体、31-密封盖板组件、311-第一盖板、312-石墨密封板、313-第二盖板、314-密封垫片、32-第一封头、33-第二封头、34-泄压阀、35-压力表、36-固定架；
a-冷流体进口管、b-热流体出口管、c-热流体进口管、d-冷流体出口管。
具体实施方式
以下将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，以下所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，并非全部实施例，也并未对本发明做任何形式上的限制，凡是利用本实施例的技术方案，包括对本实施例做了简单的变化，均属于本发明保护的范围。
本发明描述中，术语“包括”、“包含”和“具有”意在包括性。另外，也应当理解的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位关系为基于附图所示方位关系，并非理解为对本发明的限制。
结合图1-7，本发明的换热板组件设置换热板a2，换热板a2上设置热量交换区及流体口；至少围绕热量交换区及流体口嵌设密封体a1，密封体a1由多个金属丝和/或金属管并列形成流道式封闭结构，这里所说的流道式密封结构，类似于“跑道”式的密封结构，平面多层围设，保证多层密封，密封效果好；单个的金属丝或金属管其横截面为圆形或圆环形，材质可为银、黄铜、纯铜或镀镍软铁等常见的金属材料。本发明的换热板之间为迷宫紧压式密封结构，密封效果好，能耐高温高压；且至少在热量交换区和流体口周围设置密封体，保证在流体热交换的重点区域不会发生液体泄漏，所有换热板之间连接均为密封连接，所有部件活动可拆，换热板通道堵塞或蚀穿后，便于维修更换。
在本公开的实施例中，于换热板a2的边缘嵌设密封体a1，为了进一步保证密封和安装效果，在相邻的换热板a2之间的边缘处也设置密封体a1，不仅保证边缘的密封效果，同时通过边缘的压装紧密配合又实现了多个换热板之间的安装固定问题，不再需要其他的辅助安装部件。
在本公开的实施例中，热量交换区为连通两个流体口的四边形结构，靠近流体口为导流区a21，连接导流区为换热区a22；换热区a22的流道形式为连续半圆形截面直通道、z字形通道、正弦形通道，非连续机翼形通道、菱形通道或s形通道。换热区a22流道形式多样，根据换热与阻力需求进行不同的设置，优选的，流道水力直径为0.5～1.5mm。换热区a22的通道为微通道，换热面积大，换热系数高；通道结构形式多样，能满足不同换热效率与流动阻力的要求；
在本公开的实施例中，对应密封体a1，在换热板a2上设置密封槽a23。换热板a2的材质可为高温合金钢、不锈钢、镍基合金、钛合金等，厚度为1～2mm。密封槽a23与密封体a1的结构对应，也是多个流道式的封闭槽体排列形成，单个密封槽的截面为圆形、矩形或梯形等形状，用于容纳密封体a1，进一步的在平面上实现液体阻断，同时压装密封效果好。
一种换热板组件，至少交替设置冷换热板和热换热板，冷换热板上设置热量交换区及流体口，热换热板上设置热量交换区及流体口；围绕热量交换区及流体口嵌设密封体a1，围绕冷换热板的边缘和热换热板的边缘分别嵌设密封体a1，密封体a1由多个金属丝和/或金属管并列形成流道式封闭结构；冷换热板、密封体a1和热换热板平面压装密封。换热板通常由冷换热板和热换热板交替叠设形成，两者的结构类似，只是区别在于介质入口的不同，比如如图3所示为一种冷换热板的结构，冷换热板中分别设有冷流体入口a24、冷流体出口a25、热流体入口a26、热流体出口a27，设有热量交换区，热量交换区与冷流体入口a24和冷流体出口a25连通，热量交换区包括导流区a21和换热区a22，导流区a21确保换热区域不同流道流量分配均匀，换热区a22的流道形式多样，可为连续半圆形截面直通道、z字形通道、正弦形通道，非连续机翼形通道、菱形通道、s形通道等；所以，在此结构中，至少围绕热量交换区和流体口设置密封槽a23，即围绕热量交换区设置的交换区密封槽a232，分别围绕热流体入口a26和热流体出口a27设置的流体口密封槽a233，还有在冷换热板边缘设置的边缘密封槽a231，与之对应的，即为图2中密封体a1所示的边缘密封圈a11、交换区密封圈a12和流体口密封圈a13；同理，如果是热换热板，仅仅是将热量交换区与热流体入口a26和热流体出口a27连通，其他形式和结构均相同。
在本公开的实施例中，对应密封体a1，在冷换热板和热换热板上分别设置密封槽a23。密封槽a23与密封体a1的结构对应，也是多个流道式的封闭槽体排列形成，单个密封槽的截面为圆形、矩形或梯形等形状，用于容纳密封体a1，进一步的在平面上实现液体阻断，同时压装密封效果好。
一种换热器芯体1，依次叠设第一底板b、换热板组件a和第二底板c，换热板组件a为本公开中的换热板组件a；第一底板b与换热板组件a间通过平面压装嵌设密封体a1，第二底板c与换热板组件a间通过平面压装嵌设密封体a1，密封体a1由多个金属丝和/或金属管并列形成流道式封闭结构。换热器芯体1如图1所示，芯体主体部分由n组冷换热板、密封体a1和热换热板交替组成。第二底板c与换热板a2在相同位置处蚀刻有同样的换热流道和迷宫密封凹槽的厚金属板，即第二底板c与换热板组件a间通过平面压装嵌设密封体a1，第一底板b与换热板a2在相同位置处蚀刻有同样的换热流道和迷宫密封凹槽的厚金属板，即第一底板b与换热板组件a间通过平面压装嵌设密封体a1。
结合图4，本发明的一种换热器设置换热器芯体1、换热芯体压装架2及换热器壳体3，换热器芯体1为本公开中的换热器芯体1；换热器芯体压装架2沿换热器芯体1的上下面压设条板式压装架本体21，压装架本体21之间通过加固件22连接，本发明的换热器的安装方式，创新性的首选平面密封压装的形式，再配合换热器芯体压装架2实现压装方向的固定密封，同时，各个换热板之间均为单独的结构，可以随意更换，降低使用成本。
在本公开的实施例中，换热器壳体3设置矩形的外壳，矩形外壳的两端设置收口的第一封头32和第二封头33，第一封头32上设置泄压阀34，第二封头33上设置压力表35；矩形外壳底层内设置固定架36，用于固定换热芯体压装架2；矩形外壳上层设置密封盖板组件31，用于密封贯穿设置冷流体进口管a、热流体出口管b、热流体进口管c和冷流体出口管d；密封盖板组件31由上到下依次叠设第一盖板311、石墨密封板312、第二盖板313和密封垫片314，石墨密封板312设置多个，第一盖板311、石墨密封板312、第二盖板313和密封垫片314通过贯穿的螺栓固定安装。密封盖板组件31如图7所示，第二盖板313同壳身之间夹有密封垫片314，材质可为橡胶、硅胶、石墨或石棉等，第二盖板313上的凹槽内放置多层石墨密封板312，通过螺栓紧固件挤压，第一盖板311、石墨密封板312、第二盖板313、密封垫片314和壳身紧密连接。换热器壳体3包裹在换热器芯体2外部，芯体和壳体之间填充保温棉来实现保温作用；封头两侧装有压力表35和泄压阀34，用于检测工质是否泄露。换热器其余金属部件材质可为高温合金钢、不锈钢、镍基合金、钛合金等。换热器壳体结构如图5和6所示，壳身两侧装有封头，中间夹有密封垫片，密封垫材质可为橡胶、硅胶或石棉等，通过螺栓紧密连接，封头两侧顶部分别装有压力表25和排气阀26，通过压力表25来检测换热器是否有工质泄露。壳身底部设有固定架36，换热器芯体1通过换热器芯体压装架2与固定架36紧固连接，确保换热芯体1的稳定，壳身顶部开有方孔，方便芯体中导流管的安装和密封。换热芯体外部存在耐压壳体，壳体与芯体之间填充保温装置，同时起到多重防护，能有效防止、监测工质泄露。
一种换热器的制作方法，换热器至少设置换热器芯体1；换热器芯体1依次叠设第一底板b、换热板组件a和第二底板c，换热板组件a交替设置冷换热板和热换热板；冷换热板和热换热板间平面压装嵌设密封体a1，第一底板b与换热板组件a间平面压装嵌设密封体a1，第二底板c与换热板组件a间平面压装嵌设密封体a1；密封体a1由多个金属丝和/或金属管并列形成流道式封闭结构。冷换热板、热换热板、第二底板c、第一底板b、导流管材质均为耐高温alloy617镍基合金。固定架36、盖板及所有螺栓紧固件材质均为42crmo合金钢。换热器壳体3均为316l不锈钢。在本实施例中的冷流体由冷流体进口管a流入，再由冷流体出口管d流出，完成换热；热流体由热流体进口管c流入管箱，由热流体出口管b流出，完成换热。本实施例中换热器可实现最高30mpa、600℃流体的换热。
与传统管壳式换热器相比，本发明中的换热器体积小，换热面积大，换热系数高，且通道结构形式多种多样，能满足不同换热效率和流动阻力的要求；与现有的印刷电路板式换热器相比，本发明中换热器芯体的冷热换热板之间采用迷宫紧压式密封，换热板活动可拆，换热板通道堵塞或蚀穿后，便于维修更换；换热芯体外部存在耐压壳体，壳体与芯体之间填充保温装置，同时起到多重防护，能有效防止、监测工质泄露。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
1.一种换热板组件，其特征在于，设置换热板(a2)，所述的换热板(a2)上设置热量交换区及流体口；
至少围绕所述的热量交换区及流体口嵌设密封体(a1)，所述的密封体(a1)由多个金属丝和/或金属管并列形成流道式封闭结构。
2.根据权利要求1所述的换热板组件，其特征在于，于所述换热板(a2)的边缘嵌设密封体(a1)。
3.根据权利要求1或2所述的换热板组件，其特征在于，所述的热量交换区为连通两个流体口的四边形结构，靠近流体口为导流区(a21)，连接导流区为换热区(a22)；
换热区(a22)的流道形式为连续半圆形截面直通道、z字形通道、正弦形通道，非连续机翼形通道、菱形通道或s形通道。
4.根据权利要求1或2所述的换热板组件，其特征在于，对应所述的密封体(a1)，在换热板(a2)上设置密封槽(a23)。
5.一种换热板组件，其特征在于，至少交替设置冷换热板和热换热板，冷换热板上设置热量交换区及流体口，热换热板上设置热量交换区及流体口；
围绕热量交换区及流体口嵌设密封体(a1)，围绕冷换热板的边缘和热换热板的边缘分别嵌设密封体(a1)，所述的密封体(a1)由多个金属丝和/或金属管并列形成流道式封闭结构；
冷换热板、密封体(a1)和热换热板平面压装密封。
6.根据权利要求5所述的换热板组件，其特征在于，对应所述的密封体(a1)，在冷换热板和热换热板上分别设置密封槽(a23)。
7.一种换热器芯体，其特征在于，依次叠设第一底板(b)、换热板组件(a)和第二底板(c)，所述的换热板组件(a)为权利要求1-6任一所述的换热板组件(a)；
第一底板(b)与换热板组件(a)间通过平面压装嵌设密封体(a1)，第二底板(c)与换热板组件(a)间通过平面压装嵌设密封体(a1)，所述的密封体(a1)由多个金属丝和/或金属管并列形成流道式封闭结构。
8.一种换热器，其特征在于，所述的换热器设置换热器芯体(1)、换热芯体压装架(2)及换热器壳体(3)，所述的换热器芯体(1)为权利要求7所述的换热器芯体(1)；
换热器芯体压装架(2)沿所述换热器芯体(1)的上下面压设条板式压装架本体(21)，压装架本体(21)之间通过加固件(22)连接。
9.根据权利要求8所述的换热器，其特征在于，所述的换热器壳体(3)设置矩形的外壳，矩形外壳的两端设置收口的第一封头(32)和第二封头(33)，第一封头(32)上设置泄压阀(34)，第二封头(33)上设置压力表(35)；
矩形外壳底层内设置固定架(36)，用于固定换热芯体压装架(2)；
矩形外壳上层设置密封盖板组件(31)，用于密封贯穿设置冷流体进口管(a)、热流体出口管(b)、热流体进口管(c)和冷流体出口管(d)；
所述的密封盖板组件(31)由上到下依次叠设第一盖板(311)、石墨密封板(312)、第二盖板(313)和密封垫片(314)，所述的石墨密封板(312)设置多个，第一盖板(311)、石墨密封板(312)、第二盖板(313)和密封垫片(314)通过贯穿的螺栓固定安装。
10.一种换热器的制作方法，其特征在于，所述的换热器至少设置换热器芯体(1)；
换热器芯体(1)依次叠设第一底板(b)、换热板组件(a)和第二底板(c)，所述的换热板组件(a)交替设置冷换热板和热换热板；
所述的冷换热板和热换热板间平面压装嵌设密封体(a1)，第一底板(b)与换热板组件(a)间平面压装嵌设密封体(a1)，第二底板(c)与换热板组件(a)间平面压装嵌设密封体(a1)；
所述的密封体(a1)由多个金属丝和/或金属管并列形成流道式封闭结构。
技术总结