根据美国能源情报署(EIA)的《2017国际能源展望》，2015年至2040年，全球能源消费量预计将增长28% (EIA, 2017)。核电站目前提供了全球11%的电力。据预测，核能是世界上增长速度第二快的能源来源，在2015年至2040年期间，核能将以平均每年1.5%的速度增长。在美国，核电目前占所有发电的20%左右，占清洁发电的60%以上。世界上大部分的核电是由第二代和第三代核电站产生的。尽管现有核电站的很大一部分将在本世纪30年代退役，但世界各地对清洁电力不断增长的需求将刺激核能的发展。为了实现未来核电的安全性、可靠性、可持续性、经济竞争力和防扩散能力，核能开发必须提高技术水平。第四代国际论坛的成立是为了进一步促进核能以满足未来的能源需求。美国在下一代核电站(NGNPs)的新技术开发上投入了大量精力。

极高温反应堆(VHTR)是NGNP的一个很有前途的候选者，因为它能够高效发电，并为工业应用提供高温过程热。VHTR核热供应系统(NHSS)由一个氦冷却、石墨慢化、热中子谱反应堆和一个中间热传输回路组成。堆芯有两种概念，即棱柱体块和卵石层。NHSS具有将高压、高温氦气输送到电力转换单元(PCU)用于电力生产和用于热加工应用的工业工厂的能力。反应堆堆芯出口的氦温度在第一阶段降低到800°C，然后在后期发展阶段增加到1000°C或以上。VHTR可用于许多具有这种高冷却剂出口温度的应用。电力生产可以使用通过高压蒸汽发生器的兰金循环，使用主氦冷却剂作为工作流体的直接布雷顿循环燃气轮机，或使用二次氦流体的间接循环燃气轮机。过程热的应用可能包括制氢、煤气化、石油炼制、生物燃料生产和用于化肥和化学工业的化学原料的生产。

极高温反应堆(VHTR)的发电效率和热效率在很大程度上取决于中间热交换器(IHXs)。IHX是将热能从一级冷却剂转移到二级冷却剂的关键部件，二级冷却剂可以是氦、超临界二氧化碳(sCO2)或熔盐。此外，IHX作为一个接口，将VHTR主系统与工厂隔离，用于发电和工艺热应用。因此，它必须足够可靠，以在正常和非正常条件下保持整个系统的完整性。由于氦通常具有低体积热容量和低热导率的低传热能力，具有高表面积与体积比的紧凑型热交换器，通常为700 m2/m3或更高，更适合用于vhtr的IHX。印刷电路板换热器(PCHE)因其高效、紧凑、坚固以及能够承受高压和高温而从几种热交换器候选中脱颖而出。pche是板式紧密型热交换器，其中流动通道(通常具有较小的液压直径)使用光化学加工工艺蚀刻成平板金属板。关于流道几何形状，有几种PCHE设计，如直、之字形、s形翅片和翼型翅片通道。对蚀刻的金属板进行研磨和研磨，以去除板表面上的任何划痕，然后使其平整平行。最后，蚀刻板与规定的排列配置和扩散粘合在一起，以创建一个高完整性的固体块，然后再将流量分配头连接到热交换器。

印刷电路板换热器(PCHE)在先进核反应堆上的应用在其发展初期很少受到重视。研究主要集中在一次侧和功率转换系统，并将pche型IHX视为理想解决方案。近年来，国内外对PCHEs的研究主要分为四类:热水力性能的实验和数值研究、几何参数的优化、力学完整性的应力分析和动力行为的研究。在接下来的内容中，将对这四个类别分别进行文献综述。

稳态热水力性能研究

近年来，人们对PCHEs的稳态热水力性能进行了大量的研究。Nikitin等人(2006)在sCO2循环中研究了致密度为1050m2 /m3的3kw PCHE的传热和压降特性。PCHE由锯齿形通道组成，冷热侧工作液均为sCO2。研究发现，整体传热系数在300 ~ 650 W/(m2-K)之间变化。Tsuzuki等人(2007)对不同通道形状引起的压力损失进行了进一步的研究，其中包括对具有s形翅片通道的PCHE进行三维热水力模拟。作者得出结论，具有s形翅片通道的PCHE与具有之字形通道的PCHE具有相似的热性能，而其压力损失减少了约20%。Ngo等(2007)对具有锯齿形和s形翅片通道的PCHEs的热水力特性进行了实验研究。他们发现这两种pch比传统的壳管式热交换器具有更高的传热性能。而在雷诺数相同的情况下，锯齿形通道的PCHE的努塞尔数比s形翅片通道的PCHE高24-34%，锯齿形通道的压降是s形翅片通道的4 - 5倍。两项研究都表明，PCHEs的热水力性能与通道形状和几何参数有很强的关系。

印刷电路热交换器(PCHE)从1985年开始商业化生产，直到20世纪90年代末才在热交换器文献中被提及。这是一种紧凑的热交换器。

耐压高

PCHE芯体是为承受异常高压而设计的。印刷电路板换热器(PCHE)的设计压力为500bar (7500 psi)。

极端温度

主体材料，如奥氏体不锈钢允许温度从低温到900°C(1650°F)。

安全性能优异

PCHE不容易受到通常与壳管交换器相关的危险，例如由于流动引起管的振动和管的破裂。因此，超压释放系统可以大幅降低。pch高度紧凑的性质也意味着它们存液量低，与壳管交换器相比。

可控流体压降

尽管印刷电路板换热器(PCHE)结构紧凑，但对压降规格没有限制对于流过它们的液体，即使是气体或高粘性液体。而这些段落与传统设备相比，它们流程很小，压降很小。

极小的段面温度

流体接触可以是逆流、横流或这些的组合，以适应工艺要求。逆流设计使深度温度交叉和温度接近3-5°C。

多流股设计

板式热交换器的特点之一是它们能够在一个单元中包含两个以上的工艺流。pch将多流能力扩展到高温高压工艺。多流换热器通过减小换热器和管道重量，具有明显的空间和重量优势。过程控制也可以简化或取消。流体可以在中间点进入或离开热交换器核心，并且可以串联或并联接触，允许进口/出口温度的灵活性。

高效率

PCHEs在一个紧凑的单元中满足了超过97%的高热效率的工艺要求。高效热交换器可在整体工艺方案中降低其他加热/冷却操作的负荷、体积和成本。

液体注射混合

PCHEs芯的独特结构可以精确地将一种流体注入另一种流体中。

两相流体

pch处理液体的沸腾和凝结，也可以用于更复杂的任务，包括吸收和精馏。也可以在PCHE核心中均匀分布两相入口流。

功能集成

PCHE硬件不局限于热交换-它还可以包含其他功能，如化学反应，传质和混合。

应用:

烃气和NGL加工

气体处理

液体复苏

液化天然气和低温

合成燃料生产„

化学处理

酸-硝酸，磷等。

碱性-烧碱，苛性钾

肥料——氨、尿素精炼

反应器进料/出水交换器

空气分离

电力与能源

冷却器和冷凝器

级联冷凝器

吸收循环

地热发电

核

由于其高表面密度面积(>2500 m2/m3)而属于紧凑型热交换器的类别。特别地，它通常被归类为印刷电路热交换器(PCHE)。这个名字来源于它的制造方法。更准确地说，流体通道是在金属板的两侧用化学光刻出来的。正如PCHE的名称所暗示的那样，这与用于生产电子设备的标准印刷电路板的技术相同。

此外，经过磨铣(蚀刻)的板随后通过扩散粘接连接在一起，从而形成非常坚固的全金属热交换器芯。扩散焊过程允许晶粒生长，从而基本上消除了接头处的界面，从而获得了母体金属强度。由于扩散键合，hxer的预期寿命比任何其他基于钎焊结构的HX更长。一堆已粘合在一起的铣板组成一块。完整的热交换器核心是由焊接在一起的这些块作为热负荷(流动能力)的HX要求

流体集管和喷嘴通常直接焊接在芯上。几何形状有助于减少头部分布不均。

流道通常具有半圆形截面，也可以根据需要呈径向波纹状。它们的宽度和深度分别在1.0-2.0 mm和0.5-1.0 mm之间。江苏航烨能源科技有限公司建议，2.0 mm的通道直径可以最大限度地提高热性能和经济效率[热车间]。

Pche有几个独特的特性，有助于其卓越的性能。最独特的是高允许压力和温度限制。具体来说，由于其原始设计Pche能够在高达50 MPa的压力和不超过900°C的温度下工作。为了允许在这种极端条件下运行，PCHE中通常使用的材料包括奥氏体不锈钢，钛和镍(纯/合金)，所有这些都是耐腐蚀的。一般不使用碳钢有两个原因。首先，由于通道直径小，hxer的设计基本上为零腐蚀余量，以避免通道堵塞。第二，碳钢不适合扩散焊。

除了广泛的工作范围外，印刷电路板换热器(PCHE)的巨大潜力还体现在其增强的安全特性上。由于其结构，它不使用或包含任何垫片或钎焊材料。因此，泄漏或流体不兼容的风险大大降低。特别是，由于HEATRIC HX的连续通道，其泄漏风险大约比任何其他HX低两个数量级。在其100年的商业运行期间，从未发生过大气泄漏。此外，微通道设计有效地防止了任何流动引起的振动损伤和管道破裂。随着超压减压系统需求的减少，系统的尺寸可能会减小，从而降低设备成本。

对于气-气应用，在pche中，污垢不构成重大问题。由于操作温度高，存在于团聚颗粒的水分量可以忽略不计，甚至不存在。此外，微信没有间断。因此，没有死点，颗粒容易粘附在通道壁上，造成严重的污垢问题。灵活性是pche的另一个显著特点。其通用性尤其体现在允许的流体类型和流动配置方面。pche是可行选择的流体种类包括液体、气体以及沸腾和冷凝两相流。该设计还允许多流体集成(多流容量)。最常用的流动配置包括但不限于反吹、横流、共流或这些的任何组合。

最后，尺寸和压降的考虑也有利于pche。由于设计紧凑，在相同的热负荷和压降下，pche的体积通常比标准换热器型小4到6倍。在质量方面，pche的平均质量占空比(吨/兆瓦)为0.2，而壳管换热器为13.5。显然，尺寸的减小将显著降低材料和处理成本。