夹套式换热器制造技术

一种换热器设备包括：壳，其在从上游端处的入口到下游端处的出口的流动长度上延伸，并且为第一流体限定第一流路；设置于壳内的结构，其为第二流体限定第二流路；壳中的至少一个副入口，其设置于自上游端起的下游；以及喷嘴，其设置于入口的下游。

Jacket heat exchanger

A heat exchanger device includes a shell which extends over the flow length from the inlet at the upstream end to the outlet at the downstream end and defines the first flow path for the first fluid; a structure arranged in the shell which defines the second flow path for the second fluid; at least one secondary inlet in the shell which is located downstream from the upstream end; and a nozzle which is located downstream of the inlet.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】夹套式换热器
技术介绍
本专利技术大体上涉及热传递设备，且更特别地涉及换热器。换热器是一种装置，其中处于不同温度的流体极为接近，使得热可以从一种流体传递到另一种。换热器具有许多物理配置，因为它们往往被合并到机器或车辆中，其中它们必须配合到紧凑的或异常地成形的空间中，例如在包封燃气涡轮发动机的机舱内。在高纵横比换热器中特别感兴趣的是具有相对较小的正面面积和在长的轴向长度上延伸，以便配合到紧凑的空间中。众所周知的是，换热器中的热传递速率与流体之间的温度差(被称为德耳塔T(ΔT))成比例。关于高纵横比换热器的一个问题是它们可能具有相对较差的性能，因为随着冷流体沿着流动长度吸收热而降低温度差，冷却潜力迅速地降低。
技术实现思路
上文指出的问题通过一种换热器解决，在该换热器中，流体中的一种通过额外流的夹带而被周期性地更新。根据本文中所描述的技术的一个方面，一种换热器设备包括：壳，其在从上游端处的入口到下游端处的出口的流动长度上延伸，并且为第一流体限定第一流路；设置于壳内的结构，其为第二流体限定第二流路；壳中的至少一个副入口，其设置于自上游端起的下游；以及喷嘴，其设置于入口的下游。根据本文中所描述的技术的另一方面，一种用于燃气涡轮发动机的换热器设备包括：壳，其在从上游端处的入口到下游端处的出口的流动长度上延伸，并且为第一流体限定第一流路，其中壳在入口处具有特性尺寸，并且流动长度除以特性尺寸的纵横比为一或更大；设置于壳内的多个管，其横向于流动方向而延伸，并且为第二流体限定第二流路；壳中的至少一个副入口，其设置于自上游端起的下游；以及喷嘴，其设置于至少一个副入口的下游。根据本文中所描述的技术的另一方面，一种操作换热器的方法包括：使处于第一温度的第一流体的主流流动通过壳，该壳在从上游端处的入口到下游端处的出口的流动长度上延伸；使处于与第一温度不同的第二温度的第二流体流动通过设置于壳内的结构，使得热从流体中的一种传递到另一种流体；将流体的副流通过壳中的至少一个副入口而夹带到壳中，该至少一个副入口设置于自上游端起的下游。附图说明通过参考结合附图做出的以下描述，可以最好地理解本专利技术，在附图中：图1是现有技术换热器的示意横截面图；图2是显示冷却剂总体温度分布相对流动长度的曲线图；图3是带有夹带特征的换热器的示意横截面图；图4是图3的换热器的示意俯视图；图5是备选的换热器的示意横截面图；图6是另一备选的换热器的示意横截面图；图7是另一备选的换热器的示意横截面图；图8是另一备选的换热器的示意横截面图；以及图9是与流路壁相邻地设置的图1的换热器的示意横截面图。具体实施方式参考其中同一参考标号遍及各个视图表示相同元件的附图，图1描绘现有技术换热器10。换热器10属于壳管式，其包括分别具有上游端14和下游端16的壳或壳体12、以及横过壳12延伸的多个管18。在操作中，处于第一温度的第一流体(在本文中也被称为冷却剂)沿着由箭头F所显示的从上游端14到下游端16的方向通过壳12并围绕管18流动。处于比第一温度更高的第二温度的第二流体流动通过管18。注意到，术语“流体”在本文中以通常的意义使用，意指倾向于呈现其容器的形状而流动的物质，并且可以指代液体、气体或者它们的组合。热能从第二流体通过管18的壁而流动并进入冷却剂中，且随后被带走。以每单位时间的能量为表征的热流的速率与第一流体和第二流体之间的温度之差(ΔT)成比例。实际上，温度差在换热器10的长度上不是一致的，因为冷却剂的温度随着它流过管18而增大。因此，例如上游端14附近的第一温度差将大于下游端16附近的第二温度差。该特性随着换热器长度增长而加剧。这导致换热器10与期望的相比不那么有效。该特性由在图2中标记为“A”的曲线示出。为了避免上述的有效性的损失，换热器可以以这样的方式配置，使得额外的新鲜冷却剂在一个或多个下游部位处被夹带到冷却剂的主流中。为了实现夹带，提供了缩流部或喷嘴，其增大流体速度且因此降低局部静压，从而提供用于夹带额外冷却剂的驱动力。如本文中所使用的，术语“喷嘴”指代无论其物理配置如何都实现该功能的任何结构。该原理可以在各种物理配置中体现。在下文中描述合适的配置的示例。虽然在使用第一流体来冷却第二流体的情境下描述以下示例，但将理解，换热器的主要功能是将热从一种流体传递到另一种，并且最终用途对于理解本专利技术而言并非关键的。例如，本文中所描述的换热器可以与流动通过管内部的液体(诸如发动机润滑油)一起使用，以及使用围绕管流动通过壳的气体(诸如冲压空气或发动机排出空气)。该热传递过程的最终目的可以是减小润滑油的温度或提高空气的温度，或者两者。还将理解，两种流体的相对温度可以与本文中所描述的示例相反，即，通过管的流可以比通过壳的流更冷。图3和图4示出使用该夹带原理的示范性换热器100。换热器100属于壳管式，其包括具有限定入口120的上游端114和限定出口122的下游端116的壳或壳体112。壳112由壁124限定。换热器100具有总流动长度“L”，并且在入口120处具有由一个或多个特性尺寸限定的正面面积。例如，如果入口120为圆形，其半径或直径可以是特性尺寸。在其它示例中，入口120可以是矩形或环形的形状。图3示出表示径向高度的特性尺寸“D”。通常，如本文中所使用的，“高纵横比”换热器指代其中正面面积特性尺寸中的至少一个小于流动长度的装置。在所示出的示例中，这对应于为一或更大的纵横比L/D。流动长度可以是正面面积的数倍。将理解，所示出的换热器100仅仅是示例，并且它可以表示更大或更长的换热器的一部分。多个管118横向于流动方向而横过壳112的内部延伸，并且可以被分组成多组或多束。束可具有不同数量的管118，并且可以以可变的长度隔开。注意到，管118仅仅是为流体限定流路的结构的一个示例。如图4中所看到的，提供了入口导管126，以将流引导到最下游的管束中。每对相邻的管束利用回流歧管128互相连接，并且最上游的管束连接到出口导管130。入口导管126、回流歧管128以及导管130配置成限定通过多束管118的迂回流路。迂回流路只是如何可以引导流通过管118的一个示例，而许多其它的配置是可能的。在自上游端114起的下游的一个或多个部位，壳112配置成限定喷嘴或面积缩小部132。在所示出的示例中，壁124被捏入，以限定最小流动面积的喉部134。中心体136在喉部128的正上游设置于壳112内。壳112还包括在喉部128的正上游的一个或多个副入口138。在操作中，处于第一温度的第一流体(也被称为冷却剂)沿着如箭头F所显示的从上游端114到下游端116的方向流动通过壳112。这可以被称为“主流”。第一流体还在由箭头F2表示的“副流”中围绕壳112的外侧流动。处于第二温度的第二流体流动通过管118。随着冷却剂流动通过喷嘴132，流体速度增大，因此降低局部静压。这提供了驱动力，用于夹带流动于壳112外部的额外冷却剂(即，副流)通过副入口138。该额外的夹带冷却剂与已经过上游束的管118的主流相混合。结果是，副入口138下游的主流体的温度低于在不存在夹带的情况下将会处于的温度。图2示出带有夹带或更新的主流体的温度特性。参考曲线“B”可以看出，如将预期的那样存在有沿着流动长度的温度上升，但在其中额外冷却剂通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种换热器设备，包括：壳，其在从上游端处的入口到下游端处的出口的流动长度上延伸，并且为第一流体限定第一流路；设置于所述壳内的结构，其为第二流体限定第二流路；所述壳中的至少一个副入口，其设置于自所述上游端起的下游；以及喷嘴，其设置于所述至少一个副入口的下游。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.14 US 15/2104341.一种换热器设备，包括：壳，其在从上游端处的入口到下游端处的出口的流动长度上延伸，并且为第一流体限定第一流路；设置于所述壳内的结构，其为第二流体限定第二流路；所述壳中的至少一个副入口，其设置于自所述上游端起的下游；以及喷嘴，其设置于所述至少一个副入口的下游。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二流路由多个管限定。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述管被分组成沿着所述流动长度隔开的多束。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述壳在所述入口处具有特性尺寸，并且所述流动长度除以所述特性尺寸的纵横比为一或更大。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述喷嘴由所述壳的间隔开的壁限定。6.根据权利要求5所述的设备，还包括在所述喷嘴的喉部的上游设置于所述壁之间的中心体。7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述喷嘴由设置于所述壳中的一个或多个挡板限定。8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述挡板是穿孔的。9.根据权利要求1所述的设备，还包括外部壳体，其环绕所述壳，使得旁通导管被限定于所述壳与所述外部壳体之间。10.根据权利要求1所述的设备，还包括流控制设备，其可操作而选择性地控制通过所述喷嘴的流。11.一种用于燃气涡轮发动机的换热器设备，包括：壳，其在从上游端处的入口到下游端处的出口的流动长度上延伸，并且为第一流体限定第一流路，其中所述壳在所述入口处具有特性尺寸，并且所述流动长度除以所述特性尺寸的纵横比为一或更大；设置于所述壳内的多个管，其横向于所述流动方向而延伸，并且为第二流体限定第二流路；所述壳中的至少一个副入口，其设置于自所述上游端起的...

【专利技术属性】
技术研发人员：JD兰博，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US