一种管外设置尖状结构的换热器制造技术

本发明专利技术提供了一种换热器，所述换热器包括管程侧和壳程侧，所述管程侧包括进口管、进口腔室、传热管束、出口腔室和出口管，所述热流体从进口管进入进口腔室，依次通过传热管束、出口腔室和出口管；所述壳程侧包括进口通道、内壳、外壳和出口腔室，所述冷流体依次通过进口通道、内壳和外壳限定的空间和出口腔室，进口腔室、传热管束、出口腔室设置在内壳和外壳限定的空间内，所述传热管束外壁向外延伸的金属杆，所述金属杆端部为尖状结构，从传热管束外壁向所述金属杆的端部的方向与冷流体的流动方向相对。换热管外部设置端部为尖状的杆，可以在气液两相流的流动中，一方面可以破坏层流底层，增加传热面积进行强化传热，而且因为是杆，流动阻力小，也不会增加壳程的流动阻力，而且通过设置尖端部，能够刺破气泡，实现扩大气液界面以及气相边界层并增强扰动。

【技术实现步骤摘要】
一种管外设置尖状结构的换热器
本专利技术属于换热器领域，涉及一种管壳式换热器，尤其涉及一种低流阻、紧凑式、具有更高自然循环能力和安全性的余热排出换热器。
技术介绍
余热排出换热器是余热排出系统的热交换枢纽，是关系到多种设备的的重要设备，例如核反应中的反应堆停堆的安全。目前，第三代核电技术和船用核动力装置普遍采用了非能动余热排出系统，以进一步提高固有安全性，这要求余热排出冷却器的流阻尽量低以提高自然循环流量，船用核动力装置还要求余热排出冷却器紧凑体积小以节约堆舱布置空间。已有的余热排出冷却器大多数布置在安全壳或堆舱内，堆芯余热排至最终冷源还需要再经过一次热交换，如美国AP1000采用的核电技术的C型余热排出换热器，布置在安全壳冷却水箱冷却水内，冷却水蒸发在安全壳壳壁冷凝才能将热量导出安全壳，有些余热排出冷却器在传统换热器的基础上改进流道和流程使其适应自然循环系统，仍保留有壳侧，如“一种用于超临界水堆余热排出的自然循环换热器”（专利号：ZL201210301144.1）。余热换热器一般壳程内会形成汽液两相流，因为汽液两相流中的气泡的存在，导致壳程侧换热系数下降，无法满足正常的余热排出要求。针对上述问题，本专利技术提供了一种新的换热器，从而解决上述的问题。
技术实现思路
为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种换热器，所述换热器包括管程侧和壳程侧，所述管程侧包括进口管、进口腔室、传热管束、出口腔室和出口管，所述热流体从进口管进入进口腔室，依次通过传热管束、出口腔室和出口管；所述壳程侧包括进口通道、内壳、外壳和出口腔室，所述冷流体依次通过进口通道、内壳和外壳限定的空间和出口腔室，其特征在于，所述传热管束外壁向外延伸的金属杆，所述金属杆端部为尖状结构，从传热管束外壁向所述金属杆的端部的方向与冷流体的流动方向相对。作为优选，所述金属杆与传热管束外壁面的夹角A是30－60度。作为优选，相邻的换热管束的管子中心之间的距离为换热管束外管直径的1.7-2.5倍，金属杆的端部的尖状结构距离换热管束的外管壁的距离h为外管直径的0.4-0.6倍。作为优选，所述金属杆包括连接换热管束的倾斜部分和与倾斜部分相连并且与换热管束轴线平行的平行部分，所述的尖部设置在平行部分的端部。作为优选，所述金属杆为多个，金属杆的分布密度M作为距离进口通道的函数F（S），即M=F(S),在同一根换热管束上，F’(S)>0，其中F’(S)是F（S）的一次导数。作为优选，F"(S)>0，其中F"(S)是F（S）的二次导数。作为优选，所述金属杆为多个，金属杆的分布密度M作为距离进口通道的函数F（S），即M=F(S),在同一根换热管束上，F’(S)>0，其中F’(S)是F（S）的一次导数。作为优选，F"(S)>0，其中F"(S)是F（S）的二次导数。作为优选，金属杆的分布密度M作为高度的函数F（H），即M=F(H),F’(H)>0，其中F’(H)是F（H）的一次导数。作为优选，F"(H)>0，其中F"(H)是F（H）的二次导数。作为优选，所述的内壳和外壳分别是堆舱的内壳和外壳，所述的热流体是高温反应堆的冷却剂，所述的冷流体是冷却水。作为优选，所述出口通道比进口通道设置的位置高，所述的进口腔室比出口腔室设置的位置高。作为优选，在出口通道设置孔板。作为优选，所述的进口管和出口管与进口腔室和出口腔室相连接的部分也设置在弧状空间内。作为优选，所述进口管和出口管与进口腔室和出口腔室相连接的部分为柔性结构或者弹性结构。作为优选，所述传热管束外壁向外延伸的金属杆，所述金属杆端部为尖状结构，从传热管束外壁箱所述金属杆的端部的方向与冷流体的流动方向的相对。与现有技术相比较，本专利技术的具有如下的优点：1）换热管外部设置端部为尖状的杆，可以在气液两相流的流动中，一方面可以破坏层流底层，增加传热面积进行强化传热，而且因为是杆，流动阻力小，也不会增加壳程的流动阻力，而且通过设置尖端部，能够刺破气泡，实现扩大气液界面以及气相边界层并增强扰动。2）换热器的换热管束为弧形结构，而且与内壳和外壳具有相同的弧形结构，可以在内壳和外壳的空间内自由地热胀冷缩。3）通过设置金属杆沿着流体流动方向以及高度方向上的规律变化，进一步的提高了换热效果。4）余热排出冷却器布置在安全壳或堆舱外，不占用安全壳或堆舱布置空间；5）余热排出冷却器浸泡在冷却水大空间内，堆芯余热排出至最终冷源只需要一次热交换，大大缩短了余热排出的路径，提高了响应速率；6）余热排出冷却器没有设置专门的壳程壳体，而是利用了安全壳或堆舱的内壳和外壳之间的夹层，流阻非常低，大大提高了自然循环能力。7）换热器的高度位置可在夹层内上下调整，不受堆舱内其他设备管道的干涉限制，即可调节管程和壳程冷热芯高度差，从而实现管程和壳程的自然循环能力和载热能力的匹配。附图说明图1是低流阻紧凑式余热排出冷却器示意图；图2是设置金属杆的换热管束的切面示意图；图3是设置金属杆的另一换热管束的切面示意图；图4是设置内翅片的换热管的切面示意图；图5是换热管束展开的平面示意图。图中：1-进口管；2-进口腔室；3-传热管束；4-出口腔室；5-出口管；6-进口通道；7-内壳；8-外壳；9-出口通道；10-堆舱；11-冷源。3-1金属杆，3-1-1尖状结构，3-1-2倾斜部分，水平部分3-1-3,3-2内翅片，3-3小通道。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。本文中，如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。如图1所示，一种换热器，所述换热器包括管程侧和壳程侧，所述管程侧包括进口管1、进口腔室2、传热管束3、出口腔室4和出口管5，所述热流体从进口管1进入进口腔室2，依次通过传热管束3、出口腔室4和出口管5；所述壳程侧包括进口通道6、内壳7、外壳8和出口通道9，所述冷流体依次通过进口通道6、内壳7和外壳8限定的空间和出口通道9，进口腔室2、传热管束3、出口腔室4设置在内壳和外壳限定的空间内，所述内壳7和外壳8是弧状布置，所述的传热管束3呈弧形布置，所述传热管束3的弧形和内壳7、外壳8的弧形具有相同的圆心。通过上述相同圆心结构的弧状设置，而且将进口腔室2和出口腔室4设置在内壳和外壳形成的弧状空间内，所述传热管束3可以在内壳和外壳形成的弧状空间内自由地热胀冷缩，因此换热管束适用的温度范围和流体范围更广泛，大大拓展了换热器的应用范围。作为优选，所述的进口管1和出口管2的与进口腔室2和出口腔室4相连接的部分也设置在弧状空间内，而且作为优选，所述进口管1和出口管2与进口腔室2和出口腔室4相连接的部分为柔性结构或者弹性结构。通过设置柔性结构或者弹性结构，可以进一步方便换热管束3在弧形空间内的自由地伸缩。作为优选，如图2所示，所述传热管束3外壁向外延伸的金属杆3-1，所述金属杆3-1端部为尖状结构3-1-1，从传热管束3外壁箱所述金属杆3-1的端部的方向与冷流体的流动方向相对。即尖状结构迎面对着流来的冷流体。如图2所示箭头所指的流动方向。作为优选，如图2所示，所述金属杆3-1与传热管束3外壁面的夹角A是30－60度，进一步优选为40－45度。作为优选，如图2所示，相邻的换热管束的管子中心之间的距离为换热管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种换热器，所述换热器包括管程侧和壳程侧，所述管程侧包括进口管、进口腔室、传热管束、出口腔室和出口管，所述热流体从进口管进入进口腔室，依次通过传热管束、出口腔室和出口管；所述壳程侧包括进口通道、内壳、外壳和出口腔室，所述冷流体依次通过进口通道、内壳和外壳限定的空间和出口腔室，其特征在于，所述传热管束外壁向外延伸的金属杆，所述金属杆端部为尖状结构，从传热管束外壁向所述金属杆的端部的方向与冷流体的流动方向相对。

【技术特征摘要】
1.一种换热器，所述换热器包括管程侧和壳程侧，所述管程侧包括进口管、进口腔室、传热管束、出口腔室和出口管，所述热流体从进口管进入进口腔室，依次通过传热管束、出口腔室和出口管；所述壳程侧包括进口通道、内壳、外壳和出口腔室，所述冷流体依次通过进口通道、内壳和外壳限定的空间和出口腔室，其特征在于，所述传热管束外壁向外延伸的金属杆，所述金属杆端部为尖状结构，从传热管束外壁向所述金属杆的端部的方向与冷流体的流动方向相对。2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述金属杆与传热管束外壁面的夹角A是30－60度。3.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，相邻的换热管束的管子中心之间的距离为换热管束外管直径的1.7-2.5倍，金属杆的端部的尖状结构距离换热管束的外管壁的距离h为外管直径的0.4-0.6倍。4.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述金属杆包括连接换热管束的倾斜部分和与倾斜部分相连并且与换热管束轴线平行的平行部分，所述的尖部设置在平行部分的端部。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：黄彦平，徐建军，周慧辉，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川,51