环形热交换器制造技术

一种环形热交换器，该环形热交换器包括彼此布置在内部用于介质流动的至少两个周向封闭的管型材(1、2)并且具有布置在内部的热传导结构(3)。热传导结构(3)包括位于彼此之上的螺旋紧密卷绕的成对带(4、5)，第一带(4)是平滑的，另一带(5)横向于卷绕方向起皱，以产生流动通道(6)。

Annular heat exchanger

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】环形热交换器
本专利技术涉及一种环形热交换器，该环形热交换器包括彼此布置在内部用于介质流动的至少两个周向封闭的管型材并且具有布置在内部的热传导结构。
技术介绍
由布置在彼此内部用于介质流动的至少两个管子组成的热交换器有时被称为“套管式”交换器。“套管式”交换器中的管子具有两个主要功能——它分离介质并同时用作换热表面。从介质到热交换器材料的热对流对于换热是决定性的，而热传导在最小程度上仅由管壁呈现。增加换热表面增加了热交换器的输出。在“套管式”交换器中，需要增加管子长度以增加换热表面。随着管子同时分离介质，整个换热表面必须具有承受介质的压力和它们的压力差的壁厚。这使得这种交换器的重量和尺寸非常大。通过形成翅片可以增加换热表面。翅片是管子的一部分并且具有mm量级的厚度。在这种情况下，热对流和热传导都部分存在，但热对流仍然是决定性的。形成翅片(增加换热表面)单侧使用——内部或外部。为了以最小的交换器重量实现最大输出，需要努力减小分隔介质的壁的厚度，这受到技术限度的限制，特别是如果涉及具有高压或不同压力的介质。另外，在板式交换器的情况下这些薄壁需要以例如通过钎焊或焊接的方式连结。这也有一定的技术限度。从专利US6533030中已知一种用于交换器的管子，其填充有具有翅片形状的换热表面。此外，已知填充有蜂窝状结构的热交换器。可以提及日本专利JPH02150691和JPS62288495作为示例。此外，例如由KASST公司制造的旋转再生式热交换器是已知的，其使用冷凝器原理，这意味着它们是循环填充的并且在换热表面的填充部分转向具有较低温度的地方之后它们被再次排出。从技术角度来看，这与“套管式”交换器的功能原理完全不同。本专利技术的目的是改进已知的“套管式”交换器，以实现相当大的重量减轻和交换器输出的增加。
技术实现思路
所述目的通过环形热交换器实现，该环形热交换器根据本专利技术包括彼此布置在内部用于介质流动的至少两个周向封闭的管型材并且具有布置在内部的热传导结构，其原理是热传导结构包括：位于彼此之上的螺旋紧密卷绕的成对带，第一带是平滑的，另一带横向于卷绕方向起皱，以产生流动通道。本专利技术的优点是各个热传导结构通过相应的管型材彼此分开，这些管型材在标准交换器中用作换热表面，但是在本专利技术的交换器中它们主要用作介质分离器。管型材不是主要形成换热表面，而是形成分离介质的交换器的一部分，因此管型材的尺寸可以根据相应的压力差而定，并且根据本专利技术的交换器可以用于几乎任何介质压力差。由于热传导结构可以具有几十微米的厚度，而与介质压力无关，同时已知交换器的壁的厚度和翅片管中可能的翅片为毫米量级，即2个数量级的厚度，在相同的输出下根据本专利技术的交换器的重量相当低。管型材原则上可具有任何横截面，特别是圆形、椭圆形或矩形。热传导结构较佳地完全填充管型材。附图说明图1示意性地示出了根据本专利技术的环形热交换器的第一示例的横截面。图2示出了内部型材区域中的热传导结构的设计细节。图3、4、5和6示出了根据本专利技术的环形热交换器的其它实施例。具体实施方式根据图1的环形热交换器的实施例包括用于介质流动的三个同心布置的管型材，即外部型材1、内部型材2和中心型材7。在该实施例中，管型材1、2、7由具有圆形横截面的管子组成。这些型材1、2、7之间的中间空间完全填充有热传导结构3，该热传导结构3由位于彼此之上的、具有0.05mm厚度的铝片材的螺旋紧密卷绕的成对带4、5组成。第一带4是平滑的，而另一带5横向于卷绕方向起皱，以产生流动通道6(见图2)。根据图3的环形热交换器的实施例与图1的实施例的不同之处仅在于，它不具有中心型材7并且整个内部型材2完全由热传导结构3填充。根据图4的环形热交换器的实施例包括多个中心型材7。在这种情况下，可以有两种介质，或者交换器可以设计用于更多介质之间的换热。图5和6示出了管型材1、2具有矩形横截面的交换器的示例。本领域技术人员会发现，显然轮廓1、2、7实际上可具有带有封闭的周边的任何横截面。根据本专利技术的环形热交换器可以作为逆流或同流交换器与任何数量的插入型材1、2、7连接。该交换器也可以用于液体/液体介质，但其益处是当用于气体/气体和气体/液体介质时以及在热侧和冷侧处具有高压差的应用(蒸汽发生器、燃气轮机的回热器、冷凝器、蒸发器)中最大程度地表现出来。将使用图1和2中所示的实施例来描述根据本专利技术的环形热交换器的功能。其它实施例以类似的方式工作。将热介质供应到内部型材2和中心型材7之间的空间，其中介质通过对流将热量传递到热传导结构3中。热传导结构3将该热量传导到形成内部型材2的管子并且随后热量传导到填充内部轮廓2和外部轮廓1之间的空间的热传导结构3。在该空间中，热传导结构3通过对流将热量传递到在该空间中流动的较冷的介质中。热运动在图2中用箭头表示。因此，当热对流具有与热传导相同的重要性时，根据本专利技术的环形热交换器基于组合式换热。通过插入上述热传导结构3使其传热表面最大化。到该热传导结构3中的传热以及随后通过该热传导结构3到相应的型材1、2、7的分隔壁的热传导同样用于换热。因此，通过热传导结构3的热传导被应用到相当高的程度，与基于本专利技术的交换器中的热对流同样重要。各个热传导结构3通过相应的管型材1、2、7彼此分开，这些管型材在标准交换器中用作换热表面，但是在本专利技术的交换器中它们主要用作介质分离器。由于介质通过设计用于相应压力差的管型材1、2、7分开，因此基于本专利技术的交换器可实际上用于介质的任何压力差。因此，管型材1、2、7不是主要形成换热表面，而是交换器的介质分离部分。由于热传导结构可以具有几十微米的厚度，而与介质压力无关，同时已知交换器的壁的厚度和翅片管中可能的翅片为毫米量级，即2个数量级的厚度，在相同的输出下根据本专利技术的交换器的重量相当低。使用ANSYSCFD程序中的数值模型进行的比较计算用于比较由在模拟4种不同类型的交换器的四个版本中的、具有20mm直径的50mm铝管所传递的热量输出，这4种不同类型的交换器为：-平滑管-标准翅片管-根据专利US6533030的翅片管-根据本专利技术的交换器计算条件：从外部将管子加热至100℃的恒温；进入管子的空气的温度为20℃，流速为31.87m/s。具有100％效率的理想交换器将具有604W的输出。使用数值模型，计算出以下值：平滑管-32W(理想交换器的5％)标准翅片管-146W(理想交换器的24％)根据专利US6533030的翅片管-252W(理想交换器的42％)根据本专利技术的交换器-375W(理想交换器的62％)从上面可以明显看出本专利技术的交换器具有迄今为止最高的输出。附图标记列表1外部型材2内部型材3热传导结构4第一带5第二带6流动通道7中心型材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环形热交换器，所述环形热交换器包括彼此布置在内部用于介质流动的至少两个周向封闭的管型材(1、2)并且具有布置在内部的热传导结构(3)，其特征在于，所述热传导结构(3)包括位于彼此之上的螺旋紧密卷绕的成对带(4、5)，所述第一带(4)是平滑的，所述另一带(5)横向于卷绕方向起皱，以产生流动通道(6)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.09 CZ PV2017-771.一种环形热交换器，所述环形热交换器包括彼此布置在内部用于介质流动的至少两个周向封闭的管型材(1、2)并且具有布置在内部的热传导结构(3)，其特征在于，所述热传导结构(3)包括位于彼此之上的螺旋紧密卷绕的成对...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·苏梅拉，
申请(专利权)人：斯瓦捷克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：捷克,CZ