管束式换热器制造技术

本发明专利技术公开一种管束式换热器，包括形成环形腔体的壳体，所述环形腔体中置有多个换热管排，各所述换热管排均沿所述环形腔体的轴向螺旋延伸；多个所述换热管排在所述环形腔体的周向上错开布置。本方案提供的管束式换热器具有结构紧凑、重量轻、换热能力强的优点。尤为重要的是，该管束式换热器在获得所需换热效率的前提下，外侧换热介质并不需要改变流动方向，即沿轴向进入，在环形腔体内部也是继续沿轴向流动并流出，避免了气流的来回折转，从而减少外侧换热介质的流动能量损失，该管束式换热器同样可耐高温高压，可以在需要超强换热能力且工作环境恶劣的条件下进行可靠地工作。

Tube bundle heat exchanger

The invention discloses a tube bundle heat exchanger, which comprises a shell forming an annular cavity, wherein a plurality of heat exchange tube banks are arranged, each of which extends along an axial spiral of the annular cavity, and a plurality of the heat exchange tube banks are staggered arranged in the circumferential upward direction of the annular cavity. The tube bundle heat exchanger provided in this scheme has the advantages of compact structure, light weight and strong heat exchange capacity. It is particularly important that, on the premise of obtaining the required heat exchange efficiency, the outside heat exchange medium does not need to change the flow direction, that is, it enters along the axial direction, and continues to flow along the axial direction and flows out in the inner ring cavity, so as to avoid the back and forth rotation of air flow, so as to reduce the flow energy loss of the outside heat exchange medium. The tube bundle heat exchanger can also withstand high temperature and high pressure It can work reliably under the condition that it needs super heat exchange ability and the working environment is bad.

【技术实现步骤摘要】
管束式换热器
本专利技术涉及换热器
，具体涉及一种管束式换热器。
技术介绍
换热器作为一种能量交换的装置在能源、化工、电子、航空航天等各个领域得到广泛的应用。随着各领域技术的发展，其对换热器综合性能的要求也在不断的提高。现有的换热器各具特点，如用于电子设备上的微通道换热器结构紧凑、重量轻，但是却无法在高温高压的环境下工作；用于化工设备上的管壳式换热器能够耐高温高压，但是体积大、重量重，换热器的单位重量换热量仅达到20kJ/kg的水平。为此，近几年出现一种管束式换热器，结构紧凑、响应速度快、单位重量换热量大，可达到100kJ/kg以上。管束式换热器包括多个换热管排，换热管排由多根换热管并排形成，整个换热管排大致呈弧形，多个换热管排沿周向逐一错离叠加，最终多个换热管排叠加形成环形的管束式换热器。该管束式换热器的多个换热管排的供换热介质流入的分流管，处于环形管束式换热器的径向外侧，供换热介质流出的集流管处于环形管束式换热器的内侧。从整个流动方向来看，换热介质是沿管束式换热器的径向流动。基于此，为了达到换热效率，换热管外的换热介质，流动方向也为径向，且最好与换热管内的换热介质流动方向相反。以空气换热为例，当空气向该换热器流动时，流动方向为沿该换热器轴向流动，则到达换热器之前，需要将其流向改为径向流入，然后换热流出时，再由径向调整为轴向。上述的管束式换热器虽然具有较高的换热效率，单位重量换热量大，但换热器外侧的换热介质(例如气流)需要改变流动方向，换热介质的来回折转给外侧的换热介质带来了很大的流动损失。以管束式换热器应用于飞行器的发动机为例，这种能量损失给发动机的热效率和工作带来严重的影响，甚至会导致高超声速飞行器无法完成起飞过程达到巡航状态。
技术实现思路
本专利技术提供一种管束式换热器，包括形成环形腔体的壳体，所述环形腔体中置有多个换热管排，各所述换热管排均沿所述环形腔体的轴向螺旋延伸；多个所述换热管排在所述环形腔体的周向上错开布置。可选地，各所述换热管排的一端连接集流管，另一端连接分流管，内侧换热介质从所述分流管流入所述换热管排，并从所述集流管流出。可选地，一根所述集流管和与之对应的所述分流管，连通至少一排所述换热管排。可选地，所述环形腔体为圆环形，多排所述换热管排对应的所述集流管和所述分流管，沿所述环形腔体的周向均布，所述集流管和所述分流管与所述环形腔体的径向夹角为大于等于0度，小于90度。可选地，对应的所述集流管、所述分流管，在对应的所述换热管排的螺旋形周向上，角度为0-360度。可选地，所述管束式换热器还包括输入管和输出管，所有的所述分流管连通所述输入管，所有的所述输出管连通所述集流管。可选地，所述换热管排的各换热管为圆管，且所述圆管的直径处于0.1mm-10mm；或，所述换热管排的各所述换热管为椭圆管，且所述椭圆管的长轴处于0.1mm-10mm。可选地，所述壳体的两端设有安装法兰，所述安装法兰用于安装供外侧换热介质流动的管体。本方案中的管束式换热器，换热时，外侧换热介质从环形腔体的一端进入，另一端流出，这样，外侧换热介质和内侧换热介质均是沿轴向流动，而且具有足够的换热面积，从而获得所需的换热效率。可见本方案提供的管束式换热器具有结构紧凑、重量轻、换热能力强的优点。尤为重要的是，该管束式换热器在获得所需换热效率的前提下，外侧换热介质并不需要改变流动方向，即沿轴向进入，在环形腔体内部也是继续沿轴向流动并流出，相较于
技术介绍
方案，显然避免了气流的来回折转，从而减少外侧换热介质的流动能量损失，该管束式换热器同样可耐高温高压，可以在需要超强换热能力且工作环境恶劣的条件下进行可靠地工作。附图说明图1为本专利技术所提供管束式换热器一种具体实施例的结构示意图；图2为图1中A部位的局部放大示意图；图3为图1中多个换热管排的示意图；图4为图3中单个换热管排的示意图；图5为图1中管束式换热器设置安装法兰的示意图。图1-5中附图标记说明如下：1输入管、1a输入接口、2分流管、3换热管排、4集流管、5输出管、5a输出接口、6外壳、7内壳、8换热管、9第一安装法兰、10第二安装法兰。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。请参考图1，图1为本专利技术所提供管束式换热器一种具体实施例的结构示意图；图2为图1中A部位的局部放大示意图；图3为图1中多个换热管排的示意图；图4为图3中单个换热管排的示意图。本实施例所提供的管束式换热器，包括形成环形腔体的壳体，如图1所示，壳体包括外壳6和内壳7，内壳7嵌套在外壳6内，二者之间形成环形腔体。具体在本实施例中，外壳6和内壳7都是圆管结构，则构成的环形腔体为圆环形腔体。本实施例中，外壳6半径为135mm，长度为100mm，内壳7半径为95mm，长度为100mm，即环形腔体的径向宽度为40mm。当然，壳体的具体尺寸不限于此，可以根据实际换热需求进行调整。该方案在壳体的环形腔体中置有多个换热管排3。可参考图2、4理解，换热管排3由多根换热管8并排排列形成，换热管8可以是圆管，也可以是椭圆管，或者其他截面形状的管体。采用圆管时，圆管的直径优选在0.1-10mm之间，采用椭圆管时，椭圆管的长轴长度优选为0.1-10之间，即采用的是微型的换热管8，则每一排的换热管排3具有多根换热管8，从而增加对流换热面积，提高换热效率，提高换热器的单位重量换热量，当然，换热管的尺寸并不限于此。值得注意的是，本实施例中各换热管排3均沿环形腔体的长度方向螺旋延伸，且换热管排3是绕着环形腔体进行螺旋。图1、3中，换热管排3的螺旋轴线与环形腔体的轴线(即中线)重合，可以理解，不重合略有偏差也可以，只要是绕环形腔体进行螺旋即可，即每个换热管排3的至少一个螺旋环能够基本覆盖到环形腔体的横截面。此外，多个换热管排3在环形腔体的周向上错开布置。为了说明原理，这里将进入换热管8内的换热介质定义为内侧换热介质，将换热管8外的换热介质定义为外侧换热介质，外侧换热介质沿环向腔体的轴向进入。由于换热管排3螺旋延伸，则内侧换热介质进入换热管8后，会沿着螺旋的方向流动，其运动轨迹是螺旋方向，但从整体介质流动方向来看，是从一端流向另一端，即沿环形腔体的轴向流动。从换热面积来看，由于换热管排3是绕环形腔体进行螺旋延伸，则在轴向上，换热管排3会呈现多层结构；而且，各换热管排3还沿环形腔体的周向错开布置，这样，换热管排3在周向上也布满，覆盖整个周向。可见，该布置方式，使得换热管排3的有效换热面积增大，从轴向、周向上均布满换热管8。换热时，外侧换热介质从环形腔体的一端进入，另一端流出，这样，外侧换热介质和内侧换热介质均是沿轴向流动，而且具有足够的换热面积，从而获得所需的换热效率，优选的方案是外侧换热介质和内侧换热介质沿相反的方向流动，换热效率更高。可见本实施例提供的管束式换热器具有结构紧凑、重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.管束式换热器，其特征在于，包括形成环形腔体的壳体，所述环形腔体中置有多个换热管排(3)，各所述换热管排(3)均沿所述环形腔体的轴向螺旋延伸；多个所述换热管排(3)在所述环形腔体的周向上错开布置。/n

【技术特征摘要】
1.管束式换热器，其特征在于，包括形成环形腔体的壳体，所述环形腔体中置有多个换热管排(3)，各所述换热管排(3)均沿所述环形腔体的轴向螺旋延伸；多个所述换热管排(3)在所述环形腔体的周向上错开布置。


2.如权利要求1所述的管束式换热器，其特征在于，各所述换热管排(3)的一端连接集流管(4)，另一端连接分流管(2)，内侧换热介质从所述分流管(2)流入所述换热管排(3)，并从所述集流管(4)流出。


3.如权利要求2所述的管束式换热器，其特征在于，一根所述集流管(4)和与之对应的所述分流管(2)，连通至少一排所述换热管排(3)。


4.如权利要求2所述的管束式换热器，其特征在于，所述环形腔体为圆环形，多排所述换热管排(3)对应的所述集流管(4)和所述分流管(2)，沿所述环形腔体的周向均布，所述集流管(4)和所述分流管(2)与所述环形腔体的径向夹角为大于等...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹正平，付超，王一帆，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11