[發明專利]具有分形結構的管殼式換熱器

有效

• 申請號: 201510791796.1
• 申請日: 2015-11-17
• 公開（公告）號: CN105258533B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 孫予罕;趙陸海波;唐志永;韓偉;呂敏;王剛;沈國飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: F28D7/00
• 分類號: F28D7/00;F28F1/02
• 代理公司: 上海光華專利事務所31219
• 代理人: 余明偉

1.一種具有分形結構的管殼式換熱器，其特征在于，所述具有分形結構的管殼式換熱器包括：殼體、殼程流體進口、殼程流體出口及換熱管束；

所述殼程流體進口及所述殼程流體出口均與所述殼體的內部相連通；

所述換熱管束位于所述殼體內，且所述換熱管束呈DNA式多螺旋結構。

2.根據權利要求1所述的具有分形結構的管殼式換熱器，其特征在于：所述換熱管束包括：入流管道、若干個換熱管束單元及若干個支連通管道；

所述入流管道自所述殼體的一端沿所述殼體的軸線通入所述殼體內并延伸至所述殼體內的另一端附近；

所述換熱管束單元位于所述入流管道外圍，且沿所述殼體的軸線呈立體螺旋式分布；

所述支連通管道位于所述入流管道與所述換熱管束單元之間及相鄰的所述換熱管束單元之間，適于連接所述入流管道與所述換熱管束單元及連接相鄰的所述換熱管束單元。

3.根據權利要求2所述的具有分形結構的管殼式換熱器，其特征在于：連接所述入流管道與所述換熱管束單元的所述支連通管道為直管，位于所述入流管道延伸至所述殼體內的一端，且沿所述入流管道軸向垂直分布；連接相鄰所述換熱管束單元的所述支連通管道為螺旋管。

4.根據權利要求2所述的具有分形結構的管殼式換熱器，其特征在于：所述換熱管束單元包括兩層H型n級分形換熱管及2ⁿ個異化連接管道，其中，n為大于1的奇數；

所述H型n級分形換熱管為平面分形結構管道；

所述異化連接管道為空間螺旋中空葉片，所述異化連接管道將兩層所述H型n級分形換熱管在末級分支管道的兩個末端相連接，且所述異形連接管道的兩個平面端分別位于所連接的所述H型n級分形換熱管所在的平面內。

5.根據權利要求4所述的具有分形結構的管殼式換熱器，其特征在于：所述異化連接管道沿垂直于所述殼體軸線方向的截面形狀為長方形，所述長方形的寬度與所述H型n級分形換熱管的末級分支管道的水力直徑之比為0.5～0.9，所述長方形的長度與所述H型n級分形換熱管的末級分支管道的水力直徑之比為0.5～0.9。

6.根據權利要求5所述的具有分形結構的管殼式換熱器，其特征在于：所述長方形的寬度與所述H型n級分形換熱管的末級分支管道的水力直徑之比為0.7～0.8，所述長方形的長度與所述H型n級分形換熱管的末級分支管道的水力直徑之比為0.65～0.75。

7.根據權利要求4所述的具有分形結構的管殼式換熱器，其特征在于：所述H型n級分形換熱管為平面多級分形結構，包括多級分支管道，其中，奇數級分支管道為極平面內周向圓弧管，偶數級分支管道為沿同一極平面內徑向的直管；相鄰兩級所述分支管道中，上一級所述分支管道的末端與下一級所述分值管道的中間部位相連接。

8.根據權利要求7所述的具有分形結構的管殼式換熱器，其特征在于：相鄰上下兩級所述分支管道的水力直徑之比為0.5～0.9。

9.根據權利要求8所述的具有分形結構的管殼式換熱器，其特征在于：相鄰上下兩級所述分支管道的水力直徑之比為0.7～0.8。

10.根據權利要求7所述的具有分形結構的管殼式換熱器，其特征在于：相鄰上下兩級所述分支管道的長度之比為0.5～0.9。

11.根據權利要求10所述的具有分形結構的管殼式換熱器，其特征在于：相鄰上下兩級所述分支管道的長度之比為0.65～0.75。

12.根據權利要求7所述的具有分形結構的管殼式換熱器，其特征在于：所述支連通管道的水力直徑與所述H型n級分形換熱管的初級分支管道的水力直徑之比為1.2～1.5。

13.根據權利要求12所述的具有分形結構的管殼式換熱器，其特征在于：所述支連通管道的水力直徑與所述H型n級分形換熱管的初級分支管道的水力直徑之比為1.41。

14.根據權利要求1所述的具有分形結構的管殼式換熱器，其特征在于：所述殼體及所述換熱管束的材料為碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼、石墨、氟塑料、玻璃、銅、銅合金、鋁、鋁合金、鎳或鎳合金。