[發明專利]一種管外設置尖狀結構的換熱器

有效

• 申請號: 201611052038.9
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106767007B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 黃彥平;徐建軍;周慧輝
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: F28D1/047
• 分類號: F28D1/047;F28F9/00
• 代理公司: 濟南智圓行方專利代理事務所(普通合伙企業)37231
• 代理人: 王希剛

技術領域

本發明屬于換熱器領域，涉及一種管殼式換熱器，尤其涉及一種低流阻、緊湊式、具有更高自然循環能力和安全性的余熱排出換熱器。

背景技術

余熱排出換熱器是余熱排出系統的熱交換樞紐， 是關系到多種設備的的重要設備，例如核反應中的反應堆停堆的安全。目前，第三代核電技術和船用核動力裝置普遍采用了非能動余熱排出系統，以進一步提高固有安全性，這要求余熱排出冷卻器的流阻盡量低以提高自然循環流量，船用核動力裝置還要求余熱排出冷卻器緊湊體積小以節約堆艙布置空間。已有的余熱排出冷卻器大多數布置在安全殼或堆艙內，堆芯余熱排至最終冷源還需要再經過一次熱交換，如美國AP1000采用的核電技術的C型余熱排出換熱器，布置在安全殼冷卻水箱冷卻水內，冷卻水蒸發在安全殼殼壁冷凝才能將熱量導出安全殼，有些余熱排出冷卻器在傳統換熱器的基礎上改進流道和流程使其適應自然循環系統，仍保留有殼側，如“一種用于超臨界水堆余熱排出的自然循環換熱器”（專利號：ZL201210301144.1）。

余熱換熱器一般殼程內會形成汽液兩相流，因為汽液兩相流中的氣泡的存在，導致殼程側換熱系數下降，無法滿足正常的余熱排出要求。針對上述問題，本發明提供了一種新的換熱器，從而解決上述的問題。

發明內容

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種換熱器，所述換熱器包括管程側和殼程側，所述管程側包括進口管、進口腔室、傳熱管束、出口腔室和出口管，所述熱流體從進口管進入進口腔室，依次通過傳熱管束、出口腔室和出口管；所述殼程側包括進口通道、內殼、外殼和出口腔室，所述冷流體依次通過進口通道、內殼和外殼限定的空間和出口腔室，其特征在于，所述傳熱管束外壁向外延伸的金屬桿，所述金屬桿端部為尖狀結構，從傳熱管束外壁向所述金屬桿的端部的方向與冷流體的流動方向相對。

作為優選，所述金屬桿與傳熱管束外壁面的夾角A是30－60度。

作為優選，相鄰的換熱管束的管子中心之間的距離為換熱管束外管直徑的1.7-2.5倍，金屬桿的端部的尖狀結構距離換熱管束的外管壁的距離h為外管直徑的0.4-0.6倍。

作為優選，所述金屬桿包括連接換熱管束的傾斜部分和與傾斜部分相連并且與換熱管束軸線平行的平行部分，所述的尖部設置在平行部分的端部。

作為優選，所述金屬桿為多個，金屬桿的分布密度M作為距離進口通道的函數F（S），即M=F(S),在同一根換熱管束上， F’(S)>0，其中F’(S)是F（S）的一次導數。

作為優選，F"(S)>0，其中F"(S)是F（S）的二次導數。

作為優選，所述金屬桿為多個，金屬桿的分布密度M作為距離進口通道的函數F（S），即M=F(S),在同一根換熱管束上， F’(S)>0，其中F’(S)是F（S）的一次導數。

作為優選，F"(S)>0，其中F"(S)是F（S）的二次導數。

作為優選，金屬桿的分布密度M作為高度的函數F（H），即M=F(H), F’(H)>0，其中F’(H)是F（H）的一次導數。

作為優選，F"(H)>0，其中F"(H)是F（H）的二次導數。

作為優選，所述的內殼和外殼分別是堆艙的內殼和外殼，所述的熱流體是高溫反應堆的冷卻劑，所述的冷流體是冷卻水。

作為優選，所述出口通道比進口通道設置的位置高，所述的進口腔室比出口腔室設置的位置高。

作為優選，在出口通道設置孔板。

作為優選，所述的進口管和出口管與進口腔室和出口腔室相連接的部分也設置在弧狀空間內。

作為優選，所述進口管和出口管與進口腔室和出口腔室相連接的部分為柔性結構或者彈性結構。

作為優選，所述傳熱管束外壁向外延伸的金屬桿，所述金屬桿端部為尖狀結構，從傳熱管束外壁箱所述金屬桿的端部的方向與冷流體的流動方向的相對。

與現有技術相比較，本發明的具有如下的優點：

1）換熱管外部設置端部為尖狀的桿，可以在氣液兩相流的流動中，一方面可以破壞層流底層，增加傳熱面積進行強化傳熱，而且因為是桿，流動阻力小，也不會增加殼程的流動阻力，而且通過設置尖端部，能夠刺破氣泡，實現擴大氣液界面以及氣相邊界層并增強擾動。

2）換熱器的換熱管束為弧形結構，而且與內殼和外殼具有相同的弧形結構，可以在內殼和外殼的空間內自由地熱脹冷縮。

3）通過設置金屬桿沿著流體流動方向以及高度方向上的規律變化，進一步的提高了換熱效果。