[發明專利]一種環形通道內螺旋列管式氣?氣換熱器

在審

• 申請號: 201710401438.4
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107192279A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 李增耀;于廣雷;于霄;沈毅
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F28D7/02
• 分類號: F28D7/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 李宏德

技術領域

本發明涉及氣-氣換熱器領域，具體為一種環形通道內螺旋列管式氣-氣換熱器。

背景技術

風道廣泛存在于各個工程領域，如航空、航天、船舶、車輛、核技術領域等。對于各個不同領域，風道具有不同的形式，比較常見的有方形、圓形、環形。對于一些復雜尖端領域，如空天預冷發動機外涵道，空氣流速往往會達到跨音速或超音速，這時，換熱器的傳熱設計和結構設計必須同時滿足空氣動力性能和熱力性能的要求。環形風道常見于航空發動機和空天預冷發動機外涵道，這時，換熱器除需滿足流動與阻力特性外，還必須具備耐高溫耐高壓等特點。用于環形風道的氣-氣換熱器有蛇形管換熱器、板翅式換熱器和原表面換熱器。蛇形管換熱器管內流程長，流道數目少，管內流阻高，且在流動布置上為順流換熱器，溫差修正系數小，換熱效果差。板翅式換熱器和原表面換熱器相比蛇管換熱器而言結構緊湊，但耐壓性和熱膨脹自適應性差，密封性不好，適用溫度和壓力范圍有限。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種低流阻，高換熱，耐壓性好環形通道內螺旋列管式氣-氣換熱器。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種環形通道內螺旋列管式氣-氣換熱器，包括若干沿環形通道周向均勻設置在環形通道內的換熱單元；

環形管道內冷氣流沿軸向運動，所述的換熱單元包括分別沿冷氣流流向布置的熱氣流流入集氣管和熱氣流流出集氣管，以及兩端分別與熱氣流流出集氣管和熱氣流流入集氣管連通的若干螺旋換熱管；

螺旋換熱管沿冷氣流流向依次排列分布形成換熱管束；

熱氣流流出集氣管的出口和熱氣流流入集氣管入口位于換熱單元的同一端，且均穿過環形通道的內壁或外壁設置，換熱單元的另一端為自由端。

優選的，螺旋換熱管在迎風面內呈弧形設置。

優選的，換熱單元自由端與相鄰的內壁或外壁呈間隙設置。

優選的，螺旋換熱管沿冷氣流流向依次分布，相鄰螺旋換熱管的軸向間距與螺旋換熱管的螺距相同。

優選的，熱氣流流入集氣管和熱氣流流出集氣管分別采用橫截面為圓形的集氣管。

優選的，螺旋換熱管管外徑為2mm～4mm。

優選的，螺旋換熱管管內徑為1.4mm～3.4mm。

優選的，螺旋換熱管采用最低耐受溫度為500℃，最低耐受壓力為3MPa的鎳鉻合金管制成。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：

本發明采用若干螺旋換熱管裝配成換熱束，通過分別設置在兩端的熱氣流流出集氣管和熱氣流流入集氣管從而增加了熱流體流道數目，使得管內流阻大幅降低；換熱器集氣管位于距離風道上下表面較近的位置，降低了集氣部件對風道帶來的阻力損失；采用管徑不超過4mm的細換熱管，可進一步增加換熱器的緊湊度，冷熱流動布置為交叉流，提高了換熱效果，同時降低管外阻力；相比其他型式管式換熱器而言，螺旋列管式換熱器可通過改變螺距和螺旋次數靈活調整熱端入口數量，設計方法更為靈活；管式的換熱設置相比板翅式和原表面式換熱器而言，具有更好的耐壓性和密封性，在高溫條件下，管式換熱器還具有良好的熱膨脹自適應性，這就保證了換熱器在高溫高壓條件下使用時的耐久性；可根據不同的換熱需求，調整換熱單元的數量，以及管束內換熱管的數量，適應范圍廣。

進一步的，換熱管呈弧形設置，通過對彎曲弧度的調整能夠根據單元總換熱面積的不同改變換熱管長度。當所需單元換熱器面積較大時，增加彎曲弧度同時增加換熱管長度；當所需單元換熱面積較小時，減小彎曲弧度同時減小換熱管長度。

進一步的，換熱單元自由端的間隙設置使其具備良好熱膨脹自適應性。換熱器自由端即熱流體出口集氣管及附近連接部位。當溫度升高時，換熱管由于熱膨脹性而增長。為了保證換熱單元具有足夠的自由端空間，可適當增加換熱管彎曲弧度。

進一步的，換熱管管束能夠按不同的換熱要求和流動阻力損失要求靈活設計單個換熱管的螺距及螺旋次數，根據換熱管尺寸靈活設計集氣管尺寸。

進一步的，通過對換熱管管徑的限定，在采用更細的換熱管在降低管外阻力的同時，提高了換熱器緊湊度，使得換熱器整體換熱能力得到了明顯提升。另外，換熱器總裝機重量在一定程度上也得到了降低。

附圖說明

圖1為本發明實例中所述的結構示意圖。

圖2a和圖2b分別為本發明實例中所述的不同管徑換熱單元結構示意圖。

圖3為圖1的縱剖面流動示意圖。

圖中：熱氣流流入集氣管1，螺旋型換熱管2，熱氣流流出集氣管3。

具體實施方式