[發(fā)明專利]一種異型管式換熱器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710767332.6
• 申請(qǐng)日: 2017-08-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107504850A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張玉財(cái);蔣文春;陳城;涂善東;王傳龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): F28D21/00
• 分類號(hào): F28D21/00;F28F1/08
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司37252
• 代理人: 陳海濱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱交換裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種異型管式換熱器。

背景技術(shù)

近年來(lái)，航空工業(yè)飛速發(fā)展，各國(guó)政府和環(huán)境保護(hù)組織越發(fā)關(guān)注其對(duì)環(huán)境的影響，對(duì)航 空工業(yè)的氣體排放做出了嚴(yán)格要求，故航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造商們著力于降低其耗油量和排放量， 因此節(jié)能減排將會(huì)成為下一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展主題。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商們針對(duì)大型飛機(jī)的燃料消耗和尾氣排放急劇增加的問(wèn)題，提出了間冷 回?zé)峒夹g(shù)的解決方法。航空發(fā)動(dòng)機(jī)依靠吸取廢氣的熱量對(duì)其進(jìn)行二次利用，進(jìn)而對(duì)高壓壓氣 機(jī)排出的氣體進(jìn)行加熱，隨后將加熱過(guò)的空氣輸送到燃燒室。燃燒室因?yàn)楂@得尾氣熱量進(jìn)而 提高了進(jìn)口溫度，另一方面減少了燃料消耗和尾氣排放。根據(jù)初步的估算，航空發(fā)動(dòng)機(jī)間冷 回?zé)峒夹g(shù)的使用將會(huì)減少20％的CO₂，20％的燃料消耗以及80％的氮氧化物的排放。

要實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排的目的，需要一種結(jié)構(gòu)緊湊，換熱效率高的換熱器。當(dāng)前換 熱器的傳熱表面可分為三類：管殼式換熱器、板翅式換熱器和主表面式換熱器。殼管式換熱 器耐熱排氣性好，對(duì)沖擊載荷不敏感，但是結(jié)構(gòu)不夠緊湊。板翅式換熱器通常由釬焊翅片相 連，可以避免在氣壓下不斷膨脹，且結(jié)構(gòu)緊湊，換熱效率高，經(jīng)濟(jì)性好，被廣泛的應(yīng)用于機(jī) 械工業(yè)、原子能、石油化工等相關(guān)領(lǐng)域。然而板翅式換熱器基體的高重量比限制了其航空發(fā) 動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用。主表面式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，成本較低，可進(jìn)行批量化生產(chǎn)，但其抗內(nèi)壓能力 相對(duì)較差。各種類型的換熱器的性能及特征如表1所示。因此，當(dāng)前的換熱器均不能同時(shí)滿 足航空發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞鹘Y(jié)構(gòu)緊湊、換熱效率高、抗內(nèi)壓能力強(qiáng)的要求。故航空領(lǐng)域需要一種新 型的高效換熱器。

表1各種換熱管的比較

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有的換熱器不能將高耐熱性、緊湊性、耐沖擊載荷等集一身的特點(diǎn)，以及社會(huì)的 發(fā)展對(duì)換熱器的高標(biāo)準(zhǔn)要求，本發(fā)明提出了一種異型管式換熱器，設(shè)有主換熱管和由多根U 形管組成的換熱管束，換熱管束的U形管帶有波浪管段和U形管段，使所設(shè)計(jì)的換熱器耐沖 擊、結(jié)構(gòu)緊湊、換熱效果大大提高。

一種異型管式換熱器，采用以下技術(shù)方案：

包括主換熱管和由多根U形管組成的換熱管束，所述主換熱管包括入口主換熱管和出口 主換熱管，所述入口主換熱管設(shè)于所述出口主換熱管的上方，入口主換熱管和出口主換熱管 均為矩形，所述矩形的四個(gè)對(duì)角邊均經(jīng)過(guò)倒角處理，在入口主換熱管和出口主換熱管的左右 兩邊的管壁上分別對(duì)稱地設(shè)置有若干橢圓形或圓形開(kāi)口；所述換熱管束共有兩組，兩組換熱 管束對(duì)稱地設(shè)置在所述入口主換熱管和所述出口主換熱管的左右兩邊，每一組換熱管束的每 一根U形管的首尾兩端均開(kāi)口，所述U形管包括上波浪管段、下波浪管段和U形管段，所 述U形管段位于所述上波浪管段和所述下波浪管段之間，上波浪管段和下波浪管段分別作為 所述U形管的首尾兩端，即上波浪管段作為所述U形管的首端，下波浪管段作為所述U形 管的尾端，上波浪管段的首端與所述入口主換熱管的橢圓形或圓形開(kāi)口處固連，下波浪管段 的尾端與所述出口主換熱管的橢圓形或圓形開(kāi)口處固連。

優(yōu)選地，所述換熱管束的每一根U形管內(nèi)均設(shè)置有肋板，所述肋板貫穿于整根U形管并 將U形管平均分隔成兩個(gè)流道。

優(yōu)選地，所述上波浪管段和所述下波浪管段由若干弧度相同的圓弧管段平滑連接而成， 圓弧管段的波浪彎曲弧度為10°～90°。

優(yōu)選地，所述入口主換熱管和所述出口主換熱管的左右兩邊的管壁上的開(kāi)口為橢圓形。

優(yōu)選地，所述上波浪管段、所述下波浪管段和所述U形管段的橫截面為橢圓形。

優(yōu)選地，主換熱管(入口主換熱管和出口主換熱管)的左右兩邊的管壁上的橢圓形開(kāi)口 均為錯(cuò)列方式開(kāi)口，沿著主換熱管由外到內(nèi)的每一列開(kāi)口中心距相同，沿著主換熱管由外到 內(nèi)的奇數(shù)列排布方式相同，偶數(shù)列排布方式相同，偶數(shù)列開(kāi)口個(gè)數(shù)比奇數(shù)列少一個(gè)，偶數(shù)列 開(kāi)口中心位于奇數(shù)列同列相鄰開(kāi)口中心連線的中點(diǎn)處，U形管與主換熱管(入口主換熱管和 出口主換熱管)的開(kāi)口排布一致。

優(yōu)選地，所述肋板的高與所述橢圓形的短軸長(zhǎng)度一致。

優(yōu)選地，所述上波浪管段與所述入口主換熱管的連接以及所述下波浪管段與所述出口主 換熱管的連接均為釬焊連接。

優(yōu)選地，所述入口主換熱管、所述出口主換熱管和所述U形管的材料選用Inconel625合 金。