[發明專利]用于變物性流體冷卻的毛細管換熱器

在審

• 申請號: 202010445792.9
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111457763A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 王濤;姜玉雁;梁世強;譚思聰;郭朝紅;蔡浩飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F28D7/16
• 分類號: F28D7/16;F28F9/22
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 劉歌

本發明公開了一種用于變物性流體冷卻的毛細管換熱器，包括：殼體，在其兩端設第一流體入口和第一流體輸出口；管箱，設于殼體之內，并在管箱的兩端設第二流體入口和第二流體輸出口；多個傳熱管束，設于管箱之內，并與第一流體入口和第一流體輸出口相連通；多個折流板，具有與多個傳熱管束的排列方式相適配的通孔，各個折流板通過該通孔穿設于傳熱管束上；其中，沿著毛細管換熱器內流體流動的方向，折流板與管箱壁之間的距離和相鄰兩個折流板之間的距離呈逐漸減小的變化，和/或，折流板的高度呈逐漸增加的變化。本發明提供的該用于變物性流體冷卻的毛細管換熱器，通過對折流板的參數設計，提高了整個換熱器的性能和傳熱能力。

技術領域

本發明涉及散熱技術領域，尤其涉及一種用于變物性流體冷卻的毛細管換熱器。

背景技術

換熱器是一種用來實現高低溫流體之間換熱的通用設備，在電力、石油、化工等領域具有廣泛的應用，優化換熱器的結構，提高換熱器的性能，對于節約能源、減少能耗、降低成本具有很大的幫助。管殼式換熱器具有結構簡單、可適用各種復雜工況等優點，在上述領域中具有廣泛的應用。目前針對常規流體的管殼式換熱器的設計規范標準、生產加工方法都已經較為成熟，使用范圍也比較廣泛。現有設計理論認為，工質沿管殼式換熱器的管程和殼程的物性變化不大，可按照常物性作為設計參數，這種設計理論對于大多數流體具有比較好的適用性。

隨著能源動力技術的發展，管殼式換熱器的使用也越來廣泛，在一些特殊的應用場合，如超臨界二氧化碳發電領域，管殼式換熱器作為冷卻器具有工藝簡單、緊湊度高、成本低的優勢。其中，高溫流體超臨界二氧化碳在管側流動，低溫流體冷卻水在殼側流動，實現冷熱流體之間的高效傳熱。但是由于超臨界二氧化碳的比熱、焓值、粘度、密度等相關物性參數會隨溫度的變化而生改變，尤其是在臨界點附近，其物性變化尤為劇烈，因此帶來管殼式換熱器的沿程換熱系數也會發生變化。根據相關的換熱器設計理論，管殼式換熱器的總傳熱系數取決于超臨界二氧化碳側及水側換熱系數的數值，任何一側數值的變化都會帶來總傳熱系數的改變。因此如何設計管殼式換熱器的結構，使其兩側換熱系數相匹配，提高換熱器的性能，成為換熱器設計的關鍵技術。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明公開了一種用于變物性流體冷卻的毛細管換熱器，以至少部分解決以上技術問題。

(二)技術方案

本發明提供了一種用于變物性流體冷卻的毛細管換熱器，包括：

殼體，在其兩端設第一流體入口和第一流體輸出口；

管箱，設于殼體之內，并在管箱的兩端設第二流體入口和第二流體輸出口；

多個傳熱管束，設于管箱之內，并與第一流體入口和第一流體輸出口相連通；

多個折流板，具有與多個傳熱管束的排列方式相適配的通孔，各個折流板通過該通孔穿設于傳熱管束上；

其中，沿著毛細管換熱器內流體流動的方向，折流板與管箱壁之間的距離和相鄰兩個折流板之間的距離呈逐漸減小的變化，和/或，折流板的高度呈逐漸增加的變化。

一些實施例中，折流板的高度的變化范圍為占整個折流板長度的50％～80％之間。

一些實施例中，折流板的形狀包括弓形折流板、盤環形折流板、孔式折流板和折流圈。

一些實施例中，折流板非垂直穿設于傳熱管束。

一些實施例中，沿著毛細管換熱器內流體流動的方向，折流板與管箱壁之間形成的空間的體積和相鄰兩個折流板之間形成的空間的體積呈逐漸減小的變化。

一些實施例中，相鄰兩個傳熱管束之間的間距為1mm-6mm。

一些實施例中，傳熱管束采用金屬材料。