CN108413791B - 一种径轴双向离心式旋转板翅式换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种径轴双向离心式旋转板翅式换热器，以解决换热器与制冷系统主体有相对旋转运动的问题或解决流体需轴向进、径向出的换热过程；包括圆柱形的芯体结构，在芯体结构上沿其轴向设有第一轴向流道、第二轴向流道和第三轴向流道，第一轴向流道沿芯体结构的中心轴设置，第二轴向流道和第三轴向流道位于第一轴向流道的两侧；在芯体结构上沿其径向设有若干层依次间隔设置的第一径向流道和第二径向流道，第一径向流道的内端为开口端且与第一轴向流道相通，第一径向流道的外端为开口端且与外界相通；第二径向流道的一端与第二轴向流道相通，另一端与第三轴向流道相通。在有相对旋转运动时，换热效果不受影响，效率高的紧凑热交换热器。
Description
技术领域
本发明涉及换热设备领域，具体涉及一种径轴双向离心式旋转板翅式换热器。
背景技术
对于周向空间需要径向散热的事例，大直径的空间一般是将散热器周向布置，由于热交换的方式，一般是复杂的风道加上复杂的流程设计。 国内闻学友、李卓等在文献《复杂循环船用燃气轮机间冷器的模拟》所提出的间冷器与风道结构设计方案如下：为满足大直径的轴向散热，将换热模块在周向均布，数量8到12个。为满足周向均布的每个换热模块的空气流量均匀分配，流道设计较为复杂。如图5所示空气的流动顺序：从第1级压气机（A）来的空气发生90°转折转为径向，经过一个扩张段流入换热芯体（C）。从换热芯体（C）流出冷却后的气体通过转变所折转180°，经过扇形段收缩，同时转折90°流入第2级压气机（B）。
孙爱军在文献《WR-21舰船用燃气轮机的设计特点》指出国外联信公司(AlliedSignal Aeroplane System and Equipment)公司所提出WR-21舰船用燃气轮机的间冷器与风道结构设计方案，其基本模块如图5所示。由低压压气机入口风道、高压压气机风道及与芯体连接方式。
图6和图7表明的是沿燃气轮机轴中心线对称分布的12个矩形散热器的结构示意图。图8和图9表明的是沿燃气轮机轴中心线对称分布的12个梯形散热器的结构示意图。其中，图6和图8是解决大直径轴向换热的方案，换热器不沿轴线有相对运动。对于轴向的直径较小，一般需要换热的空间和制冷系统主体存在相对旋转运动的状况下，并且，最好是一个散热器来完成换热任务的方案，文献和相关专利并未提及。在实际操作中，如果采用普通矩形和梯形换热器，在相对旋转状态下，其流道的进出管道不仅占换热面积，也占用相关的空间，并且在有旋转运动的条件下的制冷效率在降低。因此对于有相对旋转运动的制冷系统来讲，轴向进、径向出的离心式旋转板翅式换热器是一种选择方案。
发明内容
本发明提供一种径轴双向离心式旋转板翅式换热器，以解决换热器与制冷系统主体有相对旋转运动的问题或解决流体需轴向进、径向出的换热过程。
一种径轴双向离心式旋转板翅式换热器，其特征在于，包括圆柱形的芯体结构，在所述芯体结构上沿其轴向设有第一轴向流道、第二轴向流道和第三轴向流道，其中，所述第一轴向流道沿所述芯体结构的中心轴设置，所述第二轴向流道和第三轴向流道位于所述第一轴向流道的两侧；
在所述芯体结构上沿其径向设有若干层依次间隔设置的第一径向流道和第二径向流道，所述第一径向流道的内端为开口端且与所述第一轴向流道相通，所述第一径向流道的外端为开口端且与外界相通；所述第二径向流道的一端与所述第二轴向流道相通，另一端与所述第三轴向流道相通。
进一步为：所述第一轴向流道为圆柱型，所述第二轴向流道、第三轴向流道、第一径向流道和第二径向流道均为扇环形；在所述第一径向流道内固设有工质流通路径为等截面弧线状的第一翅片，在第二径向流道内固设有工质流通路径为等截面直线状的第二翅片。
进一步为：所述第一翅片包括均为三条边的翅片Ⅰ和翅片Ⅱ，所述翅片Ⅰ包括一条内弧形边和两条等长直线边，所述翅片Ⅱ包括一条外弧形边、一条长直线边和一条短直线边，所述翅片Ⅰ的内弧形边与所述第一轴向流道的内壁重合，所述翅片Ⅰ的两条等长直线边的交点靠近所述第一径向流道的外侧边缘，所述翅片Ⅰ的两条等长直线边分别与两个所述翅片Ⅱ的长直线边重合，所述翅片Ⅱ的短直线边与所述第一径向流道的侧边靠近且平行；
其中，所述翅片Ⅰ的流通路径与所述翅片Ⅰ的角平分线平行，所述翅片Ⅱ的流通路径与所述翅片Ⅱ的短直线边平行。
进一步为：所述第二翅片包括若干个侧边依次连接的扇环形翅片。
进一步为：在所述芯体结构的一端固设有第一端盖，另一端固设有第二端盖，所述第一端盖密封设置在所述第一轴向流道的一端，在所述第一端盖上对应所述第二轴向流道和第三轴向流道的位置分别一一对应开设有流体第一进口和流体第一出口；所述第二端盖密封设置在所述第二轴向流道和第三轴向流道的一端，在所述第二端盖上对应所述第一轴向流道的位置开设有流体第二进口。
进一步为：所述第二轴向流道和第三轴向流道尺寸相同且关于所述芯体结构的中心轴对称。
本发明的有益效果：在有相对旋转运动时，换热效果不受影响；单位体积的传热面积大、重量轻，体积小，效率高的紧凑热交换热器。
附图说明
图1为本发明结构的第一视图；
图2为本发明结构的第二视图；
图3为本发明结构中第一径向流道的截面图；
图4为本发明结构中第二径向流道的截面图；
图5 具有复杂流道设计的换热器结构示意图；
图6为 矩形间冷器沿轴向均匀分布的结构示意图；
图7为图6中的矩形间冷器结构示意图；
图8梯形间冷器沿轴向分布的结构示意图；
图9梯形间冷器的结构示意图；
图10为本发明的应用状态示意图。
图中，1、第一端盖；11、第二轴向流道；12、第三轴向流道；13、第一轴向流道的隔板；14、第二轴向流道的外隔板；15、第二翅片；2、第二端盖；21、第一轴向流道；22、翅片Ⅰ；23、翅片Ⅱ；24、第一径向流道的第一侧隔板；25、第一径向流道的第二侧隔板；D、第一流体进的流向；F、第一流体出的流向；E、第二流体进的流向；G、第二流体出的流向。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
如图1和图2所示，一种径轴双向离心式旋转板翅式换热器，包括圆柱形的芯体结构，在所述芯体结构上沿其轴向设有第一轴向流道21、第二轴向流道11和第三轴向流道12，其中，所述第一轴向流道21沿所述芯体结构的中心轴设置，所述第二轴向流道11和第三轴向流道12位于所述第一轴向流道21的两侧；
在所述芯体结构上沿其径向设有若干层依次间隔设置的第一径向流道和第二径向流道，所述第一径向流道的内端为开口端且与所述第一轴向流道21相通，所述第一径向流道的外端为开口端且与外界相通；所述第二径向流道的一端与所述第二轴向流道11相通，另一端与所述第三轴向流道12相通；
结合图3和图4所示，其中，所述第一轴向流道21为圆柱型，所述第二轴向流道11、第三轴向流道12、第一径向流道和第二径向流道均为扇环形；所述第二轴向流道11和第三轴向流道12尺寸相同且关于所述芯体结构的中心轴对称，在所述第二轴向流道11和第三轴向流道12两个侧边之间分别设有两个第二径向流道；在所述第一径向流道内固设有工质流通路径为等截面弧线状的第一翅片，在第二径向流道内固设有工质流通路径为等截面直线状的第二翅片15；其中，第一翅片和第二翅片15均为折波式翅片。
所述第一翅片包括均为三条边的翅片Ⅰ22和翅片Ⅱ23，所述翅片Ⅰ22包括一条内弧形边和两条等长直线边，所述翅片Ⅱ23包括一条外弧形边、一条长直线边和一条短直线边，所述翅片Ⅰ22的内弧形边与所述第一轴向流道21的内壁重合，所述翅片Ⅰ22的两条等长直线边的交点靠近所述第一径向流道的外侧边缘，所述翅片Ⅰ22的两条等长直线边分别与两个所述翅片Ⅱ23的长直线边重合，所述翅片Ⅱ23的短直线边与所述第一径向流道的侧边靠近且平行；
其中，所述翅片Ⅰ22的流通路径与所述翅片Ⅰ22的平分线平行，所述翅片Ⅱ23的流通路径与所述翅片Ⅱ23的短直线边平行。所述第二翅片15包括若干个侧边依次连接的扇环形翅片。
在所述芯体结构的一端固设有第一端盖1，另一端固设有第二端盖2，所述第一端盖1密封设置在所述第一轴向流道21的一端，在所述第一端盖1上对应所述第二轴向流道11和第三轴向流道12的位置分别一一对应开设有流体第一进口和流体第一出口；所述第二端盖2密封设置在所述第二轴向流道11和第三轴向流道12的一端，在所述第二端盖2上对应所述第一轴向流道21的位置开设有流体第二进口。如图1至图4中，标号D、F、E、G所示，D为第一流体进的流向，即热气流体进芯体结构；F为第一流体出的流向，即热气流体出芯体结构；E为第二流体进的流向，即冷气流体进芯体结构；G为第二流体出的流向，即冷气流体出芯体结构，并结合标号D、F、E、G的箭头走向，可以清楚地了解热气流体和冷气流体在所述芯体结构中的流向。
本发明的工作原理：热气流体进入第二轴向流道后，分流进入第二轴向流道两侧的第二径向流道，再汇流从第三轴向流道流出；其中，当热气流体经过第二径向流道时，通过第二翅片向芯体结构传递热量；冷气流体进入第一轴向流道，然后通过第一径向流道时依次经翅片Ⅰ和翅片Ⅱ将芯体结构的热量带走，从而对第二径向流道内的热气流体进行降温。
本发明的应用：结合图10所示，制冷系统H产生冷气，该制冷系统H一般是无相变制冷循环系统，其冷气由冷却涡轮出口喷出，进入本发明的换热器I的第一轴向流道，沿第一径向流道流动，并与第二径向流道中的流体换热后流出到外界，第二径向流道内的流体沿固定的扇环形轨迹流动，并与第一径向流道的冷空气进行逆叉流方式换热，由于本发明的换热器I设计方式为径—轴流式，所以在有相对旋转运动时不影响其换热效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种径轴双向离心式旋转板翅式换热器，其特征在于，包括圆柱形的芯体结构，在所述芯体结构上沿其轴向设有第一轴向流道、第二轴向流道和第三轴向流道，其中，所述第一轴向流道沿所述芯体结构的中心轴设置，所述第二轴向流道和第三轴向流道位于所述第一轴向流道的两侧；
在所述芯体结构上沿其径向设有若干层依次间隔设置的第一径向流道和第二径向流道，所述第一径向流道的内端为开口端且与所述第一轴向流道相通，所述第一径向流道的外端为开口端且与外界相通；所述第二径向流道的一端与所述第二轴向流道相通，另一端与所述第三轴向流道相通。
2.根据权利要求1所述的一种径轴双向离心式旋转板翅式换热器，其特征在于：所述第一轴向流道为圆柱型，所述第二轴向流道、第三轴向流道、第一径向流道和第二径向流道均为扇环形；在所述第一径向流道内固设有工质流通路径为等截面弧线状的第一翅片，在第二径向流道内固设有工质流通路径为等截面直线状的第二翅片。
3.根据权利要求2所述的一种径轴双向离心式旋转板翅式换热器，其特征在于：所述第一翅片包括均为三条边的翅片Ⅰ和翅片Ⅱ，所述翅片Ⅰ包括一条内弧形边和两条等长直线边，所述翅片Ⅱ包括一条外弧形边、一条长直线边和一条短直线边，所述翅片Ⅰ的内弧形边与所述第一轴向流道的内壁重合，所述翅片Ⅰ的两条等长直线边的交点靠近所述第一径向流道的外侧边缘，所述翅片Ⅰ的两条等长直线边分别与两个所述翅片Ⅱ的长直线边重合，所述翅片Ⅱ的短直线边与所述第一径向流道的侧边靠近且平行；
其中，所述翅片Ⅰ的流通路径与所述翅片Ⅰ的角平分线平行，所述翅片Ⅱ的流通路径与所述翅片Ⅱ的短直线边平行。
4.根据权利要求2所述的一种径轴双向离心式旋转板翅式换热器，其特征在于：所述第二翅片包括若干个侧边依次连接的扇环形翅片。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种径轴双向离心式旋转板翅式换热器，其特征在于：在所述芯体结构的一端固设有第一端盖，另一端固设有第二端盖，所述第一端盖密封设置在所述第一轴向流道的一端，在所述第一端盖上对应所述第二轴向流道和第三轴向流道的位置分别一一对应开设有流体第一进口和流体第一出口；所述第二端盖密封设置在所述第二轴向流道和第三轴向流道的一端，在所述第二端盖上对应所述第一轴向流道的位置开设有流体第二进口。
6.根据权利要求5所述的一种径轴双向离心式旋转板翅式换热器，其特征在于：所述第二轴向流道和第三轴向流道尺寸相同且关于所述芯体结构的中心轴对称。
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