CN108885065B - 螺旋盘管式热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热交换器(1)，所述热交换器用于使第一介质(S)与第二介质(S’)间接换热并具有：壳空间(M)，其用于容纳所述第一介质(S)；管束(2)，所述管束布置在壳空间(M)中并具有用于容纳第二介质(S')的多个管(20)，其中，相应的管(20)螺旋盘绕在芯管上以使得所述管束(2)具有彼此叠置的多个管层(201，202，203)；以及，至少一个间隔件(6)，所述管束(2)的在所述管束(2)的径向方向(R)上更靠外地定位的第一管层(201)支撑在相邻的第二管层(202)上，所述第二管层在所述管束(2)的所述径向方向(R)上更靠内地定位，其中，根据本发明，所述至少一个间隔件(6)具有流动引导装置(6a)，所述流动引导装置构造成使所述第一介质(S)的在所述壳空间(M)中沿着所述第一管层(201)流动的部分向着在所述径向方向(R)上更靠内定位的所述第二管层(202)的方向偏转。

Description

螺旋盘管式热交换器
技术领域
本发明涉及一种螺旋盘管式热交换器。
背景技术
这种类型的热交换器用于至少一个介质与至少一个第二介质之间的间接换热并具有容纳第一介质的壳空间、以及管束，管束布置在壳空间中并且具有用于容纳第二介质的多个管，其中，那些管以多个管层螺旋盘绕在热交换器的芯管上。
在管层之间优选地设置有间隔件，相应的管层通过间隔件被支撑在位于该管层下方的管层上。
对于引导在壳空间中的第一介质在管束上的分配，尤为重要的是：第一介质应当被尽可能均匀地分配在管束上以确保高效的换热。
对此，已经发现的是，引导在壳侧上的流态第一介质由于壳空间中的各种效应会被向外引导向作为外管层(在管束的径向方向上)的管层。对此的一个原因是离心力，所述离心力由于热交换器的管束的各管的螺旋盘绕而作用在第一介质的沿着管的表面流动的部分上。采用这种方式，第一介质的所述部分被沿着管束的径向方向向外朝向外管层地驱使。这具有以下后果：即使在第一介质极度均匀地分配在管束的顶侧上的情况下，也会形成第一介质的利于外管层的非均匀分配。
发明内容
将此作为起点，由此，本发明的目的在于提供一种能克服这些问题的上文所提及的类型的热交换器。
该问题通过具有权利要求1的特征的热交换器来解决。
根据本发明的螺旋盘管式热交换器的有利构造被具体限定在从属权利要求中并在下文中被描述。
根据权利要求1，根据本发明设置成：至少一个间隔件具有流动引导装置，所述流动引导装置被构造成将第一介质的在壳空间中沿着第一(外)管层流动的部分向着在径向上更靠内定位的第二管层的方向偏转。
在这种情况下，首先基于更靠外定位的(第一)管层和位于该管层下方的相邻的(第二)管层来说明本发明。并非绝对必须的是，所述更靠外定位的管层是最外的管层。当然，可能的是，多个管层被设置在根据本发明的热交换器中(也参见下文)，其中，在每两个(径向地)相邻的管层之间，分别设置有具有所述流动引导装置的一个或一个以上间隔件，其中，第一介质的所涉及的那部分的流动通常从相应的径向更靠外定位的(第一)管层偏转向径向更靠内定位的(第二)管层。具有所述流动引导装置的间隔元件在这种情况下被设置成使第一介质最大程度地均匀地分配在管束上(相对于管束沿着热交换器的壳/芯管的纵向轴线的总长度而言)。在一些情况下，这还意味着这种类型的间隔件没有设置在所有在管层之间而是仅设置在某些管层之间(根据第一介质的预期的非均匀分配)。然后可能的是，在其余管层之间提供例如传统的间隔件、或者没有呈现根据本发明的流动偏转效果的间隔件或以相当小的程度呈现所述效果的间隔件。
借助于本发明，有利于外管层的非均匀分配被有利地克服，以使得由此壳侧冷却剂或第一介质被更好地分配并且对应地改善了螺旋盘管式热交换器的性能。
根据本发明的热交换器的一优选实施例，设置成：所述装置由至少一个间隔件的端侧形成或具有这种端侧。优选地，所述端侧是至少一个间隔件的一体组成部件或者是间隔件的与间隔件一件式形成的侧部。在这种情况下，所述端侧将尤其间隔件的背向芯管的前侧连接至间隔件的面向芯管的后侧。所述端侧由此大致沿着管束的径向方向延伸并且在这种情况下尤其相对于径向方向倾斜。
此外，所述端侧也可以区段地在第一管层的每两个相邻的管区段之间延伸，其中，端侧的这些区段中的每个属于间隔元件的突起，其中，这些突起中的每个定位在第一管层的两个相邻的管区段或管匝之间并且每个突起沿管束的径向方向从至少一个间隔件的基体的边缘区段突出。借助于所述突起，管匝的竖直间距由此在相应的管层内是固定的。
此外，根据本发明的一优选实施例，设置成：为了影响或偏转第一介质的流动，至少一个间隔件的所述端侧朝向第二管层倾斜或者相对于抵靠在间隔件上的第二管层的管区段的切线方向的倾斜，以使得第一介质的沿着第一管层中的管并对着所述至少一个间隔件的端侧的部分被所述端侧偏转向第二管层。
此外，根据本发明的一优选实施例，设置成：芯管沿着纵向轴线延伸，所述纵向轴线优选地定向成在按预期布置的热交换器下平行于竖直方向。
优选地，热交换器此外还具有壳，所述壳围出壳空间并与芯管沿着所述纵向轴线同轴地延伸。
优选地，此外设置成，至少一个间隔件或间隔件的所述流动影响端侧沿着纵向轴线延伸。
根据本发明的热交换器的另一优选实施例，至少一个间隔件的所述装置通过至少一个引导元件形成或具有至少一个这种引导元件，所述至少一个引导元件例如呈至少一个挡板的形式并固定至间隔件的基体，所述基体沿着纵向轴线延伸并且第一管层通过所述基体抵靠在第二管层上。在这种情况下，所述基体由此执行在各管层之间形成间距的功能或使相应的外管层的载荷向位于外管层下方的管层耗散的功能，而至少一个引导元件只执行流动引导功能。
根据本发明的热交换器的一优选实施例，此外设置成：所述至少一个引导元件形成冲击表面，第一介质的将被偏转的所述部分撞击在冲击表面上，其中，所述冲击表面进而相对于第二管层具有倾斜(或相对于第二管层的管区段的切线方向具有倾斜，所述第二管层抵靠在间隔件上)，以使得第一介质的沿着第一管层中的管并对着冲击表面流动的部分被冲击表面偏转向第二管层。
此外，根据一优选实施例，设置成：引导元件区段地在第二管层或径向更靠内的定位的管层的相邻的管区段之间延伸。
替代一个引导元件地，至少一个间隔件也可以具有多个引导元件，所述引导元件沿着纵向轴线固定至基体，以使得在纵向轴线的方向上相邻的每两个引导元件之间具有间隙。各引导元件然后区段地在第二管层的每两个关联的管区段之间延伸或者伸入所述两个管区段之间的中间空间内。
此外，根据一优选实施例，设置成：所述至少一个引导元件(或多个引导元件)相对于第一介质的所述部分的流动方向而言布置在至少一个间隔件的基体的上游或下游区段上，尤其布置在基体的一端侧上，所述端侧将基体的前侧连接至基体的面向芯管的后侧。
此外，根据一优选实施例，设置成：所述装置通过形成在间隔件中的多个通道形成或者具有这种通道。在此，通道中的每个沿着径向方向向内延伸，其中，这些通道向内降低以使得第一介质的沿着第一管层尤其从上向下流动的部分可以进入通道并在通道中被向内偏转向第二管层。在此，通道形成在例如相应的间隔件的一端侧上，沿着第一管层或沿着第一管层中的管流动的第一介质对着所述端侧流动或者第一介质在所述端侧上从上向下流动。
此外，根据一优选实施例，设置成：所述装置(尤其是所述至少一个引导元件)还可以构造成将第一介质的在壳空间中沿纵向轴线或沿第一管层从上向下流动的部分以另外的方式偏转向第二管层。
前述可能的流动构件(例如端侧、引导元件、通道)可以在各实施例中以期待的方式彼此组合。间隔件由此具有这些构件中的一个、两个或三个以用于流动偏转。
此外，根据一优选实施例，设置成：热交换器在第一管层与第二管层之前具有多个间隔元件，其中，每个间隔元件具有一流动引导装置，所述流动引导装置构造成将第一介质的在壳空间中沿着第一管层流动的部分偏转向径向更靠内定位的第二管层。在这种情况下，进而，所述装置可以根据前述实施例之一或权利要求来形成。
此外，根据一优选实施例，设置成：热交换器在多个相邻的管层或所有相邻的管层之间具有间隔元件，其中，相应的间隔元件优选地具有流动引导装置，所述流动引导装置构造成将第一介质的在壳空间中沿着两个相邻的管层中的外管层流动的部分偏转向两个相邻的管层中的径向更靠内定位的管层。尤其，在这种情况下，进而，所述装置根据所描述的实施例之一或权利要求来形成。
此外，根据一优选实施例，设置成：布置在相邻的管层之间的间隔件的数量是恒定的，其中，在每种情况下，间隔件在管束的径向方向上一个布置在另一方上以支撑管层。采用这种方式，所有管层的重量可以通过间隔件支撑而不会损害各管层中的管。
附图说明
本发明的更多的细节和优选例基于附图通过图示例性实施例的附图的下述说明予以解释图。
在附图中：
图1示出根据本发明的具有流动影响间隔件的螺旋盘管式热交换器的局部剖切图；
图2示出根据本发明的间隔件的一实施例，其中，相应的间隔件具有倾斜的端侧以偏转第一介质；
图3示出根据本发明的间隔件的另外的实施例，其中，相应的间隔件具有引导元件以偏转第一介质；
图4示出图3所示的实施例的一改型例；并且
图5示出根据本发明的间隔件的另一实施例，该间隔件具有用于偏转第一介质的通道。
具体实施方式
图1示出一种螺旋盘管式热交换器1。所述螺旋盘管式热交换器1具有围出热交换器1的壳空间M的壳10。壳10沿着竖直的纵向轴线或圆柱轴线L延伸并包围管束2，所述管束布置在壳空间M内并将被流体的第一介质S相对于纵向轴线L而言从上方作用，以使得所述第一介质与引导在管束2中的至少一个第二介质S‘间接换热接触。在此，管束2由多个管20形成，每个管绕着芯管21螺旋地盘绕，以使得管束具有在管束2的径向方向R上彼此叠置的多个管层201、202、…(参见图2至4)。在这种情况下，芯管21与壳10同轴地延伸，其中，管束2的径向方向R垂直于纵向轴线L或芯管21并且向外指向壳10。
由此形成的且在管束2的径向方向R上彼此叠置的管层201、202、…通过间隔件6抵靠地支撑在彼此上，间隔件6沿着纵向轴线L延伸并优选地形成为接片，以使得管层201、202、…的载荷通过间隔件6被引入芯管21。此外，管束2可以被所谓的衬套3包围以阻止第一介质S在外侧上流过管束2。第一介质S可以例如通过于侧方处设置在壳10上的连接件101供入壳空间M并通过于侧方处设置在壳10上的另外的连接件102从壳空间M抽出。为了使第一介质S尽可能均匀地分配在管束2的顶侧O上，例如一种已知类型的分配装置(在此没有更详细地示出)能够于管束2上方设置在壳空间M内，其中，所述顶侧横向于纵向轴线L地延伸。此外，引导在管束2中的第二介质S‘可以通过设置在壳10上的连接件103被引入管束2，并通过设置在壳10上的另外的连接件105从管束2抽出。在多个介质将被引导在管束2中的情况下，管20可以聚集成对应的组104，所述组中的每个组分别引导一个介质。
由于上文提及的效应，即使在第一介质S均匀地分配在管束2的顶侧O上的情况下，在管束2的径向方向R上也可能出现第一介质S的非均匀分配。
对了消除所述非均匀分配，根据本发明设置成：热交换器1具有至少一个间隔件6，在管束2的径向方向R更靠外地定位的第一管层201通过所述至少一个间隔件6抵靠在在径向方向R上更靠内地定位的第二管层202上，其中，间隔件6具有流动引导装置6a，流动引导装置6a构造成使第一介质S的在壳空间M中沿着第一管层201中的管20流动的部分偏转向所述更靠内地定位的第二管层202。
根据图2的示例性实施例，所述装置6a例如是间隔件6的端侧6a，该端侧将间隔件6的背向芯管21的前侧6b连接至间隔件6的面向芯管21的后侧6c，其中，所述端侧6a具有朝向第二管层202的倾斜以使得第一介质S的沿着第一管层201中的管20且对着端侧6a流动的部分被端侧6a偏转向第二管层202。端侧6a相对于第一管层201的倾斜在这种情况下特征在于锐角W，第二端侧6a相对于第二管层202或相对于第二管层202的与间隔件6相邻的管段成锐角W。
优选地，多个上述类型的间隔件6被设置在每两个相邻的管层201、202、…之间，其中，布置在两个管层201、202、…之间的间隔件6的数量优选地是恒定的并且来自不同的管层的间隔件6优选地在径向方向R上一个布置在另一个上方，以使得彼此叠置的管层201、202、…的载荷可以通过间隔件6可靠地向芯管21耗散。
如图2进一步所示，管层201、202、…中的管20可以具有不同的盘绕方向。由此，第一介质S能够在相邻的管层201、202中沿着相应的管20以不同的方向流动。相应的间隔件6的端侧6a然后被定向成使得第一介质S的将被向内偏转的相应的部分对着相应的端侧6a流动。
如图2进一步所示，至少一个或相应的间隔件6可以具有突起61，所述突起在径向方向R上从相应的间隔件6的基体60的边缘区段向外突出。所述突起61用于在相应的管层中建立管匝的期待的竖直间距。此外，突起61可以形成相应的间隔件6的端侧6a的一部分。相应的间隔件6的端侧6a由此至少区段地布置在相应的更靠外定位的管层201中的相邻的管区段之间。
图3示出本发明的另外的实施例，在该实施例中，至少一个间隔件6具有至少一个引导元件62，引导元件62例如呈挡板的形式并固定至所述至少一个间隔件6的(例如接片状的)基体60，所述基体沿着纵向轴线L延伸，其中，在这种情况下，优选地，基体60执行载荷耗散功能，也就是说，相应的每个更靠外布置的(第一)管层201通过所述基体60被抵靠在位于其下方的(第二)管层202上，而引导元件62优选地执行流动引导功能或流动偏转功能并且形成间隔件6的所述装置6a，所述装置6a在此形成为引导元件62的冲击表面6a，所述冲击表面朝向在径向方向R上更靠内定位的(第二)管层202倾斜(或相对于第二管层202的相邻的管区段倾斜)，以使得第一介质S的沿着第一管层201中的管20且对着冲击表面6a流动的部分被冲击表面6a偏转向更靠内定位的(第二)管层202。由于这种倾斜，引导元件62的冲击表面6a与相应的在径向上更靠内定位的(第二)管层202成锐角W。
引导元件62可以是单独的元件，该单独的元件固定至相应的间隔件6的基体60，尤为优选地固定至基体60的端侧60a，所述端侧将基体的后侧连接至基体60的前侧，其中，所述基体的后侧面向芯管21并且所述更靠内定位的(第二)管层202在抵靠在所述基体的后侧上，而所述更靠外定位的(第一)管层201抵靠在所述前侧上。然而，引导元件62也可以与基体60(由一个工件)一体地形成。
类似于图2，根据图3还可能的是：多个间隔件6被设置，其中，来自不同的管层的间隔件6优选地在径向方向R上一个布置在另一个上方(参见上文)。
此外，图3也示出以下状况：在该状况下，第一介质S的沿着相应的管层201、202、…中的管20流动的部分的流动方向由于相应的管20的盘绕方向而在管层之间是不同的，其中，根据图3，优选地设置成：相应的引导元件62与第一介质S的将被偏转的那部分的流动方向相关地被设置在或固定至相应的间隔件6的基体60的下游端侧60a。在这种情况下，所述冲击表面6a尤其面向相应的基体60并确保尤其第一介质S的一部分在经过所述相应的基体60后在相应的基体60的后侧上被偏转。
图4示出引导元件62的一种改型，其中，在此，与图3不同的是，引导元件62的每个被设置在相应的间隔件6的基体60的上游端侧60a处，其中，在此，相应的引导元件62的冲击表面6a从关联的基体60偏转并相对于相应的更靠内定位的(第二)管层202倾斜，以使得冲击表面6a与所述管层202形成锐角W。
在根据图3的实施例和根据图4的实施例中，优选地设置成：相应的间隔件6的引导元件62区段地在相应的更靠内定位的管层202的相邻的管区段之间延伸。替代引导元件62地，在这两个实施例(图3和图4)中，相应的间隔件6也可以具有对应的多个引导元件62，所述多个引导元件分别伸入相应的更靠内布置的管层202、…的两个相邻的管区段之间的中间空间内。
最后，图5示出根据本发明的间隔件6的一实施例，间隔件6如上所述被布置在热交换器1的相邻的管层201、202、…之间(参见上文)，其中，在此，流动引导装置6通过通道6a形成(或具有这种通道)，所述通道中的每个构造成将第一介质S的从上向下沿着第一管层或外管层201流动的部分偏转向第二管层或径向更靠内定位的管层202。为此，所述通道优选地下降至更靠内定位的(第二)管层202。通道6a可以设置在例如相应的间隔件6的端侧60a或相应的间隔件6的基体上。间隔件6也可以进而具有突起61，所述突起从相应的基体60沿径向方向R突出并限定管20的相邻的管匝或相邻的管区段之间在壳的纵向轴线L的方向上的竖直间距。
可以只有间隔件60具有作为流动引导装置的所述通道6a。然而，所述通道6a也可以作为附加的流动引导构件而被设置在图1-4的间隔件6中。
附图标记列表
1 螺旋盘管式热交换器
2 管束
3 衬套
6 间隔件
6a 装置(例如端侧、冲击表面、通道)
6b 前侧
6c 后侧
10 壳
20 管
21 芯管
60 基体
61 突起
62 引导元件
60a 基体的端侧
101，102，103，105 连接件
104 管组
201，202 相邻的管层
M 壳空间
O 顶侧
S 第一介质
S' 第二介质
R 径向方向
L 纵向轴线(竖向)
W 角

Claims (11)

1.一种热交换器(1)，所述热交换器用于使第一介质(S)与第二介质(S’)间接换热并具有：
-壳空间(M)，其用于容纳所述第一介质(S)，
-管束(2)，所述管束布置在壳空间(M)中并具有用于容纳第二介质(S')的多个管(20)，其中，相应的管(20)螺旋盘绕在芯管上以使得所述管束(2)具有彼此叠置的多个管层(201，202，203)，以及
-至少一个间隔件(6)，所述管束(2)的在所述管束(2)的径向方向(R)上更靠外地定位的第一管层(201)支撑在相邻的第二管层(202)上，所述第二管层在所述管束(2)的所述径向方向(R)上更靠内地定位，
其特征在于，
所述至少一个间隔件(6)具有流动引导装置(6a)，所述流动引导装置构造成使所述第一介质(S)的在所述壳空间(M)中沿着所述第一管层(201)流动的部分向着在所述径向方向(R)上更靠内地定位的所述第二管层(202)的方向偏转；
所述流动引导装置(6a)具有所述间隔件(6)的端侧(6a)，所述端侧将所述间隔件(6)的背向所述芯管(21)的前侧(6b)连接至所述间隔件(6)的面向所述芯管(21)的后侧(6c)，所述端侧(6a)朝向所述第二管层(202)倾斜，以使得所述第一介质(S)的沿着所述第一管层(201)中的管(20)并对着所述端侧(6a)流动的部分被所述端侧(6a)向着所述第二管层(202)的方向偏转；或者，所述流动引导装置(6a)具有至少一个引导元件(62)，所述至少一个引导元件固定至所述间隔件(6)的基体(60)，所述基体沿着纵向轴线(L)延伸并且所述第一管层(201)通过所述基体被支撑在所述第二管层(202)上，所述至少一个引导元件(62)形成冲击表面(6a)，所述冲击表面朝向所述第二管层(202)倾斜以使得所述第一介质(S)的沿着所述第一管层(201)中的管(20)并对着所述冲击表面(6a)流动的部分被所述冲击表面(6a)向着所述第二管层(202)的方向偏转。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述至少一个引导元件(62)区段地在所述第二管层(202)的相邻的管区段之间延伸。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述至少一个引导元件(62)在所述第一介质(S)的所述部分的流动方向上布置在所述间隔件(6)的上游边缘区段(60a)或下游边缘区段(60a)上。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述芯管(21)沿着纵向轴线(L)延伸。
5.根据权利要求4所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器(1)具有壳(10)，所述壳围出所述壳空间(M)并与所述芯管(21)同轴地沿着所述纵向轴线(L)延伸。
6.根据权利要求4或5所述的热交换器，其特征在于，所述至少一个间隔件(6)和/或所述流动引导装置(6a)沿着所述纵向轴线(L)延伸。
7.根据权利要求1至2、4至5中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述流动引导装置(6a)构造成使所述第一介质(S)的沿着所述第一管层(201)从上向下流动的部分向着所述第二管层(202)的方向偏转。
8.根据权利要求1至2、4至5中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述流动引导装置具有多个通道(6a)，所述通道设置在所述至少一个间隔件(6)中并构造成将使第一介质(S)的沿着所述第一管层(201)从上向下流动的部分向着所述第二管层(202)的方向偏转。
9.根据权利要求1至2、4至5中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器(1)在所述第一管层(201)与所述第二管层(202)之间具有多个间隔件(6)，其中，所述间隔件(6)中的每个均包括流动引导装置(6a)，所述流动引导装置构造成使所述第一介质(S)的在所述壳空间(M)中沿着所述第一管层(201)流动的部分向着在所述径向方向(R)上更靠内定位的所述第二管层(202)的方向偏转。
10.根据权利要求1至2、4至5中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器(1)在所述热交换器(1)的多个相邻的管层或所有相邻的管层(201，202，203)之间具有间隔件(6)，其中，相应的间隔件(6)具有流动引导装置(6a)，所述流动引导装置构造成使所述第一介质(S)的在所述壳空间(M)中沿着相应的相邻的管层(201，202)中的在所述管束(2)的径向方向(R)上更靠外地定位的管层(201)流动的部分向着相应的两个相邻的管层(201，202)中的在所述径向方向(R)更靠内定位的管层(202)的方向偏转。
11.根据权利要求10所述的热交换器，其特征在于，布置在相邻的管层(201，202，203)之间的间隔件(6)的数量是恒定的，其中，多个间隔件(6)在所述管束(2)的径向方向(R)上一个布置在另一个上以支撑管层(201，202，203)。
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