CN113405381B - 一种分块圆形换热装置及换热器 - Google Patents

Abstract

本发明属于换热器结构技术领域，涉及一种分块圆形换热装置及换热器，所述换热装置为离散式圆形结构，由若干换热单元组成，换热单元为矩形结构，换热单元沿流道截面排布，靠近圆最大直径处长度最长，两侧换热单元的长度逐渐减小。所述换热单元之间留有间隙，换热单元上下两侧连接有管箱，一侧管箱固定，相对的另一侧管箱浮动；本发明是一种在制冷/制热、风洞、环境试验、高空模拟、电力、船舶等行业实现圆形通道的换热/制冷的装置，该装置除能实现传统的换热和制冷外，还提升了传统流道圆变方所带来的温度均匀性问题。

Description

一种分块圆形换热装置及换热器

技术领域

本发明本发明属于换热器结构技术领域，涉及一种分块圆形换热装置及换热器，用于在制冷/制热、风洞、环境试验、高空模拟、电力、船舶等行业实现圆形通道的换热/制冷的装置。

背景技术

在制冷/制热、风洞、环境试验、高空模拟、电力等行业对传热都有严格要求，特别是大型换热流道系统。传统的换热流道为圆形或方形流道，换热器为横断面为矩形。当风道为圆形时，在换热器前端均采用圆变方结构、后端采用方变圆结构对流道进行变换，以保证和换热截面的匹配，这不可避免导致换热存在死角，为保证流场均匀性，在换热器前端还需设置阻尼网，以改善流场品质。

目前在制冷/制热、风洞、环境试验、高空模拟、电力等行业，特别是属于压力环境的换热设备，流道通常为圆形流道，而换热器通常采用整块或数块相同的矩形换热器，由于属于压力环境，在换热器外侧还需罩一个圆形承压容器，矩形换热器会导致安装空间增加，流场均匀性较差的问题。

发明内容

本发明的目的是：针对上述现有装置中存在的不足而设计了一种分块圆形换热装置及换热器，其目的是使该换热装置更好的利用了流道的有效截面积，改善了换热器入口侧的流场品质。避免引入更多的辅助措施来实现相同的功能。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面本发明提供一种分块圆形换热装置，所述换热装置为离散式圆形结构，由若干换热单元组成，换热单元为矩形结构，换热单元沿流道截面排布，靠近圆最大直径处长度最长，两侧换热单元的长度逐渐减小。换热单元上下两侧连接有管箱，一侧管箱固定，相对的另一侧管箱浮动；

换热单元按根据换热管的方位按圆形进行尺寸分块，所述圆形尺寸根据内流道的换热通道的尺寸换算，由于分块换热器属于离散结构，考虑加工制造、现场安装等，分块数量不宜过多或过少，分块数量过少，由于换热截面尺寸等面积原理，则导致外圆尺寸增大，增加设计难度，分块数量过多，则换热单元分块制造成本增加。假定换热截面面积为S，若单个方形所占的内流道空间为1.57S，3分块所占空间为1.45S，5分块所占空间为1.3S，7分块所占空间为1.21S，9分块所占空间为1.13S。根据面积关系推知，故所述圆形的直径为内流道的换热通道直径的1.05-1.15倍。

换热单元可以对称布置或非对称布置；优选地，换热单元采用对称布置，且数量为5-9个。根据根据机械产品的技术经济评价，经济评估值大于0.7，则分块较优。同时，通过换热截面流场模拟分析，分块数量小于5，则会出现较大的换热死角，分块数量大于9，则经济评估值不满足要求，故可得出分块数量5-9个是比较合理的分块数量。

一般情形下，换热单元之间留有间隙5-20mm；当温差小时，换热单元之间也可贴合布置。

另一方面本发明提供一种分块圆形换热器，包含所述分块圆形换热装置，所述分块圆形换热装置位于外壳内流道面上，所述分块圆形换热装置两侧存在串流空间，在两侧设置流体挡板；通过上管箱和下管箱的进水管/出水管实现一个闭式循环系统。

换热器进出水方式为上进下出、上进上出、下进下出、下进上出方式；进水管/出水管根据流程的需要设置在上管箱或下管箱上。

根据工作介质温度或温差的高低，换热器的上管箱或下管箱可设置成浮动式结构以释放温差热变形，相对于的管箱设置成固定端。浮动端的管箱通过波纹管补偿器与外部管道进行连接。上下管箱与外壳连接方式：一侧管箱为焊接固定，相对的另一侧管箱为浮动式连接；浮动端的管箱通过波纹管补偿器与外壳的外部管道进行连接。

所述分块圆形换热装置用于冷却/加热气体、液体等工作介质。应用于制冷/制热、风洞、环境试验、高空模拟、电力等行业。

本发明的有益效果是：

本发明是一种在在制冷/制热、风洞、环境试验、高空模拟、电力等行业使用的换热装置。此装置可提高流道的有效截面积，改善了换热器入口侧的流场品质。避免引入更多的辅助措施来实现相同的功能，具有广阔的市场前景。

在风洞试验、环境、高空模拟中，通过圆形流道，将高温或低温流体送入分块式换热器，从而实现流体的降温或升温，再将适合试验或排放的流体送入试验间、排气塔或直接排放。分块式冷却器相当于将圆形冷却器离散成数块矩形冷却器单元，再在两端安装进出水管，多个冷却器单元组成一个完整的换热器。这种离散方式更好的利用了流道的有效截面积，也改善了换热器入口侧的流场品质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1分块圆形换热装置横截面图；

图2分块圆形换热装置上部主视图；

图中：1-换热装置、2-外壳、3-上管箱、4-下管箱、5-隔板、6-波纹管补偿器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。

在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。

换热器的工作原理如图1所示，图2中黑色箭头示意换热介质的一种流动方向。根据工程流道实际圆形截面尺寸(半径为R2)，本实施例的分块换热装置沿横向分为5个换热单元，对称布置，分别为A、B、C、...，其中靠近圆形截面中心的换热单元长度最长，并沿中心轴线向侧向对称逐渐减小。换热单元按根据换热管的方位按圆形进行尺寸分块，所述圆形尺寸(半径为R2)根据内流道的换热通道截面的尺寸换算，假定换热截面面积为S(半径为R1)，换热器单元按根据换热管的方位按圆形进行尺寸分块，5分块所占空间为1.3S，所述圆形的直径(2*R2)为内流道的换热通道直径(2*R1)的1.14倍(即√1.3)。

换热单元安装方式为一端管箱固定在流道内壁上，另一端为浮动式结构，为保证在工作介质作用下不发生振动或变形过大，在浮动结构的管箱上连接图2中补偿器6释放换热单元相应方向的位移，同时限制另外两个方向的位移。换热单元在换热单元之间根据管箱的热膨胀量留有5～10mm的间隙。图1中换热介质通过换热器换热单元A、B....中上管箱1进下管箱4出或下管箱4进上管箱1，再按图2中Ⅰ、Ⅱ...中的管程构成换热系统。

附图2所示为环境试验使用的换热装置，所述换热装置1位于外壳2内流道面上，用于冷却/加热气体、液体等工作介质。换热装置A、B...等数个换热单元通过上管箱3进水管/出水管，下管箱4进水管/出水管实现一个闭式循环系统。由于此换热器为离散式圆形结构，其两侧存在串流空间，故在两侧设置流体挡板5。

换热器主要有一个外壳2，该外壳主要用于承压、支撑换热单元，管箱3、4主要用于分布或汇集换热管的冷却介质。隔板5主要是防止工作介质串流，波纹管补偿器6主要用于释放浮动管箱的热位移变形，进水管和出水管主要是连接换热介质系统。

根据工作介质温度或温差的高低，换热器的上管箱3或下管箱4可设置成浮动式结构以释放温差热变形，相对于的管箱设置成固定端。浮动端的管箱通过波纹管补偿器6与外部管道进行连接。换热器沿流道方向可分为Ⅰ、Ⅱ...数组，已实现换热器的不同管程。其中A、B...和Ⅰ、Ⅱ...等可随意组成不同管程*壳程排列。根据实际需求，可采用上管箱固定下管箱浮动方式，也可采用下管箱固定上管箱浮动方式，当温差不大情况也可采用两端固定方式。

换热器进出水方式为上进下出、上进上出、下进下出、下进上出方式，若需水平安装，只需将方向旋转90°即可。进水管和出水管的布置根据管程和壳程具体设置。

当竖向布置时，换热器可采用底部进水、底部出水等多管程方式，或者上部进水、上部出水等多管程方式，或者上部进水、下部出水/下部进水、上部出水等方式。

当水平布置时，换热器可采用横向同侧进水/出水等多管程方式，或者横向异侧进水/出水等方式。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种分块圆形换热装置，其特征在于：所述换热装置为离散式圆形结构，由若干换热单元组成，换热单元为矩形结构，换热单元沿流道截面排布，靠近圆最大直径处长度最长，两侧换热单元的长度逐渐减小；换热单元上下两侧连接有管箱，一侧管箱固定，相对的另一侧管箱浮动；

换热单元按根据换热管的方位按圆形进行尺寸分块，所述圆形尺寸根据内流道的换热通道的尺寸换算，假定换热通道截面面积为S，所述圆形的直径为内流道的换热通道直径的1.05-1.15倍；所述换热单元数量为5-9个；

所述换热单元之间留有间隙，间隙为5-10mm。

2.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于：所述换热单元对称布置或非对称布置。

3.一种分块圆形换热器，包含如权利要求1至2任一项所述的换热装置，其特征在于：所述分块圆形换热装置位于外壳(2)内流道面上，所述分块圆形换热装置(1)两侧存在串流空间，在两侧设置流体挡板(5)；通过上管箱(3)和下管箱(4)的进水管/出水管实现一个闭式循环系统。

4.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于：所述换热器进出水方式为上进下出、上进上出、下进下出、下进上出方式；进水管/出水管根据流程的需要设置在上管箱(3)或下管箱(4)上。

5.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于：所述管箱与外壳(2)连接方式为：一侧管箱为焊接固定，相对的另一侧管箱为浮动式连接；浮动的管箱通过波纹管补偿器(6)与外壳(2)的外部管道进行连接。

6.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于：所述分块圆形换热装置(1)用于冷却/加热气体、液体工作介质。

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