CN114440664A - 一种基于碳碳复合材料的换热器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于碳碳复合材料的换热器装置，包括壳体、固定安装在壳体两端的管箱以及布置在壳体腔内的传热管，传热管包括若干层同心套筒，同心套筒之间通过管板固定连接；管板径向设有热源排进管道，热源排进管道沿垂直同心套筒的方向伸入管板内部，管板靠近管箱一侧设有提供冷源的冷源室；相邻两层同心套筒之间形成流道，管板设有与流道一一对应的弧形口，弧形口包括沿所述热源排进管道方向布置并与其连通的弧形槽，以及与冷源室连通的弧形流道，弧形槽与弧形流道以管板中心向外间隔交错布置。该发明通过同心套筒结构来增加冷热源之间的换热面积，同时设置外螺旋纹对流体进行引导增加流程距离，从而提高了换热效果。

Description

一种基于碳碳复合材料的换热器装置
技术领域
本发明涉及换热器装置的技术领域，尤其涉及一种基于碳碳复合材料的换热器装置。
背景技术
在传统的诸如微通道等换热器的换热器在使用过程中，换热效率慢，传统的换热器在热交换的过程中接触面积小，速率低，会降低换热的工作效率，传统的换热器在连接处密封效果差，容易造成管道中的液体泄漏，导致换热器降低换热效果，尤其是冷却剂在高流速状态下存在空泡气蚀现象，存在腐蚀内部管件等许多安全问题。而且传统换热器结构比较复杂，成本高，耗能多。
此外传统换热器在使用过程中，通常采用金属管进行热交换。但是在使用过程中会存在一些问题：
1.传统的换热器在热交换的过程中接触面积小，换热效率低。
2.传统的换热器内部采用金属管，但是金属管在长时间的流体浸泡和冲击下，会使得金属管出现空泡气蚀的现象，导致金属管降低使用寿命。
专利文献CN113739601A公开了一种新型换热器结构及其制冷系统，其中换热管包括外层管体和内层管体，外层管体套设在内层管体的外侧，外层管体和内层管体之间通过不影响流体的支撑体相互间隔地固定连接；外层管体中中空的圆直管，内层管为螺旋管，螺旋管为实心或中空结构，外层管体为螺旋管，螺旋管为实心或中空结构，外层管体内壁设有供螺旋管旋入的螺旋形螺纹槽，螺旋管外壁与螺纹槽之间留有空隙。该方法可以增加热源与冷源接触面积，但是热源流体也只能从冷源管向外辐射换热，效果并不理想。
专利文献CN211120749U公开了一种换热性好的换热器，包括换热器的上表面固定安装有进水管，所述换热器的底面固定安装有出水管，所述换热器的左侧面固定安装有进料管，所述换热器的右侧面固定安装有出料管，所述换热器的内部设有第一导热板，所述第一导热板的上表面和第一导热板的底面均与换热器的内壁固定连接，所述第一导热板的内部开设有第一通孔，所述换热器的内部设有第二导热板。通过蛇形管呈缠绕形在换热器的内部，提高换热面积，但是该设计没有考虑冷却剂在高速状态下存在空泡腐蚀现象
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于碳碳复合材料的换热器装置，该装置结构简单，通过同心结构的传热管，提高冷源流体与热源流体的接触面积，通过设置外螺旋纹进行导流增加流体在传热管中的时间，从而提高了换热效果。
一种基于碳碳复合材料的换热器装置，包括壳体、固定安装在壳体两端的管箱以及布置在壳体腔内的传热管，所述传热管包括若干层同心套筒，同心套筒之间通过管板固定连接；所述管板径向设有热源排进管道，所述热源排进管道沿垂直同心套筒的方向伸入管板内部，所述管板靠近管箱一侧设有提供冷源的冷源室；相邻两层同心套筒之间形成流道，所述管板设有与流道一一对应的弧形口，所述弧形口包括沿所述热源排进管道方向布置并与热源排进管道连通的若干个弧形槽，以及与冷源室连通的若干个弧形流道，所述弧形槽与所述弧形流道以管板中心向外间隔交错布置。
优选的，所述热源排进管道为两套，分别与管板上对应的弧形槽连通，两个热源排进管道在管板内部相交互通，增加了热源进入和排出传热管的流量，从而提高了换热效率。
优选的，所述间隔交错布置的弧形槽与弧形流道之间夹角为45°～60°，使得管板流通结构更加合理。
优选的，所述管板厚度为3～30cm，避免高速流动的流体冲击管板变形；同时如果管板过厚会影响整个装置的外形体积。
优选的，所述同心套筒外周面上设有用于引导流体方向的外螺旋纹，通过外螺旋纹与同心套筒构成的导流槽，增加流体在传热管中的流程距离，从而能更好的进行热量交换。
优选的，所述同心套筒靠近进液口一端的外螺旋纹起始端设有用于流体分流的圆弧头，通过圆弧的结构特点，减少了流体的冲击面积，避免流体在长时间的高速冲击下腐蚀外螺旋纹起始端的表面结构。
优选的，所述同心套筒靠近出液口一端的外螺旋纹尾部带有起导向作用的锥形体，利用锥形体的结构特点，引导流体快速且稳定的排出传热管，从而避免出现旋涡现象，导致空泡气蚀问题。
优选的，所述传热管采用碳碳复合材料，所述碳碳复合材料的抗腐蚀与结构强度均优于传统金属材料，且同条件下两者的传热系数差距不大。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)采用多层同心套筒结构的传热管，增加了热源流体与冷源流体的接触面积，从而提高了换热效果。
(2)利用外螺旋纹旋与同心套筒周面构成的导流槽来引导流体，增加流体在传热管中的流程，从而增加了热源流体与冷源流体的换热时间。
(3)在同心套筒靠近出液口一端的外螺旋纹尾部，设置起导流作用的锥形体，通过引导流体快速且稳定的排出传热管，避免出现旋涡现象，从而解决空泡气蚀问题。
附图说明
图1为本发明提供的换热器装置的结构示意图；
图2为本发明提供的换热器装置的结构爆炸图；
图3为传热管的进液端结构示意图；
图4为传热管的出液端结构示意图；
图5为管板的局部剖面图；
图中，1、换热器装置；2、管箱；3、壳体；4、冷源入口；5、管板；6、密封套；7、热源入口；8、传热管；9、热源出口；10、冷源出口；11、圆弧头；12、外螺旋纹；13、锥形头；14、环形流道；15、弧形流道；16、弧形槽；17、热源排进管道。
具体实施方式
如图1、2所示，一种基于碳碳复合材料的换热器装置1，包括壳体3、固定安装在壳体两端的管箱3以及布置在壳体3腔内的传热管8，传热管8包括若干层同心套筒，同心套筒之间通过管板5固定连接，管板5靠近管箱3一侧设有提供冷源的冷源室，其中管板3厚度为30cm，管板5外侧套设有密封套6，壳体3两侧的管箱3分别带有冷源入口4，热源入口7，热源出口9，冷源出口10，每个出入口均带有与流体管道对接固定的法兰，其中冷源入口4与冷源出口10与冷源箱连通，热源入口7与热源出口9位于密封套6的外周面上。
如图3、4所示，传热管8包括若干层同心套筒，每两层同心套筒之间形成一个环形流道14，同心套筒外周面上设有用于引导流体方向的外螺旋纹12，其中同心套筒靠近进液口一端的外螺旋纹12起始端设有用于流体分流的圆弧头11，靠近出液口一端的外螺旋纹12尾部带有起导向作用的锥形体13。
如图5所示，管板5径向设有热源排进管道17，热源排进管道17沿垂直同心套筒的方向伸入管板5内部，其中热源排进管道17与热源出入口连通，弧形口包括沿热源排进管道17伸入方向布置并与之连通的弧形槽16，以及与冷源室连通的弧形流道15，弧形槽16与弧形流道15以管板5中心向外间隔交错布置。
具体使用过程：分别接入冷热源后，开启阀门使冷进入管箱内的冷源室中，热源通过热源排进管道进入管板内部：冷源从冷源室通过弧形流道穿过管板进入对应的冷源环形流道内，热源通过与热源排进管道连通的弧形槽进入对应的热源环形流道内，利用同心套筒的结构特点，使得热源环形流道夹在两个冷源环形流道之间，增加了换热面积；更近进一步的，通过同心套筒上外螺旋纹与其外周面构成的导流槽，增加了冷热源在传热管内的流程，进一步的提高了换热效果，最终从另一端的管箱中排出完成换热。

Claims (8)

1.一种基于碳碳复合材料的换热器装置，包括壳体、固定安装在壳体两端的管箱以及布置在壳体腔内的传热管，其特征在于，所述传热管包括若干层同心套筒，同心套筒之间通过管板固定连接；所述管板径向设有热源排进管道，所述热源排进管道沿垂直同心套筒的方向伸入管板内部，所述管板靠近管箱一侧设有提供冷源的冷源室；相邻两层同心套筒之间形成流道，所述管板设有与流道一一对应的弧形口，所述弧形口包括沿所述热源排进管道方向布置并与热源排进管道连通的若干个弧形槽，以及与冷源室连通的若干个弧形流道，所述弧形槽与所述弧形流道以管板中心向外间隔交错布置。
2.根据权利要求1所述的换热器装置，其特征在于，所述热源排进管道为两套，分别与管板上对应的弧形槽连通，两个热源排进管道在管板内部相交互通。
3.根据权利要求1所述的换热器装置，其特征在于，所述间隔交错布置的弧形槽与弧形流道之间夹角为45°～60°。
4.根据权利要求1所述的换热器装置，其特征在于，所述管板厚度为3～30cm。
5.根据权利要求1所述的换热器装置，其特征在于，所述同心套筒外周面上设有用于引导流体方向的外螺旋纹。
6.根据权利要求5所述的换热器装置，其特征在于，所述同心套筒靠近进液口一端的外螺旋纹起始端设有用于流体分流的圆弧头。
7.根据权利要求5所述的换热器装置，其特征在于，所述同心套筒靠近出液口一端的外螺旋纹尾部带有起导向作用的锥形体。
8.根据权利要求1所述的换热器装置，其特征在于，所述传热管采用碳碳复合材料。
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