CN115516271A - 换热器 - Google Patents

Abstract

换热器具备：换热器主体，形成供流体流通的流路；传热管，以沿着流路的延伸方向延伸的方式并列设置有多个；及挡板组，具有支承传热管并且沿着流路的延伸方向隔着间隔而设置的多个挡板，挡板设置成，从流路的延伸方向观察时，分别仅占据流路截面的一部分，挡板组的多个挡板设置成，从流路的延伸方向观察时，相互的占有区域的至少一部分不重叠，并且，将相互的占有区域合并在一起而占据流路截面的整个区域。

Description

换热器

技术领域

本发明涉及一种换热器。

本申请主张关于2021年1月29日于日本申请的日本专利申请2021-013819号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

例如，在燃气轮机联合循环(GTCC)中，使用了通过使从燃气涡轮机排出的空气与水进行换热来对水进行加热的换热器。作为换热器，通常为以往称为壳管型的形式的换热器。这种换热器主要具备：多个传热管，供水流通；换热器主体，容纳这些传热管并且形成供空气流通的流路；及多个挡板，沿着流路的延伸方向隔着间隔排列。各挡板封闭流路的一部分。在相互相邻的挡板彼此之间封闭的区域不同。由此，在流路中流通的空气的流动沿着挡板蜿蜒，因此能够提高换热效率(例如，参考下述专利文献1)。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-141983号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

然而，在如上所述的换热器中，因挡板而流动急剧地蜿蜒，因此相对于空气流动的压力损耗有可能增大。为了降低压力损耗，也考虑增大传热管彼此之间的间隔(间距)的方法。然而，此时，导致换热器整体的尺寸体积大型化。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种减少压力损耗并且经小型化的换热器。

用于解决技术课题的手段

为了解决上述课题，本发明所涉及的换热器具备：换热器主体，形成供流体流通的流路；传热管，在所述流路内，以沿着该流路的延伸方向延伸的方式并列设置有多个；及挡板组，具有在所述流路内分别支承所述传热管并且沿着所述流路的延伸方向隔着间隔而设置的多个挡板，各所述挡板设置成，从所述流路的延伸方向观察时，分别仅占据流路截面的一部分，所述挡板组的多个所述挡板设置成，从所述流路的延伸方向观察时，相互的占有区域的至少一部分不重叠，并且，将相互的占有区域合并在一起而占据所述流路截面的整个区域。

发明效果

根据本发明，能够提供一种减少压力损耗并且经小型化的换热器。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的换热器的结构的示意剖视图。

图2是从流路的延伸方向观察本发明的第一实施方式所涉及的挡板组的投影图。

图3是表示本发明的第一实施方式的第一变形例所涉及的换热器的结构的示意剖视图。

图4是本发明的第二实施方式所涉及的挡板的主要部分放大图。

图5是本发明的第三实施方式所涉及的挡板的主要部分放大图。

图6是表示本发明的第三实施方式所涉及的挡板的变形例的主要部分放大图。

图7是表示本发明的第四实施方式所涉及的挡板的结构的双面图。

具体实施方式

<第一实施方式>

(换热器的结构)

以下，参考图1和图2，对本发明的第一实施方式所涉及的换热器100进行说明。该换热器100例如设置于燃气轮机联合循环的中途。换热器100用于通过使从燃气涡轮压缩机抽出的空气与水进行换热来对水进行加热，并对空气进行冷却。

如图1所示，换热器100具备换热器主体1、传热管2及挡板组G1、G2。在换热器主体1的内部形成有供流体(空气)流通的流路F。在该流路F中容纳有传热管2和挡板组G1、G2。

(换热器主体的结构)

换热器主体1具有主体部10、底部11、隔板12、气体入口13、气体出口14及截止部3。主体部10呈圆筒状。以下，将主体部10内的沿着流路F延伸的方向简称为“延伸方向”。在主体部10的延伸方向上的一方侧设置有气体入口13和气体出口14。气体入口13从主体部10向上延伸。气体出口14从主体部10向下延伸。空气通过气体入口13从外部被导入到流路F内。并且，在流路F流通之后的空气通过气体出口14被排出到外部。在以下说明中，将延伸方向上的一方侧称为上游侧，将另一方侧称为下游侧。

主体部10的延伸方向上的下游侧的端部被底部11封闭。底部11呈半球状，从主体部10的端部朝向下游侧突出成曲面。而且，在主体部10的内部设置有在上下方向上区划流路F的隔板12。在隔板12的靠近下游侧的端部的部分形成有开口部H。即，流路F的上侧区域与下侧区域通过该开口部H连通。截止部3为设置于主体部10的下游侧的端部的圆形板。截止部3对主体部10与底部11之间进行了区划。由此，在流路F流动的空气不会流入到底部11的内部。

(传热管的结构)

关于传热管2，在流路F中相互隔着间隔配置有多个。各传热管2具有：直线部20，沿着延伸方向延伸；及弯曲部21，将直线部20的下游侧的端部彼此连接。具体而言，位于比隔板12更靠上侧的传热管2的直线部20与位于比隔板12更靠下侧的传热管2的直线部20通过弯曲部21连接。即，弯曲部21随着朝向下游侧而从上向下弯曲。在流路F中，这种传热管2以三维方式隔着间隔排列有多个。从外部导入的水流通到传热管2的内部。并且，传热管2优选由导热性良好的铜合金等金属材料形成。

(挡板组的结构)

上述传热管2由挡板组G1、G2支承固定于换热器主体1。关于挡板组G1，从流路F的上游侧沿着延伸方向排列有多个(作为一例，为3个)。关于挡板组G2，与最下游侧的挡板组G1相邻地朝向下游侧排列有2个。

挡板组G1具有4个挡板B1、B2、B3、B4。关于这些挡板B1、B2、B3、B4，沿着延伸方向隔着间隔排列。如图2所示，各挡板B1、B2、B3、B4的面积分别设置成，从延伸方向观察时，仅占据流路F的流路截面的一部分。而且，属于同一个挡板组G1的挡板B1、B2、B3、B4的面积/形状设定成，从延伸方向观察时，相互的占有区域的至少一部分不重叠。并且，设定其面积，使得若将这些挡板B1、B2、B3、B4的占有区域合并在一起，则占据流路F的流路截面的整个区域。

具体而言，挡板B1位于流路F的最外周侧。挡板B1的外周侧的末端固定于主体部10的内表面。挡板B1的外周侧的末端为圆弧状。挡板B1的内周侧的末端由长度相等的3个直线构成。相互相邻的直线所形成的角度为120°。

挡板B2位于挡板B1的内周侧。从延伸方向观察时，挡板B1的内周侧的末端与挡板B2的外周侧的末端相互接触。即，挡板B2的外周侧的末端由如上所述的3个直线构成。挡板B2的内周侧的末端也由这种3个直线构成。并且，挡板B2通过向上突出的固定部S固定于换热器主体1。

挡板B3、B4仅面积/尺寸不同，具有与挡板B1、B2相同的结构。即，挡板B3比挡板B2小，挡板B4比挡板B3小。如上所述，在挡板组G1内，随着从延伸方向的上游侧朝向下游侧，以从外周侧朝向内周侧的方式，各自的占有区域阶段性地转变。另外，在挡板组G1内，可以随着从延伸方向的上游侧朝向下游侧，以从内周侧朝向外周侧的方式，各自的占有区域阶段性地转变。

挡板组G2具有2个挡板B5、B6。这些挡板B5、B6沿着延伸方向隔着间隔排列。并且，与上述挡板组G1同样地，各挡板B5、B6的面积分别设置成，从延伸方向观察时，仅占据流路F的流路截面的一部分。而且，属于同一个挡板组G2的挡板B5、B6的面积/形状设定成，从延伸方向观察时，相互的占有区域的至少一部分不重叠。并且，设定其面积，使得若将这些挡板B5、B6的占有区域合并在一起，则占据流路F的流路截面的整个区域。如上所述，在占据靠近气体入口13及气体出口14的部分、以及除弯曲部21以外的部分的挡板组G1中，将挡板B1～B4的数量设为4张以上。并且，挡板B1～B4彼此之间的间隔优选设为主体部10的内径的50％以上。进一步优选为，挡板B1～B4彼此之间的间隔设为挡板B1～B4的宽度的2倍以上。

(作用效果)

接着，对换热器100的动作进行说明。使换热器100进行动作时，首先通过气体入口13向流路F导入高温空气。同时，使水在传热管2中流通。如图1中的箭头所示，空气一边由多个挡板组G1、G2引导一边在上侧流路F中缓慢地蜿蜒一边流动。然后，通过形成于隔板12的开口部H流入到下侧流路F。在下侧流路F中也同样地，空气一边由挡板组G1、G2引导一边朝向气体出口14蜿蜒一边流动。

如上所述，空气在流路F中流通的中途，与在传热管2内流通的水进行换热。由此，水被空气的热加热而成为高温。另一方面，夺去了热的空气被冷却而成为低温。然后，将水取出到外部并供于各种用途。空气被排放到外部。

在此，近年来，强烈要求减少换热器中的空气的压力损耗。为了响应这种要求，例如，考虑增大传热管2彼此之间的间隔(间距)作为一例。然而，此时，装置整体的尺寸体积变大，有可能对设置、搬运带来障碍。因此，在本实施方式所涉及的换热器100中采用了上述结构。

根据上述结构，在流路F内设置有具有4个挡板B1、B2、B3、B4的挡板组G1和具有2个挡板B5、B6的挡板组G2。由此，在空气流动通过多个挡板组G1、G2的期间，以避开各挡板组G1、G2的方式蜿蜒。多个挡板B1、B2、B3、B4或挡板B5、B6构成为相互的占有区域不重叠，因此与这些挡板碰撞时产生的空气流动的偏转量相对变小。即，这些挡板组G1、G2不会严重妨碍空气流动。因此，能够将由挡板组G1、G2引起的流动的压力损耗抑制得小。其结果，能够进一步提高换热器100的性能(处理量)。并且，能够将传热管2的间距保持为与以往等同，因此也能够避免换热器100的大型化。

而且，根据上述结构，多个挡板B1、B2、B3、B4或挡板B5、B6的占有区域从外周侧朝向内周侧阶段性地转变，因此相互相邻的挡板彼此之间的流动的偏转量变得更小。由此，能够使流体从上游侧到下游侧顺畅地流通。其结果，能够将由挡板引起的压力损耗抑制得更小。

在此，在传热管2的弯曲部21的附近，空气流动的朝向通过开口部H而改变，因此优选使流体的流速减速。根据上述结构，在与弯曲部21相邻的挡板组G2中，挡板B5、B6的数量比上游侧的挡板组G1少。即，在该挡板组G2中，相对于流路截面的各挡板B5、B6所占据的比例大。在挡板组G2中，为了稳定地支承传热管组作为振动对策，增大相对于振动流路截面的各挡板B5、B6所占据的比例。

以上，对本发明的第一实施方式进行了说明。另外，只要不脱离本发明的主旨，则能够对上述结构实施各种变更或修改。例如，上述的挡板组G1、G2的数量为一例，能够根据设计、规格来适当变更。属于挡板组G1、G2的挡板的数量也相同。

并且，如上述的流路F的延伸方向与上下方向交叉那样的、换热器主体1的横向放置的设置为一例。换热器主体1能够纵向放置，以使流路F沿着上下方向延伸。若将换热器主体1纵向放置，则能够减小换热器100的设置面积。

<第一实施方式的变形例>

以下，参考图3，对第一实施方式的变形例进行说明。

如图3所示，换热器100可以具备：供给部60，从外部向传热管2供给水；及排出部61，从传热管2向外部排出水。供给部60及排出部61设置于主体部10的延伸方向上的与底部11相反的一侧的端部。

供给部60以主体部10中的隔板12为基准设置于气体出口14侧(主体部10的下半部分)。位于比隔板12更靠上侧的传热管2的直线部20贯穿主体部10，与供给部60连通。

排出部61以主体部10中的隔板12为基准设置于气体入口13侧(主体部10的上半部分)。位于比隔板12更靠下侧的传热管2的直线部20贯穿主体部10，与排出部61连通。

在本变形例中，如图3中的粗箭头所示，从外部通过供给部60向传热管2内导入水。接着，水在传热管2内流动而与流路F内的空气进行换热。然后，水从传热管2内通过排出部61向外部流出。

<第二实施方式>

接着，参考图4，对本发明的第二实施方式进行说明。另外，对于与上述第一实施方式相同的结构标注相同符号，并省略详细说明。并且，在图4中，挡板B1、B2、B3、B4，B5、B6中，代表性地仅图示了1个挡板B1。如图4所示，在本实施方式中，在挡板B1中被传热管2插穿的部分形成有贯穿孔h。贯穿孔h形成为，从外周侧包围传热管2的周围的至少一部分。在图4的例子中，贯穿孔h呈半圆弧状。即，在传热管2的周围180°的区域形成有贯穿孔h。

根据上述结构，流体(空气)通过贯穿孔h流通到下游侧，因此能够将因设置挡板B1而引起的压力损耗的增大抑制得更小。其结果，能够进一步提高换热器100的性能(处理量)。

以上，对本发明的第二实施方式进行了说明。另外，只要不脱离本发明的主旨，则能够对上述结构实施各种变更或修改。

<第三实施方式>

接着，参考图5，对本发明的第三实施方式进行说明。另外，对于与上述各实施方式相同的结构标注相同符号，并省略详细说明。并且，与第二实施方式同样地，仅代表性地图示挡板B1进行说明。如图5所示，挡板B1具有周缘部41和支承部42。周缘部41呈包围传热管2的周围的圆环状。支承部42呈将相互相邻的周缘部41彼此连接的棒状。并且，相互交叉的支承部42彼此重叠。由此，在支承部42之间形成有如网格那样的间隙。

根据上述结构，空气通过形成于支承部42彼此之间的间隙流通，因此能够将因设置挡板B1而引起的压力损耗的增大抑制得更小。

以上，对本发明的第三实施方式进行了说明。另外，只要不脱离本发明的主旨，则能够对上述结构实施各种变更或修改。例如，作为变形例，如图6所示，还能够在周缘部41的一部分形成切口C。关于切口C，在周缘部41中相互对置的90°的角度范围内形成有2个。根据该结构，流体除了支承部42彼此之间的间隙以外，还通过周缘部41的切口C流通，因此能够将因设置挡板B1而引起的压力损耗抑制得更小。

<第四实施方式>

接着，参考图7，对本发明的第四实施方式进行说明。另外，对于与上述各实施方式相同的结构标注相同符号，并省略详细说明。并且，与第二实施方式同样地，仅代表性地图示挡板B1进行说明。如图7所示，本实施方式所涉及的挡板B1具有：连接部52，将传热管2彼此连接；及基端部51，分别设置于连接部52的两端部。基端部51从传热管2朝向外周侧突出，并且从延伸方向的上游侧到下游侧具有流线形截面形状。并且，从延伸方向观察时，基端部51及连接部52具有中央部收缩的形状。

根据该结构，基端部51具有流线形截面形状，由此空气在该基端部51的周围流通时的阻力变小。由此，能够将因设置挡板B1而引起的压力损耗的增大抑制得更小。其结果，能够进一步提高换热器100的性能(处理量)。

以上，对本发明的第四实施方式进行了说明。另外，只要不脱离本发明的主旨，则能够对上述结构实施各种变更或修改。

<附注>

各实施方式中所记载的换热器100例如以下述方式掌握。

(1)第1方式所涉及的换热器100具备：换热器主体1，形成供流体流通的流路F；传热管2，在所述流路F内，以沿着该流路F的延伸方向延伸的方式并列设置有多个；及挡板组G1、G2，具有在所述流路F内分别支承所述传热管2并且沿着所述流路F的延伸方向隔着间隔而设置的多个挡板，各所述挡板设置成，从所述流路F的延伸方向观察时，分别仅占据流路截面的一部分，所述挡板组G1、G2的多个所述挡板设置成，从所述流路F的延伸方向观察时，相互的占有区域的至少一部分不重叠，并且，将相互的占有区域合并在一起而占据所述流路截面的整个区域。

根据上述结构，在流体的流动通过多个挡板组G1、G2的期间，以避开各挡板的方式蜿蜒。多个挡板构成为相互的占有区域不重叠，因此不会严重妨碍流动。因此，能够将由挡板引起的流动的压力损耗抑制得小。

(2)在第2方式所涉及的换热器100中，在所述挡板组G1、G2的多个所述挡板中，随着从所述流路F的延伸方向的上游侧朝向下游侧，以从所述换热器主体1的外周侧朝向内周侧的方式，各自的所述占有区域阶段性地转变。

根据上述结构，多个挡板的占有区域从外周侧朝向内周侧阶段性地转变，因此能够使流体从上游侧到下游侧更顺畅地流通。由此，能够将由挡板引起的压力损耗抑制得更小。

(3)在第3方式所涉及的换热器100中，在所述挡板组G1、G2的多个所述挡板中，随着从所述流路F的延伸方向的上游侧朝向下游侧，以从所述换热器主体的内周侧朝向外周侧的方式，各自的所述占有区域阶段性地转变。

根据上述结构，多个挡板的占有区域从内周侧朝向外周侧阶段性地转变，因此能够使流体从上游侧到下游侧更顺畅地流通。由此，能够将由挡板引起的压力损耗抑制得更小。

(4)在第4方式所涉及的换热器100中，所述传热管2具有：直线部20，沿着所述延伸方向延伸；及弯曲部21，将该直线部20的下游侧的端部彼此连接，在与所述弯曲部21相邻的最下游侧的所述挡板组G2中，所述挡板的数量比位于上游侧的其他所述挡板组G1少。

在此，在弯曲部21的附近流动的朝向改变，因此优选使流体的流速减速。根据上述结构，在与弯曲部21相邻的挡板组G2中，挡板的数量比上游侧的挡板组G1少。即，在该挡板组G2中，相对于流路截面的各挡板所占据的比例大。因此，流动的朝向更急剧地改变，能够使流体减速。其结果，能够更有效地进行传热管2与流体之间的换热。

(5)在第5方式所涉及的换热器100中，在所述挡板中的所述传热管2的周围的至少一部分形成有沿着所述延伸方向贯穿该挡板的贯穿孔h。

根据上述结构，流体通过贯穿孔h流通，因此能够将由挡板引起的压力损耗的增大抑制得更小。

(6)在第6方式所涉及的换热器100中，所述挡板具有：周缘部41，包围所述传热管2的周围；及支承部42，将多个所述周缘部41彼此连接，并在彼此之间形成间隙。

根据上述结构，流体通过形成于支承部42彼此之间的间隙流通，因此能够将由挡板引起的压力损耗的增大抑制得小。

(7)在第7方式所涉及的换热器100中，在所述周缘部41的至少一部分形成有切口C。

根据上述结构，流体除了支承部42彼此之间的间隙以外，还通过周缘部41的切口C流通，因此能够将由挡板引起的压力损耗抑制得更小。

(8)在第8方式所涉及的换热器100中，所述挡板具有：基端部51，从所述传热管2突出并且具有从所述延伸方向上的上游侧延伸到下游侧的流线形截面形状；及连接部52，将相互相邻的所述基端部51彼此连接。

根据上述结构，基端部51具有流线形截面形状，由此空气在该基端部51的周围流通时的阻力变小。由此，能够将因设置挡板B1而引起的压力损耗的增大抑制得更小。

产业上的可利用性

根据本发明，能够提供一种减少压力损耗并且经小型化的换热器。

符号说明

100-换热器，1-换热器主体，2-传热管，3-截止部，10-主体部，11-底部，12-隔板，13-气体入口，14-气体出口，20-直线部，21-弯曲部，41-周缘部，42-支承部，51-基端部，52-连接部，60-供给部，61-排出部，B1、B2、B3、B4、B5、B6-挡板，C-切口，F-流路，G1、G2-挡板组，H-开口部，h-贯穿孔，S-固定部。

Claims (8)

1.一种换热器，其具备：

换热器主体，形成供流体流通的流路；

传热管，在所述流路内，以沿着该流路的延伸方向延伸的方式并列设置有多个；及

挡板组，具有在所述流路内分别支承所述传热管并且沿着所述流路的延伸方向隔着间隔而设置的多个挡板，

各所述挡板设置成，从所述流路的延伸方向观察时，分别仅占据流路截面的一部分，

所述挡板组的多个所述挡板设置成，从所述流路的延伸方向观察时，相互的占有区域的至少一部分不重叠，并且，将相互的占有区域合并在一起而占据所述流路截面的整个区域。

2.根据权利要求1所述的换热器，其中，

在所述挡板组的多个所述挡板中，随着从所述流路的延伸方向的上游侧朝向下游侧，以从所述换热器主体的外周侧朝向内周侧的方式，各自的所述占有区域阶段性地转变。

3.根据权利要求1所述的换热器，其中，

在所述挡板组的多个所述挡板中，随着从所述流路的延伸方向的上游侧朝向下游侧，以从所述换热器主体的内周侧朝向外周侧的方式，各自的所述占有区域阶段性地转变。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的换热器，其中，

所述传热管具有：

直线部，沿着所述延伸方向延伸；及

弯曲部，将该直线部的下游侧的端部彼此连接，

在与所述弯曲部相邻的最下游侧的所述挡板组中，所述挡板的数量比位于上游侧的其他所述挡板组少。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的换热器，其中，

在所述挡板中的所述传热管的周围的至少一部分形成有沿着所述延伸方向贯穿该挡板的贯穿孔。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的换热器，其中，

所述挡板具有：

周缘部，包围所述传热管的周围；及

支承部，将多个所述周缘部彼此连接，并在彼此之间形成间隙。

7.根据权利要求6所述的换热器，其中，

在所述周缘部的至少一部分形成有切口。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的换热器，其中，

所述挡板具有：

基端部，从所述传热管突出并且具有从所述延伸方向上的上游侧延伸到下游侧的流线形截面形状；及

连接部，将相互相邻的所述基端部彼此连接。

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