CN209263714U - 一种高热流换热器 - Google Patents

Abstract

一种高热流换热器，属于传热设备技术领域。本实用新型解决现有冷却工质的物理热沉有限，其冷却能力无法满足高散热需求的问题。本实用新型一种高热流换热器，包括上分汇流结构、下分汇流结构和换热管，所述的上分汇流结构和下分汇流结构上均设置有换热管安装口，换热管的一端安装在上分汇流结构的换热管安装口上，换热管的另一端安装在分汇流结构的换热管安装口上。本实用新型换热器管程端头采用分汇流结构来匹配相邻流动传热区域的不同管径及管排数，利用工质的化学吸热能力，在提高换热器的换热能力的同时，减小换热面积、节约冷却工质用量。

Description

一种高热流换热器

技术领域

本实用新型涉及一种交叉流式换热器，尤其是涉及一种含有化学吸热反应的具有高换热能力的换热器，属于传热设备技术领域。

背景技术

换热器是一种热能传递的装置，应用于不同温度下发生热接触的两种或多种工质之间。换热器广泛用于机械、动力、运输、制冷等工业领域中，其性能的提高都意味着巨大的经济与社会效益。随着电子设备、机械动力装置等发热元件性能的提升，其对散热的需求也愈加严苛。

但是，由于传统冷却工质的物理热沉有限，其冷却能力无法满足高散热需求，这将导致元件或系统性能的提升空间受到局限。因此，提供一种高热流换热器是十分必要的。

实用新型内容

本实用新型解决了现有冷却工质的物理热沉有限，其冷却能力无法满足高散热需求的问题，提出一种带有化学吸热反应的换热器，高效利用冷却工质的化学热沉，提高换热器的换热能力。

本实用新型的技术方案：

一种高热流换热器，包括上分汇流结构、下分汇流结构和换热管，所述的上分汇流结构和下分汇流结构上均设置有换热管安装口，换热管的一端安装在上分汇流结构的换热管安装口上，换热管的另一端安装在分汇流结构的换热管安装口上。

优选的：所述的换热管安装口包括第一直径安装口、第二直径安装口和第三直径安装口，所述的第一直径安装口的直径为D₁，第二直径安装口的直径为D₂，第三直径安装口的直径为D₃，其中D₂>D₁>D₃；所述的第一直径安装口以阵列4×9的形式排布成第一直径安装口组，第二直径安装口以阵列6×9的形式排布成第二直径安装口组，第三直径安装口以阵列4×9的形式排布成第三直径安装口组。

优选的：所述的上分汇流结构包括第一板状壳体和冷却工质进口，冷却工质进口安装在板状壳体的侧壁上，并且冷却工质进口与第一板状壳体的内腔连通；第一板状壳体的内腔安装有分汇流挡板，分汇流挡板将第一板状壳体的内腔分隔成两个腔室，所述的两个腔室分别为第一腔室和第二腔室，第一腔室与冷却工质进口连通；上分汇流结构的第一板状壳体下表面开有换热管安装口。

优选的：所述的上分汇流结构的第一板状壳体下表面开有换热管安装口，其中第三直径安装口组的安装位置与第一腔室相对应；第二直径安装口组和第一直径安装口组的安装位置与第二腔室相对应，并且第二直径安装口组位于第一直径安装口组和第三直径安装口组的中间位置。

优选的：所述的下分汇流结构包括板第二板状壳体和冷却工质出口，冷却工质出口安装在板状壳体的侧壁上，并且冷却工质出口与第二板状壳体的内腔连通；第二板状壳体的内腔安装有分汇流挡板，分汇流挡板将第二板状壳体的内腔分隔成两个腔室，所述的两个腔室分别为第三腔室和第四腔室，第三腔室与冷却工质出口连通；下分汇流结构的第二板状壳体上表面开有换热管安装口。

优选的：所述的下分汇流结构的第二板状壳体上表面开有换热管安装口，其中第一直径安装口组的安装位置与第三腔室相对应；第二直径安装口组和第三直径安装口组的安装位置与第四腔室相对应，并且第二直径安装口组位于第一直径安装口组和第三直径安装口组的中间位置。

优选的：所述的换热管包括D₁直径换热管、D₂直径换热管和D₃直径换热管，D₁直径换热管的内径与第一直径安装口的直径相同，D₂直径换热管的内径与第二直径安装口的直径相同，D₃直径换热管的内径与第三直径安装口的直径相同；每根D₁直径换热管的两端分别与上分汇流结构和下分汇流结构相互对应的第一直径安装口建立连接安装；每根D₂直径换热管的两端分别与上分汇流结构和下分汇流结构相互对应的第二直径安装口建立连接安装；每根D₃直径换热管的两端分别与上分汇流结构和下分汇流结构相互对应的第三直径安装口建立连接安装。

优选的：所述的D₂直径换热管的管径内壁上涂有催化剂薄膜。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型涉及一种高热流换热器，可用于高热流场所的换热器，利用工质的化学吸热能力，在提高换热器的换热能力的同时，减小换热面积、节约冷却工质用量。该换热器为带有化学吸热反应的交叉流式换热器，管内工质为具有化学吸热能力的冷却介质，换热管外为待冷却高温介质，冷却工质的换热区域沿流程进行分区，不同分区采用不同的管径与管数，换热器管程端头采用分汇流结构来匹配相邻流动传热区域的不同管径及管排数，换热器反应物反应吸热区的管径内壁上涂有催化剂薄膜，以增强反应程度、提高化学热沉。并且管外侧高温介质沿管内冷却介质高温区至低温区的方向，横掠管束，提高换热效率。

附图说明

图1是本实用新型的三维结构示意图；

图2是上分汇流结构的结构示意图；

图3是下分汇流结构的结构示意图；

图4是本实用新型的正视截面示意图；

图5是本实用新型的俯视截面示意图；

图6是D₂直径换热管的管壁结构示意图；

图中1-上分汇流结构，2-下分汇流结构，3-换热管，4-冷却工质进口，5-分汇流挡板，6-第一腔室，7-第二腔室，8-冷却工质出口，9-第三腔室，10-第四腔室，11-第一直径安装口，12-第二直径安装口，13-第三直径安装口，14-催化剂薄膜。

具体实施方式

结合附图1至图6说明本实用新型具体实施方式：本实用新型一种高热流换热器，包括上分汇流结构1、下分汇流结构2和换热管3，所述的上分汇流结构1和下分汇流结构2上均设置有换热管安装口，换热管3的一端安装在上分汇流结构1的换热管安装口上，换热管3的另一端安装在分汇流结构2的换热管安装口上。如此设置，该换热器以交叉流换热器作为基本构型，换热器低温介质的换热区沿低温介质流程上进行流程分区，不同分区采用不同的管径与管数，利用工质的化学吸热能力，在提高换热器的换热能力的同时，减小换热面积、节约冷却工质用量。

所述的换热管安装口包括第一直径安装口11、第二直径安装口12和第三直径安装口13，所述的第一直径安装口11的直径为D₁，第二直径安装口12的直径为D₂，第三直径安装口13的直径为D₃，其中D₂>D₁>D₃；所述的第一直径安装口11以阵列4×9的形式排布成第一直径安装口组，第二直径安装口12以阵列6×9的形式排布成第二直径安装口组，第三直径安装口13以阵列4×9的形式排布成第三直径安装口组。如此设置，带有化学吸热反应的换热器以交叉流换热器结构为基本构型，由成多根管道构成多管程结构。

所述的上分汇流结构1包括第一板状壳体和冷却工质进口4，冷却工质进口4安装在板状壳体的侧壁上，并且冷却工质进口4与第一板状壳体的内腔连通；第一板状壳体的内腔安装有分汇流挡板5，分汇流挡板5将第一板状壳体的内腔分隔成两个腔室，所述的两个腔室分别为第一腔室6和第二腔室7，第一腔室6与冷却工质进口4连通；上分汇流结构1的第一板状壳体下表面开有换热管安装口。如此设置，通过在第一板状壳体的内腔安装有分汇流挡板5实现低温介质沿管程从换热器的一端流入，经过若干管程后从同一端或者另一端流出，高温介质从换热器的一端流入，从另一端流出，低温介质与高温介质的流动传热过程为交叉和逆向的复杂流动传热过程。

所述的上分汇流结构1的第一板状壳体下表面开有换热管安装口，其中第三直径安装口组的安装位置与第一腔室6相对应；第二直径安装口组和第一直径安装口组的安装位置与第二腔室7相对应，并且第二直径安装口组位于第一直径安装口组和第三直径安装口组的中间位置。

所述的下分汇流结构2包括板第二板状壳体和冷却工质出口8，冷却工质出口8安装在板状壳体的侧壁上，并且冷却工质出口8与第二板状壳体的内腔连通；第二板状壳体的内腔安装有分汇流挡板5，分汇流挡板5将第二板状壳体的内腔分隔成两个腔室，所述的两个腔室分别为第三腔室9和第四腔室10，第三腔室9与冷却工质出口8连通；下分汇流结构2的第二板状壳体上表面开有换热管安装口。

所述的下分汇流结构2的第二板状壳体上表面开有换热管安装口，其中第一直径安装口组的安装位置与第三腔室9相对应；第二直径安装口组和第三直径安装口组的安装位置与第四腔室10相对应，并且第二直径安装口组位于第一直径安装口组和第三直径安装口组的中间位置。

所述的换热管3包括D₁直径换热管、D₂直径换热管和D₃直径换热管，D₁直径换热管的内径与第一直径安装口11的直径相同，D₂直径换热管的内径与第二直径安装口12的直径相同，D₃直径换热管的内径与第三直径安装口13的直径相同；每根D₁直径换热管的两端分别与上分汇流结构1和下分汇流结构2相互对应的第一直径安装口建立连接安装；每根D₂直径换热管的两端分别与上分汇流结构1和下分汇流结构2相互对应的第二直径安装口建立连接安装；每根D₃直径换热管的两端分别与上分汇流结构1和下分汇流结构2相互对应的第三直径安装口建立连接安装。如此设置，换热器在管程端头采用分汇流形式结构来匹配相邻流动传热区域的不同管径及管排数。

所述的D₂直径换热管的管径内壁上涂有催化剂薄膜14。如此设置，换热器反应物反应吸热区的管径内壁上涂有催化剂薄膜，以增强反应程度、提高化学热沉，例如

本实用新型一种高热流换热器的工作过程如下：使用具有化学吸热能力的工质作为冷却工质，冷却工质由冷却工质进口4进入该换热器的上分汇流结构1的第一腔室6内后通过D₁直径换热管流入下分汇流结构2的第四腔室10内，并通过D₂直径换热管流入上分汇流结构1的第二腔室7内，然后通过D₃直径换热管流入下分汇流结构2的第三腔室9内，最后通过冷却工质出口8流出。根据不同的传热过程，将换热器低温介质的换热区沿低温介质流程上进行流程分区(如图5所示)，分为反应物物理吸热区、反应物反应吸热区和生成物物理吸热区。反应物物理吸热区对应的换热管直径为D₁，D₁相对较小，且管排数相对较少，使其具有较高的雷诺数，获取较大的对流换热系数；反应物反应吸热区对应的换热管直径为D₂，相对较大、管排数相对较多，使冷却工质流过该区域具有低的流速和较长的停留时间，从而获取较高的化学转化率和化学热沉，并且在D₂直径换热管的管径内壁上涂有催化剂薄膜14(如图6所示)，能够促进化学反应的发生及进行；生成物物理吸热区对应的换热管直径为D₃，D₃相相对较小、管排数相对较少，使其具有较高的雷诺数，获取较大的对流换热系数。换热管外为待冷却的高温介质，该高温介质沿冷却介质高温区至低温区的方向，以横掠管束的方式流经该换热器。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高热流换热器，其特征在于：包括上分汇流结构(1)、下分汇流结构(2)和换热管(3)，所述的上分汇流结构(1)和下分汇流结构(2)上均设置有换热管安装口，换热管(3)的一端安装在上分汇流结构(1)的换热管安装口上，换热管(3)的另一端安装在下分汇流结构(2)的换热管安装口上。

2.根据权利要求1所述的一种高热流换热器，其特征在于：所述的换热管安装口包括第一直径安装口(11)、第二直径安装口(12)和第三直径安装口(13)，所述的第一直径安装口(11)的直径为D₁，第二直径安装口(12)的直径为D₂，第三直径安装口(13)的直径为D₃，其中D₂>D₁>D₃；所述的第一直径安装口(11)以阵列4×9的形式排布成第一直径安装口组，第二直径安装口(12)以阵列6×9的形式排布成第二直径安装口组，第三直径安装口(13)以阵列4×9的形式排布成第三直径安装口组。

3.根据权利要求2所述的一种高热流换热器，其特征在于：所述的上分汇流结构(1)包括第一板状壳体和冷却工质进口(4)，冷却工质进口(4)安装在板状壳体的侧壁上，并且冷却工质进口(4)与第一板状壳体的内腔连通；第一板状壳体的内腔安装有分汇流挡板(5)，分汇流挡板(5)将第一板状壳体的内腔分隔成两个腔室，所述的两个腔室分别为第一腔室(6)和第二腔室(7)，第一腔室(6)与冷却工质进口(4)连通；上分汇流结构(1)的第一板状壳体下表面开有换热管安装口。

4.根据权利要求3所述的一种高热流换热器，其特征在于：所述的上分汇流结构(1)的第一板状壳体下表面开有换热管安装口，其中第三直径安装口组的安装位置与第一腔室(6)相对应；第二直径安装口组和第一直径安装口组的安装位置与第二腔室(7)相对应，并且第二直径安装口组位于第一直径安装口组和第三直径安装口组的中间位置。

5.根据权利要求2所述的一种高热流换热器，其特征在于：所述的下分汇流结构(2)包括板第二板状壳体和冷却工质出口(8)，冷却工质出口(8)安装在板状壳体的侧壁上，并且冷却工质出口(8)与第二板状壳体的内腔连通；第二板状壳体的内腔安装有分汇流挡板(5)，分汇流挡板(5)将第二板状壳体的内腔分隔成两个腔室，所述的两个腔室分别为第三腔室(9)和第四腔室(10)，第三腔室(9)与冷却工质出口(8)连通；下分汇流结构(2)的第二板状壳体上表面开有换热管安装口。

6.根据权利要求5所述的一种高热流换热器，其特征在于：所述的下分汇流结构(2)的第二板状壳体上表面开有换热管安装口，其中第一直径安装口组的安装位置与第三腔室(9)相对应；第二直径安装口组和第三直径安装口组的安装位置与第四腔室(10)相对应，并且第二直径安装口组位于第一直径安装口组和第三直径安装口组的中间位置。

7.根据权利要求2所述的一种高热流换热器，其特征在于：所述的换热管(3)包括与D₁直径换热管、D₂直径换热管和D₃直径换热管，D₁直径换热管的内径与第一直径安装口(11)的直径相同，D₂直径换热管的内径与第二直径安装口(12)的直径相同，D₃直径换热管的内径与第三直径安装口(13)的直径相同；每根D₁直径换热管的两端分别与上分汇流结构(1)和下分汇流结构(2)相互对应的第一直径安装口(11)建立连接安装；每根D₂直径换热管的两端分别与上分汇流结构(1)和下分汇流结构(2)相互对应的第二直径安装口(12)建立连接安装；每根D₃直径换热管的两端分别与上分汇流结构(1)和下分汇流结构(2)相互对应的第三直径安装口(13)建立连接安装。

8.根据权利要求7所述的一种高热流换热器，其特征在于：所述的D₂直径换热管的管径内壁上涂有催化剂薄膜(14)。