[发明专利]具有分形结构的管壳式换热器

权利要求书

1.一种具有分形结构的管壳式换热器，其特征在于，所述具有分形结构的管壳式换热器包括：壳体、壳程流体进口、壳程流体出口及换热管束；

所述壳程流体进口及所述壳程流体出口均与所述壳体的内部相连通；

所述换热管束位于所述壳体内，且所述换热管束呈DNA式多螺旋结构。

2.根据权利要求1所述的具有分形结构的管壳式换热器，其特征在于：所述换热管束包括：入流管道、若干个换热管束单元及若干个支连通管道；

所述入流管道自所述壳体的一端沿所述壳体的轴线通入所述壳体内并延伸至所述壳体内的另一端附近；

所述换热管束单元位于所述入流管道外围，且沿所述壳体的轴线呈立体螺旋式分布；

所述支连通管道位于所述入流管道与所述换热管束单元之间及相邻的所述换热管束单元之间，适于连接所述入流管道与所述换热管束单元及连接相邻的所述换热管束单元。

3.根据权利要求2所述的具有分形结构的管壳式换热器，其特征在于：连接所述入流管道与所述换热管束单元的所述支连通管道为直管，位于所述入流管道延伸至所述壳体内的一端，且沿所述入流管道轴向垂直分布；连接相邻所述换热管束单元的所述支连通管道为螺旋管。

4.根据权利要求2所述的具有分形结构的管壳式换热器，其特征在于：所述换热管束单元包括两层H型n级分形换热管及2ⁿ个异化连接管道，其中，n为大于1的奇数；

所述H型n级分形换热管为平面分形结构管道；

所述异化连接管道为空间螺旋中空叶片，所述异化连接管道将两层所述H型n级分形换热管在末级分支管道的两个末端相连接，且所述异形连接管道的两个平面端分别位于所连接的所述H型n级分形换热管所在的平面内。

5.根据权利要求4所述的具有分形结构的管壳式换热器，其特征在于：所述异化连接管道沿垂直于所述壳体轴线方向的截面形状为长方形，所述长方形的宽度与所述H型n级分形换热管的末级分支管道的水力直径之比为0.5～0.9，所述长方形的长度与所述H型n级分形换热管的末级分支管道的水力直径之比为0.5～0.9。

6.根据权利要求5所述的具有分形结构的管壳式换热器，其特征在于：所述长方形的宽度与所述H型n级分形换热管的末级分支管道的水力直径之比为0.7～0.8，所述长方形的长度与所述H型n级分形换热管的末级分支管道的水力直径之比为0.65～0.75。

7.根据权利要求4所述的具有分形结构的管壳式换热器，其特征在于：所述H型n级分形换热管为平面多级分形结构，包括多级分支管道，其中，奇数级分支管道为极平面内周向圆弧管，偶数级分支管道为沿同一极平面内径向的直管；相邻两级所述分支管道中，上一级所述分支管道的末端与下一级所述分值管道的中间部位相连接。

8.根据权利要求7所述的具有分形结构的管壳式换热器，其特征在于：相邻上下两级所述分支管道的水力直径之比为0.5～0.9。

9.根据权利要求8所述的具有分形结构的管壳式换热器，其特征在于：相邻上下两级所述分支管道的水力直径之比为0.7～0.8。

10.根据权利要求7所述的具有分形结构的管壳式换热器，其特征在于：相邻上下两级所述分支管道的长度之比为0.5～0.9。

11.根据权利要求10所述的具有分形结构的管壳式换热器，其特征在于：相邻上下两级所述分支管道的长度之比为0.65～0.75。

12.根据权利要求7所述的具有分形结构的管壳式换热器，其特征在于：所述支连通管道的水力直径与所述H型n级分形换热管的初级分支管道的水力直径之比为1.2～1.5。

13.根据权利要求12所述的具有分形结构的管壳式换热器，其特征在于：所述支连通管道的水力直径与所述H型n级分形换热管的初级分支管道的水力直径之比为1.41。

14.根据权利要求1所述的具有分形结构的管壳式换热器，其特征在于：所述壳体及所述换热管束的材料为碳素钢、低合金钢、不锈钢、石墨、氟塑料、玻璃、铜、铜合金、铝、铝合金、镍或镍合金。