[实用新型]一种用于变物性流体换热的毛细管换热器

说明书

本实用新型公开了一种用于变物性流体换热的毛细管换热器，该毛细管换热器包括：壳体，内部形成有管箱空间，在壳体的两端设置有第一流体入口和第一流体输出口，并在壳体的另外两端设置有第二流体入口和第二流体输出口；多个传热管，设于管箱空间之内，并与第一流体入口和第一流体输出口相连通；多个折流板，具有与多个传热管的排列方式相适配的通孔，各个折流板通过该通孔穿设于传热管上；其中，沿着毛细管换热器内管程流体流动的方向，多个传热管中至少部分传热管的管径d逐渐变大，和/或，多个传热管中相邻两个传热管的管中心间距p逐渐减小。

技术领域

本实用新型涉及换热技术领域，尤其涉及一种用于变物性流体换热的毛细管换热器。

背景技术

超临界二氧化碳具有良好的传热和热力学性能，在汽车空调、直冷与热泵系统已经获得应用，是未来替代氟利昂最有竞争力的制冷剂之一。另一方面超临界二氧化碳布雷顿循环可大大减小压气机、换热器、透平的尺寸，同时具有效率高，运行维护成本低等优势。在高压流体换热领域如超临界二氧化碳热泵、超临界二氧化碳布雷顿发电中均需要高效紧凑、耐高温、高压换热器。毛细管换热器是在传统管壳式换热器基础上通过大幅减小管径发展而来的一种紧凑式换热器，该换热器通道尺寸小，承压能力高，换热性能好，具有广阔的应用前景。

传统管壳式换热器通常用于具有固定物性和换热系数的常规流体换热，其设计方法不需考虑局部的流体物性变化和换热能力的内外匹配，管程管径整体保持一致。而对于具有变物性的流体换热过程，由于流体比热等物性和换热系数随着换热过程的进行发生变化，一致的管径或者管间距设计导致内外流体换热能力在局部产生不匹配，导致总体传热性能下降。

以超临界二氧化碳热泵和超临界二氧化碳布雷顿发电系统中的冷却器为例，高温高压超临界二氧化碳在管程流动，低温低压冷却水在壳程流动。超临界二氧化碳在冷却过程中，其比热、焓值、粘度和密度均随着温度的变化而变化，尤其在临界点附近，其物性变化尤为剧烈，导致其在管程的换热系数也发生较大变化，一般当二氧化碳温度靠近拟临界点时，其换热系数较高，当二氧化碳温度远离拟临界点时，其换热系数较低。因此，开发一种适用于变物性流体换热的毛细管换热器极为重要。

实用新型内容

有鉴于此，为了解决变物性流体毛细管换热器中管程内外两侧换热系数不匹配的问题，本实用新型提供了一种用于变物性流体换热的毛细管换热器。

本实用新型提供一种用于变物性流体换热的毛细管换热器，该毛细管换热器包括：壳体，内部形成有管箱空间，在壳体的两端设置有第一流体入口和第一流体输出口，并在壳体的另外两端设置有第二流体入口和第二流体输出口；多个传热管，设于管箱空间之内，并与第一流体入口和第一流体输出口相连通；多个折流板，具有与多个传热管的排列方式相适配的通孔，各个折流板通过该通孔穿设于传热管上；其中，沿着毛细管换热器内管程流体流动的方向，多个传热管中至少部分传热管的管径d逐渐变大，和/或，多个传热管中相邻两个传热管的管中心间距p逐渐减小。

在一些实施例中，在靠近第一流体入口处，多个传热管的管径d1为1～4mm。

在一些实施例中，在靠近第一流体输出口处，多个传热管的管径d2为2～8mm。

在一些实施例中，0.5＜d1/d2＜1。

在一些实施例中，靠近第一流体入口的多个传热管的相邻两个传热管的管中心间距p1为5～10mm。

在一些实施例中，靠近第一流体输出口的多个传热管的相邻两个传热管的管中心间距p2为1～6mm。

在一些实施例中，1＜p1/p2＜2。

在一些实施例中，多个传热管中至少部分传热管的管径d呈线性增加；多个传热管中至少部分传热管的相邻两个传热管的管中心间距P呈线性减小。

在一些实施例中，毛细管换热器用于变物性流体的换热，变物性流体包括超临界二氧化碳。