[发明专利]换热器

说明书

本发明涉及一种换热器，尤其是一种用于伴随剧烈的负荷变化和/或温度变化工作的设备的换热器，例如用作燃气轮机的冷却空气冷却器，该换热器带有将放热介质，尤其是空气，与吸热介质，尤其是水，分隔开的管子，其中换热以逆流方式进行，作为吸热介质流动通路的管子成蛇曲状延伸，设置在入口总管和出口总管之间，并且放热介质环绕此成蛇曲状延伸的管子流动。

通常采用空气流对燃气轮机叶片进行冷却，该空气流常常是从用于燃气轮机燃烧室的压缩助燃空气分配的分气流。对在压缩时也加给该分气流的热必须在馈送给燃气轮机叶片之前在一冷却空气冷却器内重新加以消除。由于频繁的启动和停机以及由于很高的压力和温度差，因而该换热器要承受极大交变负荷的作用，这将导致换热器提前报废。EP-OS 0203445对本说明书引言部分中描述的冷却空气冷却器做了记载。在该构成前序的换热器中，入口一和出口总管与纯然气入口管路或纯燃气出口管路刚性连接，因而仅能对负荷交变应力进行不充分的补偿。DE-OS 4742375.5记载了另一种用于燃气轮机的冷却空气冷却器。在这种已知的换热器中，实心的管板用于将充注空气与充注吸热介质的室分隔开。待冷却的空气流入管子，管子将两块设置在换热器上端和下端的实心的管板相互连接在一起并刚性固定在管板上。为补偿产生的压力和温度应力，在该已知的换热器上两块实心的管板中的一块采用单侧夹固的设计，使它在一定程度上可以补偿压力和温度应力。此外，换热器的外壳还配备有用于吸收产生的长度变化的波纹式补偿器。虽然这种已知的换热器可以实现对因频繁地且快速地负荷变化而产生的压力和温度波动的一定的补偿，但由于换热管刚性夹固在两块坚实的管板之间，因而妨碍了对该负荷的有效衰减。另外，采用实心的管板由于其重量大并且对应于温度应力不能柔曲，也是不利的。

据此，本发明的目的在于，进一步改进本说明书引言部分中所述的换热器，该换热器应能安全、可靠地补偿频繁且快速产生的负荷变换及伴随前者的压力和温度波动，并且制造成本低廉。

根据本发明，作为该目的的技术解决方案建议，总管从两侧穿透换热器的外壳，其中总管在入口和出口侧与外壳气密密封连接并且在对面端通向一与外壳密封连接的吸收室。

由于采用了这种弹性设置总管的方法，因而实现了对产生的负荷交变应力的附加补偿，这是因为总管至少在一侧是非固定地夹固在换热器的外壳上的。此外，总管还可以膨胀延伸进入吸收室。由于换热管是弹性设置的，因而这种在换热器横向上的膨胀延伸不会在这些管上附加产生应力。此外，由于总管穿透换热器的外壳，因而在管子出现泄漏的情况下可以从外部很简单地对各换热管进行截断或堵死。由于吸热介质的流动通道的结构为蛇曲状设置在两总管间的换热管，因而可以以特别简单和有效的方式方法实现对产生的压力和温度波动的补偿，这是因为被弯成蛇曲状的管束的整体，其作用有如一个大弹簧。这样，往复盘绕的换热管就可以承受可能出现的负荷变化，避免不允许的过高应力状态的危险。

依照本发明的优选实施方式，或蛇曲状延伸的管子被一在端部开口并在入口端与放热介质入口接管连接的内壳环围，该内壳构成放热介质的流动通路。输入的待冷却的空气流通过该内壳强制地沿成蛇曲状延伸的换热管流动，因而该待冷却的气流是不能直接从换热管侧流向出口接管的。

为了实现换热器外壳不直接与温度高达500℃的待冷却的热介质的接触，在换热器外壳与环围管子的内壳之间，构成一环状的中间室并且在出口总管附近设置放热介质的出口接管。通过外壳与内壳间构成的中间室防止了热直接被传导到换热器的外壳上。通过下述措施可进一步提高外壳对待冷却介质的高入口温度的隔热能力，出口接管设置在出口总管附近并因此也就设置在放热介质的入口接管附近，从而使沿换热管流动的被冷却介质在由换热器中流出之前必须穿流内壳体和外壳间的整个中间室，这反之又有益于对外壳的隔热。

为了保证良好的抗热性并且还为了确保待冷却的介质不受到污染，与放热介质接触的表面是奥氏体钢制成的。

此外，本发明的主要考虑在于，用水作为吸热介质的换热器可以作为预热器、蒸发器、过热器、带蒸发器的预热器、带过热器的蒸发器或带蒸发器和过热器的预热器加以使用。基于本发明具有多种应用可能，因而该换热器可根据当时的压力和温度状况不需改装，即可适用于多种用途。

从下述按本发明设计的换热器的实施例的示意图的说明可进一步了解本发明的细节和优点。

图中示出：

图1换热器的纵剖面图；

图2图1换热器的纵剖面，但围绕纵轴旋转90°；

图3图1和图2换热器的俯视图。