[发明专利]一种耐高压紧凑型换热器

说明书

本发明公开了一种耐高压紧凑型换热器，包括壳体、设置于壳体内部的换热管爆破装置、保温装置、铸造芯体及连接于换热管两端的穿壳转接头，其中换热管是由整根高压管折弯而成，多个不同弯管半径的螺旋套设结构，该换热管通过穿壳转接头密封贯穿壳体后分别与高压氢气进出管道连接，壳体两端的进出液法兰分别与冷却液进出管道连接。本发明有效解决高压氢气管程耐压问题，并在有限的空间体积下实现最大的换热面积和换热能力；通过壳体的特殊结构，保证冷却液流动均匀性，避免流动死区，通过两端叶片设计提高流动性，打破流体边界层以强化散热。

技术领域

本发明属于管壳式换热器技术领域，具体涉及一种耐高压紧凑型换热器。

背景技术

在高压氢气给车载供氢系统加氢过程中，若不采取控温措施的氢气快速加注，会因氢气加注过程的压缩热和焦耳-汤普森效应，使得车载供氢系统中气瓶内的温度快速上升，远超储氢瓶的许可使用温度范围，带来极大的安全隐患。因此氢气加注前，必须采取氢气预冷处理。

目前市场上存在的管壳式换热器和螺旋管式换热器均无法适用于高压（大于20MPa）氢气的使用环境。高压氢气管管侧需使用整根高压管或多根高压管通过高压转接头串并联连接，无论采用上述哪种方式，目前市场上现有结构的换热器在有限的空间内均无法达到换热要求，上述换热器均不适用于高压氢气的使用场合，且现有螺旋管式换热器内部无法安装折流板进行扰流以打破流体边界层进而提高换热能力，故亟需提出一种新型的耐高压紧凑型换热器以解决加氢预冷问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种结构设计合理且换热效果较好的耐高压紧凑型换热器。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种耐高压紧凑型换热器，其特征在于包括壳体、设置于壳体内部的换热管及连接于换热管两端的穿壳转接头，其中换热管是由整根高压管折弯而成，设计为不同弯管半径的螺旋套设结构，该换热管通过穿壳转接头密封贯穿壳体后分别与高压氢气进出管道连接，壳体两端的进出液法兰分别与冷却液进出管道连接。

优选的，所述壳体外侧设有用于对壳体进行隔热防护的保温装置，该保温装置内置保温材料，优选聚氨酯类发泡材料或保温棉。

优选的，所述壳体上安装有爆破装置，用于在高压氢气泄露情况下对壳体进行泄压保护，该爆破装置的爆破压力大于壳程流体工作压力并小于壳体设计压力。

优选的，所述换热管是为整根金属管，优选316L不锈钢无缝管，为不同弯管半径折弯而成的螺旋套设结构的换热管。

优选的，所述壳体包括筒体、内筒体、设置于筒体两端的封头、设置于封头上的进出液法兰、设置于筒体上的穿壳转接头安装座及固定于筒体和内筒体两端的进出液端板，其中封头设计为耐压强度较高的椭圆形结构，筒体直径与换热管最大外径相匹配，筒体与换热管之间留有供铸造芯体浇铸的间隙，间隙厚度不小于浇铸时所用内丝管外径尺寸，筒体由金属板卷板焊接而成或由金属无缝管加工而成，穿壳转接头安装在穿壳转接头安装座上，实现换热管贯穿筒体且能保证换热管与筒体之间的密封性，内筒体外径与换热管最小内径相匹配，内筒体与换热管之间同样留有供铸造芯体浇铸的间隙，间隙厚度不小于浇铸时所用内丝管外径尺寸，进出液端板上设有连通筒体和封头的通孔，该通孔为沿圆周方向均布的多个腰形圆孔。

优选的，所述进出液端板上沿圆周方向均布有连通筒体和封头的四个腰形圆孔，前后两侧的进出液端板安装时沿轴向旋转角相差45°以使得前后两侧进出液端板上的腰形圆孔错位相对，用于保证流动的均匀性避免冷却液在筒体内产生死角而影响换热效果。

优选的，所述筒体进液侧或两侧的封头内分别安装有叶片，当冷却液进入封头后，沿叶片流动后进入筒体，冷却液经过叶片后沿径向形成离心力，径向离心力使得冷却液在筒体内旋转轴向流通，用于增加冷却液在流动时的扰流，通过流体的扰流打破流体边界层以增强换热性能。