换热器及其组装方法与流程

本发明的实施例涉及热交换领域，特别涉及一种换热器及其组装方法。

背景技术：

在换热器中，用于换热管的支撑装置主要起到支撑管束、减小管束振动的作用。例如，在钠冷快堆中，中间换热器的换热管总长可达数十米，十分依赖于支撑装置的支撑。

现有技术中，所述支撑装置包括弓形支撑板、整圆形支撑板和格栅板等不同类型。采用上述支撑板的形式，换热管从支撑板上的开孔穿过，这会对换热管的安装造成限制，特别地，对于具有弯曲段的换热管而言，开孔过小则换热管难以穿入，开孔过大则无法实现对换热管的支撑作用。此外，现有的支撑装置还存在流体阻力过大和管束流致振动的问题、可靠性较差。

因此，有必要提供一种能够灵活支撑换热管并保证良好支撑效果同时可靠性好的支撑装置以及相应的换热器。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种换热器及其组装方法，以解决上述技术问题中的至少一个方面。

根据本发明的一个方面，提出一种换热器，包括：多个换热管，围绕同一中心排布为多层；外壳，设置为包围所述多个换热管；第一管板，连接至所述换热管的第一端；第二管板，连接至所述换热管的第二端；其中，壳程流体进入所述外壳内与所述换热管内的管程流体进行换热；所述换热器还包括用于所述换热管的支撑装置，包括：多个第一支撑部，设置为夹持于相邻两层换热管之间，并对每层换热管的第一侧进行支撑；多个第二支撑部，设置为夹持于相邻两层换热管之间，并对每层换热管的第二侧进行支撑。

根据一些实施方式，所述换热管包括直管段，所述第一支撑部和所述第二支撑部设置为在两个方向上约束所述直管段，其中所述两个方向位于垂直于所述换热管的轴线的平面上。

根据一些实施方式，所述第一支撑部包括波纹状结构，所述第二支撑部包括平滑结构；或者所述第一支撑部包括平滑结构，所述第二支撑部包括波纹状结构；其中，所述波纹状结构的波纹能够与所述换热管的形状配合。

根据一些实施方式，多个所述换热管排布为多层的同心圆；以及所述第一支撑部包括沿弧向延伸的波纹状结构，所述第二支撑部包括沿弧向延伸的平滑结构；或者所述第一支撑部包括沿弧向延伸的平滑结构，所述第二支撑部包括沿弧向延伸的波纹状结构；其中，所述波纹状结构的波纹能够与所述换热管的形状配合。

根据一些实施方式，所述换热器还包括：多个拉杆，排布于所述多层的每层中；其中，用于对同一层换热管进行支撑的相邻两个所述第一支撑部在所述拉杆处接合，用于对同一层换热管进行支撑的相邻两个所述第二支撑部在所述拉杆处接合。

根据一些实施方式，所述支撑装置还包括多个垫块，设置为压合所述第一支撑部与所述拉杆，和/或压合所述第二支撑部与所述拉杆。

根据一些实施方式，所述换热管包括弯曲段；所述支撑装置还包括：多个第三支撑部，设置为对每层换热管的所述弯曲段的一侧进行支撑。

根据一些实施方式，所述弯曲段包括第一弯曲部、第二弯曲部以及连接所述第一弯曲部和所述第二弯曲部的过渡部，所述第三支撑部设置为对所述过渡部进行支撑。

根据一些实施方式，所述换热器还包括：多个拉杆，排布于所述多层的每层中；其中，用于对同一层换热管进行支撑的相邻两个所述第三支撑部在所述拉杆处接合，并与所述拉杆连接。

根据一些实施方式，所述第三支撑部包括平滑结构。

根据一些实施方式，多个所述换热管排布为多层的同心圆，所述第三支撑部包括沿弧向延伸的平滑结构。

根据本发明的另一方面，提出一种核反应堆，包括：反应堆本体；以及所述的换热器，设置为对所述反应堆本体进行冷却。

根据本发明的另一方面，提出一种换热器的组装方法，包括：排布位于内层的换热管；在位于内层的换热管的外侧安装第一支撑部；在所述第一支撑部的外侧安装第二支撑部；排布位于外层的换热管，使得所述第一支撑部和所述第二支撑部夹持于相邻两层换热管之间；其中，将多个换热管围绕同一中心排布为多层；使得多个第一支撑部对每层换热管的第一侧进行支撑，使得多个第二支撑部对每层换热管的第二侧进行支撑；以及在最外层换热管的外侧设置外壳，以包围全部的换热管。

根据一些实施方式，所述方法还包括：使得所述第一支撑部和所述第二支撑部在两个方向上约束所述换热管的直管段，其中所述两个方向位于垂直于所述换热管的轴线的平面上。

根据一些实施方式，所述方法还包括：将多个拉杆排布于所述多层的每层中；使得用于对同一层换热管进行支撑的相邻两个所述第一支撑部在所述拉杆处接合，使得用于对同一层换热管进行支撑的相邻两个所述第二支撑部在所述拉杆处接合。

根据一些实施方式，所述方法还包括：利用垫块压合所述第一支撑部与所述拉杆，和/或利用垫块压合所述第二支撑部与所述拉杆。

根据一些实施方式，在排布位于内层的换热管的步骤与排布位于外层的换热管的步骤之间，还包括：安装第三支撑部，以对每层换热管的弯曲段的一侧进行支撑。

根据一些实施方式，使得多个第三支撑部对所述弯曲段的过渡部进行支撑。

根据一些实施方式，所述方法还包括：将多个拉杆排布于所述多层的每层中；使得用于对同一层换热管进行支撑的相邻两个所述第三支撑部在所述拉杆处接合，并与所述拉杆连接。

在根据本发明的实施例的换热器中，利用夹持于相邻两层换热管之间的多个第一支撑部和多个第二支撑部来从相对两侧对换热管进行支撑，能够较为自由和方便地安装换热管，同时第一支撑部和第二支撑部可以紧靠换热管设置，保证良好的支撑效果，减少管束振动。并且，第一支撑部、第二支撑部与换热管之间具有较多间隙，使得流体从中流动，有利于减小流动阻力。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的换热器的示意图；

图2示出了图1的换热器的第一支撑部和第二支撑部的示意图；

图3示出了图1的换热器的单个换热管的示意图；

图4示出了图1的换热器的多个换热管的示意图；

图5示出了图1的换热器的第三支撑部的示意图；以及

图6示出了图1的换热器的多个换热管与支撑装置的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。

在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的换热器100的示意图，图2示出了图1的换热器100的第一支撑部51和第二支撑部52的示意图。如图1和图2所示，换热器100包括：多个换热管1，围绕同一中心排布为多层；外壳2，设置为包围多个换热管1；第一管板3，连接至换热管1的第一端；第二管板4，连接至换热管1的第二端；其中，壳程流体进入外壳2内与换热管1内的管程流体进行换热；换热器100还包括用于换热管1的支撑装置5，支撑装置5包括：多个第一支撑部51，设置为夹持于相邻两层换热管1之间，并对每层换热管1的第一侧进行支撑；多个第二支撑部52，设置为夹持于相邻两层换热管1之间，并对每层换热管1的第二侧进行支撑。

在根据本发明的实施例的换热器100中，利用夹持于相邻两层换热管1之间的多个第一支撑部51和多个第二支撑部52来从相对两侧对换热管1进行支撑，相较于通过支撑板上的开孔进行支撑的方式，能够较为自由和方便地安装换热管1，同时第一支撑部51和第二支撑部52可以紧靠换热管1设置，保证良好的支撑效果，减少管束振动。并且，第一支撑部51、第二支撑部52与换热管1之间具有较多间隙，使得流体从中流动，有利于减小流动阻力。此外，第一支撑部51和第二支撑部52可以通过夹持于相邻两层换热管1之间而得以固定安装，结构简单、安装方便。

换热管1例如可以通过焊接、胀接的方式与第一管板3和第二管板4密封牢固连接。对于单程换热器，管程流体入口可以设于第一管板3之外，管程流体出口可以设于第二管板4之外。外壳2与第一管板3和第二管板4连接，用于围合出容纳空间，使得壳程流体在所述容纳空间内流动。外壳2上设有壳程流体入口和壳程流体出口。

在图1的实施例中，管程流体入口和管程流体出口设于同一端，管程流体沿a1方向流入换热器100，并沿a2方向从换热器100流出。壳程流体入口和壳程流体出口分别设于外壳2靠近相对两端的位置处，管程流体沿b1方向流入，并沿b2方向流出，壳程流体入口和壳程流体出口的数量可以为一个或多个。

如图1所示，换热器100还包括内筒，多个换热管1围绕所述内筒设置，并设于所述内筒和外壳2之间。换热器100还包括：设于所述内筒内的中心管，设于第一管板3之外的第一腔室以及设于第二管板4之外的第二腔室；其中，管程流体沿所述中心管流入，并在所述第二腔室处分流至多个换热管1内，流经多个换热管1后，管程流体在所述第一腔室内汇聚，随后流出。通过多个换热管1围绕中心管设置的方式，能够保证换热器100内进行热交换的均匀性。换热器100还可以包括安装部，通过所述安装部能够将换热器100安装至容纳有壳程流体的浸没容器上。例如，可以将所述安装部安装至浸没容器的顶壁，使得安装部以下的部分伸入所述浸没容器内，并保证外壳2上的壳程流体入口浸没于壳程流体中。

在本发明的实施例中，多个换热管1围绕同一中心排布为多层，即换热管1的阵列包括由内向外同心排布的多层。每一层的形状可以根据实际情况进行设置。在一个优选的实施例中，每一层的形状为圆形，即多个换热管1排布为多层的同心圆。

图3示出了图1的换热器100的单个换热管1的示意图，图4示出了图1的换热器100的多个换热管1的示意图。如图3和图4所示，换热管1包括直管段11，平直地延伸。第一支撑部51和第二支撑部52设置为在两个方向上约束直管段11，其中所述两个方向位于垂直于换热管1的轴线的平面上。可以知道，沿一个平面上的任意方向发生的位移都可以被分解为此平面上两个不同方向上(例如x向，y向)的位移。因此，本申请的第一支撑部51和第二支撑部52能够在垂直于换热管1的轴线的平面上，从任意方向对直管段11进行约束，亦即在该平面上从全部方向进行约束，从而能够实现稳固的支撑。所述两个方向可以为每一层换热管的径向和周向。

具体地，第一支撑部51包括波纹状结构，第二支撑部52包括平滑结构；或者第一支撑部51包括平滑结构，第二支撑部52包括波纹状结构；其中，所述波纹状结构的波纹能够与换热管1的形状配合。优选地，对于多个换热管1排布为多层的同心圆的情况，第一支撑部51包括沿弧向延伸的波纹状结构，第二支撑部52包括沿弧向延伸的平滑结构；或者第一支撑部51包括沿弧向延伸的平滑结构，第二支撑部52包括沿弧向延伸的波纹状结构；其中，所述波纹状结构的波纹能够与换热管1的形状配合。第一支撑部51和第二支撑部52可以为钢带，具体为波纹状钢带和平滑钢带。

所述波纹状结构对换热管1的约束力可以分解为沿径向的约束力以及沿周向的两个相互平衡的约束力；所述平滑结构提供沿径向的约束力，以与所述波纹状结构提供的沿径向的约束力平衡，从而通过所述波纹状结构和所述平滑结构的配合，能够在径向和周向上同时约束换热管1的直管段11。所述波纹状结构的波纹可以为梯形波纹，当然也可以为其他形状的波纹，只要能与换热管1的形状配合即可。通过采用所述平滑结构，能够更好地与所述波纹状结构接触和抵持，使得所述波纹状结构与所述平滑结构更加稳固地夹持在相邻两层换热管1之间。

用于对同一层换热管1进行支撑的多个第一支撑部51可以组成第一周向延伸结构，用于对同一层换热管1进行支撑的多个第二支撑部52可以组成第二周向延伸结构，所述第一周向延伸结构和所述第二周向延伸结构沿周向从相对两侧对每层换热管1进行支撑。

换热器100还包括：多个拉杆6，排布于所述多层的每层中；其中，用于对同一层换热管1进行支撑的相邻两个第一支撑部51在拉杆6处接合，用于对同一层换热管1进行支撑的相邻两个第二支撑部52在拉杆6处接合。支撑装置5还包括多个垫块54，设置为压合第一支撑部51与拉杆6，和/或压合第二支撑部52与拉杆6。通过设置垫块54能够使得第一支撑部51和第二支撑部52更为紧固地夹持于相邻两层换热管1之间。同时，在拉杆6处进行上述的接合和压合，可以避免对换热管1造成损伤。

第一支撑部51和第二支撑部52通过夹持于相邻两层换热管1之间得以固定安装。当然，也可以将第一支撑部51和第二支撑部52分别连接(例如焊接)到拉杆6上，进一步增强安装的稳定性。

参照图3和图4，换热管1包括弯曲段12，通过设置弯曲段12使得换热管1具有在纵向和横向上的伸缩余量，有利于释放热应力。图5示出了图1的换热器100的第三支撑部53的示意图，如图5所示，支撑装置5还包括：多个第三支撑部53，设置为对每层换热管1的弯曲段12的一侧进行支撑。用于对同一层换热管1进行支撑的多个第三支撑部53可以组成多个第三周向延伸结构，设置为沿周向从一侧对每层换热管1进行支撑。第三支撑部53包括平滑结构。优选地，对于多个换热管1排布为多层的同心圆的情况，第三支撑部53包括沿弧向延伸的平滑结构。

通过组成第三周向延伸结构沿一侧进行支撑，并将第三支撑部53设置为平滑结构，可以仅在径向方向上对弯曲段12进行约束，而在周向方向上不对弯曲段12进行约束，允许换热管1的周向位移，以便于释放因温差导致的热应力。比较而言，常规的支撑板将换热管1穿入开孔内，无法实现对弯曲段12的单方向无约束。

在一个实施例中，弯曲段12呈螺旋状，包括第一弯曲部121、第二弯曲部122以及连接第一弯曲部121和第二弯曲部122的过渡部123，过渡部123的弯曲程度较小，近似于平直延伸。第三支撑部53设置为对过渡部123进行支撑，由此使得支撑更加稳固并且便于操作。

换热器100还包括：多个拉杆6，排布于所述多层的每层中；其中，用于对同一层换热管1进行支撑的相邻两个第三支撑部53在拉杆6处接合，并与拉杆6连接，即第三支撑部53通过与拉杆6连接而得以固定安装。连接方式例如可以为焊接。

图6示出了图1的换热器100的多个换热管1与支撑装置5的示意图，如图6所示，多个第一支撑部51组成的第一周向延伸结构和多个第二支撑部52组成的第二周向延伸结构对换热管1的直管段11进行约束，多个第三支撑部53组成的第三周向延伸结构对换热管1的弯曲段12进行约束，多个第一支撑部51和多个第二支撑部52可以沿换热管1的轴向设于多个位置处以增强支撑的稳定性。

本发明的换热管1的外径尺寸d0无限制；换热管的中心距s(包括径向间距和周向间距)的范围可以大于等于1.25d0；波纹状结构的厚度范围可以为换热管壁厚的0.8-2倍，波纹状结构的厚度可以不小于1mm；平滑结构的的厚度范围可以为换热管壁厚的2-10倍，平滑结构的厚度可以不小于2mm；波纹状结构和平滑结构沿换热管轴向的尺寸无限制；垫块54的厚度与第一支撑部51、第二支撑部52以及管束的规格相适应，垫块54的周向尺寸可以不大于1.2d0；第一支撑部51、第二支撑部52以及第三支撑部53的材料可以为金属。

可以根据换热管1的排布确定用于对每层换热管1进行支撑的第一支撑部51、第二支撑部52和第三支撑部53的数量以及每个波纹状结构的波纹数量。可以根据换热管1的规格、换热管中心距、换热管1及拉杆6与所述波纹状结构的配合及间隙，确定波纹的具体形状、尺寸以及所述平滑结构和垫块54的厚度。可以根据换热管的最小无支撑跨距要求及流致振动要求，确定多个第一支撑部51和多个第二支撑部52沿换热管轴向的支撑间距。

根据本发明的另一方面，提出一种核反应堆，包括：反应堆本体；以及换热器100，设置为对所述反应堆本体进行冷却。反应堆本体可以包括堆芯、堆内构件和控制棒驱动机构等部件，链式裂变反应在堆芯处发生，并产生大量热量。所述核反应堆可以为钠冷快堆，换热器100可以用作钠冷快堆的中间换热器，用于将一回路钠的热量传输给二回路钠，其中一回路钠作为壳程流体，二回路钠作为管程流体。

本发明的换热器100至少能够实现以下技术效果：

(1)保证基本的管束排布特点，避免采用常规支撑板带来的穿管困难问题；

(2)在不影响换热的情况下，克服采用常规支撑板带来的流体阻力过大或管束流致振动问题，特别适用于核反应堆等对换热器可靠性要求较高的应用场景，能够降低换热器所在回路系统的流动阻力，对于换热器本身和所在系统都有益处，从而可以降低核电站成本，提高可靠性；

(3)能够实现在不存在管束碰撞风险的条件下，换热管的弯曲段在单方向上无约束，有利于管束热应力的释放。

根据本发明的另一方面，提出一种换热器的组装方法，包括：排布位于内层的换热管1；在位于内层的换热管1的外侧安装第一支撑部51；在第一支撑部51的外侧安装第二支撑部52；排布位于外层的换热管1，使得第一支撑部51和第二支撑部52夹持于相邻两层换热管1之间；其中，将多个换热管1围绕同一中心排布为多层；使得多个第一支撑部51对每层换热管1的第一侧进行支撑，使得多个第二支撑部52对每层换热管1的第二侧进行支撑；以及在最外层换热管1的外侧设置外壳2，以包围全部的换热管1。外壳2可以与换热管1相抵持以提供一定的作用力，使得各层换热管和相应的第一支撑部51以及第二支撑部52稳固地组合在一起。第一支撑部51和第二支撑部52通过夹持于相邻两层换热管1之间而得以固定安装。不同层换热管与相应的第一支撑部51和第二支撑部52由外向内层层压实。在一些实施例中，可以将最内层的换热管1围绕内筒排布。

所述方法还包括：使得第一支撑部51和第二支撑部52在两个方向上约束换热管1的直管段11，其中两个方向位于垂直于换热管1的轴线的平面上。所述两个方向可以是每层换热管的径向和周向。

所述方法还包括：将多个拉杆6排布于所述多层的每层中；使得用于对同一层换热管1进行支撑的相邻两个第一支撑部51在拉杆6处接合，使得用于对同一层换热管1进行支撑的相邻两个第二支撑部52在拉杆6处接合。所述方法还包括：利用垫块54压合第一支撑部51与拉杆6，和/或利用垫块54压合第二支撑部52与拉杆6。通过垫块54压合，使得夹持更加紧固，从而第一支撑部51和第二支撑部52的安装更加稳固，并且支撑效果更好。

在所述排布位于内层的换热管1的步骤与所述排布位于外层的换热管1的步骤之间，还包括：安装第三支撑部53，以对每层换热管1的弯曲段12的一侧进行支撑。优选地，使得多个第三支撑部53对弯曲段12的过渡部122进行支撑。

所述方法还包括：将多个拉杆6排布于所述多层的每层中；使得用于对同一层换热管1进行支撑的相邻两个第三支撑部53在拉杆6处接合，并与拉杆6连接。通过连接至拉杆6来实现第三支撑部53的安装。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明的实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。为了清楚地示出各个部件的细节，附图中的各个部件并不是按比例绘制的，所以附图中的各个部件的比例也不应作为一种限制。

虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本发明总体构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。