CN120846127A - 套管式换热结构、换热器及换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种套管式换热结构、换热器及换热系统，套管式换热结构包括内管、外管与位于二者之间的支撑单元，支撑单元包括多个支撑部，支撑部沿内管的周向间隔排布，支撑部的一端一体连接于内管，另一端与外管抵接，或者支撑部的一端一体连接于外管，另一端与内管抵接。通过在内管与外管之间设置与内管或外管一体连接的支撑部，并使支撑部与内管或外管抵接，内管能够在长度方向及周向的多个位置被支撑，实现对内管的有效支撑，提升了内管的承压能力，减小了内管与外管的换热面积损失，从而提升了流体与内管之间、以及流体与外管之间的换热效率，使换热器具有较高的换热性能。

Description

套管式换热结构、换热器及换热系统

技术领域

本发明涉及换热技术领域，尤其涉及一种套管式换热结构、换热器及换热系统。

背景技术

套管式换热结构通常包括内管与套设于内管外部的外管，流体能够在外管的外部、内管的内部以及内管与外管之间流动，使流体间具有较高的热交换效率，提升了换热器在有限空间内的换热能力。由于内管与外管的长度较长，为保证内、外管之间的流体间隙，使流体能够从内、外管之间流动，需在内外管之间提供支撑，由于内外管之间的间隙较小，向内外管之间引入支撑结构实现管间支撑的可行性差，相关技术中将内管整体压扁后穿入外管内，使内、外管进行支撑，由于内管压扁后的椭圆度增加，内管承受外压的能力显著降低，这导致换热器只适用于常压或低压的运行条件，并且内管的压扁部位与外管接触，损失了内外管之间的部分换热面积，导致传热效率大幅下降，降低了换热器的换热能力。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种套管式换热结构，能够提升内管的承压能力以及换热性能。

本发明还提出一种具有上述套管式换热结构的换热器。

本发明还提出一种具有上述换热器的换热系统。

根据本发明的第一方面实施例的套管式换热结构，包括：

内管，内部设有第一换热通道；

外管，套设于所述内管的外部，所述内管的外壁与所述外管的内壁之间限定出第二换热通道；

支撑单元，位于所述内管与所述外管之间，所述支撑单元沿所述内管的长度方向间隔排布有多个，所述支撑单元包括多个支撑部，多个所述支撑部沿所述内管的周向间隔排布，所述支撑部的一端一体连接于所述内管，另一端与所述外管抵接，或者所述支撑部的一端一体连接于所述外管，另一端与所述内管抵接。

根据本发明实施例的套管式换热结构，至少具有如下有益效果：

本发明中通过在内管与外管之间设置与内管或外管一体连接的支撑部，并使支撑部与内管或外管抵接，内管能够在长度方向及周向的多个位置被支撑，实现对内管的有效支撑，提升了内管的承压能力，减小了内管与外管的换热面积损失，从而提升了流体与内管之间、以及流体与外管之间的换热效率，使换热器具有较高的换热性能。

根据本发明的一些实施例，所述支撑单元包括至少三个所述支撑部，并且所述支撑部沿所述内管的周向等间隔排布；相邻所述支撑单元中的所述支撑部沿所述内管的长度方向的投影重合。

根据本发明的一些实施例，所述内管的直径为D，所述内管的壁厚为t，所述支撑部沿所述内管径向的最大高度为H₁，所述支撑部沿所述内管周向的最大长度为H₂，相邻所述支撑单元沿所述内管长度方向上的间距为L；

其中，0.5t≤H₁≤4t，0.5t≤H₂≤6t，10D≤L≤40D。

根据本发明的一些实施例，所述支撑单元包括两个所述支撑部，并且所述支撑部沿所述内管的周向等间隔排布；相邻所述支撑单元中的所述支撑部沿所述内管的长度方向的投影错开。

根据本发明的一些实施例，相邻所述支撑单元中的所述支撑部沿所述内管的长度方向的投影与所述内管的中心的连线形成的夹角为直角。

根据本发明的一些实施例，所述内管的直径为D，所述内管的壁厚为t，所述支撑部沿所述内管径向的最大高度为H₁，所述支撑部沿所述内管周向的最大长度为H₂，相邻所述支撑单元沿所述内管长度方向上的间距为L；

其中，0.5t≤H₁≤4t，0.5t≤H₂≤6t，0.5D≤L≤3D。

根据本发明的一些实施例，所述支撑单元包括至少一个第一支撑单元与至少一个第二支撑单元，所述第一支撑单元包括至少三个所述支撑部，并且所述支撑部沿所述内管的周向等间隔排布；所述第二支撑单元包括两个所述支撑部，并且所述支撑部沿所述内管的周向等间隔排布；所述第一支撑单元与所述第二支撑单元沿所述内管的长度方向交替排布。

根据本发明的一些实施例，所述套管式换热结构包括多个支撑区域，多个所述支撑区域沿所述内管的长度方向间隔排布，每一所述支撑区域内设有一个所述支撑单元，相邻所述支撑区域沿所述内管的长度方向的投影错开。

根据本发明的一些实施例，所述支撑部的一端一体连接于所述外管，另一端与所述内管抵接；所述支撑部朝向所述内管的一侧朝向所述内管凸出，所述支撑部背向所述内管的一侧朝向所述内管凹陷。

根据本发明的一些实施例，所述支撑部的一端一体连接于所述内管，另一端与所述外管抵接；所述支撑部朝向所述外管的一侧朝向所述外管凸出，所述支撑部背向所述外管的一侧朝向所述外管凹陷。

根据本发明的第二方面实施例的换热器，包括：

多个第一方面实施例中的套管式换热结构；

中心承压管；

外筒体，套设于所述中心承压管的外部，并与所述中心承压管限定出安装腔，所述套管式换热结构安装于所述安装腔内，并沿所述内管的径向并排设置，所述外管的外部设有第三换热通道；

支撑结构，设于所述安装腔内，所述支撑结构设有多个，多个所述支撑结构沿所述内管的长度方向间隔排布，所述支撑结构沿径向支撑所述外管的外侧。

根据本发明的一些实施例，相邻所述外管之间具有间隔，并且所述外管与所述安装腔的内壁之间具有间隔，相邻所述外管之间以及所述外管与所述安装腔的内壁之间限定出所述第三换热通道。

根据本发明的第三方面实施例的换热系统，包括：

第二方面实施例中的换热器；

一回路，连通所述第一换热通道与所述第三换热通道；所述中心承压管的内腔连通所述第二换热通道。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明的套管式换热结构第一实施例的示意图；

图2为本发明的套管式换热结构第二实施例的示意图；

图3为本发明的套管式换热结构第三实施例的示意图；

图4为本发明的套管式换热结构第四实施例的示意图；

图5为本发明的套管式换热结构第五实施例的示意图；

图6为本发明的套管式换热结构第六实施例的示意图；

图7为本发明的换热器一个实施例的示意图；

图8为图7中换热器的局部剖视图。

附图标记：

换热结构100，内管110，第一换热通道111，外管120，支撑单元130，第一支撑单元130a，第二支撑单元130b，支撑部131，第二换热通道140，支撑区域150；

中心承压管200，进水通道210；

外筒体300，安装腔310，第三换热通道320，进水口330，出水口340；

支撑结构400；

上管箱500，第一上管板510，第一下管板520；

下管箱600，第二上管板610，第二下管板620。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

目前工程中，为提高换热器的换热性能，采用了套管式换热结构，套管式换热结构通常包括内管与套设于内管外部的外管，流体能够在外管的外部、内管的内部以及内管与外管之间流动，使流体间具有较高的热交换效率。由于内、外管之间的间隙较小（1-4mm），内管与外管的长度较长（2-10m），刚度弱，内、外管自身的直线度差，且存在装配偏差，内、外管装配之后通常存在大面积贴合的现象，这导致二者的换热面积损失，因此，为保证内、外管之间的流体间隙，使流体能够从内、外管之间流动，需在内外管之间提供支撑。

但内外管之间的间隙较小，向内外管之间引入支撑结构实现管间支撑的可行性差，相关技术中将内管整体压扁后穿入外管内，实现内、外管之间的支撑，由于内管压扁后的椭圆度增加，内管承受外压的能力显著降低，这导致换热器只适用于常压或低压的运行条件，并且内管的压扁部位与外管接触，损失了内外管之间的部分换热面积，导致传热效率大幅下降，降低了换热器的换热能力。

鉴于此，本申请中提供了一种套管式换热结构100（以下简称换热结构100），参照图1与图2，换热结构100包括内管110、外管120与支撑单元130，内管110的内部设有第一换热通道111，外管120套设于内管110的外部，内管110的外壁与外管120的内壁之间存在间隔，并形成第二换热通道140，第一换热通道111与第二换热通道140内均可供流体通入，当第一换热通道111与第二换热通道140内通入流体后，流体在第一换热通道111与第二换热通道140内流动过程中进行热交换，实现换热。

支撑单元130位于内管110与外管120之间，即，支撑单元130位于第二换热通道140内，支撑单元130起到对内管110与外管120的支撑作用。支撑单元130设置有多个，并沿内管110的长度方向间隔排布，使内管110、外管120能够在整个长度方向上均得到支撑；另外，每一支撑单元130均包括多个支撑部131，支撑部131沿内管110的周向间隔排布，这使得内管110与外管120能够在同一截面的不同位置均得到支撑。通过在内管110的长度方向与周向的不同位置设置支撑部131，形成外管120对内管110的有效支撑，使内管110与外管120的管间支撑更加稳固，内管110具有较高的承压能力；并且，多位置支撑的方式，在实现管间有效支撑的前提下，还减小了内管110与外管120的换热面积损失，从而提升了流体与内管110之间、以及流体与外管120之间的换热效率，使换热器具有较高的换热性能。

另外，支撑部131一体连接于外管120或者一体连接于内管110，一方面，简化了支撑单元130、内管110与外管120的组装，只需将内管110穿入外管120的内部，即可完成内管110、外管120与支撑单元130的装配，使外管120能够较便利地通过支撑单元130实现对内管110的支撑，另一方面，支撑部131能够适用于管间间隙（1.5mm）较小的情形，克服了因内管110与外管120之间的间隙较小导致的支撑结构无法置入的缺陷。支撑部131向外管120或内管110一体连接方式不限于，支撑部131以焊接方式固定于内管110的外壁或者外管120的内壁；或者，支撑部131以粘接方式固定于内管110的外壁或者外管120的内壁；或者，对外管120与内管110压制时，支撑部131一体成型于内管110的外壁或者外管120的内壁。

具体的，支撑部131沿内管110的径向具有第一端与第二端，在一实施例中，参照图2，第一端与第二端的其中一者一体连接于内管110，另一端抵接于外管120，此情形中，支撑部131与内管110一体连接，支撑部131跟随内管110穿设于外管120内后，支撑部131的一端抵接于外管120，支撑部131相较于内管110的外壁朝向外管120凸出，使内管110与外管120之间保持管间间隙，保障换热器的换热性能，并使内管110得到有效支撑。或者，在另一实施例中，参照图1，第一端与第二端中的其中一者一体连接于外管120，另一端抵接于内管110，此情形中，支撑部131与外管120一体连接，内管110穿入外管120内部后，支撑部131的一端抵接于内管110的外壁，支撑部131相较于外管120的内壁朝向内管110凸出，使内管110与外管120之间保持管间间隙，保障换热器的换热性能，并使内管110得到有效支撑。

可理解的，当流体在第二换热通道140内流动时，流体流经支撑部131时受到支撑部131的阻挡，使流体在第二换热通道140内形成湍流，能够促进流体与内管110之间、以及流体与外管120之间的热交换，进而提升换热结构100的换热效率。

支撑部131的形状不限于设置为棱锥、棱柱、圆锥或圆柱等，另外，支撑部131的内部可设置为空心或者实心。可理解的，为使支撑部131与内管110之间的抵接，或者支撑部131与外管120之间的抵接更加稳固，可设置支撑部131的端面与内管110的外壁面适配，或者支撑部131的端面与外管120的内壁面适配；示例性的，外管120与内管110均设置为圆管，外管120的内壁以及内管110的外壁均具有圆柱面，支撑部131一体连接于内管110的外壁，支撑部131朝向外管120的端面为弧面，以使支撑部131的端面与外管120之间紧密接触并保持稳定抵接。在一实施例中，支撑部131与内管110抵接的端面，或者支撑部131与外管120抵接的端面设置为圆弧面，从而支撑部131与外管120的抵接区域，或者支撑部131与内管110的抵接区域位于支撑部131的端面的顶点处，能够进一步减小换热面积损失，提升换热器的换热性能。

以支撑部131一体连接于内管110为例，支撑部131设置为棱锥形态，棱锥的底部一体连接于内管110，棱锥的顶部抵接于外管120的内壁，支撑部131呈现为相对内管110的外壁朝向外管120凸出的凸点形态，支撑部131与外管120之间的接触面积小，减小了换热面积损失；支撑部131的内部可设置为实心，支撑部131通过焊接的方式一体连接于内管110的外壁，此情形下，支撑部131的成型不影响内管110的管壁厚度，内管110具有较高的刚度，使换热器能够适用于高压运行条件；或者，支撑部131通过压制内管110的方式，与内管110一体成型，此情形下，支撑部131朝向外管120的一侧朝向外管120凸出，支撑部131背向外管120的一侧朝向外管120凹陷，支撑部131的内部呈空心状态，支撑部131的成型较为便利，极大提高了换热结构100的组装效率。

同样的，支撑部131一体连接于外管120时，支撑部131呈现为相对外管120的内壁朝向内管110凸出的凸点形态，支撑部131与内管110之间的接触面积小，减小了换热面积损失。支撑部131的内部可设置为实心，支撑部131通过焊接的方式一体连接于外管120的内壁，此情形下，支撑部131的成型不影响外管120的管壁厚度，外管120具有较高的刚度，使换热器能够适用于高压运行条件；或者，支撑部131通过压制外管120的方式，与外管120一体成型，此情形下，支撑部131朝向内管110的一侧朝向内管110凸出，支撑部131背向内管110的一侧朝向内管110凹陷，支撑部131的内部呈空心状态，支撑部131的成型较为便利，极大提高了换热结构100的组装效率。

在一实施例中，参照图3与图4，支撑单元130包括至少三个支撑部131，并且支撑部131沿内管110的周向等间隔排布，即，内管110在同一截面能够至少受到三个支撑部131的支撑，支撑单元130对内管110的支撑较为稳固，并能够保证内管110与外管120之间保持流动间隙。另外，本实施例中，相邻支撑单元130中的支撑部131沿内管110的长度方向上的投影重合，即，不同的支撑单元130内的支撑部131在内管110的周向上对齐；一方面，保证支撑单元130对内管110的有效支撑，以及内管110与外管120之间的管间间隙，使流体在第二换热通道140内的流动顺畅，另一方面，避免支撑部131对流体的流动形成过大的流阻，影响传热效率。

参照图3，以支撑单元130包括三个支撑部131为例，沿外管120的同一截面向内均匀压制三个支撑部131，形成一个支撑单元130，而后沿外管120的长度方向间隔预设距离，在外管120的另一截面处向内均匀压制三个支撑部131，形成另一支撑单元130，直至外管120整个长度方向上布满支撑单元130。或者，参照图4，沿内管110的同一截面向外均匀压制三个支撑部131，形成一个支撑单元130，而后沿内管110的长度方向间隔预设距离，在外管120的另一截面处向外均匀压制三个支撑部131，形成另一支撑单元130，直至内管110整个长度方向上布满支撑单元130。

可理解的，对于支撑单元130包括三个以上的支撑部131的情形，相邻支撑单元130内的支撑部131的数量可相同或不同。示例性的，所有支撑单元130均包括三个支撑部131，三个支撑部131沿内管110的周向等间隔排布；或者，相邻的所述支撑单元130中，其中一个支撑单元130包括三个支撑部131，另一个支撑单元130包括四个支撑部131，并且支撑部131沿内管110的周向等间隔排布。

进一步的，参照图3，内管110的直径为D，内管110的壁厚为t，支撑部131沿内管110径向的最大高度为H₁，即沿内管110的径向，支撑部131的第一端与第二端之间的最远距离，当支撑部131为棱锥时，H₁为棱锥的顶部与底部的最远距离；支撑部131沿内管110周向的最大长度为H₂，当支撑部131为棱锥时，H₂为支撑部131底部的直径，相邻支撑单元130沿内管110长度方向上的间距为L；其中，0.5t≤H₁≤4t，H₁不限于设置为0.5t、0.75t、t、1.5t、1.8t、2t、3t、4t等，0.5t≤H₂≤6t，H₂不限于设置为0.5t、0.8t、t、1.2t、2t、3t、4t、5t、6t等，10D≤L≤40D，L不限于设置为10D、15D、20D、28D、30D、35D、40D等。因此，支撑部131的高度与长度、相邻支撑部131的间距、相邻支撑单元130的间距均根据内管110的直径与壁厚设定，一方面，保证内管110或外管120的自身刚度，使换热结构100能够适用于高压运行条件，避免由于相邻支撑单元130之间或者同一支撑单元130内的相邻支撑部131之间过于密集，而减弱内管110或外管120的结构强度，以及增大流体在第二换热通道140内的流阻，保证换热结构100的换热效率；另一方面，通过多位置排布的支撑部131共同支撑内管110，使内管110受到有效支撑，并且支撑部131具有足够的高度，以适用于管间间隙较小的情形，使内管110与外管120之间保持流动间隙，保障换热器的换热性能。

在一实施例中，参照图1与图2，支撑单元130包括两个支撑部131，并且支撑部131沿内管110的周向等间隔排布，即，内管110在同一截面受到两个支撑部131的支撑，两个支撑部131相对设置，使内管110同一截面上相对的两侧分别受到两个支撑部131的支撑，支撑单元130对内管110的支撑较为稳固，并能够保证内管110与外管120之间保持流动间隙。另外，本实施例中，相邻支撑单元130中的支撑部131沿内管110的长度方向上的投影错开，即，不同的支撑单元130内的支撑部131在内管110的周向上相互间隔；一方面，不同支撑单元130内的支撑部131的分布较为分散，使内管110能够受到平稳支撑，保障内管110与外管120之间的管间间隙，使流体在第二换热通道140内的流动顺畅，另一方面，增大了流体在第二换热通道140内流动时形成的湍流，提升了换热结构100的换热效率。

可理解的，相邻支撑单元130中的支撑部131沿内管110的长度方向的投影与内管110的中心的连线形成的夹角为a，0°＜a≤90，a不限于设置为15°、30°、45°、60°、75°、90°等。在一实施例中，a设置为90°，以最大化地分散相邻支撑单元130内的支撑部131的分布，使内管110得到更稳固的支撑作用，保障内管110与外管120之间的管间间隙。

参照图1，对于支撑单元130包括两个支撑部131的情形，沿外管120的同一截面向内均匀压制两个支撑部131，形成一个支撑单元130，而后沿外管120的长度方向间隔预设距离并旋转a角，在外管120的另一截面处向内均匀压制两个支撑部131，形成另一支撑单元130，直至外管120整个长度方向上布满支撑单元130。或者，沿内管110的同一截面向内均匀压制两个支撑部131，形成一个支撑单元130，而后沿内管110的长度方向间隔预设距离并旋转a角，在内管110的另一截面处向外均匀压制两个支撑部131，形成另一支撑单元130，直至内管110整个长度方向上布满支撑单元130。

进一步的，对于支撑单元130包括两个支撑部131的情形，参照图1，内管110的直径为D，内管110的壁厚为t，支撑部131沿内管110径向的最大高度为H₁，即沿内管110的径向，支撑部131的第一端与第二端之间的最远距离，当支撑部131为棱锥时，H₁为棱锥的顶部与底部的最远距离；支撑部131沿内管110周向的最大长度为H₂，当支撑部131为棱锥时，H2为支撑部131底部的直径，相邻支撑单元130沿内管110长度方向上的间距为L；其中，0.5t≤H₁≤4t，H₁不限于设置为0.5t、0.75t、t、1.5t、1.8t、2t、3t、4t等，0.5t≤H₂≤6t，H₂不限于设置为0.5t、0.8t、t、1.2t、2t、3t、4t、5t、6t等，0.5D≤L≤3D，L不限于设置为0.5D、0.8D、D、1.2D、1.5D、2D、2.5D、2.8D、3D等。因此，支撑部131的高度与长度、相邻支撑部131的间距、相邻支撑单元130的间距均根据内管110的直径与壁厚设定，一方面，保证内管110或外管120的自身刚度，使换热结构100能够适用于高压运行条件，避免由于相邻支撑单元130之间或者同一支撑单元130内的相邻支撑部131之间过于密集，而减弱内管110或外管120的结构强度，以及增大流体在第二换热通道140内的流阻，保证换热结构100的换热效率；另一方面，通过多位置排布的支撑部131共同支撑内管110，使内管110受到有效支撑，并且支撑部131具有足够的高度，以适用于管间间隙较小的情形，使内管110与外管120之间保持流动间隙，保障换热器的换热性能。

可理解的，相邻的支撑单元130可均设置两个支撑部131，或者相邻支撑单元130内分别设置两个及两个以上的支撑部131，对于相邻的支撑单元130均设置两个支撑部131的情形，相邻支撑单元130中的支撑部131沿内管110的长度方向的投影与内管110的中心的连线形成的夹角为a。对于相邻支撑单元130内设置不同数量的支撑部131的情形，在一实施例中，参照图5，支撑单元130包括至少一个第一支撑单元130a与至少一个第二支撑单元130b，第一支撑单元130a包括至少三个支撑部131，并且支撑部131沿内管110的周向等间隔排布，第二支撑单元130b包括两个支撑部131，并且支撑部131沿内管110的周向等间隔排布，第一支撑单元130a与第二支撑单元130b沿内管110的长度方向交替排布；从而，在内管110相邻的截面上，其中一个截面同时受到三个支撑部131的支撑，另一个截面受到两个支撑部131的支撑，由于不同截面上的支撑部131均等间隔分布，这使得相邻支撑单元130内的支撑部131的排布相对分散，内管110能够受到支撑部131的稳定支撑，由于相邻支撑单元130内的支撑部131沿内管110的周向错开，使得流体在管间的湍流增大，能够提升换热结构100的换热效率。

另外，还可根据内管110不同位置处对支撑强度与换热效率的需求，改变支撑单元130之间的间距、支撑单元130内支撑部131的数量等。示例性的，定义靠近内管110端部的区域为端部区域，靠近内管110长度方向的中点的区域为中心区域，其中第二支撑单元130b设置于端部区域，第一支撑单元130a设置于中心区域；因此，第二支撑单元130b中的支撑部131之间的间隔较大，可使流体能够较顺畅的流入第二换热通道140内，以及从第二换热通道140内排出，流体在中心区域的流动趋于稳定，通过在中心区域设置第一支撑单元130a，能够增大流体在管间的湍流，提升传热效率，并加强支撑部131对内管110中心区域的支撑。

需说明的是，支撑单元130内的多个支撑部131可分布于内管110或者外管120某一截面处的整个周向上，或者分布于内管110或外管120某一截面处周向的局部区域内。示例性的，换热结构100沿内管110的长度方向设有多个支撑区域150，每一支撑区域150内均设有一个支撑单元130，一个支撑单元130在内管110的其中一个截面处对内管110进行支撑；如图1所示的实施例中，支撑部131一体连接于内管110，支撑区域150环绕支撑部131的整个周侧，支撑单元130内的多个支撑部131呈360°等间隔分布。在另一实施例中，如图6所示，相邻支撑区域150沿内管110的长度方向的投影错开，从而，相邻的支撑单元130内的支撑部131排布于内管110的不同侧，每一支撑单元130均包括多个支撑部131，支撑部131的排布更加分散，并能够向内管110提供不同方向的支撑力；一方面，减小换热结构100的换热面积损失，提升换热结构100的换热性能，另一方面，使流体在管间流动时形成湍流，提升传热效率。

参照图7与图8，本发明的实施例中还提供了一种换热器，换热器包括上述的套管式换热结构100，换热器还包括中心承压管200、外筒体300与支撑结构400，外筒体300套设于中心承压管200的外部，并与中心承压管200的外壁之间限定出安装腔310，套管式换热结构100与支撑结构400均安装于安装腔310内，套管式换热结构100设置有多个，并沿内管110的径向并排设置，外管120的外部在安装腔310内设有第三换热通道320，其中，第一换热通道111与第三换热通道320内的流体的流动方向相同，并与第二换热通道140内的流体的流动方向相反，从而，内管110的内侧与外侧的流体的流动方向相反，外管120的内侧与外侧的流体的流动方向相反，实现内管110内外两侧以及外管120内外两侧的逆流换热，使换热器具备优良的换热性能。

支撑结构400沿径向支撑外管120的外壁，用于对套管式换热结构100进行支撑，支撑结构400设置有多个，多个支撑结构400沿内管110的长度方向间隔排布，以在换热结构100的整个长度方向上提供支撑，使换热结构100稳固于安装腔310内。

一些实施例中，支撑结构400设置有多个贯穿的安装孔，安装孔沿中心承压管200的周向间隔排布，外管120穿设于安装孔的内部，并与安装孔的内壁抵接，使外管120的外壁受到支撑结构400沿径向的支撑。支撑结构400与安装腔310的内壁的连接方式不限于焊接、卡接、螺接、铆接等。

另外，相邻的外管120之间具有间隔，并且外管120的外壁与安装腔310的内壁之间具有间隔，从而相邻的外管120之间以及外管120与安装腔310的内壁之间限定出第三换热通道320，这使得外管120周侧表面的任意区域均能够与进入第三换热通道320的流体进行热交换，使换热器具备较高的换热性能。

在一实施例中，中心承压管200的内部中空，并形成进水通道210，换热器还包括上管箱500与下管箱600，上管箱500包括上下间隔设置为第一上管板510与第一下管板520，下管箱600包括上下间隔设置的第二上管板610与第二下管板620，内管110的两端分别连接第一上管板510与第一下管板520，外管120的两端分别连接第二上管板610与第二下管板620，进水通道210下端连通第一下管板520，第二换热通道140内的流体经第一下管板520内流入，并从第一上管板510处流出，即，第二换热通道140内的流体从下向上流动。外筒体300的侧部还设有进水口330与出水口340，进水口330与出水口340连通第三换热通道320，流体经进水口330进入第三换热通道320，并从出水口340流出，即，第三换热通道320内的流体从上向下流动。第一换热通道111内的流体由第二上管板610处流入，并从第二下管板620处流出，即，第一换热通道111内的流体从上往下流动，这使得外管120的内侧与外侧的流体的流动方向相反，实现了内管110内外两侧以及外管120内外两侧的逆流换热。

本发明还提供了一种换热系统，换热系统包括上述的换热器，还包括一回路，换热器用于排出反应堆的堆芯的余热、冷却堆芯，在反应堆停堆后，作为余热排出系统的组成部分，通过一回路和余热排出系统的自然循环把反应堆的衰变热传递至大气；反应堆发生事故时，作为一回路和中间回路之间的一道屏障对中间回路起到隔离作用，防止一回路冷却剂和放射性物质释放到中间回路。

一回路连通第一换热通道111与第三换热通道320，一回路冷却剂分为两路，其中一路由第二上管板610流入，并进入第一换热通道111内，另一路从进水口330进入第三换热通道320内，两路流体均自上而下流动，并加热第二换热通道140内的流体；进水通道210形成中间回路，中间回路内的流体自第一下管板520流入第二换热通道140，而后经第一上管板510流出，第二换热通道140内的流体从下向上流动，第二换热通道140内的流体被第一换热通道111与第三换热通道320内的流体加热。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (13)

1.套管式换热结构，其特征在于，包括：

内管，内部设有第一换热通道；

外管，套设于所述内管的外部，所述内管的外壁与所述外管的内壁之间限定出第二换热通道；

支撑单元，位于所述内管与所述外管之间，所述支撑单元沿所述内管的长度方向间隔排布有多个，所述支撑单元包括多个支撑部，多个所述支撑部沿所述内管的周向间隔排布，所述支撑部的一端一体连接于所述内管，另一端与所述外管抵接，或者所述支撑部的一端一体连接于所述外管，另一端与所述内管抵接。

2.根据权利要求1所述的套管式换热结构，其特征在于，所述支撑单元包括至少三个所述支撑部，并且所述支撑部沿所述内管的周向等间隔排布；相邻所述支撑单元中的所述支撑部沿所述内管的长度方向的投影重合。

3.根据权利要求2所述的套管式换热结构，其特征在于，所述内管的直径为D，所述内管的壁厚为t，所述支撑部沿所述内管径向的最大高度为H₁，所述支撑部沿所述内管周向的最大长度为H₂，相邻所述支撑单元沿所述内管长度方向上的间距为L；

其中，0.5t≤H₁≤4t，0.5t≤H₂≤6t，10D≤L≤40D。

4.根据权利要求1所述的套管式换热结构，其特征在于，所述支撑单元包括两个所述支撑部，并且所述支撑部沿所述内管的周向等间隔排布；相邻所述支撑单元中的所述支撑部沿所述内管的长度方向的投影错开。

5.根据权利要求4所述的套管式换热结构，其特征在于，相邻所述支撑单元中的所述支撑部沿所述内管的长度方向的投影与所述内管的中心的连线形成的夹角为直角。

6.根据权利要求4所述的套管式换热结构，其特征在于，所述内管的直径为D，所述内管的壁厚为t，所述支撑部沿所述内管径向的最大高度为H₁，所述支撑部沿所述内管周向的最大长度为H₂，相邻所述支撑单元沿所述内管长度方向上的间距为L；

其中，0.5t≤H₁≤4t，0.5t≤H₂≤6t，0.5D≤L≤3D。

7.根据权利要求1所述的套管式换热结构，其特征在于，所述支撑单元包括至少一个第一支撑单元与至少一个第二支撑单元，所述第一支撑单元包括至少三个所述支撑部，并且所述支撑部沿所述内管的周向等间隔排布；所述第二支撑单元包括两个所述支撑部，并且所述支撑部沿所述内管的周向等间隔排布；所述第一支撑单元与所述第二支撑单元沿所述内管的长度方向交替排布。

8.根据权利要求1所述的套管式换热结构，其特征在于，所述套管式换热结构包括多个支撑区域，多个所述支撑区域沿所述内管的长度方向间隔排布，每一所述支撑区域内设有一个所述支撑单元，相邻所述支撑区域沿所述内管的长度方向的投影错开。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的套管式换热结构，其特征在于，所述支撑部的一端一体连接于所述外管，另一端与所述内管抵接；所述支撑部朝向所述内管的一侧朝向所述内管凸出，所述支撑部背向所述内管的一侧朝向所述内管凹陷。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的套管式换热结构，其特征在于，所述支撑部的一端一体连接于所述内管，另一端与所述外管抵接；所述支撑部朝向所述外管的一侧朝向所述外管凸出，所述支撑部背向所述外管的一侧朝向所述外管凹陷。

11.换热器，其特征在于，包括：

多个权利要求1至10中任一项所述的套管式换热结构；

中心承压管；

外筒体，套设于所述中心承压管的外部，并与所述中心承压管限定出安装腔，所述套管式换热结构安装于所述安装腔内，并沿所述内管的径向并排设置，所述外管的外部设有第三换热通道；

支撑结构，设于所述安装腔内，所述支撑结构设有多个，多个所述支撑结构沿所述内管的长度方向间隔排布，所述支撑结构沿径向支撑所述外管的外侧。

12.根据权利要求11所述的换热器，其特征在于，相邻所述外管之间具有间隔，并且所述外管与所述安装腔的内壁之间具有间隔，相邻所述外管之间以及所述外管与所述安装腔的内壁之间限定出所述第三换热通道。

13.换热系统，其特征在于，包括：

权利要求11或12所述的换热器；

一回路，连通所述第一换热通道与所述第三换热通道；所述中心承压管的内腔连通所述第二换热通道。