CN100523701C - 多螺旋通道螺旋板换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋通道数至少等于3的多螺旋通道螺旋板换热器，该换热器由外壳、螺旋体、密封及进出口四个部分构成，螺旋体采用星形中心隔板(例如丫形或十字形)、以及数量与星形中心隔板的分叉端数相等的多个同心的螺旋板来构成，每块螺旋板的一侧表面上都设有多个间隔布置的定距柱或定距泡，形成供换热流体流过的多个螺旋形通道。由于采用了多螺旋通道结构，就可以通过流道的并联组合，在不减少传热面积的前提下大幅度提高换热器的单台容量和处理能力，另外还可以通过流道组合，同时进行多种流体的换热，其应用范围可以涵盖现有技术公知的2螺旋通道螺旋板换热器的所有应用范围，其中包括液体与液体、气体与液体、蒸气冷凝等换热场合。

Description

多螺旋通道螺旋板换热器

所属技术领域

本发明涉及一种螺旋板换热器，特别是涉及一种螺旋通道数至少等于3的多螺旋通道螺旋板换热器

背景技术

现有技术中公知的2通道螺旋板换热器主要由外壳、螺旋体、密封及进出口四个部分构成，作为传热元件的螺旋体由两张卷制而成的同心螺旋形金属板片，也即螺旋板和中心隔板所构成，两张螺旋板的里端分别焊接在中心隔板的两端，在螺旋板间形成相互平行的供换热流体流过的两个螺旋通道，每块螺旋板的一侧表面上都设有多个间隔布置的定距柱或定距泡，以保证螺旋通道的宽度，冷、热流体在螺旋板的两侧流动，通过螺旋板进行换热。密封是指设置在螺旋通道端口或螺旋体端面上的，或指设置在螺旋通道端口和螺旋体端面上的，用来隔断螺旋通道与环境，以防止换热流体外泄，以及用来实现螺旋通道的彼此隔断，以防止换热流体因内漏而引发串流和掺混的密封结构，密封结构有垫片密封结构与焊接密封结构两种常见形式，垫片密封结构是指采用以发兰连接方式连接的顶盖加密封垫的密封方式，而常用的焊接密封结构有三种形式，第一种是用厚度与通道宽度相等的方金属条垫入螺旋板端口中，焊接而成，第二种是用其外径与通道宽度相等的圆金属条垫入螺旋板端口中，焊接而成，第三种是将位于螺旋通道一边的螺旋板压成一个斜边后与位于同一螺旋通道的另一边的螺旋板片相焊接而成，进出口部分由进出口连接管和连接发兰构成，也可以不带发兰，位于中心的进出口连接管一般安置成垂直于螺旋体的横截面，螺旋通道的进出口连接管可以沿最外圈螺旋板的切线方向布置在外壳的侧面上，也可以沿最外圈螺旋板的法线方向布置在外壳的侧面上，因为参加换热的每种流体只能使用一个螺旋通道，这限制了换热流体流量的大幅增加，限制了换热器处理能力的大幅提高，而且，这种螺旋板换热器最多只能同时进行两种流体的换热。

日本专利申请JP昭60-129596公开了一种4通道螺旋板换热器，以克服公知2通道螺旋板螺旋板换热器的缺陷，提供一种压力损失小，换热性能高的螺旋板换热器。在这种换热器中，4块带状传热板片按一定间隔卷制成平行布置的螺旋体，两个敞开的端面安装顶盖加以密封，以构成4个彼此独立的流路，两顶盖的中心位置各有2个接管，4块螺旋板的外端也各有一个接管，构成各自独立的流体进出口。在这种换热器中，螺旋体两端面上的螺旋通道均采用敞开形式，不利于顶盖的封严，易于发生流体外泄故障，也易于发生换热流体串流、混流故障，而且，这种换热器只能用于换热流体均为液体的全旋流换热场合，此外，由于在螺旋通道内没有设置确保螺旋通道宽度的相应结构，螺旋通道的宽度得不到保障，螺旋体的径向刚度也比较差，在换热流体压力作用下，构成螺旋体的螺旋板易于产生内瘪、凹陷等变形。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是设计一种改善螺旋体端面封严，提高螺旋体径向刚度，并能同时进行多种流体换热的，适用于多种换热方式的“多螺旋通道螺旋板换热器”。

本发明所提供的螺旋板换热器主要由外壳、螺旋体、密封及进出口四个部分构成，为了实现上述所要解决的技术问题，本发明所提供的一种与现有技术不同的技术方案是，所述的螺旋体主要由卷制而成的多个同心螺旋形板片，也即多个螺旋板和星形中心隔板构成，所述螺旋板的数量至少等于3，所述星形中心隔板位于所述螺旋体中心处，由板材焊接而成，或由位于中心的管材，型材或棒材与呈星形布置的多块板材焊接而成，所述星形中心隔板的分叉端数等于或大于所述螺旋板的个数，每块所述螺旋板的里端都一一对应地焊接在所述星形中心隔板各个分叉的端部，由所述星形中心隔板和所述螺旋板构成数量至少等于3的多个供换热流体流过的螺旋形通道，也即螺旋通道，每块所述螺旋板的一侧表面上都设有多个间隔布置的定距柱或定距泡，以保证所述螺旋板间所述螺旋通道的宽度，所述定距柱的形状不局限于柱形，也可以是其他形状，如块形，条形，流线形或翼形等，所述的密封有垫片密封结构与焊接密封结构两种形式，所述的垫片密封结构是指以发兰连接方式连接的顶盖加密封垫的密封方式，而所述的焊接密封结构有三种形式，第一种是用厚度与通道宽度相等的金属条垫入所述螺旋通道端口中，焊接而成，第二种是用其外径与通道宽度相等的圆金属条垫入所述螺旋通道端口中，焊接而成，第三种是将位于所述螺旋通道一边的所述螺旋板片压成一个斜边后与位于同一所述螺旋通道的另一边的所述螺旋板片相焊接而成，所述的外壳由加厚的最外圈的所述螺旋板构成，或由两个半圆环片组合焊接成的圆筒构成，或直接由未加厚的最外圈的所述螺旋板来构成，所述的进出口部分由进出口连接管和连接发兰构成，或直接由不带所述连接发兰的所述进出口连接管构成，位于中心的所述进出口连接管一般安置成垂直于所述螺旋体的横截面，所述螺旋通道的所述进出口连接管沿最外圈所述螺旋板的切线方向布置在所述外壳的侧面上，或沿最外圈所述螺旋板的法线方向布置在所述外壳的侧面上

本发明可用于换热流体均沿上下螺旋端口完全封闭的所述螺旋通道作螺旋流动的情况，所述螺旋体的两端面均采用全封闭的所述焊接密封结构，所述螺旋体的所述螺旋通道的上下螺旋端口完全封闭，形成供换热流体作螺旋流动的多个螺旋形通道，所述进出口连接管分别设置在所述螺旋体的端面上和所述外壳的侧面上，与此流动情况相对应的是换热流体流量相近的换热场合，例如液体与液体换热场合。

本发明也可用于换热流体均沿上下螺旋端口完全封闭的所述螺旋通道作螺旋流动的情况，所述螺旋体的所述螺旋通道，也可以是间隔螺旋通道的上螺旋端口完全封闭，下螺旋端口敞开，而与之相邻的间隔螺旋通道的上螺旋端口敞开，下螺旋端口完全封闭，完全封闭的螺旋端口采用所述焊接密封结构，所述螺旋体两端面的密封采用以发兰连接方式连接的顶盖加密封垫的所述垫片密封结构，形成供换热流体作螺旋流动的多个螺旋形通道，所述的流体进出口连接管分别设置在所述顶盖上和所述外壳侧面上，与此流动情况相对应的是换热流体流量相近的换热场合，例如液体与液体换热场合。

本发明也可用于换热流体沿上下螺旋端口完全封闭的所述螺旋通道作螺旋流动，另一种流体在上下螺旋端口完全敞开的所述螺旋通道中作轴向流动的情况，所述螺旋体的所述螺旋通道，也可以是间隔螺旋通道的上下螺旋端口完全封闭，完全封闭的螺旋端口采用所述焊接密封结构，而与之相邻的间隔螺旋通道的上下螺旋端口敞开，所述螺旋体的两端面采用以发兰连接方式连接的顶盖加密封垫的所述垫片密封结构，形成供流体作螺旋流动的多个螺旋形通道和另一个供流体作轴向流动的轴向通道，所述完全封闭螺旋通道的所述进出口连接管分别设置在所述螺旋通道的端面和所述外壳的侧面上，而由两端口敞开的相邻所述螺旋通道形成的轴向通道的所述进出口连接管设置在所述顶盖上，与此流动情况相对应的是换热流体流量相差较大的换热场合，例如气体与液体换热场合。

本发明也可用于换热流体沿上下螺旋端口完全封闭的所述螺旋通道作螺旋流动，另一种流体在螺旋中心部分上螺旋端口完全敞开，逐渐过渡到接近螺旋边缘部分上螺旋端口完全封闭的相邻所述螺旋通道中作先轴向、后螺旋流动的情况，所述螺旋体的所述螺旋通道，也可以是间隔螺旋通道的上下螺旋端口完全封闭，完全封闭的所述螺旋通道的上下两端口采用所述的焊接密封结构，而与之相邻的间隔螺旋通道的下螺旋端口完全封闭，上螺旋端口靠近螺旋中心的部分是完全敞开的，靠近螺旋边缘的部分是封闭的，由里向外逐渐由敞开方式过渡到完全封闭方式，所述螺旋体的上端面采用以发兰连接方式连接的顶盖加密封垫的所述垫片密封结构，所述螺旋体的下端面采用全封闭的所述焊接密封结构，或采用以发兰连接方式连接的顶盖加密封垫的所述垫片密封结构，形成供流体作螺旋流动的多个螺旋通道和另一个供流体先沿轴向而后作螺旋流动的流体通道，上下螺旋端口完全封闭螺旋通道的所述进出口连接管设置在所述外壳的侧面上，或分别设置在所述螺旋通道的端面和所述外壳的侧面上，先轴向、后螺旋通道的所述进出口连接管分别设置在所述顶盖和所述外壳的侧面上，与此流动情况相对应的是换热流体的流量在换热过程产生较大变化的换热场合，例如蒸汽冷凝换热场合。

在本发明中，由于在每块螺旋板的一侧表面上都设有多个间隔布置的定距柱或定距泡，这不仅确保了螺旋板间螺旋通道的宽度，也大幅度地提高了螺旋体的径向刚度，以消除换热流体压力作用所可能造成的螺旋板内瘪、凹陷等变形现象。

在本发明中，针对不同的流体通道结构，采用了与之相应的多种封严结构，形成了多种螺旋通道端口和螺旋体端面封严的组合，需要指出的是，由于在螺旋通道封闭端口上采用了焊接密封结构，彻底隔离在相邻螺旋通道中流动的不同换热流体，相邻螺旋通道间不同换热流体发生串流、掺混故障的几率大幅降低，此外，对于同时包含螺旋通道封闭端口和螺旋通道敞开端口的螺旋体端面，因为占螺旋通道总数一半左右的螺旋通道封闭端口采用了焊接密封结构，大幅减少了密封垫所需作用的有效封严面积，在封严紧固力相等的作用条件下，螺旋体端面的封严效果得到大幅改善，流体外泄故障的发生几率大幅降低，所以，采用这些封严结构的多螺旋通道螺旋板换热器的总封严效果得到大幅改善，换热器的工作可靠性也因此得到大幅度的提高。

本发明包含了采用焊接密封结构的不可拆卸的全旋流结构、包含了采用垫片密封结构的可拆卸的全旋流结构、包含了采用垫片密封结构的错流结构，包含了使一部分流体作螺旋流动，而另一种流体作先轴向后螺旋的旋错流结构，这些流体通道结构不仅适用于各种状态流体的组合，而且也适用于各类换热方式，其适用范围包括换热流体流量相近的换热场合，包括换热流体流量相差较大的换热场合，包括换热流体的流量在换热过程产生较大变化的换热场合，而与这些换热场合相对应的有液体与液体、气体与液体、蒸汽冷凝等换热方式，因此，本发明的应用范围已经涵盖现有技术公知螺旋板换热器的所有应用范围。

本发明除了能够大幅增加换热流体流量，大幅提高换热器处理能力外，还可以同时进行多种流体的换热。对于4螺旋通道的多螺旋通道螺旋板换热器，参与换热的流体数量最多可以达到4种，如果采用6螺旋通道，参与换热的流体数量最多可以达到6种。

当本发明用于多种流体的换热时，可以通过改变一种或几种流体的进口参数对其它流体的出口参数进行调控，以3通道螺旋板换热器为例，用于多种流体换热时，换热流体数量为3，就可以通过改变第3种流体的物理参数如流速、进口温度等，在前两种换热流体的进口参数不变的前提下，在换热器结构不变的前提下，对这两种流体的出口参数进行调控，从而提供了一种换热流体出口参数可调节的新型螺旋板换热器，这种螺旋板换热器可用于对流体出口温度有变动要求的使用场合，也可以在螺旋板换热器中予置第3流体通道作为备用通道，一般情况下供第1或第2流体使用，随着换热器使用年限的增加，换热器的传热效率下降，换热流体出口参数达不到设计要求时，以第3种换热流体替换原有流体通过备用通道，并通过改变第3种换热流体进口参数的方式，对原有两种流体的出口参数进行调控，使之满足设计要求，从而达到延长螺旋板换热器使用寿命的目的。包括3通道螺旋板换热器在内的所有多通道螺旋板换热器都可用于这一目的。

本发明所涉及的多螺旋通道螺旋板换热器，其所述的螺旋通道具有相同的通道宽度，或具有不相同的通道宽度。

按照换热器轴线相对于水平线的关系，本发明采用立式安装位置，或采用卧式安装位置。

附图说明

下列附图描述了本发明的一个无限制作用的，螺旋通道数为4的优选实施例。

图1为本发明多螺旋通道螺旋板换热器的俯视图；

图2为本发明多螺旋通道螺旋板换热器的侧视图。

图中1.星形中心隔板，2.螺旋板，3.顶盖，4.密封垫，5.进出口连接管，6.外壳，7.分叉，8.螺旋通道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

本发明所涉及的多螺旋通道螺旋板换热器主要由外壳6、螺旋体、密封及进出口四个部分构成，螺旋体主要由十字形的具有四个分叉7的星形中心隔板1，以及与星形中心隔板1的分叉7的个数相等的卷制而成的四个同心螺旋形板片，也即螺旋板2构成，星形中心隔板1位于螺旋体中心处，每块螺旋板2的里端分别焊接在星形中心隔板1的分叉7的顶端，每块螺旋板2的一侧表面上都设有多个间隔布置的定距柱或定距泡，以保证螺旋板2间的螺旋通道8的宽度，间隔螺旋通道8的上螺旋端口完全封闭，下螺旋端口完全敞开，完全封闭的上螺旋端口采用将厚度与螺旋通道8的宽度相等的金属条垫入上螺旋端口中，焊接而成的焊接密封结构，而与之相邻的间隔通道8的上螺旋端口完全敞开，下螺旋端口完全封闭，完全封闭的下螺旋端口也是采用将厚度与螺旋通道8的宽度相等的金属条垫入螺旋端口中，焊接而成的焊接密封结构，螺旋体的两端面采用垫片密封结构，通过发兰、密封垫4与顶盖3相连接，由星形中心隔板1、螺旋板2、密封垫4和焊接密封结构构成了四个可供换热流体流过的螺旋形通道，4对进出口连接管5分别设置在顶盖3上和外壳6的侧面上，换热流体通道由设置在顶盖3上的进出口连接管5、顶盖3的内腔、密封垫4上的通孔、螺旋通道8、外壳6侧面上的通孔和设置在外壳6外侧沿法线方向布置的进出口连接管5构成。

在本实施例中，间隔螺旋通道8的上螺旋端口完全封闭，而与之相邻的间隔通道8的下螺旋端口完全封闭，而且采用了焊接密封结构，从而彻底隔离了在相邻螺旋中流动的不同换热流体，大幅降低了不同换热流体的串流、混流故障的发生几率，此外，正因为半数的螺旋通道8端口采用焊接密封结构，大幅减少了密封垫4所需作用的有效封严面积，在封严紧固力相等的作用条件下，螺旋体端面的封严效果得到大幅改善，流体外泄故障的发生几率大幅降低，换热器的封严效果大幅改善，换热器的工作可靠性大幅提高。

在本实施例中，由于在每块螺旋板2的一侧表面上都设有多个间隔布置的定距柱或定距泡，这不仅确保了螺旋板2间螺旋通道8的宽度，而且也大幅度地提高了螺旋体的径向刚度，以消除换热流体压力可能造成的螺旋板2内瘪、凹陷等变形现象。

在本实施例中，最多可以实现4种换热流体均沿螺旋通道8作螺旋流动的换热情况。

在本实施例中，所述螺旋通道8具有相同的通道宽度，或具有不相同的通道宽度。

在本实施例中，所述星形中心隔板1位于所述螺旋体中心处，由板材焊接而成，或由位于中心的管材，型材或棒材与呈星形布置的多块板材焊接而成，。

在本实施例中，所述定距柱的形状不局限于柱形，也可以是其他形状，如块形，条形，流线形或翼形等，以减小换热流体的流动阻力。

在本实施例中，所述的焊接密封结构不局限于采用厚度与通道宽度相等的金属条垫入螺旋通道8的端口中，焊接而成的方式，也可以采用其外径与通道宽度相等的圆金属条垫入螺旋通道8的端口中，焊接而成的方式，也可以采用将位于螺旋通道8一边的螺旋板片压成一个斜边后与位于同一螺旋通道8的另一边的螺旋板片相焊接而成的方式。

在本实施例中，所述的外壳6由两个半圆环片组合焊接成的圆筒构成，也可以由加厚的最外圈的螺旋板2构成，或直接由未加厚的最外圈的螺旋板2来构成。

在本实施例中，所述的进出口部分由进出口连接管5和连接发兰构成，也可以由不带连接发兰的进出口连接管5构成，位于中心的进出口连接管5设置在顶盖3上，另一组进出口连接管5沿最外圈螺旋板2的法线方向布置在所述外壳6的侧面上，也可以沿最外圈螺旋板2的切线方向布置在所述外壳6的侧面上。

按照换热器轴线相对于水平线的关系，本实施例采用立式安装位置，或采用卧式安装位置。

Claims (4)

1.一种多螺旋通道螺旋板换热器，包括外壳(6)、螺旋体、密封及进出口四个部分，所述的螺旋体由一个位于螺旋体中心的中心隔板(1)和数量至少等于3的卷制而成的一组同心螺旋形板片，也即螺旋板(2)构成，每块螺旋板(2)的里端一一对应地焊接在所述中心隔板(1)的各个分叉(7)的端部，由中心隔板(1)和螺旋板(2)构成数量至少等于3的多个供换热流体流过的螺旋通道(8)，每块所述螺旋板(2)的一侧表面上都设有多个间隔布置的，用来保证所述螺旋板(2)间的螺旋通道(8)宽度的定距柱或定距泡，所述密封有垫片密封结构与焊接密封结构两种形式，所述的垫片密封结构是指以发兰连接方式连接的顶盖(3)加密封垫(4)的密封方式，而所述的焊接密封结构有三种形式，第一种是用厚度与通道宽度相等的金属条垫入所述螺旋通道(8)的端口中，焊接而成，第二种是用其外径与通道宽度相等的圆金属条垫入所述螺旋通道(8)的端口中，焊接而成，第三种是将位于所述螺旋通道(8)一边的螺旋板片压成一个斜边后与位于同一所述螺旋通道(8)的另一边的螺旋板片相焊接而成，所述的进出口部分由进出口连接管和连接发兰构成，或直接由不带所述连接发兰的所述进出口连接管构成，位于所述螺旋体中心的所述进出口连接管(5)一般安置成垂直于所述螺旋体的横截面，所述螺旋通道(8)的所述进出口连接管(5)沿最外圈所述螺旋板(2)的切线方向布置在所述外壳(6)的侧面上，或沿最外圈所述螺旋板(2)的法线方向布置在所述外壳(6)的侧面上，其特征是：所述螺旋体的所述螺旋通道(8)的上下螺旋端口完全封闭，所述螺旋体的两端面均采用全封闭的所述焊接密封结构，形成供换热流体作螺旋流动的多个螺旋形通道；所述螺旋体的所述螺旋通道(8)，也可以是间隔螺旋通道的上螺旋端口完全封闭，下螺旋端口敞开，而与之相邻的间隔螺旋通道的上螺旋端口敞开，下螺旋端口完全封闭，所述螺旋体两端面上采用以发兰连接方式连接的顶盖(3)加密封垫(4)的所述垫片密封结构，形成供换热流体作螺旋流动的多个螺旋形通道；所述螺旋体的所述螺旋通道(8)，也可以是间隔螺旋通道的上下螺旋端口完全封闭，而与之相邻的间隔螺旋通道的上下螺旋端口敞开，所述螺旋体的两端面上装有以发兰连接方式连接的顶盖(3)加密封垫(4)的所述垫片密封结构，形成供流体作螺旋流动的多个螺旋形通道和另一个供流体作轴向流动的轴向通道；所述螺旋体的所述螺旋通道(8)，也可以是间隔螺旋通道的上下螺旋端口完全封闭，而与之相邻的间隔螺旋通道的下螺旋端口完全封闭，上螺旋端口靠近螺旋中心的部分是敞开的，靠近螺旋边缘的部分是封闭的，由里向外逐渐由敞开方式过渡到封闭方式，整个上端面采用以发兰连接方式连接的顶盖(3)加密封垫(4)的所述垫片密封结构，下端面采用全封闭的所述焊接密封结构，下端面或采用以发兰连接方式连接的所述顶盖(3)加所述密封垫(4)的所述垫片密封结构，形成供流体作螺旋流动的多个螺旋形通道和另一个供流体先沿轴向而后作螺旋流动的流体通道。

2.根据权利要求1所述的多螺旋通道螺旋板换热器，其特征是：所述的星形中心隔板(1)由板材焊接而成，或由位于中心的管材、型材或棒材与呈星形布置的多块板材焊接而成。

3.根据权利要求1或2所述的多螺旋通道螺旋板换热器，其特征是：所述的外壳(6)由加厚的最外圈的螺旋板(2)构成，或由两个半圆环片组合焊接成的圆筒构成，或直接由未加厚的螺旋板(2)来构成。

4.根据权利要求1或2所述的多螺旋通道螺旋板换热器，其特征是：所述的定距柱采用柱形，或块形，或条形，或流线形，或翼形。

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