CN102445095B

CN102445095B - 多通道螺旋波纹板式换热器

Info

Publication number: CN102445095B
Application number: CN2011103193055A
Authority: CN
Inventors: 吴植仁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: CN102445095A

Abstract

本发明涉及一种螺旋板式换热器，其基板为波纹板，两流体都走螺旋道，具有并联的多通道。本发明的任务在于：在不增大流道宽(流道越宽，传热系数越小)的条件下增加单台换热器的处理量；废弃定距柱，改进封条焊接工艺，提高工效以降低加工成本；减薄基板厚度以降低材料成本。采用的技术措施是：1.将传统的双通道螺旋板式换热器改为多通道；2.将传统的平基板改为波纹状基板；3.将传统的封条电弧焊接改为粘结焊或浇铸焊。较之传统螺旋板式换热器，可成倍地增大换热器的处理量，使基板的厚度s减薄，降低材料的购置费，废弃定距柱，改进封条焊接工艺，提高工效可降低加工成本。较之传统板式换热器，在保留其优点的同时，又克服了传统板式换热器的缺点。

Description

多通道螺旋波纹板式换热器

所属技术领域

本发明涉及一种螺旋板式换热器，其基板为波纹板，两流体都走螺旋道，具有并联的多通道。

背景技术

从1930年在瑞典诞生了第一个螺旋板式换热器的专利起，到现在前后共发展了多种型号。我国是从上世纪60年代开始生产。目前的主导产品为I、II、III型三种型式和由申请人发明的螺旋板壳式换热器(ZL03131883.5)和(ZL200510041521.2)。

传统螺旋板式换热器的优点：

(1).传热效率高，在较低的雷诺数时，即可出现湍流，水-水换热时传热系数可达3000W/m^2ok；

(2).可以很方便的改变两流道的宽度，使两流都处在最佳流速下流动；

(3).不易垢塞；垢的形成速度约为管壳式的1/10；

(4).温差应力小，当冷热两流体温差达200℃时，仍无需膨胀另部件；

(5)为纯逆流换热，.端部温差可小到3℃左右，可充分利用低温热源；

(6).紧凑性好，可比管壳式大3倍。

传统的螺旋板式换热器有以下缺陷：流道为单通道，流道截面积不大，因而处理量很小；要将大量定距柱焊在基板上，两侧的封条和基板采用手工电弧焊，工效极低，又难于保证质量；基板为平板，搅流弱，传热效率低；基板厚度一般大于2mm，耗材量大。

中国专利ZL00261909.1公开了一种钛材四通道螺旋板式换热器。一个流体走螺旋道，另一流体走轴向直道，所用的基板仍是平板，和传统的螺旋板式换热器一样有以下缺陷：将大量定距柱焊在基板上，两侧的封条和基板采用手工电弧焊，工效极低，又难于保证质量；基板为平板，搅流弱，传热效率低；基板厚度一般大于2mm，耗材量大。

美国专利US4089370A公开了一种螺波纹板式换热器，它是由两块波纹板相互交叉，在卷床上卷制互不相通的螺旋道，依靠中间隔板和封条，使两流体都呈轴向流而不是螺旋流，中间隔板和封条与基板间必须采用电弧焊。两流体的进出口设置在换热器的两端部。

欧洲专利EP1295077B1公开了一种螺旋定距泡式换热器，它是由两块冲压多个顶部为平面的定距泡的基板相互交叉，在卷床上卷制互不相通的螺旋道，使定距泡的平顶紧密接触，两流体都走螺旋道，但是，这种结构实施时的困难在于：很难保证两块基板的定距泡的平顶都能紧密接触。

板式换热器是一种高效换热器，由许多波纹形的传热板片，按一定的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。板片组装时，两组交替排列，板与板之间用橡胶密封板条固定好，其作用是防止流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道，两流体在其中贯流流动，换热板片压成各种波纹形，以增加换热板片面积和刚性，并能使流体在低流速下形成湍流，以达到强化传热的效果。板上的四个角孔，形成了流体的分配管和泄集管，两种换热介质分别流入各自流道，形成逆流、并流和错流通过每个板片进行热量的交换。

其优点：(1)体积小，占地面积少；(2)板间距小，传热效率高；(3)组装灵活；(4)基板的厚度可小于1mm，金属消耗量低。

其缺点：(1)不是纯逆流换热，在对角角孔处有流通死角；(2)密封周边较长，容易泄漏：(3)使用温度只能低于150℃，承受压差较小，处理量较小；(4)一旦发现板片泄漏或结垢必须拆开清洗，重新组装时，要更换橡胶密封板条，运行费用高。

发明内容

本发明的任务在于：在不增大流道宽(流道越宽，传热系数越小)的条件下增加单台换热器的处理量；废弃定距柱，改进封条焊接工艺，提高工效以降低加工成本；减薄基板厚度以降低材料成本。

本发明采用的技术措施是：1.将传统的双通道螺旋板式换热器改为多通道；2.将传统的平基板改为波纹状基板；3.将传统的封条电弧焊接改为粘结焊或浇铸焊。

附图说明

应说明，所述附图和实施例是用来说明本发明，并非用于限制本发明的范围。在阅读本发明后，如对本发明作各种改动或修改，都属于等价的改动或修改，同样包括于本申请所附权利要求书限定的范围内。

下面结合附图和实施例，对本发明作进一的描述。

图1是工作压力不高时的多通道螺旋波纹板式换热器的结构示意图，图2是图1的A-A剖视图，图3是图1的B-B剖视图，图4是波纹状基板展开示意图，图5是图4的C-C剖视图，图6是工作压力较时的多通道螺旋波纹板式换热器的结构示意图，图7是图6的俯视图。图中：冷流体进口配流管(1)，中心隔板(2)，热流体出口配流管(3)，热侧波纹状基板(4)，冷侧波纹状基板(5)，封条(6)，热流体进口配流环(7)，壳体(8)，热流体进口接管(9)，外环隔板(10)，冷流体出口配流环(11)，冷流体出口接管(12)，胎板(13)，上波(14)，下波(15)，压紧法兰(16)，压紧螺杆(17)，冷流体进口管(18)，热流体出口管(19)，波高h，波间距m，波纹倾角a，波纹板宽B，波纹板长L，波纹板厚s。

实施例一，换热器的工作压力不高时。

图1是工作压力不高时的多通道螺旋波纹板式换热器的结构示意图。中心管是由上段的冷流体进口配流管(1)和下段的热流体出口配流管(3)所组成，它们间用中心隔板(2)分隔开，将偶数块的波纹状基板(图中以6块为代表)焊在中心管上，固定胎板(13)，安装在专用卷床上，卷制成有6个通道的螺旋换热芯，其中三个奇数通道如并联走冷流体，则另三个偶数通道并联走热流体，奇数通道和偶数通道间互不相通。

冷流体从冷流体进口管(18)进入冷流体进口配流管(1)，对应于奇数道的管壁上开有流通孔，冷流体就从这些流通孔中流往奇数通道，由中心管向外流动，通过热侧波纹状基板(4)和冷侧波纹状基板(5)，与热流体进行热交换。流到换热器外侧的冷流体，从冷流体出口配流环(11)的内壁上的流通孔进入到冷流体出口配流环(11)中，最后由冷流体出口接管(12)外排。在冷流体出口配流环(11)和热流体进口配流环(7)间，设置有外环隔板(10)，使两配流环互不相通。

热流体从热流体进口接管(9)，进入热流体进口配流环(7)，从热流体进口配流环(7)的内壁上的流通孔进入到偶数通道，由外向里，通过热侧波纹板(4)和冷侧波纹板(5)，与冷流体进行热交换。最后通过热流体出口配流管(3)的管壁上的流通孔、热流体出口配流管(3)和热流体出口管(19)外排。

当换热器的工作压力不高时，封条(6)不采用电弧焊，而改为粘结焊或浇铸焊，当工作温度不高时，封条(6)采用工程粘合剂密封，当工作温度较高时，封条(6)采用低熔点金属浇铸焊密封。这些都是公知技术，无需赘述。

胎板(13)有两个作用，(参见图2和图3)其一是将对折的波纹板压紧在中心管上、其二是在卷制时使波纹板定位。

图4是波纹状基板展开示意图，图5是图4的C-C剖视图。波纹状基板宽为B，长为L，厚为s，左侧为热侧波纹状基板(4)，右侧为冷侧波纹状基板(5)。在轧机上，轧制成倾角为a，波高为h，波距为m的波纹板，轧制时，波纹的倾角a相同(参见图4，图5)。卷制前，将整块波纹状基板从中线对折，在中线处，用胎板(13)将波纹状基板压紧在中心管上，再安装在卷床上。由于波纹状基板对折，使具有倾角的波纹的波峰交叉接触，于是，波纹状基板间有很多相互支撑的点阵，故波纹板厚s可小于1mm，在波纹状基板间形成狭窄的网形流道，流体在其中作贯流流动。这样，在增加换热板片面积和刚性的同时，使流体在低流速下形成湍流，以达到强化传热的效果。

实施例二，换热器的工作压力较高时

图6是工作压力较高时的多通道螺旋波纹板式换热器的结构示意图，图7是图6的俯视图。当换热器的工作压力较高时，按实施例一加工的封条承受不住换热器内的压力，会发生流体泄漏，甚至将封条吹脱。为此，在换热器的两端部，设置压紧法兰(16)，两法兰间用压紧螺杆(17)以压紧封条(6)。

有益效果

较之传统螺旋板式换热器采用多通道后，可成倍地增大换热器的处理量，采用波纹板结构使波纹板的厚度s减薄，可显著降低材料的购置费，废弃定距柱，改进封条焊接工艺，提高工效可降低加工成本。较之传统板式换热器，在保留其优点的同时，克服了传统板式换热器：不是纯逆流换热，在对角角孔处有流通死角；密封周边较长，容易泄漏：使用温度只能低于150℃，承受压差较小，处理量较小；一旦发现板片泄漏或结垢必须拆开清洗，重新组装时，要更换橡胶密封板条，运行费用高的缺点。

Claims

1.一种多通道螺旋波纹板式换热器，是将数量为偶数的多块波纹状基板焊在中心管上，卷制成多条螺旋道的换热芯，封条，中心管，壳体，两流体的进出口所组成，其特征在于：多条螺旋道分成数量相等的奇数通道和偶数通道，所述奇数通道如走冷流体，偶数通道走热流体，奇数通道和偶数通道间互不相通，冷流体从冷流体进口管(18)进入中心管上段的冷流体进口配流管(1)，对应于奇数道的管壁上开有流通孔，冷流体就从这些流通孔中流往奇数通道，由中心管向外流动，通过热侧波纹状基板(4)和冷侧波纹状基板(5)，与热流体进行热交换，流到换热器外侧的冷流体，从冷流体出口配流环(11)的内壁上的流通孔进入到冷流体出口配流环(11)中，最后由冷流体出口接管(12)外排，在冷流体出口配流环(11)和热流体进口配流环(7)间，设置有外环隔板(10)，使两配流环互不相通，热流体从热流体进口接管(9)，进入热流体进口配流环(7)，从热流体进口配流环(7)的内壁上的流通孔进入到偶数通道，由外向里，通过热侧波纹状基板(4)和冷侧波纹状基板(5)，与冷流体进行热交换，热流体最后通过中心管下段的热流体出口配流管(3)的管壁上的流通孔、中心管下段的热流体出口配流管(3)和热流体出口管(19)外排。

2.一种如权利要求1所述的多通道螺旋波纹板式换热器，其特征在于：波纹状基板的倾角为a，波高为h，波距为m，热侧波纹状基板(4)和冷侧波纹状基板(5)波纹的倾角a相同，卷制前，将整块波纹板从中线对折，在中线处，用胎板(13)将波纹状基板压紧在中心管上，再安装在卷床上卷制。

3.一种如权利要求1所述的多通道螺旋波纹板式换热器，其特征在于：当换热器的工作压力不高时，封条(6)不采用传统的电弧焊，而改为粘结焊或浇铸焊，当工作温度不高时，封条(6)采用工程粘合剂密封，当工作温度较高于时，封条(6)采用低熔点金属浇铸焊密封。

4.一种如权利要求1所述的多通道螺旋波纹板式换热器，其特征在于：当换热器的工作压力较高时，在换热器的两端部，设置压紧法兰(16)，两法兰间用压紧螺杆(17)以压紧封条(6)。