CN104197756A - 双螺旋弹簧板式热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双螺旋弹簧板式热交换器，包括用于进入热流体的热流体管道和用于进入冷流体的冷流体管道，所述热流体管道和冷流体管道堆叠为一体，呈螺旋状设置形成整体呈圆环柱体状，所述热流体管道与所述冷流体管道之间由换热隔板间隔。本发明的有益效果是：1、结构紧凑:采用双螺旋弹簧结构，紧凑性得到保证；2、阻力较小:采用螺旋结构，接口切向设置，减小流动阻力；3、传热性能好:螺旋流动使流体形成环流，增加扰动，强化传热；4、布置灵活:换热器接管之间的角度可以任意角度设计，整体布置灵活。

Description

双螺旋弹簧板式热交换器

技术领域

发明涉及热交换器领域，具体是一种允许温度不同的两股流体进行热量交换的双螺旋弹簧板式热交换器。

背景技术

现有高效的间壁式热交换器主要有：板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器、翅片管式换热器及热管式换热器。其中螺旋板式换热器是近几年应用比较广泛的紧凑式换热器之一。

螺旋板式换热器是由两张间隔一定距离平行金属薄板卷制而成，其内部具有两个同心的螺旋旋转通道。换热器中心设有隔板，将螺旋通道隔开形成两条通道，在螺旋板的两侧焊有盖板。冷热流体分别在两条通道内流动，通过薄板进行换热。这样的结构具有结构紧凑、传热系数较大、传热温差小、不易堵塞等优点；但是也存在不易检修、单台流量较小等主要缺点。

热交换流体在螺旋板式换热器的流动阻力主要包括热交换通道的沿程阻力和管道连接处的局部阻力。流体在热交换芯中的流动没有较大的转向，流体沿程阻力主要产生在流体与螺旋板的流动摩擦上；连接管的局部阻力主要体现在源自流体通过两个管接头进入换热芯时，流体要作90°的转向产生的阻力。

因此，传统的螺旋板式的压力损失存在改进空间。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明结合紧凑式换热器的特点，提供一种采用螺旋板垂直叠加的结合方式制成的可以保证换热器的紧凑同时，减少流体流动阻力，提高换热效果的双螺旋弹簧板式热交换器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：双螺旋弹簧板式热交换器，包括用于进入热流体的热流体管道和用于进入冷流体的冷流体管道，所述热流体管道和冷流体管道堆叠为一体,且呈螺旋状盘旋设置形成整体呈圆环柱体状，所述热流体管道与所述冷流体管道之间由换热隔板间隔。所述换热隔板沿着所述热流体管道和冷流体管道的螺旋方向环绕成螺旋弹簧形状，两股流体通过换热隔板进行热交换，可以有效减少阻力，提高换热效率。

所述热流体管道和冷流体管道是由换热隔板、内壁板和外壁板密封而成，两块所述换热隔板分别连接所述内壁板和外壁板的上端和下端，形成空腔流体管道，这样的在上下两个面同时进行换热。

所述热流体管道和冷流体管道的进口和出口分别设置有法兰，以便于安装。

所述内壁板与外壁板覆盖保温层，以减少热损失。

所述换热隔板可以是平板换热隔、波纹换热隔板或者瓦楞换热隔板等，以提高换热面积。

所述换热隔板表面涂0.01-0.3mm厚度的复合镀层，利用镀层材料的特性，使之形成非润湿表面，降低表面能，达到阻垢的目的，同时提高换热系数。

所述热流体管道和冷流体管道分别设置换热隔板、内壁板和外壁板，所述热隔板、内壁板和外壁板组合成单独的热流体管道或者冷流体管道；两层所述隔热板为可相对活动的紧贴为一体。

所述换热隔板的换热面之间填充有导热性能较好的密封材料，如导热硅胶等，增强双层隔板的导热系数。

所述热流体管道和冷流体管道由压紧装置固定，所述压紧装置包括上压片、下压片和丝杆，所述丝杆的两端分别连接上压片和下压片，将所述热流体管道和冷流体管道压紧。在换热器安装使用前，松开压紧装置，可以对换热流道绕中心轴线旋转调节角度。调整好之后拧紧压紧装置，使换热器在工作时流道不能相互滑动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、结构紧凑:采用双螺旋弹簧结构，紧凑性得到保证；

2、阻力较小:采用螺旋结构，接口切向设置，减小流动阻力；

3、传热性能好:螺旋流动使流体形成环流，增加扰动，强化传热；

4、布置灵活:换热器接管之间的角度可以调节，整体布置灵活。

附图说明

图1为本发明双螺旋弹簧板式热交换器的立体示意图1；

图2为本发明双螺旋弹簧板式热交换器的局部横截面示意图1；

图3为本发明双螺旋弹簧板式热交换器的局部横截面示意图2；

图4为本发明双螺旋弹簧板式热交换器的局部横截面示意图3；

图5为本发明双螺旋弹簧板式热交换器的局部横截面示意图4；

图6为本发明双螺旋弹簧板式热交换器的单冷流体管道立体图；

图7为本发明双螺旋弹簧板式热交换器的单热流体管道立体图；

图8为本发明双螺旋弹簧板式热交换器的立体图2；

图9为本发明双螺旋弹簧板式热交换器的装配图1；

图10为本发明双螺旋弹簧板式热交换器的装配图2；

图11为本发明双螺旋弹簧板式热交换器的立体图3；

图12为本发明双螺旋弹簧板式热交换器的立体图4；

图13为本发明双螺旋弹簧板式热交换器的立体图5；

图14为本发明双螺旋弹簧板式热交换器的立体图6。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的说明。

双螺旋弹簧板式热交换器，如图1、6-14所示，包括用于进入热流体的热流体管道5和用于进入冷流体的冷流体管道6，所述热流体管道5和冷流体管道6堆叠为一体，且呈螺旋状盘旋设置形成整体呈圆环柱体状，所述热流体管道5与所述冷流体管道6之间由换热隔板间隔。所述换热隔板沿着所述热流体管道5和冷流体管道6的螺旋方向环绕成螺旋弹簧形状，两股流体通过换热隔板进行热交换，可以有效减少阻力，提高换热效率。所述热流体管道5和冷流体管道6是由换热隔板、内壁板和外壁板密封而成，两块所述换热隔板分别连接所述内壁板和外壁板的上端和下端，形成空腔流体管道。其中，所述热流体管道5的进口1和出口2分别设置有法兰，以便于安装。所述冷流体管道的进口4和出口3分别连接接口管道，以便于安装。所述内壁板与外壁板覆盖保温层，以减少热损失。所述换热隔板与内壁板和外壁板组合成两个流体通道，相邻的两个热流体管道和冷流体管道呈叠加的双螺旋弹簧形状；所述热流体管道和冷流体管道的接口与法兰焊接在一起构成换热器与管路的接口；冷热两股流体通过接口分别进入两个相邻的流体通道，两股流体通过换热隔板实现热量的传递。

所述换热隔板可以是平板，也可以是波纹换热隔板、瓦楞换热隔板等，如图2-5所示。采用波纹换热隔板、瓦楞换热隔板，可以增强换热器的强度的同时，还可以较好的增大换热面积，提高换热器的紧凑性。优选的，相邻所述波纹换热隔板的波峰之间是对应的，这样可以有效的减少阻力。优选的，所述相邻所述波纹换热隔板的波峰与波谷对应，形成的空腔直接的换热接触更大，换热效果更好。优选的，所述冷流体管道的空腔横截面积比所述热流体管道5的横截面积大，也就是通过的流体量大些，这样可以有效的提高换热效率。在换热隔板表面涂以0.01-0.3mm厚度的复合镀层，利用镀层材料的特性，使之形成非润湿表面，降低表面能，达到阻垢的目的，同时提高换热系数。例如，铜质换热隔板表面镀覆Ni-P-PTFE复合镀层，采用化学复合镀的方法，使用含有金属Ni的基础镀液，提高镀层的热导率。利用PTFE表面润湿性差的特性，使水分子不能充分润湿PTFE表面形成附着形成水垢；在保证良好的导热系数的前提下，达到阻垢的目的。

换热器设计时，可以根据两个流体通道根据实际需求设计通道的高度，对于流量不同的两种流体，根据冷热流体的流量比和流量，确定流道的高度。根据设计的换热通道高度的不同，可以适用于不同流量的流体之间的换热。根据实际换热需求，可以改变流体进口的位置来按照顺流或者逆流的方式进行换热。其中的螺旋角度也可以根据实际场地需求而改变，使得流体进出换热器的管路之间的角度满足具体使用场地的要求。

在实际运行中，该换热器以立式或卧式的方式放置，两股流体在流道内形成旋转流动。根据放置的方式不同，利用流体受到的离心力、重力、浮力以及切应力等产生的二次环流可以促使传热强化。采用切向接口连接管路，降低局部阻力。传统的螺旋板式换热器的接口方式中，中间两个接口是沿着与流体流动切线垂直的方向引出，流体不可避免的要做一个90°的转向流动，这导致螺旋板式换热器内部局部阻力系数增大，压力损失也随之增大。该换热器两个换热通道的四个接口全部沿着流体流动的切线方向布置，流体流动无剧烈转向，流动阻力仅仅产生在流体与螺旋隔板的摩擦上，使得总体的流动阻力大大减小。

两股流道还可以不共用换热隔板，采用双层换热隔板，流道可以相对旋转。冷热两股流体的流道各自独立，分别有各自的换热面，两个相邻的流道的换热面紧贴在一起，形成双层的换热隔板，共同承担传递热量任务；两层换热面之间填充有导热性能较好的润滑材料，如导热硅胶等，增强双层隔板的导热系数。整体在前述的流道固定式的基础上增加压紧装置。在换热器安装使用前，松开压紧装置，可以对换热流道绕中心轴线旋转调节角度。调整好之后拧紧压紧装置，使换热器在工作时流道不能相互滑动。

另外，为了提高换热效果，可以在所述热流体管道5和所述冷流体管道6内设置纵向的换热隔板，将所述热流体管道5和所述冷流体管道6分隔层并排的若干子空腔，在不同空腔内流不同换热流体，这样可以极大的提高换热效率。

本专利从该换热器的结构、设计、运行和优化等方面具有以下优点：

1、采用双螺旋弹簧形结构，缩小了换热器的体积，结构紧凑；采用旋转流动的方式组织流体，形成环流，增加流动中的扰动，强化传热；

2、换热流体通道的接口沿着流体流动的切线方向布置，换热器局部阻力系数下，降低流动压力损失；

3、根据使用场合的要求，对于单层换热隔板的换热器，其管道接口方向在换热器设计的时候，可以根据需求采用任意角度布置。对于双层换热隔板的换热器，在换热器使用安装时，可以改变管道的相对角度；

4、螺旋换热通道内部可布置扰流的结构来强化传热，提高紧凑型。比如在流道内表面采用波纹结构等；

5、换热隔板表面采用复合镀层技术处理，在保证良好的导热系数的前提下，达到阻垢的目的。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (9)

1.双螺旋弹簧板式热交换器，其特征在于，双螺旋弹簧板式热交换器，包括用于进入热流体的热流体管道和用于进入冷流体的冷流体管道，所述热流体管道和冷流体管道堆叠为一体，呈螺旋状设置形成整体呈圆环柱体状，所述热流体管道与所述冷流体管道之间由换热隔板间隔。

2.根据权利要求1所述的双螺旋弹簧板式热交换器，所述热流体管道和冷流体管道是由换热隔板、内壁板和外壁板密封而成，两块所述换热隔板分别连接所述内壁板和外壁板的上端和下端，形成空腔流体管道。

3.根据权利要求1所述的双螺旋弹簧板式热交换器，其特征在于，所述热流体管道和冷流体管道的进口和出口分别设置法兰。

4.根据权利要求3所述的双螺旋弹簧板式热交换器，其特征在于，所述内壁板与外壁板覆盖保温层。

5.根据权利要求4所述的双螺旋弹簧板式热交换器，其特征在于，所述换热隔板是平板换热隔板、波纹换热隔板或者瓦楞换热隔板。

6.根据权利要求5所述的双螺旋弹簧板式热交换器，其特征在于，所述换热隔板表面涂0.01-0.3mm厚度的复合镀层。

7.根据权利要求6所述的双螺旋弹簧板式热交换器，其特征在于，所述热流体管道和冷流体管道分别设置换热隔板，两层隔热板为可相对活动的紧贴为一体起。

8.根据权利要求7所述的双螺旋弹簧板式热交换器，其特征在于，所述换热隔板的换热面之间填充有导热性能较好的密封材料。

9.根据权利要求1所述的双螺旋弹簧板式热交换器，其特征在于，所述热流体管道和冷流体管道由压紧装置固定，所述压紧装置包括上压片、下压片和丝杆，所述丝杆的两端分别连接上压片和下压片，将所述热流体管道和冷流体管道压紧。