CN114199054A - 一种螺旋板式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种螺旋板式换热器，包括压力套、中心筒、和端盖。其中，中心筒位于压力套内，端盖位于压力套的两端。中心筒内设有隔板，隔板将中心筒的内腔体分割成两个流体通道，至少一个流体通道沿轴向渐缩。压力套和端盖上均设有冷媒出入口和热媒出入口，冷媒出入口和热媒出入口分别通过两个螺旋形通道与两个流体通道连通。两个螺旋形通道交替布置在压力套与中心筒之间。本发明提供的螺旋板式换热器，能够保证流体进入中心筒后匀速流动，避免了中心筒内局部低流速导致结焦，结渣或结垢，保证了换热器的换热和运行效果。

Description

一种螺旋板式换热器

技术领域

本发明涉及热交换装置技术领域，具体涉及一种螺旋板式换热器。

背景技术

螺旋板式换热器是一种新型换热器，传热效率好，运行稳定性高。设备由两张相互平行的钢板卷制成相互隔开的螺旋形流道。螺旋体的外面设置有盖板和压力套，冷热流体分别在两流道内流动进行换热。其具有高湍流自清洗，换热效率高及无流动死区等优点；传统螺旋板式换热器的中心筒结构，隔板均是竖立垂直于中心筒内，使中心筒的两个半圆筒内均属于等截面流道，导致工艺流体进入中心筒时，随着流体的不断流入/流出，不同流道截面上的流速不均，有高有低。

如图1和图2所示，常见螺旋板式换热器的换热核心为螺旋体，由中心筒即两个“半圆管”及两个交替排布外圈通道组成。中心筒内的半圆管壁上有数个轴向排布的开孔，螺旋体换热通道内的冷介质经过开孔流入其中一个半圆通道，另一个的半圆通道中由入口通入的热介质经开孔流入螺旋体换热通道内，冷/热介质流向原理图见图3。传统的中心筒结构，中心的隔板11均竖立垂直于中心筒内，使中心筒的两个半圆通道的各处截面相等。

整个工况运行原理如图3所示，由于采用逆流换热达到换热效果最大化，热流体由中心筒外侧所述端盖上的管口进入中心筒，通过中心筒半圆壁上的由进口向筒底排列开设的开孔进入螺旋换热通道，并于换热后从压力套上的管口排出。而冷介质流体由压力套的管口进入螺旋换热通道，经历换热后由半圆壁上的孔进入中心筒并最终通过中心筒外侧所述端盖上的管口排出。

以图3为例，假设热侧工艺介质进口流量为70立方米/秒，热侧中心筒半圆壁沿上至下有7个开孔，由于传统中心筒结构，隔板是竖立垂直安放于中心筒内，所以流道截面是各处相等，按流量分配，从入口端到筒底流到最后一个孔时流量分配仅剩10立方米/秒，则上端流速明显高于下端。下端局部流速低，易导致流体结焦，结渣或结垢；如上同理，冷侧介质由开孔进入中心筒，汇聚后排出，由于出口在外侧，流量由内往外汇聚，内侧流量分配小，外侧流量分配大，而流道截面是各处相等，即冷侧上端局部流速小，易导致流体结焦，结渣或结垢。

另一种螺旋板式换热器的中心筒结构，不需要在半圆管壁上开孔，而是热流体进入半圆筒后直接流入螺旋体进行换热，这种结构同样也适用上述情况，隔板竖直安放，中心筒内热侧远离进口处及冷侧远离出口处流速会低；进而，也会导致局部流速小的地方，易导致流体结焦，结渣或结垢。

综上所示，传统螺旋板式换热器的中心筒结构，运用在某些工艺介质工况运行时，流速低处易于结焦或结渣及结垢，会降低换热效果，影响工艺系统正常运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种螺旋板式换热器，能够保证流体进入中心筒后匀速流动，避免了中心筒内局部低流速导致结焦，结渣或结垢，保证了换热器的换热和运行效果。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种螺旋板式换热器，包括压力套、中心筒、和端盖。其中，中心筒位于压力套内，端盖位于压力套的两端。中心筒内设有隔板，隔板将中心筒的内腔体分割成两个流体通道，至少一个流体通道沿轴向渐缩。压力套和端盖上均设有冷媒出入口和热媒出入口，冷媒出入口和热媒出入口分别通过两个螺旋形通道与两个流体通道连通。两个螺旋形通道交替布置在压力套与中心筒之间。

根据本发明的螺旋板式换热器，通过对中心筒中的隔板进行设计，将流体通道内靠近隔板的侧面设计为斜面，从而使中心筒中的两个流体通道由内到外的横截面不相等，得到一种变截面流体通道结构，达到工艺介质流量与流体通道截面积的一致对应，实现流速均匀分布。对于如浆态床工艺等特殊工况，避免了中心筒内出现局部低流速而导致结焦、结渣和结垢，进而保证了换热器的换热效果及运行。

对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。

根据本发明的螺旋板式换热器，在一个优选的实施方式中，螺旋形通道的内螺旋端与中心筒的外壁连接，螺旋形通道的外螺旋端与压力套的内壁连接。中心筒上设有均匀布置的流通孔，螺旋形通道通过流通孔与流体通道连通。

这种结构形式的换热器，不仅能够保证螺旋形通道很好地与流体通道和冷媒出入口以及热媒出入口连通确保换热效果，而且能够保证整个换热器的结构强度和可靠性。

进一步地，在一个优选的实施方式中，螺旋形通道的内螺旋段的外壁与中心筒外壁之间和螺旋通道的外螺旋段与压力套内壁之间设有连接肋板。

通过连接肋板固定螺旋形通道，能够进一步确保整个换热器的结构稳定性。

更进一步地，在一个优选的实施方式中，螺旋形通道的内螺旋段的外壁与中心筒外壁之间设有至少两组连接肋板。

在螺旋形通道的起始端设置多个连接肋板，能够进一步保证螺旋形通道与中心筒之间的连接强度。

进一步地，在另一个优选的实施方式中，螺旋形通道的内螺旋端以中心筒的筒壁末端为起始端，从而使得螺旋形通道直接与流体通道连通。

这种结构形式的换热器，不仅能够保证螺旋形通道很好地与流体通道和冷媒出入口以及热媒出入口连通确保换热效果，而且能够保证整个换热器的结构强度和可靠性的同时尽可能简化结构。

根据本发明的螺旋板式换热器，在一个优选的实施方式中，隔板上设有分流块，分流块上与隔板相对的外侧面为斜面。

通过在隔板上设置外侧面为斜面的分流块，能够极其方便且有效保证流体通道范围内流体大流量至小流量处，截面积逐渐变小。

进一步地，在一个优选的实施方式中，分流块布置在隔板的其中一侧。

在实际换热工序中，经常会遇到冷媒或热媒中的一种介质极易于结焦或结渣及结垢，如螺旋板换热器用作渣油冷却器，因而，此种情况下，其中一个通道做变截面设计即可，从而有效简化结构和节省生产制造成本。

具体地，在一个优选的实施方式中，分流块以焊接的形式与隔板连接。

焊接的方式在保证结构强度的前提下，加工和制造简单便捷且能够简化结构。

进一步地，在另一个优选的实施方式中，隔板以倾斜的方式布置在中心筒内。

这种结构能够极其方便且有效保证流体通道范围内流体大流量至小流量处，截面积逐渐变小，且结构简单。

具体地，在一个优选的实施方式中，螺旋形通道由板材卷制构成。

相比现有技术，本发明的优点在于：能够保证流体进入中心筒后匀速流动，避免了中心筒内局部低流速导致结焦，结渣或结垢，保证了换热器的换热和运行效果。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性显示了现有技术中螺旋板式换热器的结构；

图2示意性显示了现有技术中螺旋板式换热器的俯视结构；

图3示意性显示了现有技术中螺旋板式换热器的中心筒处工况运行原理；

图4示意性显示了本发明实施例1的整体结构；

图5示意性显示了图4的A-A向剖视结构；

图6示意性显示了本发明实施例的另一种中心筒和螺旋形通道的连接结构；

图7示意性显示了本发明实施例2的整体结构；

图8示意性显示了本发明实施例1的螺旋板式换热器的其中一种工况运行原理。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

图4示意性显示了本发明实施例1的整体结构。图5示意性显示了图4的A-A向剖视结构。图6示意性显示了本发明实施例的另一种中心筒2和螺旋形通道7的连接结构。图7示意性显示了本发明实施例2的整体结构。图8示意性显示了本发明实施例1的螺旋板式换热器10的其中一种工况运行原理。

实施例1

如图4和图5所示，本发明实施例的螺旋板式换热器10，包括压力套1、中心筒2、和端盖3。其中，中心筒2位于压力套1内，端盖3位于压力套1的两端。中心筒2内设有隔板4，隔板4将中心筒2的内腔体分割成两个流体通道21，至少一个流体通道21沿轴向渐缩。压力套1和端盖3上均设有冷媒出入口5和热媒出入口6，冷媒出入口5和热媒出入口6分别通过两个螺旋形通道7与两个流体通道21连通。两个螺旋形通道7交替布置在压力套1与中心筒2之间。根据本发明实施例的螺旋板式换热器，通过对中心筒中的隔板进行设计，将流体通道内靠近隔板的侧面设计为斜面，从而使中心筒中的两个流体通道由内到外的横截面不相等，得到一种变截面流体通道结构，达到工艺介质流量与流体通道截面积的一致对应，实现流速均匀分布。对于如浆态床工艺等特殊工况，避免了中心筒内出现局部低流速而导致结焦、结渣和结垢，进而保证了换热器的换热效果及运行。

如图4和图5所示，本发明的螺旋板式换热器10，优选地，螺旋形通道7的内螺旋端与中心筒2的外壁连接，螺旋形通道7的外螺旋端与压力套1的内壁连接。中心筒2上设有均匀布置的流通孔22，螺旋形通道7通过流通孔22与流体通道21连通。这种结构形式的换热器，不仅能够保证螺旋形通道很好地与流体通道和冷媒出入口以及热媒出入口连通确保换热效果，而且能够保证整个换热器的结构强度和可靠性。

具体地，在本实施例中，螺旋形通道7由板材卷制构成。如图4和图5所示，两个半圆形流体通道21不直接与两个螺旋形通道7连通，中心筒2的外侧面由两张板材卷制构成交替排布的螺旋形通道7，分别用于冷媒和热媒流通。

如图5所示，进一步地，在本实施例中，螺旋形通道7的内螺旋端的外壁与中心筒2外壁之间和螺旋通道7的外螺旋端与压力套1内壁之间设有连接肋板8。通过连接肋板固定螺旋形通道，能够进一步确保整个换热器的结构稳定性。更进一步地，在本实施例中，螺旋形通道7的内螺旋端的外壁与中心筒2外壁之间设有至少两组连接肋板8。在螺旋形通道的起始端设置多个连接肋板，能够进一步保证螺旋形通道与中心筒之间的连接强度。

进一步地，如图6所示，在本实施例中，螺旋形通道7的内螺旋端以中心筒2的筒壁末端为起始端，从而使得螺旋形通道7直接与流体通道21连通。这种结构形式的换热器，不仅能够保证螺旋形通道很好地与流体通道和冷媒出入口以及热媒出入口连通确保换热效果，而且能够保证整个换热器的结构强度和可靠性的同时尽可能简化结构。

本发明的螺旋板式换热器10，优选地，隔板4上设有分流块41，分流块41上与隔板4相对的外侧面为斜面。通过在隔板上设置外侧面为斜面的分流块，能够极其方便且有效保证流体通道范围内流体大流量至小流量处，截面积逐渐变小。进一步地，在本实施例中，如图4所示，分流块41布置在隔板4的其中一侧。在实际换热工序中，经常会遇到冷媒或热媒中的一种介质极易于结焦或结渣及结垢，如螺旋板换热器用作渣油冷却器，因而，此种情况下，其中一个通道做变截面设计即可，从而有效简化结构和节省生产制造成本。具体地，在本实施例中，分流块41以焊接的形式与隔板4连接，分流块41的厚度由流体通道内的小流量至大流量处逐渐变小，进而使得两个流体通道能够实现在半圆形流体通道内由小流量至大流量处的通道截面积逐渐变大。焊接的方式在保证结构强度的前提下，加工和制造简单便捷且能够简化结构。

如图8所示，以分流块41设置在用于热媒流通的流体通道21内，用于热媒流通的流体通道21为热媒输入通道，用于冷媒流通的流体通道21为冷媒输出通道为例，用于热媒流通的流体通道21由内到外流道截面不再处处相等，即易于结焦、结渣和结垢的热媒进入中心筒2中的用于热媒流通的流体通道21后，大流量对应大流道截面，小流量对应小流道截面，保证了匀速流动，避免了因局部流速较小而产生上述的结焦，结渣或结垢情况。

实施例2

如图7所示，本发明实施例的螺旋板式换热器10’，包括压力套1、中心筒2、和端盖3。其中，中心筒2位于压力套1内，端盖3位于压力套1的两端。中心筒2内设有隔板4’，隔板4’将中心筒2的内腔体分割成两个流体通道21，至少一个流体通道21沿轴向渐缩。压力套1和端盖3上均设有冷媒出入口5和热媒出入口6，冷媒出入口5和热媒出入口6分别通过两个螺旋形通道7与两个流体通道21连通。两个螺旋形通道7交替布置在压力套1与中心筒2之间。隔板4’以倾斜的方式布置在中心筒2内，从而使得流体通道21由小流量至大流量处截面积逐渐变大，流体通道21由内到外流道截面积不再处处相等，即易于结焦或结渣及结垢的热媒进入中心筒2中的任一流体通道后，大流量对应大流道截面，小流量对应小流道截面，保证了匀速流动，避免了上述的结焦、结渣和结垢情况。隔板的这种结构形式在极其方便且有效保证流体通道范围内流体大流量至小流量处，截面积逐渐变小的前提下，能够尽可能简化结构，降低生产制造成本。

本发明实施例1的螺旋板式换热器10和实施例2的螺旋板式换热器10’的具体换热过程如下：

当用于流通冷媒的流体通道21为冷媒输出通道、用于流通热媒的流体通道21为热媒输入通道时，冷媒介质由用于流通冷媒的螺旋通道7直接流入半圆形用于流通冷媒的流体通道21再流出，热媒介质进入半圆形用于流通热媒的流体通道21后直接流入用于流通热媒的螺旋通道7进行换热。

当中心筒2中用于流通冷媒的流体通道21为冷媒输出通道时，冷媒出入口5为冷媒入口；用于流通冷媒的流体通道21为冷媒输入通道时，冷媒出入口5为冷媒出口；当中心筒2中用于流通热媒的流体通道21为热媒输出通道时，热媒出入口6为热媒入口；用于流通热媒的流体通道21为热媒输入通道时，热媒出入口6为热媒出口。

根据上述实施例，可见，本发明涉及的螺旋板式换热器，能够保证流体进入中心筒后匀速流动，避免了中心筒内局部低流速导致结焦，结渣或结垢，保证了换热器的换热和运行效果。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种螺旋板式换热器，其特征在于，包括压力套、中心筒和端盖；其中，

所述中心筒位于所述压力套内，所述端盖位于所述压力套的两端；

所述中心筒内设有隔板，所述隔板将所述中心筒的内腔体分割成两个流体通道，至少一个所述流体通道沿轴向渐缩；

所述压力套和所述端盖上均设有冷媒出入口和热媒出入口，所述冷媒出入口和所述热媒出入口分别通过两个螺旋形通道与两个所述流体通道连通；

两个螺旋形通道交替布置在所述压力套与所述中心筒之间。

2.根据权利要求1所述的螺旋板式换热器，其特征在于，所述螺旋形通道的内螺旋端与所述中心筒的外壁连接，所述螺旋形通道的外螺旋端与所述压力套的内壁连接；

所述中心筒上设有均匀布置的流通孔，所述螺旋形通道通过所述流通孔与所述流体通道连通。

3.根据权利要求2所述的螺旋板式换热器，其特征在于，所述螺旋形通道的内螺旋段的外壁与所述中心筒外壁之间和所述螺旋通道的外螺旋段与所述压力套内壁之间设有连接肋板。

4.根据权利要求3所述的螺旋板式换热器，其特征在于，所述螺旋形通道的内螺旋段的外壁与所述中心筒外壁之间设有至少两组所述连接肋板。

5.根据权利要求1所述的螺旋板式换热器，其特征在于，所述螺旋形通道的内螺旋端以所述中心筒的筒壁末端为起始端，从而使得所述螺旋形通道直接与所述流体通道连通。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的螺旋板式换热器，其特征在于，所述隔板上设有分流块，所述分流块上与所述隔板相对的外侧面为斜面。

7.根据权利要求6所述的螺旋板式换热器，其特征在于，所述分流块布置在所述隔板的其中一侧。

8.根据权利要求6所述的螺旋板式换热器，其特征在于，所述分流块以焊接的形式与所述隔板连接。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的螺旋板式换热器，其特征在于，所述隔板以倾斜的方式布置在所述中心筒内。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的螺旋板式换热器，其特征在于，所述螺旋形通道由板材卷制构成。

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