CN1375051A - 螺旋式热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种螺旋式热交换器,其包括至少两张螺旋形板(1、2),该板围绕一共同中心轴线(x)沿各自的螺旋形路径延伸并且形成至少两个大致平行的螺旋形的流道(4、5)。每一流道(4、5)可供热交换流体沿相对于该中心轴线(x)相切的方向流动。每一流道包括径向外部孔口和径向内部孔口,该径向外部孔口形成流道的出口或进口并且该径向外部孔口位于相对于该中心轴线(x)的各流道的径向外部,该径向内部孔口使得相应的流道与相应的进口/出口室(13、14)连通。中心轴线(x)延伸穿过径向内部孔口的进口/出口室。螺旋式热交换器包括一沿中心轴线(x)延伸并且相对于流道(4、5)为封闭的中心体(3)。

Description

螺旋式热交换器
背景技术
本发明涉及一种螺旋式热交换器，其包括至少两个螺旋形板，该板绕一共同中心轴线沿各自的螺旋形路径延伸并且形成至少两个相互大致平行的螺旋形流道，其中，每一流道包括径向外部孔口和径向内部孔口，该径向外部孔口使得相应的流道与相应的出口/进口管道连通，并且径向外部孔口相对于中心轴线位于相应流道的径向外部，该径向内部孔口使得相应流道与相应的进口/出口室连通，从而使每一流道可供热交换流体沿相对于中心轴线大致相切的方向流动，其中，中心轴线延伸穿过位于径向内部孔口处的上述进口/出口室。
这类螺旋式热交换器在SE 151 318中公开。该已知的热交换器为具有一卷绕的中心部的现有设计。该热交换器通过如下获得：连接两张金属板，把金属板引入一裂开的心轴中，然后滚动两金属板，以形成两同心的螺旋形流道。然后，抽出该裂开的心轴，从而在螺旋式热交换器中央部形成两个半圆柱形的空间，一个该空间用于一流道。为了获得足够刚性，常常在半圆柱形空间中使用径向延伸的杆形式的加强件。
另一公知螺旋式热交换器具有其上连接两螺旋形板的一中心管。中心管上设有与两螺旋形板之间的与两流道连通的开口。一中心金属板引入该管中，以形成用作相对于两流道的热交换流体的进口/出口室的半圆形流道。在这一公知设计中，很难把中心板焊接到中心管的内表面上。
SE 80 107公开了一种类似的螺旋式热交换器，其包括一形成其中一个螺旋形流道的出口室的中心管，而一围绕该中心管的环形室形成另一流道的进口室。
螺旋式热交换器常常使用在热交换流体中含有纤维或其他颗粒的场合。在现有技术的热交换器中，加强杆和中心管上的孔造成纤维或颗粒的堵塞，因此热交换器常常需要拆开进行清洗。同样，中心管上的开口周围容易围绕开口发生腐蚀，尤其是在热交换流体中含有纤维或颗粒时。
GB 24 404所公开的另一种螺旋式热交换器有一中央空心体。但是，该热交换的中央没有内部的出口和进口室。此外，内部的出口和进口管道以相同的方向延伸通过其中一个端板。由于径向内部的出口和进口管道的位置偏心，因此该端板受到大的应力。而且，该文本公开的热交换器的进口和出口部的设计造成热交换流体的不稳定流动。
SE 112 656公开了螺旋式热交换器的若干不同实施例，其中一部分设计成热交换流体的其中之一沿轴向流动。一种用于切向流的相当复杂的结构具有一中心体，该中心体中具有在中心体内的进口和出口流道，流体可从该中心体的壁上的纵向孔进入中心体。
EP 214 589公开了横截面呈椭圆形的一种螺旋式热交换器。该热交换器包括热交换流体无法流入的一中心体。但是，从该文本可知，进口和出口流道相对于热交换器的中心轴线偏移。此外，EP 214 589所公开的设计不适用于高压流体。
US 4 089 370、US 5 505 255和US 2 081 678公开了另一种螺旋式热交换器，其中至少一个流道中的流体沿轴向流动。
发明内容
本发明的目的是提供一种螺旋式热交换器，其设计成用于切向流并且可克服上述现有技术的热交换器的缺点。特别是，本发明针对这样一种热交换器，其使得含有纤维或其他颗粒的热交换流体可在其中大致无阻地流动。
该目的由本文开始所述的热交换器而实现，该热交换器的特征在于，其包括中心体，该中心体围绕中心轴线延伸并且相对于流道和进口/出口室为大致封闭的。
通过提供一封闭的中心体，热交换流体不到达中心体内部，而是将流体直接引入流道。从而可克服现有的螺旋式热交换器的颗粒或纤维堵塞问题和中心结构腐蚀问题。此外，通过这一设计，流道在进口和出口部的流动面积保持不变，并且大致等于流道主体部分中的流动面积。因此，热交换流体刚一流入该螺旋式热交换器中就可获得合适流速。现有技术的螺旋式热交换器的内部进口和出口部中的流速常常太低，加重了上述堵塞问题。重要的是，大致封闭的中心体意味着没有热交换流体经中心体流动。
根据本发明一实施例，其中一个流道的径向内部孔口处的进口/出口室沿一轴向从所述中心体沿一轴向方向延伸，另一流道的径向内部孔口处的进口/出口室沿与轴向相反的方向从所述中心体延伸。因此，可获得两个同心的进口和/或出口管道，这对于螺旋式热交换器的端件的设计是有利的。
根据本发明另一实施例，中心体具有大致为柱形的形状。特别是，中心体具有大致为圆柱形的形状。这一圆形横截面使得中心体和螺旋式热交换器具有高强度和刚性。有利的是，中心体的外表面大致连续。由于表面连续均匀，没有任何尖锐凹口、尖锐凸脊或任何其他棱边，因此可获得流体的无阻流动和高强度的中心体。此外，中心体相对于中心轴线大体上同心。
根据本发明另一实施例，中心体为中空的。因此该连续热交换器的重量可保持低水平，而中心体的强度得以保持。
根据本发明另一实施例，中心体沿中心轴线延伸的距离等于螺旋形板在中心轴线的方向上的主体宽度。因此，在螺旋式热交换器的中心处可获得用于螺旋形金属板的刚性支撑，在该热交换器的中心部可获得有优点的流道设计。
根据本发明另一实施例，该螺旋式热交换器包括两端件，其中，螺旋形金属板和中心体布置在两端件之间。每一端件可包括一中心孔，中心轴线延伸穿过中心孔，其中，该孔口通过相应的所述孔是可进入的。
根据本发明另一实施例，每一螺旋形金属板沿一直线与中心体连接。该两连接线大致与中心轴线平行，优选为相对于中心轴线定位成在对角线方向上彼此相对。
附图说明
下面结合附图和不同实施例详细描述本发明。附图中：
图1为本发明第一实施例的螺旋式热交换器的轴向剖面图；
图2为图1所示的螺旋式热交换器的径向剖面图；以及
图3为本发明第二实施例的螺旋式热交换器的轴向剖面图。
具体实施方式
图1和2示意地示出本发明的螺旋式热交换器的第一实施例。该热交换器包括两个围绕一共同中心轴线x沿各自的螺旋形路径延伸的螺旋形金属板1、2。两个螺旋形金属板1、2分别沿一与中心轴线x大致平行的线7与中心体3连接。从图2可见，线7定位成相对于中心轴线x在对角线方向上彼此相对。中心体3呈圆柱形，其外表面连续，外表面上连接有螺旋形板1、2。两螺旋形金属板1、2可分别沿线7焊接到中心体3上，但是也可使用其它连接方法。
两个螺旋形金属板1、2形成互相平行的两个螺旋形流道4、5。热交换流体可在每个流道中沿与中心轴线x相切的方向流动。换言之，热交换流体主要流动方向沿该螺旋形路径。
所示的中心体3为空心，即包括一中空的内部空间6。此外，中心体3为封闭的，即流体无法从两流道4、5或从周围空间流入内部空间6中。内部空间6中的压力可按照具体情况加以选择，例如可低于流道4、5中的压力，尤其是低于大气压。但是，中心体3中空的内部空间6中的压力也可为大气压或比大气压高。
在图1所示实施例中，中心体3沿中心轴线x伸展的距离等于螺旋形板1、2沿中心轴线x方向的宽度。该螺旋式热交换器包括两个端件8、9，这两个端件在该实施例中为端面板。每一端件8、9包括一中心孔，从这两个中心孔分别延伸出管道10和11。管道10、11与中心轴线x同轴，其延伸方向彼此相反。
每一流道4、5具有一径向内部孔口，该孔口使得相应的流道4、5与相应的进口/出口室13和14连通。在图1所示的实施例中，每一进口/出口室13、14设置成使得中心轴线x从室中穿过，并且该室由各端件8、9的中心孔和管道10、11确定。此外，每一流道4、5包括一径向外部孔口，该孔口使得相应的流道4、5分别与相应的出口/进口管道15和16连通。因此，介质可从径向内部的进口/出口室13、14分别经相应的流道4、5流向径向外部的出口/进口管道15、16，或以相反方向从径向外部的出口/进口管道15、16流向径向内部的进口/出口室13、14。流道4、5中的第一流道4在与端件8、9中第二端件9相面对的端部处借助一螺旋金属带17进行封闭。同样，第二流道5在与第一端件8相面对的端部处借助一螺旋金属带18进行封闭。金属带17、18可如所公知地焊接在螺旋形板1、2上。或者，金属带17、18也可与螺旋形板1、2制成一体。
螺旋式热交换器还包括一圆柱形外壳20，外壳为大致圆形，并且两出口/进口管道15、16连接于其上。如图所示，中心体3和螺旋形金属板1、2装在一由外壳20和端件8、9形成的壳体中。
在图1和2所示的实施例中，进口/出口室13、14由流动管道10、11和端件8、9的各自中心孔形成。进口/出口室13、14的径向横截面呈圆形，并且大致与中心轴线x同心。
图3示出本发明第二实施例，其与第一实施例的不同之处在于，中心体3沿中心轴线x的长度比螺旋形板1、2沿中心轴线x的方向的宽度稍短。在第二实施例中，进口/出口室13、14设置于端件8、9与中心体3之间。
本发明不限于上述公开的实施例，在后附权利要求的范围内可进行变化和变型。
应该指出，相对于面对各自端件8、9的两端部区域，流道4、5可具有另一种设计。例如，所有流道4、5为开放的，即不设置金属带17、18，其中，流道4、5借助端件8、9互相封闭并且相对于周围封闭。因此，必须提供一种用于限定进口/出口室13、14的结构。此外，可用金属带17、18封闭流道4、5。
中心体3的端面形状可与附图所示平面不同。例如，端面可呈凸起形、特别是半球形。

Claims (13)

1、一种螺旋式热交换器，其包括至少两个螺旋形板(1、2)，所述板绕一共同的中心轴线(x)沿各自的螺旋形路径延伸并且形成至少两个相互大致平行的螺旋形流道(4、5)，其中，每一流道(4、5)包括径向外部孔口和径向内部孔口，该径向外部孔口使得相应的上述流道(4、5)与相应的出口/进口管道(15、16)之间能够连通，并且该径向外部孔口相对于该中心轴线(x)位于相应的上述流道(4、5)的径向外部，该径向内部孔口使得相应的上述流道(4、5)与相应的进口/出口室(13、14)之间能够连通，从而使每一流道可供热交换流体沿相对于该中心轴线(x)大致相切的方向流动，其中，该中心轴线(x)延伸穿过位于该径向内部孔口处的上述进口/出口室(13、14)，其特征在于，该螺旋式热交换器包括中心体(3)，该中心体围绕中心轴线(x)延伸并且相对于流道(4、5)和进口/出口室(13、14)为大致封闭的。
2、根据权利要求1所述的螺旋式热交换器，其特征在于，位于其中一个所述流道(4、5)的上述径向内部孔口处的所述进口/出口室(13、14)沿一轴向方向从所述中心体(3)延伸，位于另一流道(4、5)的上述径向内部孔口处的所述进口/出口室沿与上述轴向相反的方向从所述中心体(3)延伸。
3、根据权利要求1和2中任何一项所述的螺旋式热交换器，其特征在于，该中心体(3)具有大致呈圆筒形的形状。
4、根据权利要求3所述的螺旋式热交换器，其特征在于，该中心体(3)具有大致呈圆柱形的形状。
5、根据上述权利要求中任何一项所述的螺旋式热交换器，其特征在于，该中心体(3)具有大致连续的外表面。
6、根据上述权利要求中任何一项所述的螺旋式热交换器，其特征在于，该中心体(3)与上述中心轴线(x)大体上同心。
7、根据上述权利要求中任何一项所述的螺旋式热交换器，其特征在于，该中心体(3)是中空的(6)。
8、根据上述权利要求中任何一项所述的螺旋式热交换器，其特征在于，该中心体(3)沿上述中心轴线(x)延伸的距离等于螺旋形板(1、2)在上述中心轴线(x)的方向上的主体宽度。
9、根据上述权利要求中任何一项所述的螺旋式热交换器，其特征在于，该螺旋式热交换器包括两个端件(8、9)，其中，该螺旋形板(1、2)和该中心体(3)设置在所述两个端件(8、9)之间。
10、根据权利要求9所述的螺旋式热交换器，其特征在于，上述每一个端件(8、9)具有一中心孔，上述中心轴线(x)延伸穿过中心孔。
11、根据上述权利要求中任何一项所述的螺旋式热交换器，其特征在于，每个螺旋形板(1、2)沿一直线(7)连接到该中心体上。
12、根据权利要求11所述的螺旋式热交换器，其特征在于，所述连接线(7)与上述中心轴线(x)大致平行。
13、根据权利要求11和12中任何一项所述的螺旋式热交换器，其特征在于，所述连接线(7)相对于该中心轴线(x)定位成在对角线方向上彼此相对。
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