CN1710368A - 多螺旋通道螺旋板换热器 - Google Patents

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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,其具体结构因型式不同而异,但是在各种型式的螺旋板换热器中,作为传热元件的螺旋体均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,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,以保证螺旋板间的通道间距,冷、热流体在螺旋板的两侧流动,通过螺旋板进行换热,其端面密封结构有垫片密封与焊接密封两种常用形式,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园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片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,外壳部分可以采用将最后一圈螺旋板加厚的方式,也可以采用将两个半园环片组合焊接成圆筒的方式,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筒体的横截面,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。
对于公知的螺旋板换热器,当两换热流体均沿上下螺旋端口完全封闭的螺旋通道作螺旋流动时,螺旋通道两端面的密封可以采用全焊接的不可拆的焊接密封结构,也可以采用以发兰连接方式连接的顶盖加密封垫的垫片密封结构。
对于公知的螺旋板换热器,当一种换热流体沿上下螺旋端口完全封闭的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相邻螺旋通道中作轴向流动时,完全封闭的螺旋通道的两端面采用全焊接的焊接密封结构,而两端面敞开的相邻螺旋通道采用以发兰连接方式连接的顶盖加密封垫的垫片密封结构。
对于公知的螺旋板换热器,当一种换热流体沿上下螺旋端口完全封闭的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,且下螺旋端口完全封闭的相邻螺旋通道中作先轴向、后螺旋流动时,封闭螺旋通道的两端面采用全焊接的焊接密封结构,进出口连接管设置在外壳的侧面上,相邻螺旋通道上端面的封闭部分采用焊接密封结构,下端面的密封可以采用全焊接的焊接密封结构,也可以采用以发兰连接方式连接的顶盖加密封垫的垫片密封结构,而整个上端面的密封采用以发兰连接方式连接的顶盖加密封垫的垫片密封结构。
作为压力容器,由于公知的螺旋板换热器采用一种流体使用一个通道的金属板材卷制结构,通道最内圈和最外圈的流体压力相差不大,由流体压力所产生的周向应力的最大值发生在螺旋板的最外端,这是因为周向应力与所在位置的直径成正比,因此出于强度考虑,通常对螺旋板换热器的设备外径进行限定,在螺旋体的几何尺寸中,螺旋通道宽度与流体容量相关,螺旋板长度则与换热面积相关,增加螺旋通道的宽度可以加大流体流通截面,提高换热流体的流量,进而提高换热器的流体容量和处理能力,而增加螺旋板的长度则可以加大换热器的传热面积,提高换热器的换热能力,在限定螺旋板换热器设备外径的情况下,螺旋通道宽度和螺旋板长度是一对矛盾的两个方面,加大螺旋通道宽度必将减小螺旋板的长度,而增加螺旋板的长度也必将减小螺旋通道的宽度,因此对于公知的2螺旋通道螺旋板换热器,采用加大螺旋通道宽度来增大流体流量,提高单台容量的方法受到了限制,换热流体的流量不能大幅增加,换热器的处理能力不能大幅提高,无法实现大流量下的运行,并且,对于公知的2螺旋通道螺旋板换热器,最多只能同时进行两种流体的换热。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是设计一种增加单台容量,并能进行多种流体换热的“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,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,螺旋板的数量至少等于3,星形中心隔板位于螺旋体中心处,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,星形中心隔板的分叉端数等于或大于螺旋板的个数,每块螺旋板的里端都一一对应地焊接在星形中心隔板各个分叉的端部,由星形中心隔板和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,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,以保证螺旋板间螺旋通道8的宽度,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。
与公知的螺旋板换热器相比较,由于采用了多螺旋通道结构,本发明就可以通过流道的并联组合,在不减少传热面积的前提下提高换热器的单台容量,提高换热器的处理能力,另外还可以通过流道的组合,同时进行多种流体(3种以上流体)的换热。以螺旋通道数为4的多螺旋通道螺旋板换热器为例,在螺旋中心直径、设备外径、通道宽度相同的条件下,与公知的2螺旋通道螺旋板换热器相比较,如果让热流体流过4个螺旋通道中的两个交替的通道,让冷流体流过另外两个交替的通道,那么对于单台换热器,换热流体的容量就增大了一倍,虽然因为受到设备外径的限制,每个螺旋通道的长度减小接近一半,每块螺旋板长度的减小也接近一半,但是由于螺旋板的数量由两个变为4个,与所有螺旋板长度的总和成正比的总传热面积并没有减少,从而实现了在不减少传热面积的前提下大幅提高换热器单台容量和单台处理能力的目的。
对于4螺旋通道的多螺旋通道螺旋板换热器,还可以同时进行多种流体的换热,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,在其他条件相同的情况下,换热流体的容量可以达到公知的2螺旋通道螺旋板换热器的3倍,参与换热的流体数量最多可以达到6种。
本发明的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。
附图说明
下列附图描述了本发明的一个无限制作用的,螺旋通道数为四的优选实施例。
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,由星形中心隔板1和螺旋板2构成了四个可供换热流体流过的螺旋形通道。
与公知的螺旋板换热器相类似的,本发明所涉及的多螺旋通道螺旋板换热器采用的密封结构有垫片密封与焊接密封两种常用形式,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园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8一边的螺旋板片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。
与公知的螺旋板换热器相类似的,本发明所涉及的多螺旋通道螺旋板换热器的外壳6由加厚的最外圈的螺旋板构成,或由两个半园环片组合焊接成的圆筒构成,或直接由未加厚的最外圈的螺旋板来构成。
与公知的螺旋板换热器相类似的,本发明所涉及的多螺旋通道螺旋板换热器的进出口部分由进出口连接管5和连接发兰构成,或直接由不带发兰的进出口连接管5构成,位于中心的进出口连接管5一般安置成垂直于筒体的横截面,螺旋通道8的进出口连接管5沿最外圈螺旋板的切线方向布置在外壳6的侧面上,或沿最外圈螺旋板的法线方向布置在外壳6的侧面上。
与公知的螺旋板换热器的结构形式相应的,本发明可用于两换热流体均沿上下螺旋端口完全封闭的螺旋通道8作螺旋流动的情况,螺旋通道8两端面的密封采用不可拆的焊接密封结构,流体的进出口连接管5分别设置在螺旋体的端面和外壳6的侧面上。
与公知的螺旋板换热器的结构形式相应的,本发明也可用于两换热流体均沿上下螺旋端口完全封闭的螺旋通道8作螺旋流动的情况,螺旋通道8两端面的密封采用以发兰连接方式连接的顶盖3加密封垫4的垫片密封结构,流体进出口连接管5分别设置在顶盖3和外壳6的侧面上。
与公知的螺旋板换热器的结构形式相应的,本发明也可用于一种换热流体沿上下螺旋端口完全封闭的螺旋通道8作螺旋流动,另一种流体在上下螺旋端口完全敞开的相邻螺旋通道8中作轴向流动的情况,完全封闭的螺旋通道8的两端面采用焊接密封结构,进出口连接管5设置在外壳6的侧面上,或分别设置在螺旋通道8的端面和外壳6的侧面上,而两端面敞开的相邻螺旋通道8采用以发兰连接方式连接的顶盖3加密封垫4的垫片密封结构,进出口连接管5设置在顶盖3上。
与公知的螺旋板换热器的结构形式相应的,本发明也可用于一种换热流体沿上下螺旋端口完全封闭的螺旋通道8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,且下螺旋端口完全封闭的相邻螺旋通道8中作先轴向、后螺旋流动的情况,完全封闭的螺旋通道8的两端面采用焊接密封结构,其进出口连接管5设置在外壳6的侧面上,或分别设置在螺旋通道8的端面和外壳6的侧面上,相邻螺旋通道8上端面的封闭部分采用焊接密封结构,下端面的密封采用焊接密封结构,或采用以发兰连接方式连接的顶盖加密封垫的垫片密封结构,而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的垫片密封结构,进出口连接管5分别设置在顶盖3和外壳6的侧面上。
本发明所涉及的多螺旋通道螺旋板换热器,其螺旋通道8具有相同的通道宽度,或具有不相同的通道宽度。
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。

Claims (9)

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星形中心隔板(1)和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星形中心隔板(1)的各个分叉(7)的端部,由星形中心隔板(1)和螺旋板(2)构成多个供换热流体流过的螺旋通道(8),每块螺旋板(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,本发明的特征是:所述螺旋体具有至少3块螺旋板(2),所述星形中心隔板(1)所具有的分叉(7)数量至少等于螺旋板(2)的块数,由所述星形中心隔板(1)和所述螺旋板(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)。
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,其分叉(7)的数量等于或大于螺旋板(2)的个数。
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:螺旋通道(8)的上下螺旋端口完全封闭,两端面均采用全封闭的不可拆的焊接密封结构,形成供换热流体作螺旋流动的多个螺旋形通道。
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:间隔通道的上螺旋端口完全封闭,下螺旋端口敞开,而与之相邻的间隔通道的上螺旋端口敞开,下螺旋端口完全封闭,螺旋通道(8)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。
5.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:间隔通道的上下螺旋端口完全封闭,而与之相邻的间隔通道的上下螺旋端口敞开,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。
6.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:间隔通道的上下螺旋端口完全封闭,而与之相邻的间隔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)的垫片密封结构,下端面采用全封闭的焊接密封结构,或采用以发兰连接方式连接的顶盖(3)加密封垫(4)的垫片密封结构,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。
7.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:螺旋通道(8)的数量等于4或6。
8.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,或由两个半园环片组合焊接成的圆筒构成,或直接由未加厚的最外圈的螺旋板(2)来构成。
9.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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