CN1920461A - 多头螺纹式热交换器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可实现多种介质同步流入的热交换器及其制造方法，更具体地，本发明的热交换器通过并不焊接螺旋板的连接部分而提供了一种简单的制造方法。通过形成连接到流入和流出介质管的歧管，而可使多种介质同时流入和流出，并且将所述歧管安装在流入/流出开口的外侧，该流入/流出开口位于筒状外表面上，并且它们在内、外筒体之间插入和焊接多个螺旋板之后通向所述流入和流出介质管。

Description

多头螺纹式热交换器及其制造方法
技术领域
本发明涉及可实现多种介质同步流入的热交换器及其制造方法，更具体地，本发明的热交换器通过并不焊接螺旋板的连接部分而提供了一种简单的制造方法。通过形成连接到流入和流出介质管的歧管，而可使多种介质同时流入和流出。所述歧管安装在流入/流出开口的外侧，该流入/流出开口位于筒状外表面上，并且它们在内、外筒体之间插入和焊接多个螺旋板之后通向所述流入和流出介质管。
背景技术
通常，热交换器是一种利用低温流体来回收留在高温流体中的热能的装置，并被分为三种类型：在两流体之间具有隔膜的隔膜式热交换器；借助热存储单元来传热的热存储式热交换器；以及两流体直接接触的接触式热交换器。
本发明是采用金属板作为热传递表面的隔膜式热交换器，并且因为其是用于两流体的隔离结构，所以其用于由燃气加热的供热系统，或用于回收其中热量的热交换风扇，或者当用于化学或食品工业中时避免流体混合。
如在在先申请专利No.10-2003-1250“复螺旋线热交换器(multiplespiral heat exchanger)”中所述，隔膜式热交换器通过分阶段焊接多个螺旋形状的内板而具有多个螺旋通道。然而，由于应该将多个分离的螺旋内板以其正确角度进行焊接，并且接着还需将该内板焊接到外筒体的内周表面上，因此该隔膜式热交换器需要极复杂的工艺和极严格的精度，以及很高的生产成本。换言之，由于通过调整准确适当的角度来手工焊接元件很困难而且无生产力(nonproductive)，因此如果执行的不好，那么就会出现这样的问题，例如由介质通道不均匀引起的热交换效率降低。
发明内容
本发明旨在通过下述方法来解决所述问题：通过形成多个介质通道来提高热交换效率；通过在内、外筒体之间容易形成介质通道(甚至仅使用一块螺旋板)来减少焊接消耗的时间；以及通过采用具有相同长度的板来形成用于热交换的介质经过距离。
为了实现上述发明，在外筒体的内周表面和内筒体的外周表面上形成多个螺旋入口，并且通过将螺旋形板插入到形成在内、外筒体之间的入口内，并将该内筒体的凸出的内周表面和该外筒体的凸出的外周表面进行铜焊，从而在该外筒体的上部和下部区域上均分别生成与通过插入螺旋板而形成的多个介质通道连通的流入开口和流出开口。最终提供了一种热交换器，以使得多种介质同步流入。
附图说明
图1是根据本发明一个优选实施例的热交换器的剖视图；
图2a是表示本发明的板的形成过程的视图；
图2b和图2c是表示本发明的内筒体和外筒体的形成过程的视图；
图3a和图3b是表示本发明的板的插入状态的视图；
图4是显示本发明的板的插入位置的剖视图；
图5是显示本发明的介质流入的剖视图；
图6是表示本发明的两种介质的歧管操作的视图；
图7是根据本发明可选实施例的热交换器的视图；
图8是根据本发明另一可选实施例的热交换器的视图；以及
图9是根据本发明又一可选实施例的热交换器的视图。
<图中主要部件的附图标记>
10：板                10′副板            11：粗糙表面
12：连接隆起          13：弯曲部分        20：介质通道
20a-d：1-4号介质通道  30：内筒体          31：入口
40：外筒体            41：入口            42：流入开口
43：流出开口          44：主流入管        45：主流出管
46：副流出开口        50、50′：歧管      50″：副歧管
51：流入管            51′：流出管        51″：副流出管
60：绝缘体            70：外壳体
具体实施方式
根据本发明一个优选实施例的热交换器包括具有多个介质通道的单元，其中分多阶段的多个螺旋板被焊接在内、外筒体之间，所述多个螺旋板在内、外周区域上分别具有连接隆起，并在所述螺旋板上具有粗糙表面，所述内、外筒体在其顶部具有流入管，在底部具有流出管。通过压制过程一体形成的螺旋板被插入并焊接在制备于内、外筒体上螺旋形入口之间。流入管和流出管形成在歧管的一个横向侧上，该歧管设置在流入/流出开口的外侧上，该流入/流出开口与形成在所述螺旋板之间的介质通道连通。
在本发明的上述公开中，在内/外筒体之间形成的入口之间设置有副入口，在该副入口中设置有顶部和底部区域上具有连接隆起的副板。
所述板的形状沿相反的方向交替地制备作为内/外筒体的起始部分或内/外筒体的末端部分。因此，在其一端具有弯曲部分用于焊接的该板的起始位置和末端位置，根据流入介质的数量而不同。歧管的数量可根据介质的数量而变化。
在本发明的上述公开中，在外筒体的中央部分形成有副歧管，该副歧管连接到副流出管并安装在与介质通道连通的副流出开口的外侧。
传统的热交换器包括由多个螺旋板形成的多个介质通道，该螺旋板在内/外周边区域上分别具有连接隆起，并且通过多个步骤将其焊接在内/外筒体之间，该内/外筒体的顶部具有流入管，而底部具有流出管。根据本发明一个优选实施例的热交换器包括在歧管的一个横向侧上的流入管和流出管，这些歧管分别形成在流入开口和流出开口的外侧，该流入开口和流出开口一直通到介质通道，并沿周向设置在筒体的上部和下部，并且该热交换器还包括在一侧的副板弯曲部分。它们被放置在每一个介质通道上，该介质通道形成在压制成形的螺旋板之间，该螺旋板插入并焊接在形成于所述内/外筒体上的入口之间。
在本发明的上述公开中，在外筒体的入口之间设置有副入口，在安装于该副入口上的副板的顶部/底部均形成有连接隆起。所述板的形状沿相反的方向交替地制备作为内/外筒体的起始部分或内/外筒体的末端部分，并且在其一端具有弯曲部分用于焊接的该板的起始位置和末端位置，根据流入介质的数量而不同。歧管的数量可根据介质的数量而变化。
在本发明的上述公开中，在外筒体的中央部分形成有副歧管，该副歧管连接到副流出管并安装在与介质通道连通的副流出开口的外侧。
根据本发明一个优选实施例的热交换器包括制造方法，该制造方法包括如下几个步骤：压制成形步骤，在该步骤中将板形成盘状；拉伸步骤，在该步骤中将所形成的盘拉伸；二次成形步骤，在该步骤中，在所拉伸的板的一侧上形成弯曲部分，在该板的顶面上形成粗糙表面，并围绕该板的内/外周边形成连接隆起；介质通道形成步骤，在该步骤中，在直径不同的内/外筒体的表面上分别形成螺旋入口，并且之后，在位于内/外筒体的上部和下部的圆周表面上的所述入口之间形成介质流入/流出开口，并通过将所述板插入所述螺旋入口内形成多个介质通道；焊接步骤，在该步骤中，将包含所述板的所述连接隆起的外筒体和内筒体的圆周表面进行铜焊，并且根据介质的数量焊接板的作为介质通道端部的所述弯曲部分；歧管形成步骤，在该步骤中，在外筒体的上、下圆周表面上形成歧管，所述歧管具有形成在流入/流出开口外侧的流入/流出管；以及壳体形成步骤，在该步骤中，在外筒体的外侧形成绝缘体和壳体。
在本发明的上述公开中，在内/外筒体中设置有位于每个螺旋入口之间的副入口之后，随着将螺旋板插入到所述螺旋入口内，可通过将具有弯曲部分横向侧的附加副板插入到副入口内来形成多个介质通道。
通过参照附图对本发明优选实施例进行描述，本发明的上述目的、其它特征及优点将变得更清楚，在附图中：
图1是根据本发明一个优选实施例的热交换器的剖视图；
图2a是表示本发明的板的形成过程的视图；
图2b和图2c是表示本发明的内筒体和外筒体的形成过程的视图；
图3a和图3b是表示本发明的板的插入状态的视图；
图4是显示本发明的板的插入位置的剖视图；
图5是显示本发明的介质流入的剖视图；
图6是表示本发明的两种介质的歧管操作的视图；
图7是根据本发明可选实施例的热交换器的视图；
图8是根据本发明另一可选实施例的热交换器的视图；以及
图9是根据本发明又一可选实施例的热交换器的视图。
如图2a所示，制备压制成形并呈盘状的板10，并需要将该板10的一个横向侧切开，从而用传统的滚动装置来拉伸预切割板10的起始部分和末端部分，拉伸的方式为：将一个切开面的起始部分放置在与末端部分相对的位置，从而将这两部分放置在相对于彼此成180度的方向上。结果，使得介质均匀地流入在由所述板10形成的介质通道20内。
然后，用传统的成形机将通过上述拉伸过程制成的螺旋板10加工成在其一面上形成粗糙表面11，在内/外周边区域上都形成连接隆起12，最后在该螺旋板10的末端形成具有一定宽度以用于进一步焊接的弯曲部分13。
然后，如图3a和图3b所示，将螺旋板10插入到形成在内/外筒体30、40中的入口31、41内。在位于外筒体40的上、下两部分上的入口41之间形成多个分别穿过至螺旋介质通道20的流入开口和流出开口。为了通过切开介质通道20的一个横向侧以保证在螺旋板10之间的空间来提供最佳的介质经过区域，设置流入开口42和流出开口43，并且它们的位置可根据介质的类型而改变。如果在该单元中只处理同一介质，则可将流入开口42和流出开口43置于同一行，否则，应将流入开口42和流出开口43置于不同行。因此，流入开口42和流出开口43的行数取决于介质的类型数。
如图4所示，为了将介质通道20的起始/末端位置与设置流入开口42和流出开口43的位置相匹配，所插入的螺旋板10的起始/末端部分的位置可根据介质数量而改变。换言之，由于在流入开口43下方的部分或在介质通道20内会残留一定量的空气，因此如果该介质通道20的起始/末端部分不与流入开口42和流出开口43的位置相对应，则很难平稳地处理介质在该介质通道20内的流入或流出。
螺旋板的连接隆起12朝向外筒体40的外周表面和内筒体30的内周表面的方向凸出，其引导板10插入到所述入口31、41内。
将用于介质通道20的板弯曲部分的弯曲部分表面13完全焊接，但除了介质通道20的一部分之外，介质通过之后设置的流入管44和流出管45在该部分内流动。换言之，连接到流入管44和流出管45的介质通道20的起始/末端部分保持敞开，而将该介质通道20的起始/末端部分的其它部分完全焊接。
在紧接着将螺旋板10固定在筒体30、40内之后，需要进行铜焊以将介质通道20完全密封，并且为了节省制造时间，只需要在内筒体30的内周表面和外筒体40的外周表面上进行一次焊接，其中板10的连接隆起12在所述内表面和外表面上凸起。
放置有板10的介质通道20的平面图是如图5所示的扇形。
分别与介质流入管51和流出管51′连接的歧管50、50′设置在流入开口42和流出开口43的外侧，该流入开口42和流出开口43形成在所述上部区域和下部区域的周面上。主流入管44和主流出管45形成在外筒体40的上部区域和下部区域。在此，歧管50、50′的数量取决于介质的数量和类型，正如根据介质的数量和类型使流入开口42和流出开口43分阶段成层。
因此，当使用两种不同类型的介质时，仅在外筒体40的上部区域和下部区域上布置一层歧管50、50′，当使用四种不同类型的介质时，布置三层相应的歧管50、50′，而对于十种不同类型的介质则布置九层歧管50、50′。歧管50、50′的数量与介质的数量彼此不对应的原因是，由于有一种类型的介质通过主流入管44和主流出管45流动。
换言之，对四种不同类型的介质而言，在外筒体40的上侧设置一层与流入管51连接的歧管50，并在所述歧管50的下方设置两层连接到流出管51′的歧管50′，同时在外筒体40的下侧设置一层与流出管51′连接的歧管50，并在所述歧管50′的下方设置两层连接到流入管51的歧管50′。
为了最终形成热交换器单元，在完成歧管50、50′的安装时，围绕外筒体40的周面安装绝缘体60和外壳体70。
在一可选实施例中，如图7所示，可通过在外筒体40中的入口41之间形成副入口41′，然后将“>”形副板10′分别插入到所述副入口41′的各横向侧，而设置多个副介质通道20′。借助与在螺旋板10的上、下侧的连接隆起相同的连接隆起11′，可易于插入所述副板10′，并且所述副板通过与板10铜焊而被焊接和密封。
如前面所述，可通过安装附加副板10′来设置附加介质通道20，并且如果在具有现存四个介质通道20的结构中增加一个副板10′，则总共有八个介质通道20、20′可用，从而通过在两通道20、20′中重复处理流入介质来扩大热传递面积。
本发明的另一可选实施例如图8所示，其中，在外筒体40的中央部分设置穿入介质通道20的副流出开口46，从而使热交换完的介质流出，而剩余的未完全交换的介质可通过副歧管50″流出，该副歧管与副流出管51″相连并安装在所述副流出开口46的外侧。
如上述构造的热交换器的操作原理更具体地描述如下：
在共具有四个介质通道20以交换两种介质的热量的情况下，该热交换结构应当具有包括按顺序布置的20a、20b、20c和20d的通道，歧管50、50′分别与这些通道连通并位于外筒体的上侧和下侧，并且在所述歧管50、50′上分别设置有用于介质传递的流入管51和流出管51′。
因此，如果通过位于外筒体40下侧的流入管51引入介质2，同时通过主流入管44引入介质1，则介质1直接进入介质通道一和二20a、20b，而介质2通过歧管50进入形成在外筒体40的下部区域中的流入开口42，该流入开口42与歧管50′连通并与形成在外筒体40上部中的流出开口43相对应。引入到那里的介质又借助于形成在板10顶部的粗糙表面11以均匀的方式从板10的内侧流出。在该交换器中处理的介质1和介质2在通过设置在外筒体40下侧的主流出管45流出的同时，通过每一个对应的流出开口流出到歧管50′。
当形成十个介质通道20以处理分成两组的十种介质，其中介质1至5包括在一组中，而介质6至10包括在另一组中时，该热交换器的结构应当具有按顺序布置的通道一至十20，歧管50、50′分别与这些通道连通并位于外筒体的上侧和下侧，并且在所述歧管50、50′上分别设置有用于介质传递的流入管51和流出管51′。
因此，如果介质1至10通过主流入管44、主流出管45、以及位于外筒体40上、下两侧的流入/流出管51、51′流入和流出，则流经主流入/流出管44、45的介质直接与敞开的介质通道20连通，而其它介质则通过歧管50、50′与和歧管50、50′连接的流入/流出开口42、43连通，该歧管50、50′也与流入/流出管51、51′连通。在上述过程中，被引入介质通道一至十20并从该介质通道循环的介质1至10通过板10被处理，然后，通过设置在外筒体40的上部和下部的流出开口43一直流出到歧管50′，最后，它们在流出到设置在外筒体40的下部的主流出管45的同时，流出到流出管51′。
可只将两种或四种介质(而不是十种)引入到这十个介质通道20，并且在这种情况下，为了实际应用，用于两种不同介质的通道可被一体形成为一个。
与需要焊接分离的板并在制造过程中分别调整它们的角度的传统热交换器不同，在此描述的本发明提供了极其简单的焊接过程，通过允许单个介质或多种介质平稳流入而提高了热交换效率，通过使用副板10′容易地扩大了热传递面积，并因此扩大了介质通道20以获得最大的实用性。
工业适用性
如通过上面描述可以明白，根据本发明，通过在将一体压制成形的板插入到形成在内、外筒体中的多个入口之后，在一个铜焊过程中将多块板固定和密封，从而可减少伴随制造过程的制造所需的时间和成本。此外，通过采用通过相应副板的现有介质通道，在增加介质通道的数量的同时，还使热传递面积最大化，并且借助多个歧管、流入开口和流出开口可允许任何介质平稳流入。

Claims (12)

1、一种可实现多种介质同步流入的热交换器，其包括：
多个螺旋入口，它们位于内筒体和外筒体的表面中；
多个螺旋板，它们通过压床一体形成，并被插入和焊接到所述多个螺旋入口内；
多个歧管，它们设置在流入开口和流出开口的外侧，该流入开口和流出开口设置在所述螺旋板之间，并分别与介质通道连通；以及
多个流入管和流出管，它们设置在所述歧管的一侧。
2、根据权利要求1所述的可实现多种介质同步流入的热交换器，其特征在于，在所述内、外筒体上的入口之间设置有一副入口，在该副入口中设置有副板，在该副板的顶侧和底侧具有连接隆起。
3、根据权利要求1所述的可实现多种介质同步流入的热交换器，其特征在于，螺旋板的起始部分相对于其末端部分成相反方向放置，该起始部分到达所述内/外筒体的顶部，该末端部分到达所述内/外筒体的底部，在所述板的一端上设置有弯曲部分，并且该板的起始/末端部分根据流入介质的数量完全不同地放置。
4、根据权利要求1所述的可实现多种介质同步流入的热交换器，其特征在于，所述歧管的数量根据介质的数量而变化。
5、根据权利要求1所述的可实现多种介质同步流入的热交换器，其特征在于，在所述外筒体的中央部分设置有副歧管，该副歧管连接到副流出管，并位于连接到介质通道并与该介质通道连通的副流出开口的外侧。
6、一种可实现多种介质同步流入的热交换器，其包括：
多个螺旋入口，它们位于内筒体和外筒体的表面中；
多个螺旋板，它们通过压床一体形成，并被插入和焊接到所述多个螺旋入口内；
在其一侧具有弯曲部分区域的多个副板，它们分别安装在设置于所述板之间的介质通道上；
多个歧管，它们设置在流入开口和流出开口的外侧，该流入开口和流出开口设置在所述螺旋板之间，并分别在所述外筒体的上部区域和下部区域与所述介质通道连通；以及
多个流入管和流出管，它们设置在所述歧管的一侧。
7、根据权利要求6所述的可实现多种介质同步流入的热交换器，其特征在于，在所述外筒体中的所述入口之间设置有副入口，在所述副入口中安装有支撑板，并且所述支撑板在其上、下两侧具有连接隆起。
8、根据权利要求6所述的可实现多种介质同步流入的热交换器，其特征在于，螺旋板的起始部分相对于其末端部分成相反方向放置，该起始部分到达所述内/外筒体的顶部，该末端部分到达所述内/外筒体的底部，在所述板的一端上设置有弯曲部分，并且该板的起始/末端部分根据流入介质的数量完全不同地放置。
9、根据权利要求6所述的可实现多种介质并流入的热交换器，其特征在于，所述歧管的数量根据介质的数量而变化。
10、根据权利要求6所述的可实现多种介质并流入的热交换器，其特征在于，在所述外筒体的中央部分设置有副歧管，该副歧管连接到副流出管，并位于连接到介质通道并与该介质通道连通的副流出开口的外侧。
11、一种制造可实现多种介质同步流入的热交换器的方法，其包括如下步骤：压制成形步骤，在该步骤中将板形成盘状；拉伸步骤，在该步骤中将所形成的盘拉伸；二次成形步骤，在该步骤中，在所拉伸的板的一侧上形成弯曲部分，在该板的顶面上形成粗糙表面，并围绕该板的内/外周边形成连接隆起；介质通道形成步骤，在该步骤中，在直径不同的内/外筒体的表面上分别形成螺旋入口，并且之后，在位于内/外筒体的上部和下部的圆周表面上的所述入口之间形成介质流入/流出开口，并通过将所述板插入所述螺旋入口内形成多个介质通道；焊接步骤，在该步骤中，将包含所述板的所述隆起的外筒体和内筒体的圆周表面进行铜焊，并且根据介质的数量焊接板的作为介质通道端部的所述弯曲部分；歧管形成步骤，在该步骤中，在外筒体的上、下圆周表面上形成歧管，所述歧管具有形成在流入/流出开口外侧的流入/流出管；以及壳体形成步骤，在该步骤中，在外筒体的外侧形成绝缘体和壳体。
12、根据权利要求11所述的制造可实现多种介质同步流入的热交换器的方法，其特征在于，在直径彼此不同的所述内、外筒体的表面上设置有多个入口，在将所述副入口插入到设置在外筒体中的入口之间之后，将所述多个螺旋板插入所述入口内，并且最终通过将在每个部件的一侧具有弯曲部分的副板插入到所述支撑入口内，而形成多个介质通道。
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