CN208171087U - 螺旋式热交换滚筒结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种热交换装置，具体公开了螺旋式热交换滚筒结构，其包括可转动的滚筒，滚筒内设有供热交换介质流动的螺旋式导流通道，滚筒的一端固定有进料空心轴，滚筒的另一端固定有出料空心轴，进料空心轴内为与螺旋式导流通道一端连通的进料通道，出料空心轴内为与螺旋式导流通道另一端连通的出料通道。滚筒内的螺旋式导流通道设置成螺旋形，则液态金属在滚筒内的流动轨迹呈螺旋形，从而液态金属在滚筒内流动的行程的长度更长，有利于液态金属充分吸收热量，提高冷却效率。

Description

螺旋式热交换滚筒结构

技术领域

本实用新型涉及一种热交换装置，具体涉及一种螺旋式热交换滚筒结构。

背景技术

在乙炔的生产过程中需要对原料电石(化学式为CaC2)进行处理，这就涉及到对电石的加热熔化除杂以及降温凝固处理，现有的电石降温方式，通常为将电石熔融液放置在容器中进行自然冷却，这种方式会带来以下几点问题：

(1)电石冷却过程较长，大大降低了乙炔的生产效率。

(2)电石冷却过程中散发的热量最终排空，蕴含的大量余热无法回收，造成较大的能量浪费。

(3)电石冷却过程中会与空气中的水分接触而导致电石凝固后粉化严重，影响了乙炔的生产。

基于上述问题，我司正在研发通过冷却塔对电石进行冷却处理，通过在冷却塔内从上至下设置多组冷却构件，并从冷却塔的顶部将电石熔融液浇下，则电石熔融液将依次各组冷却构件；同时，在冷却构件内通入热交换介质，通常热交换介质采用熔点较低的液态金属，如由质量分数为镓37％、铟22％、铋18.6％、铝3％、铁2％、镁2.4％和锡15％组成的合金，该合金的熔点为3℃，且沸点也较高，在热交换过程中不会出现沸腾现象，即在热交换过程中该合金呈现为液态，体现出较好的吸热性能，且不会出现状态的改变，利于传输。，从而通过热交换介质可带走电石熔融液的热量，达到冷却目的；目前，可采用的热交换介质主要为液态金属。

由于电石熔融液从冷却塔的顶部流动至冷却塔的底部的时间短，因此提高冷却构件的冷却效率及提高热交换介质的利用率是需要进一步研究的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够提高对电石熔融液的冷却效率的螺旋式热交换滚筒结构。

为达到上述目的，本实用新型的基础方案如下：

螺旋式热交换滚筒结构包括可转动的滚筒，滚筒内设有供热交换介质流动的螺旋式导流通道，滚筒的一端固定有进料空心轴，滚筒的另一端固定有出料空心轴，进料空心轴内为与螺旋式导流通道一端连通的进料通道，出料空心轴内为与螺旋式导流通道另一端连通的出料通道。

本方案螺旋式热交换滚筒结构的原理在于：

使用过程中滚筒转动连接在冷却塔内，并由驱动装置不断驱动滚筒转动。电石熔融液自上而下浇入，而装有热交换介质的容器进液管与进料通道接通，装有热交换介质的容器的出液管与出料通道接通，通常热交换介质采用熔点较低的液态金属，即液态金属将不断在进料通道、螺旋式导流通道和出料通道内不断循环；而电石熔融液与滚筒不断接触进行热交换从而快速降温凝固，液态金属则吸收滚筒的热量使滚筒、电石熔融液得以降温。

本方案产生的有益效果是：

(一)向滚筒的螺旋式导流通道内通入液态金属对电石熔融液进行冷却，液态金属在滚筒的导流通道内流动以实现热交换，带着电石熔融液和滚筒的热量；由于液态金属具有优异的物理性能、熔点低、沸点高、导热系数高、运动黏性比较小等优点，具有良好的流动换热能力，不仅能够回收利用生产余热，而且热交换效率也大大提升。

(二)滚筒内的螺旋式导流通道设置成螺旋形，则液态金属在滚筒内的流动轨迹呈螺旋形，从而液态金属在滚筒内流动的行程的长度更长，有利于液态金属充分吸收热量，提高冷却效率。

(三)螺旋式导流通道的表面积更大，从而液态金属与滚筒内部的接触面积更大，更有利带走滚筒的热量，达到提高散热效率的目的；另外螺旋式导流通道在增大表面积的同时，其横截面积相比于沿滚筒的轴向设置的圆筒式通道的横截面积更小，从而可以减少液态金属的使用量，节约成本。

进一步，所述进料空心轴与滚筒通过焊接固定，所述出料空心轴与滚筒一体成型；所述滚筒内设有圆柱腔，圆柱腔的中轴线处设有轴件，圆柱腔侧壁与轴件之间设有螺旋片，螺旋片与圆柱腔侧壁和轴件均固定，所述螺旋式导流通道由螺旋片、圆柱腔和轴件的轮廓构成。

在滚筒内直接加工螺旋式导流通道，工艺较为复杂。而在本优化中，其加工过程为，先在滚筒内加工出圆柱腔，然后将螺旋片与轴件焊接，再将焊接好的螺旋片从圆柱腔的一端插入圆柱腔内，则螺旋片可将轴件支撑在圆柱腔的中心，最后将螺旋片与圆柱腔的侧壁焊接，即可在滚筒内形成螺旋式导流通道。由于螺旋片的外沿需与圆柱腔的侧壁贴合，因此圆柱腔的一侧需要预留出与圆柱腔直径相同的开口以供螺旋片插入，所以在完成螺旋片的安装后，才可焊接进料空心轴与滚筒；而出料空心轴与滚筒一体成型可使结构能可靠。

进一步，所述圆柱腔的横截面积大于进料通道和出料通道的横截面积，圆柱腔与进料通道和出料通道分别通过第一锥形段和第二锥形段过渡，所述第一锥形段设于进料空心轴的端部。

进料通道和出料通道的横截面积将决定液态金属进入螺旋式导流通道和排出螺旋式导流通道的流量，且进料通道和出料通道将占用一部分液态金属，因此为了控制液态金属的使用量，进料通道和出料通道的横截面积不宜过大。而电石熔融液从滚筒的表面经过以进行冷却，因此为了提高滚筒的散热效率，滚筒的外径不宜过小；且为了使电石熔融液与液态金属更快的进行热交换，滚筒的侧壁不宜过厚，因此圆柱腔的横截面积均大于进料通道和出料通道的横截面；另外，由于滚筒侧壁的厚度有限，通过增大滚筒的直径，可以增强滚筒的强度。为了避免液态金属在圆柱腔的端部停留，圆柱腔与进料通道和出料通道分别通过第一锥形段和第二锥形段过渡，以对液态进行导流；且为了便于安装螺旋片，第一锥形段设于进料空心轴的端部。

进一步，所述进料通道和出料通道的横截面积等于螺旋式导流通道的横截面积；则经过进料通道、螺旋式导流通道和出料通道的流量一致，从而便于控制和调节螺旋式导流通道内的液态金属的流量。

进一步，所述滚筒外壁上设有若干凹槽。本方案的滚筒安装在冷却塔中，以对电石熔融液进行冷却，通常两个相互呈对滚状态的滚筒形成一组，从而当电石熔融液经过滚筒时，滚筒对电石熔融液具有导流作用；而在滚筒的外壁上设有凹槽，则电石熔融液将在凹槽内停留一定时间，从而有利于滚筒对电石熔融液进行导流，同时增强电石熔融液的冷却效率。在同一冷却塔中，从上至下通常设有多组滚筒，以使电石熔融液向下流动的过程中多次与滚筒接触；则电石熔融液向下流动的过程中将逐渐凝固，由于滚筒的外壁上设有凹槽，且在两个相互对滚的滚筒的挤压下，可对电石进行造粒。

进一步，所述凹槽沿滚筒的周向均匀设置；则电石熔融液在滚筒各个方向的停留时间相同，从而便于对电石熔融液进行均匀降温。

进一步，所述凹槽呈条形且长度方向平行于滚筒轴向；如此设置能够保证凹槽充分对物料进行分流，同时条形的凹槽设计使得分流效果更加明显。

进一步，所述进料空心轴和出料空心轴外周均套设有轴承；由于滚筒转轴连接在冷却塔内，且在冷却过程中，滚筒处于转动状态，因此轴承一方面对滚筒起到支撑作用，另一方面可以减小滚筒转动时的阻力。

进一步，所述进料空心轴或出料空心轴上安装有驱动滚筒转动的齿轮；另外，两个滚筒形成一组并相互对滚，则通过使安装在两滚筒上的齿轮相互啮合，便可使量滚筒呈对滚状态。

附图说明

图1为本实用新型螺旋式热交换滚筒结构实施例的结构示意图；

图2为本实施例中的滚筒的结构示意图；

图3为凹凸型滚筒的结构示意图；

图4为凹凸型滚筒的断面图；

图5为凹平型滚筒的结构示意图；

图6为凹平型滚筒的断面图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：滚筒10、螺旋片11、轴件12、螺旋式导流通道13、圆柱腔14、凹槽16、进料空心轴20、进料通道21、第一锥形段22、齿轮23、出料空心轴30、出料通道31、第二锥形段32。

如图1所示，本实施例的螺旋式热交换滚筒结构主要包括滚筒10、设于滚筒10两端的进料空心轴20和出料空心轴30，以及设置于滚筒10内的轴件12和螺旋片11。出料空心管设于滚筒10的左端，进料空心管设于滚筒10的右端，其中出料空心管与滚轴通过铸造一体成型。如图2所示，滚筒10内设有圆柱腔14，出料空心管内设有出料通道31，圆柱腔14的右端贯穿滚筒10，而出料通道31贯穿出料空心管并与圆柱腔14的右端连通。圆柱腔14朝向出料通道31的一端逐渐收缩形成第二锥形段32，使得圆柱腔14通过第二锥形段32向出料通道31过渡。

如图1所示，螺旋片11缠绕在轴件12上并与轴件12焊接，然后将螺旋片11与轴件12从圆柱腔14右端的开口插入圆柱腔14内，并将螺旋片11的外沿焊接在圆柱腔14的侧壁上，则在滚筒10内形成螺旋式导流通道13。进料空心管内设有进料通道21，进料通道21的一端设置为呈扩口状的第一锥形段22，将进料空心管上第一锥形段22所在的一端与滚筒10的右端对接，并将进料空心管与滚筒10焊接，则形成滚筒10的一体结构。

利用本实施例的螺旋式热交换滚筒结构对电石熔融液进行冷却时，滚筒10需安装在冷却塔内。相互对滚的滚筒10形成一个冷却组；滚筒10两端的进料空心轴20和出料空心轴30转动连接在冷却塔上，且进料空心轴20和出料空心轴30上均设有轴承，以减小滚动阻力；另外，在进料空心轴20上还焊接有齿轮23，同时冷却组的滚筒10上的齿轮23相互啮合，从而当一个滚筒10转动时，另一滚筒10将沿相反方向转动，即使得冷却组的两滚筒10呈对滚状态。在本实施例中，滚筒10由电机通过链传动驱动转动。

冷却塔能从上至下共设有多个冷却组，冷却塔多电石熔融液进行冷却时，将电石熔融液从冷却塔的顶部浇下，从而在电石熔融液向下流动的过程中将依次经过各冷却；由于同一冷却组的两滚筒10呈对滚状态，因此滚筒10具有将电石熔融液向两滚筒10之间引流的作用，从而可增大电石熔融液浇向下方的冷却组的概率。

另外，滚筒10的表面设有若干凹槽16，凹槽16呈条形，其长度方向平行于滚筒10轴向，且凹槽16沿滚筒10的周向均匀分布。电石熔融液流经滚筒10表面时，将在凹槽16内停留一定时间，从而有利于滚筒10对电石熔融液进行导流，同时延长电石熔融液与滚筒10的接触时间，提高对电石熔融液的冷却效率。电石熔融液从上方依次经过各冷却组时，其温度将逐渐降低，其流动性也将逐渐变差，且最终将固结；因此位于上部的冷却组和位于下部的冷却组的作用有所不同，其中上部的冷却组主要起冷却和导流作用，而下部的冷却组主要起冷却和造粒的作用，因此上部的冷却组的滚筒10和下部的冷却组的滚筒10上的凹槽16的结构有所不同。

如图3和图4所示，上部的冷却筒为凹凸型滚筒，凹凸型滚筒为两个相互对滚且结构相同的滚筒10组成，其滚筒10表面的凹槽16设置较为密集，滚筒10表面的轮廓形成类似波浪形的起伏状态，从而在滚筒10表面形成齿和槽，且两个滚筒10相互咬合，形成类似于齿轮的啮合状态。如图5和图6所示，下部的冷却筒为凹平型滚筒，凹平型滚筒也由两个相互对滚的滚筒10组成，但两滚筒10的结构有所不同，其中一个滚筒10的表面未设置凹槽，其表面为光滑的圆弧面；而另一滚筒10表面设置有凹槽16，当两滚筒10对滚时，其中一滚筒10的凹槽16与与另一滚筒10的光滑表面相对并对电石进行挤压，则在两滚筒10对电石的挤压下，对电石具有造粒作用。

在电石熔融液从冷却塔顶部向下浇下的同时，用于进行热交换的液态金属从进料通道21进入，并从出料通道31排出，然后经过冷却后则可再次通入进料通道21，从而液态金属螺旋导流通道内循环以连续进行热交换。本实施例中，液态金属由质量分数为镓37％、铟22％、铋18.6％、铝3％、铁2％、镁2.4％和锡15％组成的合金，该合金店熔点为3℃。另外，进料通道21和出料通道31的横截面积等于螺旋式导流通道13的横截面积；从而经过进料通道21、螺旋式导流通道13和出料通道31的流量一致，便于控制和调节螺旋式导流通道13内的液态金属的流量，以便于将金属溶液的换热效率调整为最佳状态。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.螺旋式热交换滚筒结构，其特征在于：包括可转动的滚筒，滚筒内设有供热交换介质流动的螺旋式导流通道，滚筒的一端固定有进料空心轴，滚筒的另一端固定有出料空心轴，进料空心轴内为与螺旋式导流通道一端连通的进料通道，出料空心轴内为与螺旋式导流通道另一端连通的出料通道。

2.根据权利要求1所述的螺旋式热交换滚筒结构，其特征在于：所述进料空心轴与滚筒通过焊接固定，所述出料空心轴与滚筒一体成型；所述滚筒内设有圆柱腔，圆柱腔的中轴线处设有轴件，圆柱腔侧壁与轴件之间设有螺旋片，螺旋片与圆柱腔侧壁和轴件均固定，所述螺旋式导流通道由螺旋片、圆柱腔和轴件的轮廓构成。

3.根据权利要求2所述的螺旋式热交换滚筒结构，其特征在于：所述圆柱腔的横截面积大于进料通道和出料通道的横截面积，圆柱腔与进料通道和出料通道分别通过第一锥形段和第二锥形段过渡，所述第一锥形段设于进料空心轴的端部。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的螺旋式热交换滚筒结构，其特征在于：所述进料通道和出料通道的横截面积等于螺旋式导流通道的横截面积。

5.根据权利要求4所述的螺旋式热交换滚筒结构，其特征在于：所述滚筒外壁上设有若干凹槽。

6.根据权利要求5所述的螺旋式热交换滚筒结构，其特征在于：所述凹槽沿滚筒的周向均匀设置。

7.根据权利要求6所述的螺旋式热交换滚筒结构，其特征在于：所述凹槽呈条形且长度方向平行于滚筒轴向。

8.根据权利要求7所述的螺旋式热交换滚筒结构，其特征在于：所述进料空心轴和出料空心轴外周均套设有轴承。

9.根据权利要求1-3、5、6、7、8中任一项所述的螺旋式热交换滚筒结构，其特征在于：所述进料空心轴或出料空心轴上安装有驱动滚筒转动的齿轮。