CN104279895A - 螺旋流道换热器 - Google Patents

Abstract

一种螺旋流道换热器，外形呈圆台状，内部由热水流道、冷水流道和壳体构成。热水流道包括热水螺旋流道，冷水流道包括冷水螺旋流道，热水螺旋流道与冷水螺旋流道为水平螺旋相间设置，其特征在于：所述热水螺旋流道是由上下叠落的多条水平螺旋管并联的螺旋管排构成。螺旋管的截面是圆管、椭圆管或方管。热水经过热水进口，水平的流入由螺旋管排构成的热水螺旋流道，沿着螺旋线，由内向外，水平的螺旋流动，流动半径逐渐增大，最终，经过热水出口联箱，流出热水出口。两层热水螺旋流道之间的空间形成冷水螺旋流道，冷水沿着螺旋线，由外向内，水平的螺旋流动，流动半径逐渐减小，最终，经过中心的冷水出口联箱，流出冷水出口。

Description

螺旋流道换热器

技术领域

本发明涉及热交换技术，特别是涉及螺旋流道换热器。

背景技术

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。换热器作为传热设备，还被广泛用于锅炉暖通领域。随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。

管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、挡板和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有由传热管组成的平行管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热系数大；而若正方形排列，则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。

流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体速度，可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。

管壳式换热器是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料(主要是金属材料)制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。

管壳式换热器是一个量大而品种繁多的产品，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好。铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性，价格比钛材便宜。在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度。换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。

管壳式换热器的一个重要特点是它可以承受较高的工作压力，特别是在传热管内，普遍可以承受高压。因此，管壳式换热器在中高压换热条件下，得到了广泛应用。

但是，管壳式换热器加工难度较大，由于它的传热管管束两端固定于两端的管板上，开孔和焊接工作量很大，加工质量不好保证，运行中也容易发生泄漏等故障，维修也比较困难。

上述有关背景技术，在以下专著中有详细描述：

1、史美中，王中诤编，热交换器原理与设计，南京：东南大学出版社，2007。

2、(美)沙拉，塞库利克著，程林译，换热器设计技术，北京：机械工业出版社，2010。

发明内容

本发明的目的是给出一种可以取代管壳式换热器的螺旋流道换热器。

螺旋流道换热器的外形呈圆台状，内部由热水流道、冷水流道和壳体构成。热水流道包括热水螺旋流道，冷水流道包括冷水螺旋流道，热水螺旋流道与冷水螺旋流道为水平螺旋相间设置，其特征在于：所述热水螺旋流道是由上下叠落的多条水平螺旋管并联的螺旋管排构成。

所述螺旋管的截面是可以是圆管，也可以是椭圆管，也可以是方管。

所述热水流道，它包括：热水进口、热水进口联箱、热水螺旋流道、热水出口联箱和热水出口。热水经过热水进口，进入中心一个粗大的竖管，即热水进口联箱后，水平的流入由螺旋管排构成的热水螺旋流道，沿着螺旋线，由内向外，水平的螺旋流动，流动半径逐渐增大，最终，经过热水出口联箱，流出热水出口。

所述冷水流道，它包括：冷水进口、冷水进口联箱、冷水螺旋流道、冷水出口联箱和冷水出口，冷水经过冷水进口后，进入一个粗大的竖管，它是冷水进口联箱，然后，水平的流入出两层热水螺旋流道之间的空间形成的冷水螺旋流道，沿着螺旋线，由外向内，水平的螺旋流动，流动半径逐渐减小，最终，经过中心的冷水出口联箱，流出冷水出口。

所述壳体，它包括：顶板、围板和底板；顶板呈圆板，中间引出热水进口联箱和冷水出口联箱；围板呈立筒状，它的一侧引出冷水进口联箱和热水出口联箱；底板为圆板；圆形的顶板周边和围板的圆形的上缘焊接连接，圆形的底板周边和围板的圆形的下缘焊接连接。

本发明的优点是：

1，本发明的螺旋流道换热器，不需要对换热的冷热水进行严格净化。冷热水直接进入螺旋流道换热器，换热器中的水流管路不会被堵塞，能够长时间稳定工作。

2，在螺旋流道换热器中，换热的冷热水流动过程阻力小，因而可以高速流动，传热效率高，同时，螺旋管内产生的二次环流，可以进一步强化传热。使整个换热器传热效率得以很大提高。

3，本发明的螺旋流道换热器，加工过程简单，焊接工作量少，节省成本。同时，使用中，不易发生泄漏，维修工作量少，寿命长。

4，本发明的螺旋流道换热器，结构合理，紧凑性好，尤其是螺旋管，不仅传热好，而且可以承受高压，因此，它可以在高压紧凑性换热条件下，广泛的被利用。

5，本发明的螺旋流道换热器，热水流道和冷水流道可以互换，热水流方向和冷水流方向也可以互换，原则上，冷热水流，应该彼此逆流行进，同时换热。

附图说明

图1是本发明螺旋流道换热器实施例的内部结构图；

图2是本发明螺旋流道换热器实施例的外形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。

图1给出了本发明螺旋流道换热器实施例的内部结构图。

本发明螺旋流道换热器实施例，它由三部分组成：热水流道，冷水流道，壳体。

其中：

热水流道，它是由若干螺旋管构成的螺旋管排组成的螺旋流道，包括：热水进口100，热水进口联箱110，热水螺旋流道120，热水出口联箱180和热水出口200。热水经过热水进口100的进口法兰，进入中心一个粗大的竖管，它是热水进口联箱110，然后，水平的流入由螺旋管排组成的热水螺旋流道120，沿着螺旋线，由内向外，水平的螺旋流动，流动半径逐渐增大，最终，经过热水出口联箱180，流出热水出口200。

热水螺旋流道120是由上下紧密排列的多条螺旋管构成，上下螺旋管之间进行焊接固定，其间没有缝隙。构成热水螺旋流道的单个螺旋管，可以是圆管、椭圆管或方管。

冷水流道，它是由相邻两圈热水螺旋流道的间隙构成，包括：冷水进口300，冷水进口联箱310，冷水螺旋流道320，冷水出口联箱380和冷水出口400。冷水经过冷水进口300的进口法兰，进入一个粗大的竖管，它是冷水进口联箱310，然后，水平的流入由两层热水螺旋流道之间的空间形成的冷水螺旋流道320，沿着螺旋线，由外向内，水平的螺旋流动，流动半径逐渐减小，最终，经过中心的冷水出口联箱380，流出冷水出口400。

壳体，它由三部分组成：顶板500，围板510和底板520。顶板500呈圆板，中间引出热水进口联箱110和冷水出口联箱380；围板510呈筒状，它的一侧引出冷水进口联箱310和热水出口联箱180；底板520为圆板。

热水的进口位于换热器的中心，热水的流动方向，是从中心向外围，一圈圈水平的螺旋流动，最后从外围的热水出口流出。冷水的进口位于换冷器的外围，冷水的流动方向，是从外围向中心，一圈圈水平的螺旋流动，最后从中心的冷水出口流出。热水与冷水进行对流换热，能实现最大的换热效果。

冷水与热水的流动方向，可以相互调换；冷水与热水的流道，也可以相互调换。有这样一个基本原则：不管冷水还是热水，高压的流体最好是在螺旋管内流动，而低压流体在螺旋管间的流道流动。

本发明螺旋流道换热器实施例的三部分：热水流道，冷水流道，壳体，可以都用碳钢制造，如果有必要，流道或壳体表面进行防腐处理。

图2是本发明螺旋流道换热器实施例的外形图。

本发明螺旋流道换热器实施例的外形图，它外形是一个竖立放置的圆台形的换热器。换热器的顶板呈圆板，中间引出热水进口100和冷水出口400；四周的围板呈立筒状，它的一侧引出冷水进口300和热水出口200；底板为圆板。本发明螺旋流道换热器实施例的圆形的顶板周边和围板的圆形的上缘焊接连接，而圆形的底板周边和围板的圆形的下缘焊接连接。

Claims (7)

1.一种螺旋流道换热器，外形呈圆台状，内部由热水流道、冷水流道和壳体构成，热水流道包括热水螺旋流道，冷水流道包括冷水螺旋流道，热水螺旋流道与冷水螺旋流道为水平螺旋相间设置，其特征在于：所述热水螺旋流道是由上下叠落的多条水平螺旋管并联的螺旋管排构成。

2.按照权利要求1所述的一种螺旋流道换热器，其特征在于：所述螺旋管的截面是圆管。

3.按照权利要求1所述的一种螺旋流道换热器，其特征在于：所述螺旋管的截面是椭圆管。

4.按照权利要求1所述的一种螺旋流道换热器，其特征在于：所述螺旋管的截面是方管。

5.按照权利要求1所述的一种螺旋流道换热器，其特征在于：所述热水流道，它包括：热水进口、热水进口联箱、热水螺旋流道、热水出口联箱和热水出口，热水经过热水进口，进入中心一个粗大的竖管，即热水进口联箱后，水平的流入由螺旋管排构成的热水螺旋流道，沿着螺旋线，由内向外，水平的螺旋流动，流动半径逐渐增大，最终，经过热水出口联箱，流出热水出口。

6.按照权利要求1所述的一种螺旋流道换热器，其特征在于：所述冷水流道，它包括：冷水进口、冷水进口联箱、冷水螺旋流道、冷水出口联箱和冷水出口，冷水经过冷水进口后，进入一个粗大的竖管，它是冷水进口联箱，然后，水平的流入由两层热水螺旋流道之间的空间形成的冷水螺旋流道，沿着螺旋线，由外向内，水平的螺旋流动，流动半径逐渐减小，最终，经过中心的冷水出口联箱，流出冷水出口。

7.按照权利要求1所述的一种螺旋流道换热器，其特征在于：所述壳体，它包括：顶板、围板和底板；顶板呈圆板，中间引出热水进口联箱和冷水出口联箱；围板呈立筒状，它的一侧引出冷水进口联箱和热水出口联箱；底板为圆板；圆形的顶板周边和围板的圆形的上缘焊接连接，圆形的底板周边和围板的圆形的下缘焊接连接。