CN108061471B - 一种多单元复合螺旋板式换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多单元复合螺旋板式换热器，属于热交换设备技术领域，为解决现有螺旋板式换热器不能实时解决流道堵塞、难以深度清洗的缺陷而设计。本发明的多单元复合螺旋板式换热器，包括具有带有螺旋形凹槽的金属板、上盖板和下盖板、以及设有流体第一端口的第一侧板和设有流体第二端口的第二侧板的多个换热单元，换热单元通过金属板分隔成上流道和下流道，金属板、上下盖板以及侧板通过紧固件固定连接。换热单元垂直叠放，并共用相邻的盖板，换热单元复合设置，换热单元的流道内的流体呈现冷‑热‑热‑冷的排列方式。本发明结合了板式换热器、螺旋板式换热器的特点，结构紧凑、换热效率高、便于模块化拓展，并且具有易于加工、易于拆卸清洗的特点。

Description

一种多单元复合螺旋板式换热器
技术领域
本发明涉及热交换设备技术领域，尤其涉及一种多单元复合螺旋板式换热器。
背景技术
换热器是不同温度的两种或两种以上流体间实现热量传递的节能设备，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器种类繁多，其中，螺旋板式换热器由两张平行金属板卷制成两个螺旋型通道，具有换热面积大、传热性能好、加工简单等特点，广泛用于电力、石化、医药等领域。
1930年瑞典ROSENBLAD公司首先提出了螺旋板换热器结构，后续的发展主要着眼于降低制造工艺难度、提高换热效率，并提出了多种改进措施。例如：专利CN105627795A采用事先滚压的凸点取代定距柱，降低了加工难度，并通过在端板的最外沿焊接能量波发生器，能量波发生器产生的能量波能够通过端板有效的传递到每一圈换热面上，实现防垢除垢的目的；专利CN106288888A结合了板翅式换热器和螺旋板换热器的优点，采用翅片取代定距柱，提高了螺旋板的刚性、稳定性及强度，同时翅片增加了传热面积，翅片导流孔提高了液体流动性，进一步提高了换热效率；专利CN102445095B将传统的双通道螺旋板式换热器改为多通道，将传统的平基板改为波纹板，传统的封条电弧焊接改为粘结焊或浇铸焊，较之传统螺旋板式换热器，可成倍地增大换热器的处理量，提高工效并降低加工成本；专利CN101660875B将螺旋形波纹换热板卷制成卷筒形，两换热板胀起部位相互顶托，形成换热通道，换热器的换热面积可增加70％以上，而且承压能力大、耗材少、质量好、易检修、便于清洗；专利CN104329971B将定距螺旋通道改为通道截面沿着介质流动方向逐渐增大或变小，适用于热侧流体或冷侧流体在换热过程中由于温度变化引起动力粘性系数变化较大的应用场合，具有原理简单、使用方便、可靠性高、节能等特点。
综上所述，近年来出现了多种通过调整螺旋板表面结构、改变通道尺寸等手段提高螺旋板换热器换热效率、降低加工难度的处理方法，然而，受限于螺旋板换热器流道较宽等特点，尚存在以下缺点亟待克服：1、流场分布存在不均匀性，特别是局部流道堵塞时，易出现死区，影响换热效率；2、难于对内部结构的有效性进行实时监控，比如难以实时获取局部堵塞现象；3、由于定距柱等支撑结构的存在，难于对换热板进行深度清洗；4、由于模块化程度较低，若螺旋板局部出现锈蚀、渗漏等情况，维修更换成本较高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出一种结构紧凑、换热效率高、便于模块化拓展，并且具有易于加工、易于拆卸清洗的多单元复合螺旋板式换热器。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种多单元复合螺旋板式换热器，包括多个垂直叠放的换热单元，所述换热单元包括带有螺旋形凹槽的金属板、具有中心孔的上盖板和具有中心孔的下盖板、以及配有流体第一端口的第一侧板和配有流体第二端口的第二侧板，换热单元通过金属板分隔成上流道和下流道，所述上流道和下流道均为螺旋状。
进一步地，所述带有螺旋形凹槽的金属板边缘为平面结构，并设有多个连接孔。所述上盖板和下盖板边缘处设有多个连接孔，所述圆筒形第一侧板和第二侧板底面焊接环形连接件，连接件设有多个连接孔。
所述螺旋板换热器换热单元按上盖板、第一侧板、带有螺旋形凹槽的金属板、第二侧板、下盖板的顺序通过对应的连接孔用紧固件固定连接，并在连接处配有环形密封垫片。
优选地，所述环形密封垫片为石棉橡胶垫片。
进一步地，所述螺旋状的上流道和螺旋状的下流道分别具有中心孔和外侧端口。
进一步地，所述换热单元之间共用相邻的盖板，并通过紧固件固定连接，上方换热单元的上流道与下方换热单元的下流道外侧端口通过连接管连接，上方换热单元的下流道与下方换热单元的上流道通过共用盖板的中心孔连接；并且换热单元复合设置，换热器流道内的流体呈现热-冷-冷-热的排列方式。
优选地，在连接管上配置压力传感器。
进一步地，冷热流体可以采用并流换热或逆流换热。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的多单元复合螺旋板式换热器，流场分布均匀，不易出现死区，结构紧凑，换热面积大，传热效率高，并且可通过管路上的压力传感器对各传热单元的流阻进行实时监控，可以及时发现流道堵塞等情况，结构简单，易于模块化加工和装配，制造成本低，方便拆卸，易于对换热板进行深度清洗。模块化程度高，若出现局部锈蚀、渗漏等情况，仅更换相应部件即可，且便于根据换热负荷进行模块化拓展。
附图说明
图1是本发明的实施方式提供的多单元复合螺旋板式换热器的剖面结构示意图。
图2是本发明的实施方式提供的带有螺旋形凹槽的金属板的结构示意图。
图3是本发明的实施例1提供的冷热流体流向示意图。
图4是本发明的实施例2提供的冷热流体流向示意图。
图中：
1热侧流体入口；2上盖板；3第一侧板；4带有螺旋形凹槽的金属板；
5冷侧流体第一端口；6连接管；7冷侧流体第二端口；8热侧流体出口；
9连接孔；10A上部流道；10B下部流道；11下盖板；12第二侧板。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例公开了一种多单元复合螺旋板式换热器。如图1和图2所示，该多单元复合螺旋板式换热器包括多个垂直叠放的换热单元，换热单元包括带有螺旋形凹槽的金属板4、具有中心孔的上盖板2和具有中心孔的下盖板11、以及设有流体第一端口第一侧板3和设有流体第二端口第二侧板12。换热单元由金属板4分隔成上流道10A和下流道10B，上流道10A和下流道10B均为螺旋状。带有螺旋形凹槽的金属板4的边缘为平面结构，并设有多个连接孔9。上盖板2和下盖板11的边缘处设有多个连接孔。第一侧板3和第二侧板12底面焊接环形连接件，连接件设有多个连接孔。换热单元按上盖板2、第一侧板3、带有螺旋形凹槽的金属板4、第二侧板12、下盖板11的顺序通过对应的连接孔用紧固件固定连接，并在连接处配有环形密封垫片，环形密封垫片为石棉橡胶垫片。螺旋状上流道10A和螺旋状下流道10B分别具有中心孔和外侧端口。并且，换热单元之间共用相邻的盖板(上盖板2或下盖板11)，并通过紧固件固定连接。上方换热单元的上流道与下方换热单元的下流道外侧端口通过连接管6连接，上方换热单元的下流道与下方换热单元的上流道通过共用盖板的中心孔连接。连接管6上通常设置有压力传感器。而且换热单元的复合设置，换热单元的流道内的流体呈现热-冷-冷-热的排列方式。冷热流体可以采用并流换热或逆流换热两种方式。
请参阅图3，如图中虚线所示，热侧流体自第一换热单元中心的热侧流体入口1流入，按从内到外的方向流经第一换热单元螺旋状上流道，通过侧面连接管流入第二换热单元螺旋状下流道，并且按从外到内的方向流经螺旋状下流道，然后通过第二换热单元与第三换热单元之间的共用盖板的中心孔流入第三换热单元螺旋状上流道，之后经侧面连接管流入第四换热单元螺旋状下流道，并且自第四换热单元下盖板中心的热侧流体出口8流出。
如图3中实线所示，冷侧流体自第一换热单元螺旋状下流道侧面冷侧流体第一端口5流入，按从外到内的方向流经第一换热单元螺旋状下流道，然后通过第一换热单元与第二换热单元之间的共用盖板的中心孔流入第二换热单元螺旋状上流道，然后通过侧面连接管流入第三换热单元螺旋状下流道，并且按从外到内的方向流经螺旋状下流道，然后通过第三换热单元与第四换热单元之间的共用盖板的中心孔流入第四换热单元螺旋状上流道，并且自第四换热单元螺旋状上流道侧面冷侧流体第二端口7流出。从而冷热流体并流向下，实现了换热单元内逆流换热。
实施例2
本实施例中对与实施例1相同的多单元复合螺旋板式换热器的结构不再赘述，下面详细说明本实施例的并流换热或逆流换热。
请参阅图4，如图中虚线所示，热侧流体流向与实施例1一致，热侧流体自第一换热单元中心的热侧流体入口1流入，按从内到外的方向流经第一换热单元螺旋状上流道，通过侧面连接管流入第二换热单元螺旋状下流道，并且按从外到内的方向流经螺旋状下流道，然后通过第二换热单元与第三换热单元之间的共用盖板的中心孔流入第三换热单元螺旋状上流道，之后经侧面连接管流入第四换热单元螺旋状下流道，并且自第四换热单元下盖板中心的8热侧流体出口8流出。
如图4中实线所示，冷侧流体流向与实施例1相反，冷侧流体自第四换热单元螺旋状上流道侧面冷侧流体第二端口7流入，按从外到内的方向流经第四换热单元螺旋状上流道，然后通过第四换热单元与第三换热单元之间的共用盖板的中心孔流入第三换热单元螺旋状下流道，然后通过侧面连接管流入第二换热单元螺旋状上流道，并且按从外到内的方向流经螺旋状上流道，然后通过第二换热单元与第一换热单元之间的共用盖板的中心孔流入第一换热单元螺旋状下流道，并且自第一换热单元螺旋状下流道侧面冷侧流体第一端口5流出。从而冷热流体逆流，实现了换热单元内的并流换热。
注意，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (9)

1.一种多单元复合螺旋板式换热器，其特征在于，包括多个垂直叠放的换热单元，所述换热单元包括带有螺旋形凹槽的金属板(4)、具有中心孔的上盖板(2)和具有中心孔的下盖板(11)、以及设有流体第一端口的第一侧板(3)和设有流体第二端口的第二侧板(12)，所述换热单元通过所述金属板(4)分隔成上流道(10A)和下流道(10B)，所述上流道(10A)和所述下流道(10B)均为螺旋状；
所述换热单元之间共用相邻的盖板，并通过紧固件固定连接；上方换热单元的上流道(10A)与下方换热单元的下流道(10B)外侧端口通过连接管(6)连接，并且上方换热单元的下流道与下方换热单元的上流道通过共用盖板的中心孔连。
2.根据权利要求1所述的多单元复合螺旋板式换热器，其特征在于，所述带有螺旋形凹槽的金属板(4)边缘为平面结构，并设有多个连接孔。
3.根据权利要求1所述的多单元复合螺旋板式换热器，其特征在于，所述上盖板(2)和所述下盖板(11)边缘处设有多个连接孔。
4.根据权利要求1所述的多单元复合螺旋板式换热器，其特征在于，所述第一侧板(3)和所述第二侧板(12)底面焊接环形连接件，连接件设有多个连接孔。
5.根据权利要求1所述的多单元复合螺旋板式换热器，其特征在于，所述换热单元按上盖板(2)、第一侧板(3)、金属板(4)、第二侧板(12)和下盖板(11)的顺序通过对应的连接孔用紧固件固定连接，并在连接处配有环形密封垫片。
6.根据权利要求5所述的多单元复合螺旋板式换热器，其特征在于，所述环形密封垫片为石棉橡胶垫片。
7.根据权利要求1所述的多单元复合螺旋板式换热器，其特征在于，所述上流道(10A)和下流道(10B)分别具有中心孔和外侧端口。
8.根据权利要求1所述的多单元复合螺旋板式换热器，其特征在于，在所述连接管(6)上设置有压力传感器。
9.根据权利要求1所述的多单元复合螺旋板式换热器，其特征在于，所述换热单元复合设置，换热单元的流道内的流体呈热-冷-冷-热的排列方式，并且冷热流体能够采用并流换热或逆流换热。
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