一种三流道螺旋绕管式换热器的制作方法

本发明涉及一种三流道螺旋绕管式换热器，尤其是指一种增强介质间热量交换的新型螺旋套管式换热器。

背景技术：

随着社会经济的不断增长，资源消耗量不断增大，对能源利用率提出更高的要求。换热器作为一种热交换通用设备，具有能够回收热量再利用等优点，对提高能源利用率及系统的经济性具有重要作用，广泛应用于化工、电力、冶金、动力、食品等工业中，以及物料的蒸发、冷凝、加热及冷却等过程中。

换热器根据结构可分为多种类型，如管壳式换热器，板式换热器，板壳式换热器等，具有结构坚固、操作弹性大、可靠程度高、使用范围广等优点。螺旋绕管式换热器作为一种新型换热器，具有结构紧凑，耐压强度高，传热系数大等优点，近年来广泛应用于低温高压等领域。该换热器由两根同心套管绕制成螺旋状而成。两种工作流体可实现纯逆流流动，传热效率高。本发明提出一种将套管椭圆螺旋缠绕成的紧凑型接触式换热器，所形成的套管外区间形成外部流道。管程与壳程流体螺旋逆向换热，外部流体横向交叉通过盘管，辅助管程流体进一步对壳程流体进行加热或冷却，提高总传热系数。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够提高螺旋绕管式换热器换热效率，减少压降，操作灵便的三流道螺旋绕管式换热器。

本发明采用如下技术方案实现：

一种三流道螺旋绕管式换热器，包括设有流体出入口形成壳程的壳体、设置在所述壳体内形成管程的螺旋状换热管，所述的螺旋状换热管采用双层套管结构，包括形成内管流程的内管、套包在所述内管外的外管，所述内管外壁和外管内壁之间设有形成外管流程的间隙，所述内管两端分别设置有连通内管的流体进出口，所述外管的两端密封且分别旁接地延伸设置有连通所述外管流程的外接进出管。

进一步地，所述换热管扭转为椭圆状螺旋结构，椭圆状相比圆形绕制状更易在管内形成二次环流，强化传热效果。

进一步地，所述外管的两封闭端通过焊接或支撑件固定，以保持结构稳定。

进一步地，所述的管程由两根以上换热管并列螺旋绕制而成，多排套管并列绕制，保证外部流道紧密，减少流体在外部流道流动时的散失。

进一步地，所述换热管的材料为不锈钢、铝合金、铜或塑料。

进一步地，所述的流体包括液态、气态流体。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

1.本发明提出一种椭圆型绕制的螺旋套管换热器，保证流体可完全逆流换热，结构紧凑，在单位体积上具有较大的传热面积。传热系数高，椭圆状相比圆形绕制状更易在管内形成二次环流，强化传热效果。

2.套管进行椭圆螺旋绕制，所形成的壳程可辅助内管管程进一步对外管管程流体进行换热，形成新型的三流道螺旋套管换热器，操作弹性大，根据实际情况，可进行以下操作方式：气-气-气换热，气-气-液换热，气-液-液换热，液-液-液换热。内管管程与壳程应同为冷源或热源，对外管管程流体进行换热。

3.多排套管并列绕制，保证外部流道紧密，减少流体在壳程流动时的散失。且多排状螺旋套管可分散进口处流体，减少流体在内管管程及外管管程处流动时所造成的压降。

附图说明

图1为本发明实施例的装置示意图。

图2为本发明实施例的装置右视图及局部剖面图。

图3为本发明实施例的装置正视图。

图4为本发明实施例的装置内管图结构示意图。

图中：1-内管；2-外管；3-外接进出管；4-外管管程；5-壳程。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1至图4所示，一种三流道螺旋绕管式换热器，包括设有流体出入口形成壳程5的壳体、设置在所述壳体内形成管程的螺旋状换热管，

如图2至图4所示，所述的螺旋状换热管采用双层套管结构，包括形成内管流程的内管1、套包在所述内管1外的外管2，所述内管1外壁和外管2内壁之间设有形成外管流程4的间隙，所述内管1两端分别设置有连通内管1的流体进出口，所述外管2的两端密封且分别旁接地延伸设置有连通所述外管流程的外接进出管3，所述外管2的两封闭端通过焊接或支撑件固定。

所述换热管扭转为椭圆状螺旋结构，椭圆状相比圆形绕制状更易在管内形成二次环流，强化传热效果。

所述的管程由三根换热管并列螺旋绕制而成，多排套管并列绕制，保证外部流道紧密，减少流体在外部流道流动时的散失。

双层套管结构以螺旋式缠绕，螺旋尺寸可调，套管长度及数量可根据实际换热功率、压降等要求进行调节。

所述换热管的材料为不锈钢、铝合金、铜或塑料，本实施例采用不锈钢。本换热器的加工方式包括机械加工、3d打印等。

具体地，在一个可行的实施例中，所述三流道螺旋绕管式换热器用于对高压废气余热回收装置，其各个部件的设计参数包括：

内管1的尺寸：3—φ3×0.5mm；

外管2的尺寸：3—φ7×0.5mm；

椭圆结构尺寸：长轴/短轴=50mm/35mm；

螺旋间距：24mm，沿中心轴绕制4.5圈，三排并列套管绕制；

材料：sus304；

制作工艺：金属3d打印。

外管管程内的气体为高压空气，物性为，密度：18.064kg/m³，比热容：1.4kj/(m³·k)，导热率：0.0424w/(m·k)。入口压力为4.5mpa，温度为830k，入口流速为80m/s。

内管管程及壳程内的气体为常压空气，内管管程入口温度为298k，流速为70m/s。壳程入口流速为150m/s，温度为298k。

本实施例的操作方式为：

内管管程内的气体由图1所示内管1处入口输入，外管管程内的气体由图1所示外接进出管3进入套管，与内管管程内的气体逆流换热。同时，壳程5由图1所示的箭头方向进行流动进一步对外管管程内的高压气体进行逆流换热。

所述三流道螺旋绕管式换热器的工作原理是：

当流体通过外管管程4部分时，同时与内管管程与壳程5流体进行热量交换，以实现加热或冷却的目的。当外管管程4为热源时，内管管程及壳程5同时为冷源，对外管管程4进行冷却。当外管管程4为冷源时，内管管程及壳程5同时为热源，对外管管程4流体进行加热。内管管程与外管管程4之间流体可互为顺流或逆流，外管管程4与壳程之间流体也可互为顺流或逆流。流道间可通液体或气体，具体工作组合方式视实际情况决定。

本发明所提供的螺旋绕制的套管换热器，结构紧凑性高。椭圆流道设计易于流体在管内形成二次环流，提高传热效率。单位体积内具有加大的传热面积，传热效率高。且螺旋绕制形成的壳程可进一步辅助内管对外管管程流体进行加热或冷却。系统灵活度高，适应性强，适宜应用于对体积有较高要求的低温高压换热领域。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。