3]装于所述换热器壳体上端的带顶端壳程进口 I的上封头2 ;装于所述上封头2侧壁上的第一管程出口分配管板4和第二管程出口分配管板31 ;所述多层螺旋形第一管程小直径管束层5的管束分别通过所述第一管程出口分配管板4上的通孔与第一管程出口 3相连通；所述多层螺旋形第二管程小直径管束层30的管束分别通过所述第二管程出口分配管板31上的通孔与第二管程出口 32相连通；
[0034]装于所述换热器壳体下端的带底端壳程出口 18的下封头19 ;装于所述下封头19侧壁上的第一管程进口分配管板21和第二管程进口分配管板15 ;所述多层螺旋形第一管程大直径管束层11的管束分别通过所述第一管程进口分配管板21上的通孔与第一管程进口 20相连通；所述多层螺旋形第二管程大直径管束层23的管束分别通过所述第二管程出口分配管板15上的通孔与第二管程进口 16相连通；
[0035]一装于所述变径管缠绕的螺旋管式换热器的换热器壳体下端的用以固定所述换热器壳体的裙座17。
[0036]本实施例1为一种采用变径管缠绕的(三股流)螺旋管式换热器，可以进行混合制冷剂和原料气氮气之间的换热过程，总高度为2.2米，大直径壳体12外径和小直径壳体7外径分别为219mm和133mm ；
[0037]其中，第一管程和第二管程小直径管束共采用56根直径4mm，长8米的铜管螺旋绕制，第一管程和第二管程大直径管束共采用56根直径6mm，长10.2m的铜管螺旋绕制；高压混合制冷剂通过第二管程进口 16，经第二管程进口分配管板5分配后进入第二管程大直径管束23。第二管程大直径管束23由56根大直径换热管束中的38根组成，螺旋缠绕在大直径芯管体22上，在大直径壳体12内被壳程流体低压混合制冷剂冷却，再经第二固定花板8和第三固定花板10上的第二管程变径过渡管25与第二管程小直径管束30连接。第二管程小直径管束30由56根小直径换热管束中的38根组成，螺旋缠绕在小直径芯管体28上，在小直径壳体7被壳程流体低压混合制冷剂继续冷却，经第二管程出口管板31和第二管程出口 32流出换热器；
[0038]流出换热器的高压混合制冷剂经节流后，通过壳程进口 I进入换热器，在小直径壳体7分别与第一管程小直径管束5和第二管程小直径管束30换热，之后经过渡壳体26进入大直径壳体12分别与第一管程大直径管束11和第二管程大直径管束23进行换热，通过壳程出口 18流出换热器；
[0039]原料气氮气在通过第一管程进口 20，第一管程进口分配管板21分配后进入第一管程大直径管束11。第一管程大直径管束11由56根大直径换热管束中的18根组成，螺旋缠绕在大直径芯管体22上，在大直径壳体12内被壳程流体低压混合制冷剂冷却，再经第二固定花板8和第三固定花板10上的第二管程变径过渡管25与第一管程小直径管束5连接。第一管程小直径管束5由56根小直径换热管束中的18根组成，螺旋缠绕在小直径芯管体28上，在小直径壳体7被壳程流体低压混合制冷剂继续冷却，经第一管程出口管板4和第一管程出口 3流出换热器，完成整个换热过程。
[0040] 本实施例中，换热器内的管程流体温度跨度近160°C，流体密度发生显著变化，管内流速和换热都将受到较大影响。采用变径管缠绕的螺旋管式换热器可以很好承受温度变化引起的材料收缩，并能更好的保证被冷却介质的管内流速和换热效果，提高了换热效率，减少了换热器的体积，从而使整体换热器更加经济高效。
【主权项】
1.一种变径管缠绕的螺旋管式换热器，其包括: 一换热器壳体；所述换热器壳体由依次相连的大直径壳体(12)、过渡直径壳体(26)和小直径壳体(7)组成； 一同心地装于所述换热器壳体之内的换热器芯管体；所述换热器芯管体由依次相连的大直径芯管体(22)、过渡芯管体(24)和小直径芯管体(28)组成；所述大直径芯管体(22)、过渡芯管体(24)和小直径芯管体(28)分别与对应的大直径壳体(12)、过渡直径壳体(26)和小直径壳体(7)等长； 装于所述小直径芯管体(28)上端部与小直径壳体(7)上端部之间的第一固定花板(6);装于所述过渡芯管体(24)上端部与过渡直径壳体(26)上端部之间的第二固定花板(8);装于所述过渡芯管体(24)下端部与过渡直径壳体(26)下端部之间的第三固定板(10);装于所述大直径芯管体(22)下端部与大直径壳体(12)下端部之间的第四固定板(13)； 螺旋缠绕于所述大直径芯管体(22)之上的多层螺旋形第一管程大直径管束层(11)和多层螺旋形第二管程大直径管束层(23);所述多层螺旋形第一管程大直径管束层(11)的管束上端与所述第三固定板(10)相连，所述多层螺旋形第一管程大直径管束层(11)的管束下端与所述第四固定板(13)相连；所述多层螺旋形第二管程大直径管束层(23)的管束上端与所述第三固定板(10)相连，所述多层螺旋形第二管程大直径管束层(23)的管束下端与所述第四固定板(13)相连； 螺旋缠绕于所述小直径芯管体(28)之上的多层螺旋形第一管程小直径管束层(5)和多层螺旋形第二管程小直径管束层(30);所述多层螺旋形第一管程小直径管束层(5)的管束上端与所述第一固定板(6)相连，所述多层螺旋形第一管程小直径管束层(5)的管束下端与所述第二固定板(8)相连；所述多层螺旋形第二管程小直径管束层(30)的管束上端与所述第一固定板(6)相连，所述多层螺旋形第二管程小直径管束层(30)的管束下端与所述第二固定板(8)相连； 所述连接于所述第三固定板(10)上的多层螺旋形第一管程大直径管束层(11)的管束分别通过第一管程变径过渡管(9)与所述多层螺旋第一管程小直径管束层(5)的管束相连通；所述连接于所述第三固定板(10)上的多层螺旋形第二管程大直径管束层(23)的管束分别通过第二管程变径过渡管(25)与所述多层螺旋形第二管程大直径管束层(30)的管束相连通； 装于所述换热器壳体上端的带顶端壳程进口(I)的上封头(2);装于所述上封头(2)侧壁上的第一管程出口分配管板(4)和第二管程出口分配管板(31);所述多层螺旋形第一管程小直径管束层(5)的管束分别通过所述第一管程出口分配管板(4)上的通孔与第一管程出口(3)相连通；所述多层螺旋形第二管程小直径管束层(30)的管束分别通过所述第二管程出口分配管板(31)上的通孔与第二管程出口(32)相连通； 装于所述换热器壳体下端的带底端壳程出口(18)的下封头(19);装于所述下封头(19)侧壁上的第一管程进口分配管板(21)和第二管程进口分配管板(15);所述多层螺旋形第一管程大直径管束层(11)的管束分别通过所述第一管程进口分配管板(21)上的通孔与第一管程进口(20)相连通；所述多层螺旋形第二管程大直径管束层(23)的管束分别通过所述第二管程出口分配管板(15)上的通孔与第二管程进口(16)相连通； 一装于所述变径管缠绕的螺旋管式换热器的换热器壳体下端的用以固定所述换热器壳体的裙座(17)。2.按权利要求1所述的变径管缠绕的螺旋管式换热器，其特征在于，所述多层螺旋形第一管程大直径管束层(11)、多层螺旋形第二管程大直径管束层(23)、多层螺旋形第一管程小直径管束层(5)和多层螺旋形第二管程小直径管束层(30)分别由一根以上的换热管以螺旋状缠绕于相应的换热器芯管体上以分别形成多层相应管程的管束层；各层管程的管束层缠绕方向相同或相反，换热管螺旋缠绕的螺旋角为5-20° ;每层管程的换热管的管长、缠绕角度和间距相同，每层管程的换热管的直径和管数成比例增加。3.按权利要求1或2所述的变径管缠绕的螺旋管式换热器，其特征在于，所述多层螺旋形第一管程大直径管束层(11)的管束和多层螺旋形第二管程大直径管束层(23)的管束采用Φ??到Φ 40mm直径光管或螺纹管缠绕；多层螺旋形第一管程小直径管束层(5)的管束和多层螺旋形第二管程小直径管束层(30)的管束采用Φ??到Φ 40mm直径光管或螺纹管缠绕。4.按权利要求1或2所述的变径管缠绕的螺旋管式换热器，其特征在于，所述多层螺旋形第一管程大直径管束层(11)、多层螺旋形第二管程大直径管束层(23)、多层螺旋形第一管程小直径管束层(5)和多层螺旋形第二管程小直径管束层(30)的相邻两层之间安装有隔丝(29)以控制两层之间间隙。5.按权利要求3所述的变径管缠绕的螺旋管式换热器，其特征在于，所述多层螺旋形第一管程大直径管束层(11)、多层螺旋形第二管程大直径管束层(23)、多层螺旋形第一管程小直径管束层(5)和多层螺旋形第二管程小直径管束层(30)的相邻两层之间安装有隔丝(29)以控制两层之间间隙。6.按权利要求1所述的一种采用变径管缠绕的螺旋管式换热器，其特征在于，相同管程螺旋缠绕的换热管由不同长度的一种或多种直径换热管连接组成，同一直径的换热管在各层的缠绕高度相同。
【专利摘要】一种采用变径管缠绕的螺旋管式换热器，其包括壳体和壳体内两端安装在管板上的螺旋管束组成；壳体上设置有一个壳程进口和一个壳程出口，一个或多个管程进口和出口，管程进口和出口采用分配器对换热管进行分配和汇集；螺旋管束分多层同心换热管缠绕在芯管上，每层换热管同向螺旋缠绕，相邻两层换热管之间安装有隔丝，缠绕方向相同或相反。单根换热管由不同长度的一种或多种直径管连接组成，不同直径缠绕管之间通过花板过渡、固定和连接；本发明的螺旋管式换热器，可实现大温跨条件下不同温度段的高效换热，具有结构紧凑，换热效率高，利于将不同温区换热器集成组装，缩小换热器体积，减少换热设备数量等优点。
【IPC分类】F28F1/00, F28D7/02
【公开号】CN104896971
【申请号】CN201510351126
【发明人】邹鑫, 公茂琼, 吴剑锋
【申请人】中国科学院理化技术研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月23日