专利名称：固定管状通道组件的热交换装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及热交换介质不直接接触的热交换装置，尤其是一种具有螺旋形固定管状通道组件，并且该通道组件浸没在冷却液中的热交换装置，用于活塞式气体压缩机的冷却，或其他化工设备上。
现有技术中，蛇形盘管冷却器是一种使用较为普遍的热交换装置(参见《活塞式压缩机设计》第466页，机械工业出版社.1974.5月第一版)。其构成为以一个或几个单独的蛇形盘管共同浸没在一个公共的大水桶内。水桶下部进冷却水，上部溢出升温后的热水。管内热气体呈螺旋形的由上向下流动，与管外冷却水作热交换，达到气体冷却的目的。其不足之处在于(1)管外冷却水呈自然流动，流速很慢，故管外导换系数低，恶化了冷却器的导热性能，该热交换器的热交换效率低。(2)冷却未了气体温度偏高，不利于压缩机下一段压缩排气温度的控制，在水桶内，水的温度几乎与溢出水温度相等，温差不大，出口前的气体难以与刚进入水桶内冷却水再作进一步的冷端冷却，故气体的出口温度偏高。(3)、溢出的冷却水温度不高，单位容量水带走的热量少，故耗水量相对增加。(4)、由于气体出口温度偏高，使下一段压缩排气温度提高，易使气缸内润滑油燃烧，气阀严重积炭；对于塑料活塞环，则因高温而降低了机械性能，使用寿命缩短。中国专利还公开了一种《高效热交换器》(公告日89.01.04申请号88204522.9)其构成包括冷水管、热水箱、保温层、壳体等，热水箱外螺旋状冷水管下端与热水箱相连接，冷水管和壳体之间有保温层，热水箱中有盘旋呈圆柱体状的蒸气管，其下端穿过螺旋状冷水管与蒸气出口相连接。”作为加热器使用的该热交换器，其不足之处在于(1)、在热水箱中，盘旋呈螺旋状的蒸气管所进行的第一次热交换效率仍较低。(2)、蒸气管装入冷水管内其蒸气管的定位以及底部的焊接均较为困难，工艺性较差。(3)、蒸气管上所形成的水垢，清除比较困难，容易使传热效率降低。
本实用新型的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足而提供一种热交换效率高，结构紧凑，制造成本低的固定管状通道组件的热交换装置。
本实用新型的目的是通过下列技术方案加以实现的。
固定管状通道组件的热交换装置，包括外筒体和浸没在该筒体冷却水中，通道呈螺旋形的盘管，热气体由盘管的一端进入与冷却水呈逆向流动。螺旋形的盘管蕊部内含一容器状的内筒体，由外筒体、螺旋形盘管、内筒体构成螺旋形冷却水通道，冷却水从筒体一端的进水口压入该通道，在另一端的出水口溢出，与盘管内的热气体在管壁两侧进行热交换。
在上述基本结构的基础上，还可以在外筒体内的内筒体外壁上缠绕二组螺旋形盘管，构成具有双螺旋冷却水通道的二级热交换装置。
本实用新型的目的还可以通过下列技术方案加以实现。
固定管状通道组件的热交换装置，包括外筒体和浸没在该筒体冷却水中，通道呈螺旋形的盘管，热气体由盘管的一端进入，与冷却水呈逆向流动，整体呈主附型结构，主外筒体，主内筒体和附外筒体均为上端开口的容器，由主外筒体主内筒体和缠绕在该主内筒体上盘管构成一级冷却水通道，由附外筒体和封闭的附内筒体以及缠绕在该附内筒体的外壁上的二组螺旋形盘管构成第二级和第三级双螺旋冷却水通道，三级盘管依次向外接出并且各盘管的出气管分别从主内筒体和附内筒体的轴向穿过，冷却水从主、附筒体下端进水口和管进入，从上端的出水口溢出，与自上而下的热气体形成逆向流动，构成开式热交换装置。
本实用新型与现有技术相比，具有下述优点1、由于冷却水在盘管外作螺旋形强制快速流动，管外导热系数明显增高，据初步计算，可增加约十倍，冷却管长度也可减少24％左右。不仅提高热交换效率和速度还降低了制造成本。2、由于冷、热两端相对分开，冷却后的气体出口温度较低，比冷却液进口温度仅高出约3℃，有利于压缩机下一段压缩排气温度控制，尤其适用于高压压缩机的冷却。3、由于可设计成封闭式，体积小，可以在任何空间位置、角度安装；也可在压缩机身上悬挂，简化连接管道。4、由于可设计成脱卸式结构易于清除冷却器水垢，只要松开筒盖与外筒体之间连接，就可以脱卸外筒，清除冷却液水道中的水垢。
如下图1是本实用新型基本结构示意图。
图2是根据本实用新型基本结构演变两级热交换装置示意图。
图3是三级开式热交换装置示意图。
本实用新型将结合附图作进一步的详述。
如图1所示的固定管状通道组件的热交换装置，包括外筒体2和浸没在该筒体冷却水中，通道呈螺旋形的盘管1。外筒体2为一端开口的容器，两端设置有冷却水的进口12和出口11。螺旋形盘管1采用导热系数高的紫铜管制成，其进气管8和出气管9穿过筒盖5，并钎封固结在该盖板(5)上，筒盖(5)与外筒体2相配，接配端面间嵌入密封垫片6，然后用螺栓7将两者连接在一起，组成闭式结构，以便于任何角度安装。螺旋形盘管1的蕊部内含一内筒体3，其出气管9从该内筒体3轴向穿过，并钎焊封结，使内筒体3不进水。制作时，一般是将铜管绕制在内筒体3上，形成内径与内筒体3外径相同的螺旋形盘管1。盘管1与内筒间隔数圈作一个点焊，使之定位。然后装入外筒体2内，构成螺旋形的冷却水通道4。经压缩后的高温气体T1从进气管8进入冷却器，呈螺旋形向下湍流流动冷却水t1从进口12进入，在冷却水通道4内呈螺旋形向上强制流动，加剧气体与冷却水的热交换过程，从而提高热交换效率。并且还建立起冷却器的冷端与热端，升温后的冷却水t2在溢出前与刚入盘管1内高温气体T1进行热交换，经这种热交换后的气体，在将出口前与刚进入的低温冷却水作冷端热交换，以获得最低的气体出口的温度T2。图1所示的热交换装置属于一种闭式可洗式结构。清洗时，拧去连接螺栓7，脱开外筒体2；就可以清洗久用后冷却水通道4中的污垢。外筒体2与盘管1之间留有适当的装折间隙；以保证外筒体2的方便脱卸，这小的间隙在使用不久后会被污物填堵，但不影响外筒体2脱卸。图1所示结构还可以变异为直通式结构。即螺旋形盘管1的出气管9直接从外筒体2的下底部通出，并且出气管9与外筒体2的端面固结，热气体仍就经螺旋形盘管1自上而下与自下而上的冷却水逆向强制流动，在盘管的管壁两侧进行热交换。根据该直通式结构，筒盖5去掉，即构成直通结构的开式热交换装置。图1中10为套管。
如图2所示的两级闭式热交换装置，是由本实用新型的基本结构演变而来的，在内筒体3上除缠绕有一级螺旋形盘管1外，还在该盘管1的相邻管道间配设有二级螺旋形盘管1′，两盘管1和1′的内径相同，即都缠绕在内筒体3上，并且与内筒体3钎焊定位，构成双螺旋形冷却水通道4′。图2中13为定位柱。
如图3所示的三级开式热交换装置，是同属于本实用新型设计思想的另一种结构形式，即主附型或称母子型结构形式。主热交换器包括一端开口的主外筒体2、主内筒体3′和螺旋形盘1，该盘管1缠绕在主内筒体3′的外壁上，构成主冷却水道4，该盘管的出气管9从主内筒体3′的轴向穿过。自下而上的冷却水与自上而下的热气体在盘管1的管壁两侧进行热交换，组成一级冷却系统。在主内筒体3′内设有一端开口的附外筒体2′和进水管12′从轴向自上而下穿过的封闭的附内筒体3″。在附内筒体3″的外壁上缠绕有二组即两级和三级螺旋形冷却盘管1′和1″，构成具有内外层套装的螺旋形冷却水通道4′和4的热交换装置。经压缩后的各级热气体分别从一级进气管8进入，经第一级盘管1、一级出气管9、2级进气管8′、二级盘管1′、二级出气管9′，三级进气管8″、三级盘管1″、三级出气管9″；气体的压缩和冷却交替进行，冷却水从主外筒体下端的一级进水口12进入，从一级出水口11溢出，二级进水管12′延伸至附内筒体3′的下端，二级出水口11′设置在附外筒体2′的上端，冷却水自下而上与自上而下的热气体逆向流动，在各盘管1、1′、1″的管壁两侧依次进行三级热交换。
权利要求1.一种固定管状通道组件的热交换装置，包括外筒体和浸没在该筒体冷却水中、通道呈螺旋形的盘管，热气体由该盘管的一端进入与冷却水呈逆向流动，其特征在于螺旋形的盘管(1)蕊部内含一容器状的内筒体(3)，由外筒体(2)螺旋形盘管(1)内筒体(3)构成螺旋形冷却水通道(4)，冷却水从外筒体(2)一端进水口(12)压入该通道(4)，在另一端出水口(11)溢出与盘管(1)内的热气体在管壁两侧进行热交换。
2.如权利要求1所述的热交换装置，其特征在于螺旋盘管(1)缠绕在内筒体(3)上，其出气管(9)从内筒体(3)的轴向穿出，与进气管(8)位于同一侧，并且均固结在与外筒体(2)相配的筒盖(5)上。
3.如权利要求1所述的热交换装置，其特征在于在外筒体(2)内的内筒体(3)外壁上缠绕二组螺旋形盘管(1)和(1′)，构成双螺旋冷却水通道(4′)。
4.一种固定管状通道组件的热交换装置，包括外筒体和浸没在该筒体冷却水中，通道呈螺旋形的盘管，热气体由盘管的一端进入，与冷却水呈通向流动，其特征在于主外筒体(2)、主内筒体(3′)和附外筒体(2′)均为上端开口的容器，由主外筒体(2)、主内筒体(3′)和缠绕在该主内筒体(3′)上的螺旋形盘管构成一级冷却水通道(4)，由附外筒体(2′)和封闭的附内筒体(3″)以及缠绕在该附内筒体(3″)外壁上的二组螺旋形盘管(1′)和(1″)各构成第二级和第三级双螺旋冷却水通道(4′)，盘管(1)、(1′)、(1″)依次首尾向外接出，并且各盘管的出气管(9)和(9′)、(9″)分别从主内筒体(3′)和附内筒体(3″)的轴向穿过，冷却水从主、附外筒体(2)和(2′)下端的进水口(12)和进水管(12′)进入，从上端的出水口(11)和(11′)溢出，与自上而下的热气体形成逆向流动，构成形式三级热交换装置。
专利摘要本实用新型是一种具有螺旋形固定管状通道组件，并且该通道组件浸没在冷却水中的热交换装置。现有设备热交换效率较低，单位容量水带走的热量少，并且结构也较为松散、庞大。本实用新型的热交换装置，螺旋形的盘管芯部内含一容器状的内筒体，由外筒体、螺旋形盘管、内筒体构成螺旋形冷却水道，热气体由盘管的一端进入与冷却水呈逆向流动，在盘管壁两侧进行热交换。本实用新型结构紧凑，热交换效率高，在工业上用途广泛。
文档编号F28D7/10GK2101843SQ91219228
公开日1992年4月15日 申请日期1991年7月28日 优先权日1991年7月28日
发明者杭乃敦 申请人:杭州制氧机研究所