一种螺旋板式换热器及制作工艺的制作方法

1.本发明涉及液汽进行热交换以及液液进行热交换的设备领域。具体涉及一种螺旋板式换热器及制作工艺。


背景技术：

2.现目前在将液和汽进行热交换的操作时，换热器是一个较好的选择。板式换热器已广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、电力、医药、食品、化纤、造纸、轻纺、船舶、供热等部门，可用于加热、冷却、蒸发、冷凝、杀菌消毒、余热回收等各种情况。
3.板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板式换热器是液
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液、液
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汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器高3
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5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90%以上。
4.板式换热器的型式主要有框架式(可拆卸式)和钎焊式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种，但均存在体型大且热效率低的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的板式换热器体型大且热效率低的问题，本发明提供一种螺旋板式换热器及制作工艺，两种温度不同的介质从两条相互隔离的通道进入换热器后进行热交换，具有设计紧凑，体积小、重量轻、换热效率高，热流失少的优点。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种螺旋板式换热器，其包括：第一换热通道，其具有供第一介质流通的第一入口及第一出口，所述第一换热通道绕换热器的轴心同轴向外螺旋延伸，且所述第一换热通道被分隔形成第一换热段和第二换热段，所述第一介质依次从所述第一入口进入，依次流过所述第一换热段和所述第二换热段，并从所述第一出口流出；第二换热通道，其具有供第二介质流通的第二入口及第二出口，且所述第二换热通道为同轴相邻的所述第一换热通道之间的间隙所形成的通道，所述第二介质依次从所述第二入口进入，流过间隙形成的所述通道，并从所述第二出口流出，其中，所述第一介质与所述第二介质在流动过程中实现换热。
7.如上所述的螺旋板式换热器，进一步地，通过挡流条将所述第一换热通道分隔形成第一换热段和第二换热段，所述挡流条设置在所述第一换热通道的中部。
8.如上所述的螺旋板式换热器，进一步地，还包括：外套筒，所述第一换热通道和所述第二换热通道设置在所述外套筒内；内端盖接管组件，其为所述第一换热通的第一入口及第一出口在螺旋换热板的两端面外侧形成的介质进出口通道，且内端盖接管组件的第一入口及第一出口分别设置在螺
旋换热板轴心的两端；以及，外端盖接管组件，其为所述第二换热通的第二入口及第二出口在所述外套筒的两端面外侧形成的介质进出口通道。
9.如上所述的螺旋板式换热器，进一步地，还包括：外套筒，所述第一换热通道和所述第二换热通道设置在所述螺旋换热板延伸式外套内，且所述螺旋换热板延伸式外套由螺旋换热板多余的末端卷制而成；内端盖接管组件，其为所述第一换热通的第一入口及第一出口在螺旋换热板的两端面外侧形成的介质进出口通道，且内端盖接管组件的第一入口及第一出口分别设置在螺旋换热板轴心的两端；以及，外端盖接管组件，其为所述第二换热通的第二入口及第二出口在所述螺旋换热板延伸式外套的两端面外侧形成的介质进出口通道。
10.如上所述的螺旋板式换热器，进一步地，挡流条的中部均匀设置有倾斜的导流孔，且导流孔的出口端向远离内端盖接管组件的第一出口方向倾斜，导流孔用于将第一换热段内的小部分第一介质迅速转移到第二换热段中，而不经过避空区域。
11.如上所述的螺旋板式换热器，进一步地，所述第一换热通道的管壁压有锥形钉凸起。
12.如上所述的螺旋板式换热器，进一步地，所述换热器采用全焊接结构。
13.如上所述的螺旋板式换热器，进一步地，所述换热器采用钛合金或不锈钢。
14.如上所述的螺旋板式换热器，进一步地，还包括：分隔板，所述分隔板配合所述挡流条将所述第一换热通道分隔形成第一换热段和第二换热段。
15.如上所述的螺旋板式换热器，进一步地，所述第一介质的入口温度低于所述第二介质的入口温度。
16.一种螺旋板式换热器制作工艺，用于如上所述的螺旋板式换热器的第一换热通道的制作，其包括：将平钢板沿长度方向非对称对折；以对折的部位单层卷制半圈；继续双层卷制，其中，挡流条和螺旋换热板一同进行卷制；焊接封边。
17.如上所述的螺旋板式换热器制作工艺，进一步地，所述平钢板在对折线的左侧和右侧分别压上朝向相反的锥形钉凸起，且左侧锥形钉和右侧锥形钉的横向中心线错开。
18.本发明与现有技术相比，其有益效果在于：本发明将第一换热通道和第二换热通道设置在外套筒内设计紧凑，体积小、重量轻，便于安装。两种温度不同的介质从两条相互隔离的通道进入换热器后进行热交换，2种介质分别在2张板形成的封闭区域内循环进行热交换，换热效率高，热流失少。
19.本发明采用双循环单向通道设计，第一介质与第二介质在流动过程中实现换热，同时，采用同种金属材质（钛合金或不锈钢）和全焊接结构，耐腐蚀性强；本发明还具有低降压的特点，适用温度范围大，工作温度在0℃
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230℃之间。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例换热器的内部剖切示意图；图2为本发明实施例换热器的工作原理示意图；图3为本发明实施例换热器的平钢板的锥形钉结构示意图；图4为本发明实施例换热器的第一换热通道制作工艺流程示意图；图5为本发明实施例螺旋换热板展开后介质流向的示意图；图6为本发明实施例换热器的立体剖切示意图；图7为本发明实施例分隔板的立体示意图；图8为本发明又一实施例螺旋换热板展开后介质流向的示意图；图9为本发明实施例导流孔的纵剖示意图；图10为本发明又一实施例换热器的纵剖立体示意图。
22.其中：1、螺旋换热板；2、内端盖接管组件；3、分隔板；4、挡流条；5、外套筒；6、外端盖接管组件；7、平钢板；8、锥形钉；9、导流孔；10、螺旋换热板延伸式外套；31、第一挡板；32、凹槽；33、第二挡板；71、预留区；91、入口端；92、出口端；101、第一入口；102、第一出口；103、第二入口；104、第二出口；105、第一换热通道；106、第二换热通道。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
24.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
25.需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
26.在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理
解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
28.参见图1至图9，图1为本发明实施例换热器的内部剖切示意图；图2为本发明实施例换热器的工作原理示意图；图3为本发明实施例换热器的平钢板的锥形钉结构示意图；图4为本发明实施例换热器的制作工艺；图5为本发明实施例螺旋换热板中介质流向的示意图；图6为本发明实施例换热器的立体剖切示意图；图7为本发明实施例分隔板的立体示意图；图8为本发明又一实施例螺旋换热板中介质流向的示意图；图9为本发明实施例导流孔的纵剖示意图。
29.本发明提供一种螺旋板式换热器及制作工艺，两种温度不同的介质从两条相互隔离的通道进入换热器后进行热交换，具有设计紧凑，体积小、重量轻、换热效率高，热流失少的优点。
30.实施例一一种螺旋板式换热器，其包括：第一换热通道105和第二换热通道106；第一换热通道105具有供第一介质流通的第一入口101及第一出口102，第一换热通道105绕换热器的轴心同轴向外螺旋延伸，且第一换热通道105被分隔形成第一换热段和第二换热段，第一介质依次从第一入口101进入，依次流过第一换热段和第二换热段，并从第一出口102流出；第二换热通道106具有供第二介质流通的第二入口103及第二出口104，且第二换热通道106为同轴相邻的第一换热通道105之间的间隙所形成的通道，第二介质依次从第二入口103进入，流过间隙形成的通道，并从第二出口104流出，其中，第一介质与第二介质在流动过程中实现换热。
31.如图1所示，螺旋换热板1用于分隔2种介质和热传导；内端盖接管组件2用于第一介质的流入和流出；分隔板3和挡流条4用于阻止第一介质直接由两端的内端盖接管组件2流入和流出该换热器，可以使流入的第一介质经过螺旋换热板充分换热后再流出该换热器。外套筒5用于固定和保护螺旋换热板，并为第二介质提供封闭的热交换空间；外端盖接管组件6用于第二介质的流入和流出。两种温度不同的介质从两条相互隔离的通道进入换热器后进行热交换，换热方式如图2所示，不同于目前市面上的双板螺旋结构，2种介质分别在2张板形成的封闭区域内循环进行热交换。
32.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，通过挡流条4将第一换热通道105分隔形成第一换热段和第二换热段，挡流条4横向设置在第一换热通道105的中部。本换热器使用耐高温的硅胶挡流条4阻止第一介质直接由两端的内端盖接管组件2流入和流出该换热器。硅胶挡流条4和螺旋换热板1一同进行卷制，卷制完成后对第一换热通道105的边缘进行焊接封边，以隔离第一换热通道105和第二换热通道106。
33.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，还包括：外套筒5、内端盖接管组件2
和外端盖接管组件6，第一换热通道105和第二换热通道106设置在外套筒5内；内端盖接管组件2为第一换热通的第一入口101及第一出口102在螺旋换热板1的两端面外侧形成的介质进出口通道，且内端盖接管组件2的第一入口101及第一出口102分别设置在螺旋换热板1轴心的两端；以及外端盖接管组件6为第二换热通的第二入口103及第二出口104在外套筒5的两端面外侧形成的介质进出口通道。
34.如图5，该图的箭头方向示意了螺旋换热板1展开后的介质流向。第一介质通过内端盖接管组件2的第一入口101进入螺旋换热板1的第一换热段，由于挡流条4的阻挡，第一介质被迫从挡流条4的避空区域流入第二换热段，最终从内端盖接管组件2的第一出口102流出。
35.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，第一换热通道105的管壁压有锥形钉8凸起。
36.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，换热器采用全焊接结构。
37.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，换热器采用钛合金或不锈钢。
38.由于螺旋换热板1卷制之初会卷制出一个类似勾玉状的区域（亦即螺旋换热板1成型后的轴心区域），以挡流条4的宽度无法将该区域完全遮挡、迫使第一介质按预定路线流动，因此，如图6所示，在某些实施例中，还包括：分隔板3，分隔板3配合挡流条4将第一换热通道105分隔形成第一换热段和第二换热段，具体的，分隔板3与挡流条4固定连接，且挡流条4远离分隔板3的一侧避空（即挡流条4不完全隔断第一换热通道105的内部空间），用于第一换热段和第二换热段之间的连通。该分隔板3设置在螺旋换热板1的轴心区域，其形状与该轴心区域相互匹配。更具体的，如图7所示，该分隔板3包括镜像对称的第一挡板31和第二挡板33，第一挡板31和第二挡板33之间设置有凹槽32，挡流条4可以缠绕固定在该凹槽32上，主要起固定作用，以跟随螺旋换热板1一同进行卷制。容易得知的是，挡流条4的宽度应稍大于凹槽32的深度（比如20%
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30%），如此使得挡流条4的缠绕部分在卷制过程被过盈填充于凹槽32内，以及挡流条4与螺旋换热板1接触的部分过盈配合，避免挡流条4在实际使用中脱落。
39.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，第一介质的入口温度低于第二介质的入口温度。
40.在上述实施方式的基础上，如图8所示，挡流条4的中部均匀设置有倾斜的导流孔9，且导流孔9的出口端92向远离内端盖接管组件2的第一出口102方向倾斜，导流孔9用于将第一换热段内的小部分第一介质迅速转移到第二换热段中，而不经过上述的避空区域。其原因在于，由于第二换热段内的介质经过了一端时间的换热后，其温度有所下降，从导流孔9补充到第二换热段的新增介质能够对第二换热段内现存的介质进行重加热，并且，导流孔9的倾斜设置有利于新增介质与避空区域向下流动的介质进行混合，形成图中箭头所示的涡流，加快螺旋换热板1内部的热交换，继而有利于提高本实施例的螺旋板式换热器的整体热交换效率。需要知晓的是，分隔板3上不设置导流孔9。
41.作为上述实施方式的优选实施方案，如图9所示，导流孔9入口端91的口径至少比出口端92的口径大两倍，根据流体力学的原理，介质经过逐渐收缩的管道时其压力降低但流速上升，因此介质通过导流孔9后流速增大，实现第一换热段内的部分介质倾斜地喷射到第二换热段。
42.实施例二本实施例与实施例一的区别在于，不使用独立的外套筒5，而将卷制后的螺旋换热板1的多余的末端再卷制一层，即螺旋换热板延伸式外套10，其作为外套筒5的替代物，因此螺旋换热板1和螺旋换热板延伸式外套10均由一块平钢板卷制而成，工序变得更为简单。如图10所示，图10为本发明又一实施例换热器的纵剖立体示意图，螺旋换热板1用于分隔2种介质和热传导；内端盖接管组件2用于第一介质的流入和流出；分隔板3和挡流条4用于阻止第一介质直接由两端的内端盖接管组件2流入和流出该换热器，可以使流入的第一介质经过螺旋换热板充分换热后再流出该换热器。螺旋换热板延伸式外套10用于包裹在螺旋换热板1的最外围，并为第二介质提供封闭的热交换空间，并且该螺旋换热板延伸式外套10由螺旋换热板1多余的末端卷制而成，相当于实施例一所说的外套筒5；外端盖接管组件6用于第二介质的流入和流出，并且该外端盖接管组件6扣合在螺旋换热板延伸式外套10的上下两端。
43.第一换热通道105和第二换热通道106设置在螺旋换热板延伸式外套10内；内端盖接管组件2为第一换热通的第一入口101及第一出口102在螺旋换热板1的两端面外侧形成的介质进出口通道，且内端盖接管组件2的第一入口101及第一出口102分别设置在螺旋换热板1轴心的两端；以及外端盖接管组件6为扣合在螺旋换热板延伸式外套10的上下两端第二换热通的第二入口103及第二出口104在螺旋换热板延伸式外套10的两端面外侧形成的介质进出口通道。
44.除上述不同之外，本实施方案的其他部分均与实施例一一致。
45.实施例三一种螺旋板式换热器制作工艺，用于如上所述的螺旋板式换热器的第一换热通道105的制作，其包括：将平钢板7沿长度方向非对称对折；以对折的部位单层卷制半圈；继续双层卷制，其中，挡流条4和螺旋换热板1一同进行卷制，最终焊接封边。具体的，先将挡流条4缠绕固定在分隔板3的中部，然后将该分隔板3安装在螺旋换热板1的对折部中心，将挡流条4拉直，最后进行双层卷制的步骤。本换热器采用单板螺旋结构，即由一块平钢板经过对折、单层卷制半圈、双层卷制进行制造，卷制后再封边。单板螺旋结构简化了本换热器的制造工艺，并在相同换热面积的情况下，较双板螺旋结构的换热器尺寸体积和重量减小了一半，相对于现有的钎焊定距柱，整体成型不容易发生电化学腐蚀。
46.如上所述的螺旋板式换热器制作工艺，进一步地，平钢板7在对折线的左侧和右侧分别压上朝向相反的锥形钉8凸起，且左侧锥形钉8和右侧锥形钉8的横向中心线错开。锥形钉8冲压成型，其成型快速，而且锥形钉8可以增大本换热器的换热面积，提高换热效率；而且在螺旋换热板1卷制过程中，锥形钉8可以有效控制板间距离，相较于目前市面上普遍采用的焊接定距柱来调节板间距离，采用锥形钉8的方式制造工艺更为简单。
47.更优的，上述的左侧锥形钉8和右侧锥形钉8之间的区域为无锥形钉设置的预留区71，避免锥形钉8影响对折步骤，该预留区71的宽度与上述的分隔板3的周长相等。左侧锥形钉8和右侧锥形钉8相对于上述预留区71的远端均为无锥形钉设置的区域，便于后续封边。
48.本发明将第一换热通道105和第二换热通道106设置在外套筒5内设计紧凑，体积小、重量轻，便于安装。两种温度不同的介质从两条相互隔离的通道进入换热器后进行热交
换，2种介质分别在2张板形成的封闭区域内循环进行热交换，换热效率高，热流失少。
49.本发明采用双循环单向通道设计，第一介质与第二介质在流动过程中实现换热，同时，采用同种金属材质（钛合金或不锈钢）和全焊接结构，耐腐蚀性强；本发明还具有低降压的特点，适用温度范围大，工作温度在0℃
‑
230℃之间。
50.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
51.上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。