[发明专利]一种间壁式热交换器及其制作方法

说明书

一种间壁式热交换器，由断面为矩形的热流体流道和冷流体流道相互贴合构成，沿其轴向以多个不闭合环形换热流道单元形式通过转换弯道前后紧密排列构成一个流道层，多个这样的流道层沿径向紧密贴合嵌套，使热流体流道和冷流体流道在轴向和径向均相互交错，热流体和冷流体轴向和径向二维传热。该热交换器具有换热面积大、换热系数高、紧凑性好、流动湍流度高、不易结垢和适用范围广的优点。

技术领域

本发明涉及热交换器，特别是一种由多层螺旋形流道构成的间壁式热交换器及其制作方法。

背景技术

热交换器是化工、能源、冶金、动力等行业用于改变流体工质温度条件的有效设备。热交换器的传热效率与换热面积成正比，与流动的湍流度成正相关。工程应用上对热交换器首先要求有大的换热面积以提高传热效率，同时希望其结构紧凑，体积尽量缩小。紧凑性是指热交换器单位体积内所包含的换热面积大小，单位为m²/m³。

换热面积的增加往往会伴随流动阻力的增大，在热交换器设计或选型过程中需根据工程实际需要对换热面积和流动阻力做出取舍。

热交换器按照传递热量方式可分为间壁式、混合式、蓄热式三大类。所谓间壁式是指热流体和冷流体之间有一固体壁面，两种流体不直接接触，热量通过壁面进行传递。其中，间壁式热交换器又包括管壳式、沉浸式、套管式、螺旋板式、板式、板翅式等多种结构形式。

管壳式热交换器目前应用最为广泛，其缺点是紧凑性不高、阻力损失较大、易结垢；沉浸式热交换器紧凑性较差，流体湍流度低；套管式热交换器仅适合高温高压小流量流体的换热，适用范围较小；板式和板翅式热交换器紧凑性好，流道内遍布凹凸不平的换热面，换热面积相对比较大，但同样存在流动阻力较大的缺陷；螺旋板式热交换器各项技术指标较为适中，但其传热方式同板式、板翅式一样，仍为一维传热，传热面积、传热效率和空间利用率仍不够理想。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种结构紧凑、传热面积大、传热效率和湍流度高的间壁式热交换器及其制作方法。

本发明提供的间壁式热交换器，由断面为矩形的热流体流道和冷流体流道相互贴合构成；其特点是，该热交换器沿轴向以多个不闭合环形换热流道单元形式通过转换弯道前后紧密排列构成一个流道层，多个这样的流道层沿径向紧密贴合嵌套，使热流体流道和冷流体流道在轴向和径向均相互交错，热流体和冷流体为轴向和径向二维传热。

本发明间壁式热交换器的制作方法是：

先用矩形薄金属板作为间壁式热交换器最内流道层的内壁，卷制成一个圆筒，并将圆筒焊接闭合；然后将宽度为流道内孔径向厚度的带状薄金属板沿换热流道单元的轨迹焊接在圆筒的外侧，作为最内流道层的热流体流道和冷流体流道共用的侧壁，并将设置在该流道层的热流体出口和冷流体出口及端部换层弯道同时焊接成型；然后用矩形薄金属板作为该流道层的外壁，卷制、并在卷制过程中同时使其与所述侧壁焊接，卷制完成后将其焊接闭合，在对应换层弯道位置处切割出一矩形口，作为端部换层弯道的接口，完成最内流道层的制作；然后以最内流道层的外壁作为自内向外第二流道层的内壁，按相同方法焊接第二流道层的冷流体流道和热流体流道共用的侧壁，同时将两端的换层弯道焊接成型，再用矩形薄金属板作为自内向外第二流道层的外壁，完成自内向外第二流道层的制作；如此循环，直至完成最外流道层的制作,将热流体入口和冷流体入口设在最外流道层的一端。

与现有技术相比较，本发明的优点是：

1、本发明由于冷热流体为二维传热，其换热面积，紧凑性、传热效率和流动湍流度均比同体积的螺旋板式热交换器大幅度提高。

2、与板式热交换器相比，本发明具有流动阻力小，不易结垢的优点。

3、与管壳式和沉浸式热交换器相比，本发明紧凑性大大提高。

4、与套管式热交换器相比，本发明紧凑性高，额定流量大，适用范围更广。