一种适用于高压流体换热的螺旋板换热器

技术领域

本发明涉及螺旋板换热器技术领域，具体涉及一种适用于高压流体换热的螺旋板换热器。

背景技术

螺旋板换热器是一种常见的热交换设备，一般包括外壳、螺旋体、密封及两组进出口四个部分组成，作为传热元件的螺旋体由两块平行的钢板在专用卷床上制成，每块钢板被同时绕制成螺旋形状，并形成两个同心通道，各通道为环状且曲率均匀的单一通道，通道的最外侧连接接管引出，如中国专利CN2371531 Y、CN201364057Y就公开了这类螺旋板换热器，由于环状通道形成的空腔较大，相对于管壳式换热器，抗堵塞能力强，对通过换热器的物料洁净度的要求低，因而广泛应用于食品加工等领域。

但由于接管的口径远小于通道在上下方向的高度，通道内只有极小一部分区域的物料能够及时、顺利的进入接管，接管与通道的连接部位存在淤死料角，容易产生淤积，洁净度差，同时，通道端部的端部封板呈长条状并垂直于通道内的物料流向，在使用时，流动的物料撞击端部封板并急剧改变流动方向，对通道端部内壁面冲刷大，容易导致焊接部位出现泄漏，使得这类螺旋板换热器的使用寿命较短(全生命周期一般小于3万小时)；更为重要的是，由于端部封板垂直于物料流向的设计，使得端部封板无法卸力，长期处于承受全部物料冲击力的状态，而端部封板的支撑力仅由四周的焊接点提供，导致这类螺旋板换热器的承压能力较差(通常在0.6MPa以下)，难以适用于高压流体的换热。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的一个或多个缺点，提供一种适用于高压流体换热的螺旋板换热器。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案是，适用于高压流体换热的螺旋板换热器，包括：

螺旋体，所述螺旋体包括螺旋板、中心隔板、上封板、下封板及端部封板，所述螺旋板有两个以所述中心隔板为中心平行间隔卷制，这两个所述螺旋板的外端部位于所述螺旋体的轴心线的两侧，所述上封板和所述下封板连接在相邻的所述螺旋板的上、下端部，所述端部封板连接在其中一个所述螺旋板的外端部与另一个所述螺旋板的外壁之间，使相邻的所述螺旋板之间形成流道；

外接管，所述外接管连接在所述螺旋体上并与所述流道相连通，所述外接管靠近所述螺旋板的外端部设置；

所述端部封板具有在所述螺旋体的轴向上弯曲成弧形的弧形段，所述弧形段的一端部与所述上封板或所述下封板相连接，另一端部向靠近所述外接管的方向延伸，在所述螺旋体的周向方向上，所述弧形段的宽度逐渐增大，使最外侧的所述流道在所述螺旋体轴向上的高度逐渐减小而在所述螺旋体径向上的宽度逐渐增大。

优选地，最外侧所述流道在所述弧形段任意位置处的流通截面积相等。

优选地，所述弧形段在所述螺旋体周向方向上的角度为90°至180°。

优选地，所述端部封板由所述弧形段和平直段连接而成，所述平直段的延伸方向平行于所述螺旋体的轴向。

进一步优选地，所述平直段的延伸长度为所述螺旋体高度的10％-15％。

优选地，两个所述螺旋板的外端部对称分布在所述螺旋体轴心线的两侧。

优选地，所述外接管的轴心线平行于所述螺旋体轴心线，所述外接管远离所述流道的开口朝上。

优选地，所述适用于高压流体换热的螺旋板换热器还包括围壳，所述围壳同轴罩设在所述螺旋体的外侧，所述围壳的上沿不低于所述螺旋体的上端面，所述围壳的下沿不高于所述螺旋体的下端面，所述围壳的内壁与所述螺旋体的外壁之间形成有空腔，所述空腔内填充有保温层。

进一步优选地，位于最外侧所述流道外的所述保温层内插设有与最外侧所述流道相对应的介质管，所述介质管有多个并间隔设置，所述介质管内通有冷却介质或加热介质，使最外侧所述流道任意位置处的保温效果相同。

进一步优选地，所述围壳的上沿连接有高于所述螺旋体上端面的上盖，所述围壳的下沿连接有低于所述螺旋体下端面的下盖，以形成密封体，所述上盖与所述螺旋体上端面之间、所述下盖与所述螺旋体下端面也设有所述保温层。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.由于端部封板具有在螺旋体轴向上弯曲成弧形的弧形段，且弧形段的一端部与上封板或下封板相连接，另一端部向靠近外接管的方向延伸，既能够利用弧形段缩小甚至消除淤料死角，提升洁净度，又能够通过弧形段逐渐改变物料的流动方向，从而降低对最外侧流道内壁面的冲刷，使得该螺旋板换热器的全生命周期能够达到甚至超过10万小时，大幅延长使用寿命。

2.由于在螺旋体的周向方向上，弧形段的宽度逐渐增大，使最外侧的流道在螺旋体轴向上的高度逐渐减小而在螺旋体径向上的宽度逐渐增大，还能在改变物料流动方向的同时进行卸力，降低对端部封板的冲击，大幅提升了该螺旋板换热器的承压能力，使得该螺旋板换热器能够适用于压力达到1.6MPa的高压流体的换热。

附图说明

图1是本发明实施例一的主视示意图，局部进行了剖视。

图2是图1的俯视示意图，局部进行了剖视。

图3是本发明实施例二的主视示意图，局部进行了剖视。

图4是图3的俯视示意图，局部进行了剖视。

图5是本发明实施例三的主视示意图，局部进行了剖视。

图6是图5的俯视示意图，局部进行了剖视。

其中：10.螺旋体；11a.第一螺旋板；11b.第二螺旋板；12.中心隔板；13.上封板；14.下封板；15.端部封板；151.弧形段；152.平直段；16.中心封板；17.流道；21.外接管；22.内接管；31.吊耳；32.支腿；41.围壳；411.上盖；412.下盖；413.上喷管；414.下喷管；42.空腔；43.保温层；44.介质管。

具体实施方式

本发明中描述的上下方向是指图1、3、5中的上下方向，在本发明，靠近螺旋体轴心线的一侧为“内”，远离螺旋体轴心线的一侧为“外”。

实施例一

如图1和图2所示，本发明提供的适用于高压流体换热的螺旋板换热器，包括：螺旋体10、接管；其中，螺旋体10包括螺旋板、中心隔板12、上封板13、下封板14、端部封板15及中心封板16，螺旋板有两个，分别为第一螺旋板11a和第二螺旋板11b，这两个螺旋板以中心隔板12为中心由内向外平行间隔卷制，这两个螺旋板的外端部位于螺旋体10轴心线的两侧，上封板13和下封板14呈螺旋条状，上封板13密封连接在相邻螺旋板的上端部，下封板14密封连接在相邻螺旋板的下端部，上封板13、下封板14的内端部分别与中心隔板12的上、下端部密封连接，端部封板15有两个，其中一个连接在第一螺旋板10a的外端部与第二螺旋板10b的外壁之间，另一个连接在第二螺旋板10b的外端部与第一螺旋板10a的外壁之间，端部封板15的上下端部分别与上封板13、下封板14的外端部密封连接，使相邻的螺旋板之间形成两个相互独立的螺旋流道17，这两个流道17分别用于物料及换热流体的流动，中心封板16密封连接在中心隔板12的上下端部，中心封板16的外端面与正对中心隔板12的第一螺旋板11a内壁及正对中心隔板12的第二螺旋板10b内壁密封连接；接管包括外接管21和内接管22，外接管21与内接管22各有两个，两个外接管21连接在螺旋体10上并分别与两个流道17相连通，这两个外接管21靠近螺旋板的外端部设置，这两个外接管21的轴心线平行于螺旋体10的轴心线，这两个外接管21远离流道17的开口朝向相同(均朝上)，两个内接管22分别连接在开设于位于下方的中心封板16上的两个通孔上，这两个内接管22位于中心隔板12的两侧，这两个内接管22向下延伸一段距离后向外水平延伸，这两个内接管22远离中心封板16的开口朝向相反；端部封板15具有在螺旋体10的轴向(上下方向)上弯曲成弧形的弧形段151，弧形段151的下端部与下封板14的外端部相连接，上端部向靠近外接管21的方向延伸，在螺旋体10的周向方向上，弧形段151的宽度逐渐增大，使最外侧的流道17在螺旋体10轴向上的高度逐渐减小而在螺旋体10径向上的宽度逐渐增大。

这样设置的好处在于：

1.既能够利用弧形段缩小甚至消除淤料死角，提升洁净度，又能够通过弧形段逐渐改变物料的流动方向，从而降低对最外侧流道内壁面的冲刷，使得该螺旋板换热器的全生命周期能够达到甚至超过10万小时，大幅延长使用寿命。

2.还能在改变物料流动方向的同时进行卸力，降低对端部封板的冲击，大幅提升了该螺旋板换热器的承压能力，使得该螺旋板换热器能够适用于压力达到1.6MPa的高压流体的换热。

为确保物料及换热流体的稳定流动，避免其流速发生过大变化，在本实施例中，最外侧流道17在弧形段151任意位置处的流通截面积相等。

为尽可能地利用换热面并避免弧形段151过于陡峭，第一螺旋板10a和第二螺旋板10b的外端部对称分布在螺旋体10轴心线的两侧，弧形段151在螺旋体10周向方向上的角度为90°至180°(含本数)，在本实施例中，弧形段151在螺旋体10周向方向上的角度为90°。

为方便将物料或换热流体导入外接管21，在本实施例中，端部封板15还包括平直段152，端部封板15由弧形段151和平直段152连接而成，平直段152连接在弧形段151的上端部，平直段152的延伸方向平行于螺旋体10的轴向(上下方向)。

为确保导入效果并尽可能地减小平直段152的长度，进一步地，平直段152的延伸长度优选为螺旋体10高度的10％-15％，在本实施例中，螺旋体10的高度为1200mm，平直段152的延伸长度为150mm，平直段152的延伸长度优选为螺旋体10高度的12.5％。

在本实施例中，该螺旋板换热器还包括吊耳31和支腿32，吊耳31有两个，这两个吊耳31连接在螺旋体10的外侧面并向上竖直延伸，这两个吊耳31沿螺旋体10的轴心线对称分布，支腿32连接在螺旋体10的底部用于支撑，支腿32有四个并围绕螺旋体10的轴心线均布。

实施例二

如图3和图4所示，实施例二与实施例一基本相同，不同之处在于，在实施例二中，该螺旋板换热器还包括圆筒形的围壳41，围壳41同轴罩设在螺旋体10的外侧，围壳41的上沿高于螺旋体10的上端面，围壳41的下沿低于螺旋体10的下端面，围壳41的内壁与螺旋体10的外壁之间形成有空腔42，空腔42内填充有保温层43。

这样设置的好处在于，既能够优化螺旋体不规则的外壁面，提升该螺旋板换热器的安全性、美观度及高级感，又能够降低螺旋体外壁面与外界的热量交换，尽可能地降低外界环境温度对该螺旋板换热器换热的影响，也降低该螺旋板换热器对外界环境温度的影响。

为进一步降低螺旋体10与外界的热量交换，在本实施例中，围壳41的上沿密封连接有高于螺旋体10上端面的上盖411，围壳41的下沿密封连接有低于螺旋体10下端面的下盖412，以形成密封体，上盖411低于吊耳31上端面及外接管21的开口，下盖412高于支腿32的下端面及内接管22的开口，上盖411与螺旋体10上端面之间、下盖412与螺旋体10下端面也设有保温层43。

进一步地，保温层43为泡沫填缝剂膨胀硬化而成，为便于泡沫填缝剂喷入，上盖411及下盖412上分别设有与空腔42相连通的上喷管413和下喷管414。

实施例三

如图5和图6所示，实施例三与实施例二基本相同，不同之处在于，在实施例三中，位于最外侧流道17外的保温层43内插设有与最外侧流道17相对应(长度对应)的介质管44，介质管44有多个并间隔设置，介质管44内通有冷却介质或加热介质，使最外侧流道17任意位置处的保温效果相同，以降低物料及换热流体的温度波动，避免因体积变化带来的流速改变，尽可能的降低螺旋体10外侧壁造型对抗冲刷效果及承压能力的影响。

需要说明的是，在上述实施例中，还包括定距柱、支撑环等部件，这些部件参考常规设置即可。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士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，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。