[發明專利]一種間壁式熱交換器及其制作方法

有效

• 申請號: 201611119652.2
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN106643235B
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 王建明;江海亮;明曉杰
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: F28D9/00
• 分類號: F28D9/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱;范象瑞

一種間壁式熱交換器，由斷面為矩形的熱流體流道和冷流體流道相互貼合構成，沿其軸向以多個不閉合環形換熱流道單元形式通過轉換彎道前后緊密排列構成一個流道層，多個這樣的流道層沿徑向緊密貼合嵌套，使熱流體流道和冷流體流道在軸向和徑向均相互交錯，熱流體和冷流體軸向和徑向二維傳熱。該熱交換器具有換熱面積大、換熱系數高、緊湊性好、流動湍流度高、不易結垢和適用范圍廣的優點。

技術領域

本發明涉及熱交換器，特別是一種由多層螺旋形流道構成的間壁式熱交換器及其制作方法。

背景技術

熱交換器是化工、能源、冶金、動力等行業用于改變流體工質溫度條件的有效設備。熱交換器的傳熱效率與換熱面積成正比，與流動的湍流度成正相關。工程應用上對熱交換器首先要求有大的換熱面積以提高傳熱效率，同時希望其結構緊湊，體積盡量縮小。緊湊性是指熱交換器單位體積內所包含的換熱面積大小，單位為m²/m³。

換熱面積的增加往往會伴隨流動阻力的增大，在熱交換器設計或選型過程中需根據工程實際需要對換熱面積和流動阻力做出取舍。

熱交換器按照傳遞熱量方式可分為間壁式、混合式、蓄熱式三大類。所謂間壁式是指熱流體和冷流體之間有一固體壁面，兩種流體不直接接觸，熱量通過壁面進行傳遞。其中，間壁式熱交換器又包括管殼式、沉浸式、套管式、螺旋板式、板式、板翅式等多種結構形式。

管殼式熱交換器目前應用最為廣泛，其缺點是緊湊性不高、阻力損失較大、易結垢；沉浸式熱交換器緊湊性較差，流體湍流度低；套管式熱交換器僅適合高溫高壓小流量流體的換熱，適用范圍較小；板式和板翅式熱交換器緊湊性好，流道內遍布凹凸不平的換熱面，換熱面積相對比較大，但同樣存在流動阻力較大的缺陷；螺旋板式熱交換器各項技術指標較為適中，但其傳熱方式同板式、板翅式一樣，仍為一維傳熱，傳熱面積、傳熱效率和空間利用率仍不夠理想。

發明內容

針對上述現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種結構緊湊、傳熱面積大、傳熱效率和湍流度高的間壁式熱交換器及其制作方法。

本發明提供的間壁式熱交換器，由斷面為矩形的熱流體流道和冷流體流道相互貼合構成；其特點是，該熱交換器沿軸向以多個不閉合環形換熱流道單元形式通過轉換彎道前后緊密排列構成一個流道層，多個這樣的流道層沿徑向緊密貼合嵌套，使熱流體流道和冷流體流道在軸向和徑向均相互交錯，熱流體和冷流體為軸向和徑向二維傳熱。

本發明間壁式熱交換器的制作方法是：

先用矩形薄金屬板作為間壁式熱交換器最內流道層的內壁，卷制成一個圓筒，并將圓筒焊接閉合；然后將寬度為流道內孔徑向厚度的帶狀薄金屬板沿換熱流道單元的軌跡焊接在圓筒的外側，作為最內流道層的熱流體流道和冷流體流道共用的側壁，并將設置在該流道層的熱流體出口和冷流體出口及端部換層彎道同時焊接成型；然后用矩形薄金屬板作為該流道層的外壁，卷制、并在卷制過程中同時使其與所述側壁焊接，卷制完成后將其焊接閉合，在對應換層彎道位置處切割出一矩形口，作為端部換層彎道的接口，完成最內流道層的制作；然后以最內流道層的外壁作為自內向外第二流道層的內壁，按相同方法焊接第二流道層的冷流體流道和熱流體流道共用的側壁，同時將兩端的換層彎道焊接成型，再用矩形薄金屬板作為自內向外第二流道層的外壁，完成自內向外第二流道層的制作；如此循環，直至完成最外流道層的制作,將熱流體入口和冷流體入口設在最外流道層的一端。

與現有技術相比較，本發明的優點是：

1、本發明由于冷熱流體為二維傳熱，其換熱面積，緊湊性、傳熱效率和流動湍流度均比同體積的螺旋板式熱交換器大幅度提高。

2、與板式熱交換器相比，本發明具有流動阻力小，不易結垢的優點。

3、與管殼式和沉浸式熱交換器相比，本發明緊湊性大大提高。

4、與套管式熱交換器相比，本發明緊湊性高，額定流量大，適用范圍更廣。