螺旋式熱交換器的製作方法

2023-07-22 13:21:21

專利名稱：螺旋式熱交換器的製作方法
技術領域：
本發明大體涉及允許處於不同溫度的兩種流體之間出於各種目的而進行熱傳遞的螺旋式熱交換器。具體地說，本發明涉及具有由改進的形成方法製成的螺旋體的螺旋式熱交換器。
背景技術：
傳統上，螺旋式熱交換器通過卷繞操作製造而成。兩個片材於相應的端部處焊接在一起，其中，焊接接頭將包含在片材的中心部分中。通過使用可縮進的心軸等來將這兩個片材卷繞在彼此周圍而形成片材的螺旋元件，以便限定兩個分開的通路或流動通道。具有與流動通道的寬度相對應的高度的間隔部件附連到片材上。在心軸縮進之後，在螺旋元件的中心中形成了兩個入口通道/出口通道。這兩個通道通過片材的中心部分來彼此分開。由螺旋元件的外圈形成外殼。螺旋元件的側端經過處理，其中，螺旋流動通道可以各種方式在兩個側端處進行橫向封閉。典型地，蓋子附連到各個端部上。蓋子中的一個可包括延伸到中心中並與這兩個流動通道中的相應的一個連通的兩個連接管道。在螺旋流動通道的徑向外端處，相應的集管焊接到外殼或者螺旋元件上， 以形成通向相應的流動通道的出口部件/入口部件。備選地，可使用管狀中心，而不是通過卷繞過程形成螺旋體的中心。用於形成通道的片材焊接到管狀中心上。在片材焊接到管狀中心上之後，片材由卷繞機卷繞而形成流體通道。與較早的螺旋式熱交換器的被卷繞的中心有關的一個問題是，該中心可能由於形成中心的片材與形成通道的片材相同而易於疲勞。與管狀中心解決方案有關的一個問題是，由於數量低，所以管狀中心是昂貴的且難以購買，尤其是對於由SAE級316L和304的不鏽鋼合金以外的其它材料製成的管狀中心而言。發明的公開本發明的目的是克服上面提到的與現有技術的螺旋式熱交換器有關的問題。更具體地說，它是以為具有高抗疲勞性且製造起來將較廉價的螺旋體的中心提供簡化的解決方案的螺旋式熱交換器為目標。這個目的通過一種螺旋式熱交換器來實現，其包括由至少兩個螺旋片材形成的螺旋體，該至少兩個片材經過卷繞而形成螺旋體，從而至少形成用於第一介質的第一螺旋形流動通道和用於第二介質的第二螺旋形流動通道，其中，螺旋體被基本圓柱形的外殼封閉， 外殼設有與第一流動通道和第二流動通道連通的連接元件，並且其中，提供了間隔部件來分開第一流動通道和第二流動通道，其中，該至少兩個螺旋片材還形成螺旋體的中心，其中，各個螺旋片材包括形成螺旋體的中心的第一片材部分和形成流動通道的第二片材部分，並且其中，第一片材部分由比第二片材部分更厚的材料製成。根據本發明的第一方面，第一片材部分和第二片材部分被焊接在一起，並且在兩個片材部分之間提供的過渡部分從第一片材部分至第二片材部分逐漸變薄。根據本發明的另一方面，螺旋體的中心被密封，並且第一流動通道和第二流動通
4道的出口/入口定位成緊鄰螺旋中心。根據本發明的又一方面，螺旋體的螺旋中心的各個端部被蓋子密封。根據本發明的進一方面，螺旋體的螺旋中心和螺旋體的第一螺圈相對於螺旋體的剩餘部分和流動通道而縮進，以緊鄰螺旋體的螺旋中心而分別產生入口或出口。根據本發明的進一方面，在第二片材部分上提供間隔部件。根據本發明的還一方面，第一片材部分優選由具有介於6mm和8mm之間的厚度的材料製成，並且其中，第二片材部分優選由具有介於2mm和2. 5mm之間的厚度的材料製成。本發明的另一個目的是在螺旋式熱交換器中形成具有高抗疲勞性且製造起來將較廉價的螺旋體的中心。這個目的利用一種製造螺旋式熱交換器的螺旋體的方法來實現，其包括以下步驟-將兩個片材從相反的兩側插入到可縮進的心軸中，其中，這兩個片材包括形成螺旋體的中心的第一片材部分和形成螺旋體的流動通道的第二片材部分，並且其中，第一片材部分由比第二片材部分更厚的材料製成；-在卷繞機中將這兩個片材卷繞起來，以形成螺旋體；-在某個位置將各個片材焊接到另一片材上，以形成螺旋中心；以及-將蓋子焊接到螺旋中心的各個端部上，以密封住螺旋中心。根據本發明的進一方面，蓋子被焊接在螺旋中心的各個端部上，以密封住螺旋中心，與形成流動通道的第二片材部分相比，由第一片材部分形成的螺旋中心被縮進，從而緊鄰螺旋體的螺旋中心而分別產生入口或出口。根據從屬權利要求和描述，本發明的另外的方面是顯而易見的。附圖簡述根據參照附圖的本發明的若干個實施例的以下詳細描述，另外的目的、特徵和優勢將顯現，其中

圖1是螺旋式熱交換器的透視圖；圖2是螺旋式熱交換器的示意性的概略圖；圖3是現有技術的螺旋式熱交換器的中心的截面圖；圖4是現有技術的螺旋式熱交換器的中心的截面圖；圖5是根據本發明的螺旋式熱交換器的中心的第一截面圖；以及圖6是根據本發明的螺旋式熱交換器的透視圖。實施例的詳細描述一種螺旋式熱交換器包括至少兩個螺旋片材，該至少兩個螺旋片材沿著相應的螺旋形路徑圍繞公共中心軸線而延伸，並且形成基本彼此平行的至少兩個螺旋形流動通道， 其中，各個流動通道包括徑向外孔和徑向內孔，徑向外孔使得相應的流動通道和相應的出口導管/入口導管之間能夠連通，並且相對於中心軸線位於相應流動通道的徑向外部部分處，徑向內孔使得相應的流動通道和相應的入口室/出口室之間能夠連通，使得各個流動通道容許熱交換流體相對於中心軸線而沿基本切向的方向流動，其中，中心軸線在徑向內孔處穿過入口室/出口室。具有與流動通道的寬度相對應的高度的間隔部件可附連到片材上。
在圖1中顯示根據本發明的螺旋式熱交換器1的透視圖。螺旋式熱交換器1包括螺旋體2。片材10a、10b設有附連到片材上或形成於片材的表面中的間隔部件(未顯示)。 間隔部件用於在片材10a、IOb之間形成流動通道14a、14b (見圖5)，並且具有與流動通道寬度相對應的高度。在圖1中，只是示意性地顯示了帶有若干螺圈的螺旋體2，但明顯的是，其可包括另外的螺圈，而且螺圈從螺旋體2的中心一直形成至螺旋體2的周邊。螺旋體2可被單獨的外殼4封閉，但形成螺旋體2的片材通常還通過片材的外圈來構成外殼。螺旋式熱交換器1的中心3被蓋子15 (如圖2中所示意性地顯示)所覆蓋，蓋子15被焊接在螺旋體2上。流體通道14a、14b被通過螺栓6等而可拆卸地附連到螺旋式熱交換器上的蓋罩或端蓋7a、7b所覆蓋。蓋子7a、7b中的一個可包括延伸到中心中且與這兩個流動通道中的相應的一個連通的兩個連接管道8a、8b，或者各個蓋子7a、7b可包括延伸到中心且與這兩個流動通道中的相應的一個連通的連接管道8a、8b。在螺旋流動通道14a、14b的徑向外端處，集管5分別焊接到外殼4或者螺旋元件9a、9b上，從而形成通向相應的流動通道14a、14b的出口部件/入口部件。螺旋式熱交換器1進一步設有墊片，其中，各個墊片布置在螺旋體2的端部部分和端蓋7a、7b的內表面之間，以密封住流動通道14a、14b以免於外部漏洩，以及防止在相同流動通道的不同的螺圈或圈之間有旁路。墊片可形成為與螺旋體2的螺旋相似的螺旋，之後被擠壓到螺旋體2的各個螺圈上。備選地，將墊片擠壓在螺旋體2和端蓋7a、7b的內表面之間。墊片還可以其它方式來構造，只要實現密封效果即可。雖然沒有提到，但是對於本領域中的技術人員應該清楚，螺旋體2的外表面通常設有支承外殼的內表面的螺柱或間隔部件，以抵抗螺旋式熱交換器1的工作流體的壓力。 在某些應用中，在流動通道中不需要螺柱。如上面提到的那樣，通過將兩個金屬片材10a、IOb卷繞在可縮進的心軸11(未顯示)周圍而形成螺旋體2的中心。各個金屬片材10a、10b包括較厚的第一片材部分12a、 12b和較薄的第二片材部分13a、13b。只構成金屬片材10a、IOb的較短部分的較厚的第一部分1加、1沘用於形成螺旋體2的中心3。較薄的第二部分13a、13b構成金屬片材19a、IOb 的用於形成螺旋體2的流動通道14a、14b的較長部分。相應部分的長度分別取決於中心3 的直徑和流體通道的長度。各個金屬片材的兩個部分被焊接在一起，並且在兩個部分之間的過渡部段逐漸變薄，以便從較厚的片材部分12a、12b至較薄的片材部分13a、1 具有平滑的過渡。根據一個實例，金屬片材的較厚的第一部分具有大約6mm-8mm的厚度，而金屬片材的較薄的第二部分具有大約2mm-2. 5mm的厚度，但其它厚度實例也是可行的，只要中心3 具有良好的抗疲勞性，以及在兩個流體通道之間產生良好的熱交換即可。通過將這兩個金屬片材的各個較厚的第一部分插入到可縮進的心軸的相對縫隙中而形成螺旋體2的中心3。金屬片材插入縫隙中達心軸的直徑的大約1/5-1/3。在插入金屬片材之後，卷繞機將片材卷繞起來以形成螺旋體2。在金屬片材的較厚的第一部分12a、 12b和金屬片材的較薄的第二部分13a、i;3b之間的過渡部段大致位於超過半圈一點點之後。在卷繞機已經完成金屬片材的卷繞之後，就從卷繞機上移除螺旋體2，並移除可縮進的心軸。螺旋體2被移動至焊接臺上，以便手動地或通過焊接機將這兩個流體通道14a、14b彼此密封開或封閉開，以及通過在位置16a、16b處將較厚的片材部分12a、12b彼此焊接在一起而使螺旋中心3相對於流體通道14a、14b密封開。位置16a基本上等同於這樣的位置 在該位置處，較厚的片材部分1 完成剛好超過半圈，並且該位置在較厚的片材部分12a已經達到另一較厚部分12b且開始逐漸變薄至較薄的片材部分13a之後。位置16b基本上等同於這樣的位置在該位置處，較厚的片材部分12b完成剛好超過半圈，並且該位置在較厚部分12b已經達到另一較厚部分1 且開始逐漸變薄至較薄的片材部分1 之後。最後將蓋罩或蓋子15 (如圖2中所示意性地顯示)焊接到螺旋中心3的各個端部開口上，以獲得非常有抗力且被密封的螺旋中心3。螺旋中心3和流動通道14a、14b的第一螺圈處於與流體通道14a、14b的剩餘螺圈相比被縮進的各個端部中，以使得流體能夠進入/離開螺旋式熱交換器，因為螺旋中心3被蓋罩/蓋子15所密封。螺旋中心縮進17的大小取決於所需要的流體流量，並且在一個優選的實施例中，縮進等於大約90mm，但明顯地，其它大小也是可行的。為將這兩個流體通道14a、14b彼此封閉開，以及防止相應的流動通道的流體混合，螺旋體2的最外部邊緣被摺疊，使得每隔一個螺圈開口被封閉，以及折縫被焊接，以確保該封閉。這備選地在螺旋體2的兩個端部上完成，使得例如在後面被蓋子7a所覆蓋的螺旋體2的端部中，流體通道14b是封閉的，並且在後面被蓋子7b所覆蓋的螺旋體2的端部中，流體通道Ha是封閉的。如上面提到的那樣，墊片布置在螺旋體2的端部部分和端蓋 7a、7b的內表面之間，以密封流體以及引導流體穿過流動通道。螺旋式熱交換器1的功能性如下第一介質通過第一連接元件8a而進入螺旋式熱交換器1中，第一連接元件8a布置在螺旋式熱交換器1的蓋子7a的中心中，並且形成為入口，並且其中，第一連接元件8a連接到管道裝置上。第一連接元件8a與螺旋體2的第一流動通道1 連通，第一流動通道14a 「開始」於螺旋中心3外部的開口的第一螺圈處，並且第一介質通過第一流動通道Ha輸送至第二連通元件9a，第二連通元件9a布置在螺旋體2 的周邊上且布置在外殼4上，形成為出口，第一介質在該出口處離開螺旋式熱交換器1。第二連通元件9a連接到用於進一步輸送第一介質的管道裝置上。第二介質通過第二連接元件9b而進入螺旋式熱交換器1中，第二連接元件9b布置在螺旋體3的外周邊上且布置在外殼4上，形成為入口，第二連接元件9b連接到管道裝置上。第二連接元件9b與螺旋體2的第二流動通道14b連通，並且第一介質通過第二流動通道14b輸送至形成為出口的第一連接元件8b上，第二介質在該出口處離開螺旋式熱交換器1。布置在螺旋式熱交換器1的蓋子7a的中心上的第一連接元件8b進一步連接到用於進一步輸送第二介質的管道裝置上。在螺旋體2的內部，將在第一介質和第二介質之間發生熱交換，使得一種介質被加熱，並且另一介質被冷卻。取決於螺旋式熱交換器1的具體用途，這兩種介質的選擇將有所不同。上面已經就兩種介質沿相反的方向循環穿過螺旋式熱交換器1進行了描述，但顯而易見的是，它們還可沿平行的方向循環。在上面的描述中，用語「連接元件」已經用作連接到螺旋式熱交換器上的元件，並且更具體地說，用作連接到螺旋式熱交換器1的流動通道或流體通道14a、14b上的元件，但是應該懂得，連接元件是典型地焊接到螺旋式熱交換器上的連接管道等，並且可包括用於將另外的管道裝置連接到該連接元件上的機構。在圖3中顯示了由管狀中心101製成的螺旋中心100的現有技術的解決方案，用於形成流動通道的片材被焊接到螺旋中心上。在圖4中顯示了由兩個片材201製成的螺旋中心200的現有技術的解決方案，這兩個片材被焊接在一起，並卷繞起來而形成螺旋中心和流動通道。 本發明不限於上面描述的和圖中顯示的實施例，而是可在所附權利要求所限定的本發明的範圍內以任何方式進行補充和修改。
權利要求
1.一種螺旋式熱交換器(1)，包括由至少兩個螺旋片材(10a，IOb)形成的螺旋體0)， 所述至少兩個螺旋片材(10a，IOb)經過卷繞而形成所述螺旋體O)，從而至少形成用於第一介質的第一螺旋形流動通道和用於第二介質的第二螺旋形流動通道，其中，所述螺旋體 (2)被基本圓柱形的外殼(4)所封閉，所述外殼(4)設有與所述第一流動通道(14a)和所述第二流動通道(14b)連通的連接元件(8a，8b，9a，9b)，並且其中，提供了間隔部件來分開所述第一流動通道和所述第二流動通道(14a，14b)，其特徵在於，所述至少兩個螺旋片材(10a，IOb)還形成所述螺旋體(2)的中心(3)，其中，各個螺旋片材(10a，IOb)包括形成所述螺旋體O)的所述中心(3)的第一片材部分(1 ，12b)以及形成所述流動通道(14a， 14b)的第二片材部分(13a，1北)，並且其中，所述第一片材部分(12a，12b)由比所述第二片材部分(13a，13b)更厚的材料製成。
2.根據權利要求1所述的螺旋式熱交換器(1)，其特徵在於，所述第一片材部分(12a， 12b)和所述第二片材部分(13a，13b)被焊接在一起，並且在所述兩個片材部分(12a，12b ； 13a, 13b)之間提供的過渡部分從所述第一片材部分(12a，12b)至所述第二片材部分(13a， 13b)逐漸變薄。
3.根據權利要求1或2所述的螺旋式熱交換器(1)，其特徵在於，所述螺旋體( 的中心C3)被密封，並且所述第一流動通道(14a)和所述第二流動通道(14b)的出口 /入口中的至少一個定位成緊鄰所述螺旋中心(3)。
4.根據權利要求3所述的螺旋式熱交換器(1)，其特徵在於，所述螺旋體( 的所述螺旋中心(3)的各個端部被蓋子密封。
5.根據權利要求4所述的螺旋式熱交換器(1)，其特徵在於，所述螺旋體( 的所述螺旋中心( 和所述螺旋體( 的第一螺圈相對於所述螺旋體( 的剩餘部分和所述流動通道(14a，14b)而縮進，以緊鄰所述螺旋體O)的所述螺旋中心C3)而分別產生入口或出口 (8a,8b)。
6.根據前述權利要求中的任一項所述的螺旋式熱交換器(1)，其特徵在於，在所述第二片材部分(13a，13b)上提供所述間隔部件。
7.根據前述權利要求中的任一項所述的螺旋式熱交換器(1)，其特徵在於，所述第一片材部分(12a，12b)優選由具有介於6mm和8mm之間的厚度的材料製成，並且其中，所述第二片材部分(13a，13b)優選由具有介於2mm和2. 5mm之間的厚度的材料製成。
8.—種製造螺旋式熱交換器(1)的螺旋體O)的方法，其特徵在於以下步驟-將兩個片材(10a，10b)從相反的兩側插入到可縮進的心軸中，其中，所述兩個片材(10a, IOb)中的各個包括形成所述螺旋體O)的中心(3)的第一片材部分(12a，12b)和形成所述螺旋體O)的流動通道(14a，14b)的第二片材部分(13a，1北)，並且其中，所述第一片材部分(12a，12b)由比所述第二片材部分(13a，13b)更厚的材料製成；-在卷繞機中將所述兩個片材(10a，IOb ；12a, 12b ；13a, 13b)卷繞起來，以形成螺旋體⑶；-在位置(16a，16b)處將各個片材(10a，10b)焊接到另一片材(10a，10b)上，以形成所述螺旋中心⑶；以及-將蓋子焊接到所述螺旋中心(3)的各個端部上，以密封住所述螺旋中心(3)。
9.根據權利要求8所述的製造螺旋式熱交換器⑴的螺旋體(2)的方法，其特徵在於-蓋子被焊接到所述螺旋中心(3)的各個端部上，以密封住所述螺旋中心(3)，與形成所述流動通道(14a，14b)的所述第二片材部分(13a，13b)相比，由所述第一片材部分(12， 12b)形成的所述螺旋中心C3)被縮進，從而緊鄰所述螺旋體O)的所述螺旋中心C3)而分別產生入口或出口 (8a，8b)。
全文摘要
本發明涉及一種螺旋式熱交換器(1)，其包括由至少兩個螺旋片材(10a，10b)形成的螺旋體(2)，該至少兩個螺旋片材(10a，10b)經過卷繞而形成螺旋體，從而至少形成用於第一介質的第一螺旋形流動通道和用於第二介質的第二螺旋形流動通道，其中，螺旋體被基本圓柱形的外殼(2)所封閉，外殼(2)設有與第一流動通道和第二流動通道連通的連接元件(8a，8b，9a，9b)，其中，該至少兩個螺旋片材還形成螺旋體的中心，其中，各個螺旋片材包括第一片材部分(12a，12b)，並且其中，流動通道形包括第二片材部分(13a，13b)，並且其中，第一片材部分由比第二片材部分更厚的材料製成。
文檔編號F28D9/04GK102428338SQ201080021190
公開日2012年4月25日 申請日期2010年4月28日 優先權日2009年5月11日
發明者C·博納福, I·普拉納 申請人:阿爾法拉瓦爾股份有限公司