多頭螺紋式熱交換器及其製造方法
2023-04-28 10:07:46 2
專利名稱：多頭螺紋式熱交換器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及可實現多種介質同步流入的熱交換器及其製造方法，更具體地，本發明的熱交換器通過並不焊接螺旋板的連接部分而提供了一種簡單的製造方法。通過形成連接到流入和流出介質管的歧管，而可使多種介質同時流入和流出。所述歧管安裝在流入/流出開口的外側，該流入/流出開口位於筒狀外表面上，並且它們在內、外筒體之間插入和焊接多個螺旋板之後通向所述流入和流出介質管。
背景技術：
通常，熱交換器是一種利用低溫流體來回收留在高溫流體中的熱能的裝置，並被分為三種類型在兩流體之間具有隔膜的隔膜式熱交換器；藉助熱存儲單元來傳熱的熱存儲式熱交換器；以及兩流體直接接觸的接觸式熱交換器。
本發明是採用金屬板作為熱傳遞表面的隔膜式熱交換器，並且因為其是用於兩流體的隔離結構，所以其用於由燃氣加熱的供熱系統，或用於回收其中熱量的熱交換風扇，或者當用於化學或食品工業中時避免流體混合。
如在在先申請專利No.10-2003-1250「復螺旋線熱交換器(multiplespiral heat exchanger)」中所述，隔膜式熱交換器通過分階段焊接多個螺旋形狀的內板而具有多個螺旋通道。然而，由於應該將多個分離的螺旋內板以其正確角度進行焊接，並且接著還需將該內板焊接到外筒體的內周表面上，因此該隔膜式熱交換器需要極複雜的工藝和極嚴格的精度，以及很高的生產成本。換言之，由於通過調整準確適當的角度來手工焊接元件很困難而且無生產力(nonproductive)，因此如果執行的不好，那麼就會出現這樣的問題，例如由介質通道不均勻引起的熱交換效率降低。
發明內容
本發明旨在通過下述方法來解決所述問題通過形成多個介質通道來提高熱交換效率；通過在內、外筒體之間容易形成介質通道(甚至僅使用一塊螺旋板)來減少焊接消耗的時間；以及通過採用具有相同長度的板來形成用於熱交換的介質經過距離。
為了實現上述發明，在外筒體的內周表面和內筒體的外周表面上形成多個螺旋入口，並且通過將螺旋形板插入到形成在內、外筒體之間的入口內，並將該內筒體的凸出的內周表面和該外筒體的凸出的外周表面進行銅焊，從而在該外筒體的上部和下部區域上均分別生成與通過插入螺旋板而形成的多個介質通道連通的流入開口和流出開口。最終提供了一種熱交換器，以使得多種介質同步流入。
圖1是根據本發明一個優選實施例的熱交換器的剖視圖；圖2a是表示本發明的板的形成過程的視圖；圖2b和圖2c是表示本發明的內筒體和外筒體的形成過程的視圖；圖3a和圖3b是表示本發明的板的插入狀態的視圖；圖4是顯示本發明的板的插入位置的剖視圖；圖5是顯示本發明的介質流入的剖視圖；圖6是表示本發明的兩種介質的歧管操作的視圖；圖7是根據本發明可選實施例的熱交換器的視圖；圖8是根據本發明另一可選實施例的熱交換器的視圖；以及圖9是根據本發明又一可選實施例的熱交換器的視圖。
圖中主要部件的附圖標記
10板10′副板11粗糙表面12連接隆起 13彎曲部分20介質通道20a-d1-4號介質通道 30內筒體 31入口
40外筒體41入口42流入開口43流出開口 44主流入管45主流出管46副流出開口50、50′歧管 50″副歧管51流入管51′流出管51″副流出管60絕緣體70外殼體具體實施方式
根據本發明一個優選實施例的熱交換器包括具有多個介質通道的單元，其中分多階段的多個螺旋板被焊接在內、外筒體之間，所述多個螺旋板在內、外周區域上分別具有連接隆起，並在所述螺旋板上具有粗糙表面，所述內、外筒體在其頂部具有流入管，在底部具有流出管。通過壓制過程一體形成的螺旋板被插入並焊接在製備於內、外筒體上螺旋形入口之間。流入管和流出管形成在歧管的一個橫向側上，該歧管設置在流入/流出開口的外側上，該流入/流出開口與形成在所述螺旋板之間的介質通道連通。
在本發明的上述公開中，在內/外筒體之間形成的入口之間設置有副入口，在該副入口中設置有頂部和底部區域上具有連接隆起的副板。
所述板的形狀沿相反的方向交替地製備作為內/外筒體的起始部分或內/外筒體的末端部分。因此，在其一端具有彎曲部分用於焊接的該板的起始位置和末端位置，根據流入介質的數量而不同。歧管的數量可根據介質的數量而變化。
在本發明的上述公開中，在外筒體的中央部分形成有副歧管，該副歧管連接到副流出管並安裝在與介質通道連通的副流出開口的外側。
傳統的熱交換器包括由多個螺旋板形成的多個介質通道，該螺旋板在內/外周邊區域上分別具有連接隆起，並且通過多個步驟將其焊接在內/外筒體之間，該內/外筒體的頂部具有流入管，而底部具有流出管。根據本發明一個優選實施例的熱交換器包括在歧管的一個橫向側上的流入管和流出管，這些歧管分別形成在流入開口和流出開口的外側，該流入開口和流出開口一直通到介質通道，並沿周向設置在筒體的上部和下部，並且該熱交換器還包括在一側的副板彎曲部分。它們被放置在每一個介質通道上，該介質通道形成在壓製成形的螺旋板之間，該螺旋板插入並焊接在形成於所述內/外筒體上的入口之間。
在本發明的上述公開中，在外筒體的入口之間設置有副入口，在安裝於該副入口上的副板的頂部/底部均形成有連接隆起。所述板的形狀沿相反的方向交替地製備作為內/外筒體的起始部分或內/外筒體的末端部分，並且在其一端具有彎曲部分用於焊接的該板的起始位置和末端位置，根據流入介質的數量而不同。歧管的數量可根據介質的數量而變化。
在本發明的上述公開中，在外筒體的中央部分形成有副歧管，該副歧管連接到副流出管並安裝在與介質通道連通的副流出開口的外側。
根據本發明一個優選實施例的熱交換器包括製造方法，該製造方法包括如下幾個步驟壓製成形步驟，在該步驟中將板形成盤狀；拉伸步驟，在該步驟中將所形成的盤拉伸；二次成形步驟，在該步驟中，在所拉伸的板的一側上形成彎曲部分，在該板的頂面上形成粗糙表面，並圍繞該板的內/外周邊形成連接隆起；介質通道形成步驟，在該步驟中，在直徑不同的內/外筒體的表面上分別形成螺旋入口，並且之後，在位於內/外筒體的上部和下部的圓周表面上的所述入口之間形成介質流入/流出開口，並通過將所述板插入所述螺旋入口內形成多個介質通道；焊接步驟，在該步驟中，將包含所述板的所述連接隆起的外筒體和內筒體的圓周表面進行銅焊，並且根據介質的數量焊接板的作為介質通道端部的所述彎曲部分；歧管形成步驟，在該步驟中，在外筒體的上、下圓周表面上形成歧管，所述歧管具有形成在流入/流出開口外側的流入/流出管；以及殼體形成步驟，在該步驟中，在外筒體的外側形成絕緣體和殼體。
在本發明的上述公開中，在內/外筒體中設置有位於每個螺旋入口之間的副入口之後，隨著將螺旋板插入到所述螺旋入口內，可通過將具有彎曲部分橫向側的附加副板插入到副入口內來形成多個介質通道。
通過參照附圖對本發明優選實施例進行描述，本發明的上述目的、其它特徵及優點將變得更清楚，在附圖中圖1是根據本發明一個優選實施例的熱交換器的剖視圖；
圖2a是表示本發明的板的形成過程的視圖；圖2b和圖2c是表示本發明的內筒體和外筒體的形成過程的視圖；圖3a和圖3b是表示本發明的板的插入狀態的視圖；圖4是顯示本發明的板的插入位置的剖視圖；圖5是顯示本發明的介質流入的剖視圖；圖6是表示本發明的兩種介質的歧管操作的視圖；圖7是根據本發明可選實施例的熱交換器的視圖；圖8是根據本發明另一可選實施例的熱交換器的視圖；以及圖9是根據本發明又一可選實施例的熱交換器的視圖。
如圖2a所示，製備壓製成形並呈盤狀的板10，並需要將該板10的一個橫向側切開，從而用傳統的滾動裝置來拉伸預切割板10的起始部分和末端部分，拉伸的方式為將一個切開面的起始部分放置在與末端部分相對的位置，從而將這兩部分放置在相對於彼此成180度的方向上。結果，使得介質均勻地流入在由所述板10形成的介質通道20內。
然後，用傳統的成形機將通過上述拉伸過程製成的螺旋板10加工成在其一面上形成粗糙表面11，在內/外周邊區域上都形成連接隆起12，最後在該螺旋板10的末端形成具有一定寬度以用於進一步焊接的彎曲部分13。
然後，如圖3a和圖3b所示，將螺旋板10插入到形成在內/外筒體30、40中的入口31、41內。在位於外筒體40的上、下兩部分上的入口41之間形成多個分別穿過至螺旋介質通道20的流入開口和流出開口。為了通過切開介質通道20的一個橫向側以保證在螺旋板10之間的空間來提供最佳的介質經過區域，設置流入開口42和流出開口43，並且它們的位置可根據介質的類型而改變。如果在該單元中只處理同一介質，則可將流入開口42和流出開口43置於同一行，否則，應將流入開口42和流出開口43置於不同行。因此，流入開口42和流出開口43的行數取決於介質的類型數。
如圖4所示，為了將介質通道20的起始/末端位置與設置流入開口42和流出開口43的位置相匹配，所插入的螺旋板10的起始/末端部分的位置可根據介質數量而改變。換言之，由於在流入開口43下方的部分或在介質通道20內會殘留一定量的空氣，因此如果該介質通道20的起始/末端部分不與流入開口42和流出開口43的位置相對應，則很難平穩地處理介質在該介質通道20內的流入或流出。
螺旋板的連接隆起12朝向外筒體40的外周表面和內筒體30的內周表面的方向凸出，其引導板10插入到所述入口31、41內。
將用於介質通道20的板彎曲部分的彎曲部分表面13完全焊接，但除了介質通道20的一部分之外，介質通過之後設置的流入管44和流出管45在該部分內流動。換言之，連接到流入管44和流出管45的介質通道20的起始/末端部分保持敞開，而將該介質通道20的起始/末端部分的其它部分完全焊接。
在緊接著將螺旋板10固定在筒體30、40內之後，需要進行銅焊以將介質通道20完全密封，並且為了節省製造時間，只需要在內筒體30的內周表面和外筒體40的外周表面上進行一次焊接，其中板10的連接隆起12在所述內表面和外表面上凸起。
放置有板10的介質通道20的平面圖是如圖5所示的扇形。
分別與介質流入管51和流出管51′連接的歧管50、50′設置在流入開口42和流出開口43的外側，該流入開口42和流出開口43形成在所述上部區域和下部區域的周面上。主流入管44和主流出管45形成在外筒體40的上部區域和下部區域。在此，歧管50、50′的數量取決於介質的數量和類型，正如根據介質的數量和類型使流入開口42和流出開口43分階段成層。
因此，當使用兩種不同類型的介質時，僅在外筒體40的上部區域和下部區域上布置一層歧管50、50′，當使用四種不同類型的介質時，布置三層相應的歧管50、50′，而對於十種不同類型的介質則布置九層歧管50、50′。歧管50、50′的數量與介質的數量彼此不對應的原因是，由於有一種類型的介質通過主流入管44和主流出管45流動。
換言之，對四種不同類型的介質而言，在外筒體40的上側設置一層與流入管51連接的歧管50，並在所述歧管50的下方設置兩層連接到流出管51′的歧管50′，同時在外筒體40的下側設置一層與流出管51′連接的歧管50，並在所述歧管50′的下方設置兩層連接到流入管51的歧管50′。
為了最終形成熱交換器單元，在完成歧管50、50′的安裝時，圍繞外筒體40的周面安裝絕緣體60和外殼體70。
在一可選實施例中，如圖7所示，可通過在外筒體40中的入口41之間形成副入口41′，然後將「」形副板10′分別插入到所述副入口41′的各橫向側，而設置多個副介質通道20′。藉助與在螺旋板10的上、下側的連接隆起相同的連接隆起11′，可易於插入所述副板10′，並且所述副板通過與板10銅焊而被焊接和密封。
如前面所述，可通過安裝附加副板10′來設置附加介質通道20，並且如果在具有現存四個介質通道20的結構中增加一個副板10′，則總共有八個介質通道20、20′可用，從而通過在兩通道20、20′中重複處理流入介質來擴大熱傳遞面積。
本發明的另一可選實施例如圖8所示，其中，在外筒體40的中央部分設置穿入介質通道20的副流出開口46，從而使熱交換完的介質流出，而剩餘的未完全交換的介質可通過副歧管50″流出，該副歧管與副流出管51″相連並安裝在所述副流出開口46的外側。
如上述構造的熱交換器的操作原理更具體地描述如下在共具有四個介質通道20以交換兩種介質的熱量的情況下，該熱交換結構應當具有包括按順序布置的20a、20b、20c和20d的通道，歧管50、50′分別與這些通道連通並位於外筒體的上側和下側，並且在所述歧管50、50′上分別設置有用於介質傳遞的流入管51和流出管51′。
因此，如果通過位於外筒體40下側的流入管51引入介質2，同時通過主流入管44引入介質1，則介質1直接進入介質通道一和二20a、20b，而介質2通過歧管50進入形成在外筒體40的下部區域中的流入開口42，該流入開口42與歧管50′連通並與形成在外筒體40上部中的流出開口43相對應。引入到那裡的介質又藉助於形成在板10頂部的粗糙表面11以均勻的方式從板10的內側流出。在該交換器中處理的介質1和介質2在通過設置在外筒體40下側的主流出管45流出的同時，通過每一個對應的流出開口流出到歧管50′。
當形成十個介質通道20以處理分成兩組的十種介質，其中介質1至5包括在一組中，而介質6至10包括在另一組中時，該熱交換器的結構應當具有按順序布置的通道一至十20，歧管50、50′分別與這些通道連通並位於外筒體的上側和下側，並且在所述歧管50、50′上分別設置有用於介質傳遞的流入管51和流出管51′。
因此，如果介質1至10通過主流入管44、主流出管45、以及位於外筒體40上、下兩側的流入/流出管51、51′流入和流出，則流經主流入/流出管44、45的介質直接與敞開的介質通道20連通，而其它介質則通過歧管50、50′與和歧管50、50′連接的流入/流出開口42、43連通，該歧管50、50′也與流入/流出管51、51′連通。在上述過程中，被引入介質通道一至十20並從該介質通道循環的介質1至10通過板10被處理，然後，通過設置在外筒體40的上部和下部的流出開口43一直流出到歧管50′，最後，它們在流出到設置在外筒體40的下部的主流出管45的同時，流出到流出管51′。
可只將兩種或四種介質(而不是十種)引入到這十個介質通道20，並且在這種情況下，為了實際應用，用於兩種不同介質的通道可被一體形成為一個。
與需要焊接分離的板並在製造過程中分別調整它們的角度的傳統熱交換器不同，在此描述的本發明提供了極其簡單的焊接過程，通過允許單個介質或多種介質平穩流入而提高了熱交換效率，通過使用副板10′容易地擴大了熱傳遞面積，並因此擴大了介質通道20以獲得最大的實用性。
工業適用性如通過上面描述可以明白，根據本發明，通過在將一體壓製成形的板插入到形成在內、外筒體中的多個入口之後，在一個銅焊過程中將多塊板固定和密封，從而可減少伴隨製造過程的製造所需的時間和成本。此外，通過採用通過相應副板的現有介質通道，在增加介質通道的數量的同時，還使熱傳遞面積最大化，並且藉助多個歧管、流入開口和流出開口可允許任何介質平穩流入。
權利要求
1.一種可實現多種介質同步流入的熱交換器，其包括多個螺旋入口，它們位於內筒體和外筒體的表面中；多個螺旋板，它們通過壓床一體形成，並被插入和焊接到所述多個螺旋入口內；多個歧管，它們設置在流入開口和流出開口的外側，該流入開口和流出開口設置在所述螺旋板之間，並分別與介質通道連通；以及多個流入管和流出管，它們設置在所述歧管的一側。
2.根據權利要求1所述的可實現多種介質同步流入的熱交換器，其特徵在於，在所述內、外筒體上的入口之間設置有一副入口，在該副入口中設置有副板，在該副板的頂側和底側具有連接隆起。
3.根據權利要求1所述的可實現多種介質同步流入的熱交換器，其特徵在於，螺旋板的起始部分相對於其末端部分成相反方向放置，該起始部分到達所述內/外筒體的頂部，該末端部分到達所述內/外筒體的底部，在所述板的一端上設置有彎曲部分，並且該板的起始/末端部分根據流入介質的數量完全不同地放置。
4.根據權利要求1所述的可實現多種介質同步流入的熱交換器，其特徵在於，所述歧管的數量根據介質的數量而變化。
5.根據權利要求1所述的可實現多種介質同步流入的熱交換器，其特徵在於，在所述外筒體的中央部分設置有副歧管，該副歧管連接到副流出管，並位於連接到介質通道並與該介質通道連通的副流出開口的外側。
6.一種可實現多種介質同步流入的熱交換器，其包括多個螺旋入口，它們位於內筒體和外筒體的表面中；多個螺旋板，它們通過壓床一體形成，並被插入和焊接到所述多個螺旋入口內；在其一側具有彎曲部分區域的多個副板，它們分別安裝在設置於所述板之間的介質通道上；多個歧管，它們設置在流入開口和流出開口的外側，該流入開口和流出開口設置在所述螺旋板之間，並分別在所述外筒體的上部區域和下部區域與所述介質通道連通；以及多個流入管和流出管，它們設置在所述歧管的一側。
7.根據權利要求6所述的可實現多種介質同步流入的熱交換器，其特徵在於，在所述外筒體中的所述入口之間設置有副入口，在所述副入口中安裝有支撐板，並且所述支撐板在其上、下兩側具有連接隆起。
8.根據權利要求6所述的可實現多種介質同步流入的熱交換器，其特徵在於，螺旋板的起始部分相對於其末端部分成相反方向放置，該起始部分到達所述內/外筒體的頂部，該末端部分到達所述內/外筒體的底部，在所述板的一端上設置有彎曲部分，並且該板的起始/末端部分根據流入介質的數量完全不同地放置。
9.根據權利要求6所述的可實現多種介質並流入的熱交換器，其特徵在於，所述歧管的數量根據介質的數量而變化。
10.根據權利要求6所述的可實現多種介質並流入的熱交換器，其特徵在於，在所述外筒體的中央部分設置有副歧管，該副歧管連接到副流出管，並位於連接到介質通道並與該介質通道連通的副流出開口的外側。
11.一種製造可實現多種介質同步流入的熱交換器的方法，其包括如下步驟壓製成形步驟，在該步驟中將板形成盤狀；拉伸步驟，在該步驟中將所形成的盤拉伸；二次成形步驟，在該步驟中，在所拉伸的板的一側上形成彎曲部分，在該板的頂面上形成粗糙表面，並圍繞該板的內/外周邊形成連接隆起；介質通道形成步驟，在該步驟中，在直徑不同的內/外筒體的表面上分別形成螺旋入口，並且之後，在位於內/外筒體的上部和下部的圓周表面上的所述入口之間形成介質流入/流出開口，並通過將所述板插入所述螺旋入口內形成多個介質通道；焊接步驟，在該步驟中，將包含所述板的所述隆起的外筒體和內筒體的圓周表面進行銅焊，並且根據介質的數量焊接板的作為介質通道端部的所述彎曲部分；歧管形成步驟，在該步驟中，在外筒體的上、下圓周表面上形成歧管，所述歧管具有形成在流入/流出開口外側的流入/流出管；以及殼體形成步驟，在該步驟中，在外筒體的外側形成絕緣體和殼體。
12.根據權利要求11所述的製造可實現多種介質同步流入的熱交換器的方法，其特徵在於，在直徑彼此不同的所述內、外筒體的表面上設置有多個入口，在將所述副入口插入到設置在外筒體中的入口之間之後，將所述多個螺旋板插入所述入口內，並且最終通過將在每個部件的一側具有彎曲部分的副板插入到所述支撐入口內，而形成多個介質通道。
全文摘要
本發明涉及可實現多種介質同步流入的熱交換器及其製造方法，更具體地，本發明的熱交換器通過並不焊接螺旋板的連接部分而提供了一種簡單的製造方法。通過形成連接到流入和流出介質管的歧管，而可使多種介質同時流入和流出，並且將所述歧管安裝在流入/流出開口的外側，該流入/流出開口位於筒狀外表面上，並且它們在內、外筒體之間插入和焊接多個螺旋板之後通向所述流入和流出介質管。
文檔編號B23P15/26GK1920461SQ200510112610
公開日2007年2月28日 申請日期2005年10月11日 優先權日2005年8月22日
發明者鄭文知 申請人:鄭文和