本發(fā)明屬于化工換熱技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，是涉及一種用于冷熱流體熱量交換的層疊式螺盤換熱器。

背景技術(shù)：

眾所周知，螺旋板式換熱器以其傳熱系數(shù)高、流道均一、不易堵塞、兩通道不易串料、結(jié)構(gòu)緊湊、散熱面積小、占地面積小等突出優(yōu)點(diǎn)而在醫(yī)藥、化工和食品工業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，特別用于加熱、冷卻過程的余熱回收，為該過程的節(jié)能減排做出了很大的貢獻(xiàn)。但是，由于加工工藝復(fù)雜、價(jià)格昂貴、故障率高，而且一旦發(fā)生故障就很難修復(fù)，從而增加了裝備成本。另外，用于實(shí)驗(yàn)室和中試規(guī)模的小型螺旋板式換熱器在目前技術(shù)條件下尚無法加工，也影響了這一裝備的持續(xù)技術(shù)改進(jìn)與發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種層疊式螺盤換熱器，可將多個(gè)螺盤層疊組合用于實(shí)驗(yàn)室、中試和生產(chǎn)規(guī)模的換熱過程，除了回收余熱達(dá)到節(jié)能減排效果外，還能在一定程度上提高換熱效率，縮短換熱時(shí)間。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：提供一種層疊式螺盤換熱器，包括：

至少兩塊雙面螺盤，所述雙面螺盤的兩面分別設(shè)有用于冷、熱流體流動(dòng)但互不相通的第一螺旋槽和第二螺旋槽；

用于分別連通第一螺旋槽和第二螺旋槽的連通孔或連通管；

用于將所述雙面螺盤密封壓緊的夾板式密封緊固件；

用于分別將冷、熱流體導(dǎo)入、導(dǎo)出的進(jìn)料管和出料管；

冷、熱流體分別在所述雙面螺盤的第一螺旋槽和第二螺旋槽中逆向流動(dòng)進(jìn)行熱量交換。

進(jìn)一步地，所述密封緊固件包括上夾板和下夾板，在所述上夾板與所述雙面螺盤之間、所述雙面螺盤與所述雙面螺盤之間以及所述雙面螺盤與所述下夾板之間分別設(shè)有用于密封的柔性密封墊板，穿過所述上夾板、雙面螺盤、下夾板和各所述柔性密封墊板的中心孔以及所述上夾板和下夾板邊沿孔的多副螺栓副緊固連接，每一塊所述柔性密封墊板上分別設(shè)有用于冷流體或熱流體通過的連通孔。

進(jìn)一步地，所述柔性密封墊板采用耐高溫、高壓的硅橡膠、氟橡膠、石棉橡膠、聚四氟乙烯、對(duì)位聚苯、聚酰亞胺、柔性石墨以及復(fù)合材料中的任一種制成。

進(jìn)一步地，當(dāng)兩塊以上的所述雙面螺盤層疊時(shí)，在每塊所述雙面螺盤的第一螺旋槽和第二螺旋槽的末端分別設(shè)置垂直連通孔使層疊的所述雙面螺盤上下串聯(lián)連通，或在每塊雙面螺盤對(duì)應(yīng)第一螺旋槽和第二螺旋槽末端的側(cè)面分別設(shè)置水平連通孔并通過外接的u型連通管將層疊的所述雙面螺盤并聯(lián)連通。

進(jìn)一步地，所述雙面螺盤兩面的第一螺旋槽與第二螺旋槽均為阿基米德螺旋槽，其螺旋方向相反，螺旋長度、槽壁厚度相同，各螺旋槽的凹槽斷面形狀為矩形或梯形，凹槽底部為平底或圓弧底。

進(jìn)一步地，所述雙面螺盤均使用相同的耐高溫高壓、高強(qiáng)度導(dǎo)熱金屬或非金屬材料通過銑制、精密鑄造或三維打印的方式加工制成。

進(jìn)一步地，所述雙面螺盤的外形為相同的圓盤形螺盤，或?yàn)橄嗤姆叫位蚨噙呅温荼P。

進(jìn)一步地，所述密封緊固件的上夾板和下夾板均使用相同的耐高溫高壓、高強(qiáng)度的金屬或非金屬材料制成。

本發(fā)明提供的層疊式螺盤換熱器的有益效果在于：

（1）采用兩面具有逆向螺旋流道的雙面螺盤，能夠提高傳熱系數(shù)和換熱效率，縮短換熱時(shí)間。

（2）可以模塊化，依據(jù)層疊層數(shù)的不同改變換熱面積，滿足不同換熱量的需要。

（3）層疊組裝，易拆卸，好清洗。

（4）結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，易保溫，減少熱量損耗。

（5）無需焊接，降低了人工成本，且質(zhì)量更有保證，減少泄漏危險(xiǎn)，使用壽命更長。

（6）可實(shí)現(xiàn)小型化，滿足實(shí)驗(yàn)室和中試過程小流量的要求，為今后這類設(shè)備和工藝的進(jìn)一步改進(jìn)提供試驗(yàn)工具。

（7）采用銑制、鑄造或三維打印等方法制作，大大簡(jiǎn)化了加工工藝，降低了制作成本，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的加工工藝復(fù)雜、制作成本高、故障率高、使用壽命短、難以制作用于實(shí)驗(yàn)室和中試規(guī)模小型裝備的問題。

本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于石化、輕工、醫(yī)藥、生物化工、食品加工類生產(chǎn)行業(yè)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的層疊式螺盤換熱器的整體組裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的雙面螺盤用于串聯(lián)時(shí)一面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的雙面螺盤用于串聯(lián)時(shí)另一面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的雙面螺盤用于并聯(lián)時(shí)一面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的雙面螺盤用于并聯(lián)時(shí)另一面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的四層雙面螺盤用于串聯(lián)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7本發(fā)明實(shí)施例提供的八層雙面螺盤兩兩并聯(lián)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的十二層雙面螺盤三三并聯(lián)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的十六層雙面螺盤四四并聯(lián)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記：1、第一螺旋槽；2、第二螺旋槽；3、雙面螺盤；5、第一中間連通孔；6、第一側(cè)開水平連通孔；7、第一邊沿垂直連通孔；8、第二側(cè)開水平連通孔；9、下夾板；10、上夾板；11、第一進(jìn)料管；12、第一出料管；13、第二進(jìn)料管；14、第二出料管；15、柔性密封墊板；16、螺栓；17、螺母；18、中心孔；20、第四連通孔。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”或“設(shè)置于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者間接在該另一個(gè)元件上。當(dāng)一個(gè)元件被稱為是“連接于”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或間接連接至該另一個(gè)元件上。

需要理解的是，術(shù)語“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。

請(qǐng)一并參閱圖1、圖6至圖9，現(xiàn)對(duì)本發(fā)明提供的層疊式螺盤換熱器進(jìn)行說明。所述層疊式螺盤換熱器，包括至少兩塊雙面螺盤3，所述雙面螺盤3的兩面分別設(shè)有用于冷、熱流體流動(dòng)但互不相通的第一螺旋槽1和第二螺旋槽2，冷熱流體在其中逆向流動(dòng)進(jìn)行熱量交換，以及用于將所述雙面螺盤3密封壓緊的夾板式密封緊固件，在所述雙面螺盤3上設(shè)有用于冷熱流體通過的連通孔或連通管，在所述密封緊固件上設(shè)有分別用于冷熱流體進(jìn)出的進(jìn)料管和出料管，在所述雙面螺盤3的第一螺旋槽1和第二螺旋槽2內(nèi)，冷、熱流體分別逆向流動(dòng)進(jìn)行熱量交換。

本發(fā)明提供的層疊式螺盤換熱器，與現(xiàn)有技術(shù)相比：采用兩面具有逆向螺旋流道的雙面螺盤，能夠提高傳熱系數(shù)和換熱效率，縮短加熱和冷卻的時(shí)間，減少熱損耗；可以模塊化，依據(jù)層疊層數(shù)的不同改變換熱面積，滿足不同換熱量的需要；結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，易保溫；層疊密封組合，易拆卸，好清洗；沒有焊接點(diǎn)，降低了人工成本，且質(zhì)量更有保證，使用壽命更長；可實(shí)現(xiàn)小型化，滿足實(shí)驗(yàn)室和中試過程小流量的要求，為今后這類設(shè)備和工藝的進(jìn)一步改進(jìn)提供試驗(yàn)工具。因此所述層疊式螺盤換熱器可廣泛應(yīng)用于石化、輕工、醫(yī)藥、生物化工、食品加工類生產(chǎn)行業(yè)的換熱過程。

進(jìn)一步地，請(qǐng)一并參閱圖1至圖9，作為本發(fā)明提供的層疊式螺盤換熱器的一種具體實(shí)施方式，所述密封緊固件包括上夾板10和下夾板9，在所述上夾板10與所述雙面螺盤3之間、所述雙面螺盤3與所述雙面螺盤3之間以及所述雙面螺盤3與所述下夾板9之間分別設(shè)有用于密封的柔性密封墊板15，穿過所述上夾板10、雙面螺盤3、下夾板9和各所述柔性密封墊板15的中心孔18以及所述上夾板10和下夾板9邊沿孔的多副螺栓副緊固連接，每一個(gè)所述柔性密封墊板15上分別設(shè)有用于冷流體或熱流體通過的連通孔。

進(jìn)一步地，請(qǐng)參閱圖1，作為本發(fā)明提供的層疊式螺盤換熱器的一種具體實(shí)施方式，所述柔性密封墊板15采用耐高溫聚四氟乙烯材料制成。

進(jìn)一步地，參閱圖6至圖9，作為本發(fā)明提供的層疊式螺盤換熱器的一種具體實(shí)施方式，當(dāng)多塊所述雙面螺盤3層疊時(shí)，在每塊所述雙面螺盤3的第一螺旋槽1和第二螺旋槽2的末端分別設(shè)置垂直連通孔使層疊的所述雙面螺盤3上下串聯(lián)連通，或在每塊雙面螺盤3對(duì)應(yīng)第一螺旋槽1和第二螺旋槽2末端的側(cè)面分別設(shè)置水平連通孔并通過外接的u型連通管將層疊的所述雙面螺盤3并聯(lián)連通。

進(jìn)一步地，請(qǐng)參閱圖2至圖5，作為本發(fā)明提供的層疊式螺盤換熱器的一種具體實(shí)施方式，所述雙面螺盤3兩面的第一螺旋槽1與第二螺旋槽2均為阿基米德螺旋槽，其螺旋方向相反，螺旋長度、槽壁厚度相同，各螺旋槽的凹槽斷面形狀為梯形，凹槽底部為平底。

進(jìn)一步地，請(qǐng)參閱圖2至圖5，作為本發(fā)明提供的層疊式螺盤換熱器的一種具體實(shí)施方式，所述雙面螺盤3中的螺旋槽均通過數(shù)控銑制的方式加工制成。采用所述數(shù)控銑制工藝制作，大大簡(jiǎn)化了加工工藝，降低了制作成本，且加工精度高，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的加工工藝復(fù)雜、制作成本高、精度低、故障率高、使用壽命短、難以制作用于實(shí)驗(yàn)室和中試規(guī)模小型裝備的問題。

進(jìn)一步地，作為本發(fā)明提供的層疊式螺盤換熱器的一種具體實(shí)施方式，所述雙面螺盤3的外形為相同的圓盤形螺盤。

進(jìn)一步地，作為本發(fā)明提供的層疊式螺盤換熱器的一種具體實(shí)施方式，所述密封緊固件的上夾板10和下夾板9均使用相同的耐高溫高壓、高強(qiáng)度的金屬材料制成。

以上述制作方法完成的螺盤經(jīng)層疊組裝后，以如下方式進(jìn)行應(yīng)用：

熱流體進(jìn)入雙面螺盤3的第一螺旋槽1或第二螺旋槽2中，與逆向進(jìn)入雙面螺盤3的第二螺旋槽2或第一螺旋槽1中的冷流體進(jìn)行換熱，熱流體被冷卻，而換熱后的冷流體被加熱，由此周而復(fù)始，完成全部冷熱流體熱量交換。

下面是四個(gè)具體的實(shí)施例。

實(shí)施例1：串聯(lián)連通的四層螺盤換熱器。

來自加熱單元的熱流體（灰箭頭）從位于下夾板9的中間的第一進(jìn)料管11經(jīng)柔性密封墊板15的第四連通孔20向上進(jìn)入最底層（為便于說明，命名為第一層，以上順次排列，后面的實(shí)施例同）的雙面螺盤3的第二螺旋槽2，順著第二螺旋槽2由中心向邊沿流動(dòng)，在流動(dòng)過程中與在上面的第一螺旋槽1內(nèi)逆向流動(dòng)的冷流體進(jìn)行熱交換，再通過u型連通管由第二層雙面螺盤3的第二側(cè)開水平連通孔8進(jìn)入第二層雙面螺盤3的第二螺旋槽2，順著第二螺旋槽2由邊沿向中心流動(dòng)，在流動(dòng)過程中進(jìn)一步與在第一螺旋槽1內(nèi)逆向流動(dòng)的冷流體進(jìn)行熱交換，重復(fù)流經(jīng)第三層雙面螺盤3和第四層雙面螺盤3，并順著第二螺旋槽2由邊沿向中心流動(dòng)，最后經(jīng)柔性密封墊板15的第四連通孔20自位于上夾板10上的第一出料管12流出。冷流體（白箭頭）自第二進(jìn)料管13和雙面螺盤3的第一側(cè)開水平連通孔6進(jìn)入第四層雙面螺盤3的第一螺旋槽1，順著螺旋槽由邊沿向中心流動(dòng)，向下經(jīng)柔性密封墊板15的第四連通孔20進(jìn)入第三層雙面螺盤3的第一螺旋槽1，再順著第一螺旋槽1由中間向邊沿流動(dòng)，經(jīng)由第三層雙面螺盤3的第一側(cè)開水平連通孔6，通過u型連通管經(jīng)由第二層雙面螺盤3的第一側(cè)開水平連通孔6進(jìn)入第一螺旋槽1，由邊沿向中心流動(dòng)，至第一層雙面螺盤3的第一螺旋槽1內(nèi)，并由第二出料管14流出。冷、熱流體分別在雙層螺盤兩面的螺旋槽中四次逆向流動(dòng)換熱，冷流體被加熱，而熱流體自身被冷卻，實(shí)現(xiàn)熱量交換。

以上實(shí)施效果為進(jìn)入熱通道的熱流體初始平均溫度142℃，換熱后平均溫度34℃；進(jìn)入冷通道的冷流體初始平均溫度20℃，換熱后平均溫度132℃。

實(shí)施例2：兩兩并聯(lián)連通的八層螺盤換熱器。

將八塊雙面螺盤3層疊，每?jī)蓧K雙面螺盤3被并聯(lián)成一組。來自加熱單元的熱流體（灰箭頭），從位于下夾板9中間的第一進(jìn)料管11經(jīng)柔性密封墊板上的第四連通孔20，以并聯(lián)分支方式分別進(jìn)入第一層和第二層雙面螺盤3的第二螺旋槽2，再順著兩條第二螺旋槽2由中心向邊沿流動(dòng)，經(jīng)雙面螺盤3的第二側(cè)開水平連通孔8，經(jīng)u型連通管分別進(jìn)入第三層和第四層雙面螺盤3的第二螺旋槽2，再順著第二螺旋槽2自流向邊沿中心，最后經(jīng)第一中間連通孔5一并聯(lián)分支方式分別進(jìn)入第五層和第六層，最后進(jìn)入第七層和第八層的第二螺旋槽2內(nèi)，并由邊沿流向中心，從從上夾板10的第一出料管12流出。冷料（白箭頭）自側(cè)面的第二進(jìn)料管13、u形連通管和雙面螺盤3的第一側(cè)開水平連通孔6以并聯(lián)方式分別流入雙面螺盤3的第一螺旋槽1，順著第一螺旋槽1由邊沿向中心流動(dòng)，經(jīng)由雙面螺盤3的第一中間連通孔5分別進(jìn)入第六層和第五層的雙面螺盤3第一螺旋槽1，再順著第一螺旋槽1由中心向邊沿流動(dòng)，最后經(jīng)由第一層和第二層的雙面螺盤的第一側(cè)開水平連通孔6、u形連通管和第二出料管14流出。冷、熱流體分別在八個(gè)雙面螺盤3的上、下螺旋槽中逆向流動(dòng)換熱，冷流體被加熱，熱流體本身被冷卻，實(shí)現(xiàn)熱量交換。

以上實(shí)施效果為進(jìn)入熱通道的熱流體初始平均溫度150℃，換熱后平均溫度37℃；進(jìn)入冷通道的冷流體初始平均溫度20℃，換熱后平均溫度136℃。

實(shí)施例3：三三并聯(lián)連通的十二層螺盤換熱器。

是將十二塊雙面螺盤3層疊，每三塊雙面螺盤3被并聯(lián)成一組。來自加熱單元的熱流體（灰箭頭），從位于下夾板9中間的第一進(jìn)料管11經(jīng)柔性密封墊板上的第四連通孔20，以并聯(lián)分支方式分別進(jìn)入第一層、第二層和第三層雙面螺盤3的第二螺旋槽2，再順著三條第二螺旋槽2由中心向邊沿流動(dòng)。冷料（白箭頭）自側(cè)面的第二進(jìn)料管13、u形連通管和雙面螺盤3的第一側(cè)開水平連通孔6以并聯(lián)方式分別流入第一層、第二層和第三層雙面螺盤3的第一螺旋槽1，順著第一螺旋槽1由邊沿向中心流動(dòng)，冷、熱流體分別在十二個(gè)雙面螺盤3的上、下螺旋槽中逆向流動(dòng)換熱，冷流體被加熱，熱流體本身被冷卻，實(shí)現(xiàn)熱量交換。

以上實(shí)施效果為進(jìn)入熱通道的熱流體初始平均溫度138℃，換熱后平均溫度36℃；進(jìn)入冷通道的冷流體初始平均溫度20℃，換熱后平均溫度126℃。

實(shí)施例4：四四并聯(lián)連通的十六層螺盤換熱器

是將十六塊雙面螺盤3層疊，每四塊雙面螺盤3被并聯(lián)成一組。來自加熱單元的熱流體（灰箭頭），從位于下夾板9中間的第一進(jìn)料管11經(jīng)柔性密封墊板上的第四連通孔20，以并聯(lián)分支方式分別進(jìn)入第一層、第二層、第三層和第四層雙面螺盤3的第二螺旋槽2，再順著四條第二螺旋槽2由中心向邊沿流動(dòng)。冷料（白箭頭）自側(cè)面的第二進(jìn)料管13、u形連通管和雙面螺盤3的第一側(cè)開水平連通孔6以并聯(lián)方式分別流入第一層、第二層、第三層和第四層雙面螺盤3的第一螺旋槽1，順著第一螺旋槽1由邊沿向中心流動(dòng)，冷、熱流體分別在十六個(gè)雙面螺盤3的上、下螺旋槽中逆向流動(dòng)換熱，冷流體被加熱，熱流體本身被冷卻，實(shí)現(xiàn)熱量交換。

以上實(shí)施效果為進(jìn)入熱通道的熱流體初始平均溫度141℃，換熱后平均溫度35℃；進(jìn)入冷通道的冷流體初始平均溫度20℃，換熱后平均溫度130℃。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。