具体实施方式

本发明开发一种变曲率螺旋盘管，所述的变曲率螺旋盘管采用周期性变化进行盘绕，且曲率变化的部分在纵向交错出现，从而形成一种新型变曲率螺旋盘管。本发明所述的变曲率螺旋盘管能够提升流体的对流传质和传热传质性能。

术语

除非另有定义，否则本文中所用的所有技术和科学术语的含义与本发明所属领域普通技术人员普遍理解的含义相同。

如本文所用，术语“包括”、“包含”与“含有”可互换使用，不仅包括开放式定义，还包括半封闭式、和封闭式定义。换言之，所述术语包括了“由……构成”、“基本上由……构成”。

如本文所用，术语“单根变曲率螺旋盘管”与“变曲率螺旋盘管单管”可互换使用，是指一根变曲率螺旋盘管。

变曲率螺旋盘管

本发明提供一种变曲率螺旋盘管，所述的变曲率螺旋盘管采用周期性变化进行盘绕，且曲率变化的部分在纵向交错出现。

在本发明的一个优选例中，所述的变曲率螺旋盘管的结构如图1和/或图2所示。

在本发明的一个优选例中，所述的变曲率螺旋盘管具有最小的盘管半径r_c和最大的盘管半径R_c。

优选地，所述的变曲率螺旋盘管被两个分别以r_c、R_c为半径的同心圆约束。

优选地，所述的变曲率螺旋盘管在俯视图截面上被两个分别以r_c、R_c为半径的同心圆约束。

优选地，最内侧的圆的半径为r_c，最外侧的圆的半径为R_c。

优选地，在俯视图截面上，最内侧的圆的半径为r_c，最外侧的圆的半径为R_c。

优选地，r_c<R_c。

优选地，所述的变曲率螺旋盘管的螺距为Lc。

优选地，所述的变曲率螺旋盘管围绕着半径为r_c中间虚拟的圆柱体盘绕，最外侧被一个半径为R_c的虚拟的大圆柱体束缚，且两个圆柱体同轴心。

在本发明的一个优选例中，从俯视图来看，所述的单根螺旋盘管围绕着半径为r_c的中间虚拟的圆柱体盘绕，最外侧被一个半径为R_c的虚拟的大圆柱体束缚，且两个圆柱体同轴心，盘管有最小的盘管半径r_c和最大的盘管半径R_c，即盘管在俯视图截面上被两个分别以r_c、R_c为半径的同心圆约束。

优选地，所述变曲率螺旋盘管入口位于以r_c为半径的圆周上。

在本发明的一个优选例中，所述变曲率螺旋盘管具有四个突出方向，即“突出”方向1、“突出”方向2、“突出”方向3和“突出”方向4。

在本发明的一个优选例中，所述的“突出”方向1、“突出”方向2、“突出”方向3和“突出”方向4的结构示意图如图2所示。

在本发明的一个优选例中，所述的“突出”方向1、“突出”方向2、“突出”方向3和“突出”方向依次形成。

优选地，四个“突出”方向在俯视图截面上两两之间的夹角为90°，并且变曲率部分在管道发展方向(纵向)交替出现。

优选地，所述的截面为俯视图截面。

优选地，所述变曲率螺旋盘管的曲率半径(ρ)保持恒定(ρ＝r_c)缠绕半圈(180°)后(共计0.5圈)，随着管程的增加，所述变曲率螺旋盘管的曲率半径不断增大，发展半圈后(共计1圈)，曲率半径为R_c，之后曲率半径随管程的增加逐渐减小，发展半圈(180°)后(共计1.5圈)，曲率半径为r_c，形成变曲率螺旋盘管的“突出”方向1。

优选地，在形成所述变曲率螺旋盘管的“突出”方向1后，所述的变曲率螺旋盘管曲率半径(ρ)保持恒定(ρ＝r_c)缠绕半圈后(共计2圈)，所述的变曲率螺旋盘管曲率半径再次随管程的增加而增加，发展半圈后(共计2.5圈)，曲率半径为R_c，此时，两个曲率半径为R_c的点夹角为180°，之后，曲率半径随管程的增加而减少，发展半圈后(共计3圈)，曲率半径为r_c，形成变曲率螺旋盘管的“突出”方向2。

优选地，在形成所述变曲率螺旋盘管的“突出”方向2后，所述变曲率螺旋盘管曲率半径(ρ)保持恒定(ρ＝r_c)缠绕1.25圈(360°+90°)后(共计4.25圈)，所述变曲率螺旋盘管半径随管程的增加逐渐增加，发展半圈后(共计4.75圈)，曲率半径为R_c，之后，曲率半径随管程的增加而减少，发展半圈后(共计5.25圈)，曲率半径为r_c，形成变曲率螺旋盘管的“突出”方向3。

优选地，在形成所述变曲率螺旋盘管的“突出”方向3后，所述变曲率螺旋盘管曲率半径(ρ)保持恒定(ρ＝r_c)缠绕半圈后(共计5.75圈)，所述变曲率螺旋盘管曲率半径再次随管程的增加而增加，发展半圈后(共计6.25圈)，曲率半径为R_c，之后，曲率半径随管程的增加而减少，发展半圈后(共计6.75圈)，曲率半径为r_c，到达出口，形成变曲率螺旋盘管的“突出”方向4。

螺旋盘管管束组件

本发明提供一种螺旋盘管管束组件，所述的螺旋盘管管束组件包括本发明所述的变曲率螺旋盘管。

在本发明的一个优选例中，所述的螺旋盘管管束组件包括多根所述的变曲率螺旋盘管。

在本发明的一个优选例中，所述的多根为2根或2根以上。

优选地，所述的多根为2-12根，较佳地2-10根，更佳地4-8根，更佳地5-7根，最佳地6根。

优选地，各个所述的变曲率螺旋盘管的布置方式(如缠绕方式)相同或不同。

在本发明的一个优选例中，所述的螺旋盘管管束组件中，所述的变曲率螺旋盘管呈纵向交错布置。所述的变曲率螺旋盘管呈纵向交错布置避免管束纵向遮挡。

优选地，所述的螺旋盘管管束组件中，各个所述的变曲率螺旋盘管呈纵向交错布置。

在本发明的一个优选例中，所述螺旋盘管管束组件的结构示意图如图3和/或图4所示。

优选地，在所述的螺旋盘管管束组件中，所述第一根变曲率螺旋盘管入口面心布置在虚拟基准面0以面心O为圆心，半径为r_c的圆周上；沿z轴负方向(纵向)，分别在0.5、1倍螺距(Lc)处有虚拟平面1、虚拟平面2，三个平面两两平行，且上述三个平面面心在俯视图(即xoy面)上投影重合；第二根变曲率螺旋盘管、第三根变曲率螺旋盘管入口布置在虚拟平面1、2以各自面心为圆心，半径为r_c的圆周上。

优选地，从俯视图看，第一根变曲率螺旋盘管、第二根变曲率螺旋盘管和第三根变曲率螺旋盘管入口面心位于同一以半径为r_c圆周上，且面心两两之间与圆心构成的圆心角为120°。

优选地，第一根变曲率螺旋盘管、第二根变曲率螺旋盘管和第三根变曲率螺旋盘管曲率半径(ρ)保持恒定(ρ＝r_c)缠绕半圈(180°)后，其管道中心轨迹的俯视图投影与以面心O为圆心，半径为r_c的圆周重合。

优选地，沿z轴正方向，分别在0.5、1、1.5倍螺距(Lc)处有虚拟平面3、虚拟平面4、虚拟平面5，三个平面与基准面0两两平行，且上述四个平面面心在俯视图(即xoy面)上投影重合。

优选地，第四根变曲率螺旋盘管入口面心布置在虚拟基准面0以面心O为圆心，半径为r_c的圆周上。

优选地，从俯视图看，第四根变曲率螺旋盘管入口面心位于第一根变曲率螺旋盘管入口面心以O为原点，沿逆时针方向旋转45°处。

优选地，第五根变曲率螺旋盘管、第六根变曲率螺旋盘管布置在虚拟平面4、5以各自面心为圆心，半径为r_c的圆周上。

优选地，从俯视图看，第四根变曲率螺旋盘管、第五根变曲率螺旋盘管和第六根变曲率螺旋盘管入口面心位于同一以半径为r_c圆周上，且面心两两之间与圆心构成的圆心角为120°。

优选地，第四根变曲率螺旋盘管、第五根变曲率螺旋盘管和第六根变曲率螺旋盘管的曲率半径(ρ)保持恒定(ρ＝r_c)缠绕半圈(180°)后，其管道中心轨迹的俯视图投影与以面心O为圆心，半径为r_c的圆周重合。

用途

本发明所述的曲率螺旋盘管和/或本发明所述的螺旋盘管管束组件能够用于制造换热器。

在本发明一个优选例中，所述的换热器包括螺旋盘管式换热器。

本发明所述的换热器能够用于制造蒸汽发生器。

优选地，所述的蒸汽发生器包括螺旋盘管式蒸汽发生器

本发明的主要技术效果包括

1.本发明开发一种变曲率螺旋盘管，所述的变曲率螺旋盘管采用周期性变化进行盘绕，且曲率变化的部分在纵向交错出现，从而形成一种新型变曲率螺旋盘管。对管内流场，所述盘管螺旋曲率不断变化使得管内单相、两相流流动及对流传质特性等均沿管程流动过程中不断演化，使流体的对流传质与湍流搅混得到强化与提升；对管外流场，变曲率螺旋盘管半径不断变化，可采用纵向交叉布置来避免管束纵向遮挡，消除了管束纵向间距间的低流速区，使得流体外掠管束流场的湍流搅混更为剧烈，旋涡脱落更为迅速，从而提升了螺旋盘管外掠流场的传热传质性能。

2.本发明所开发的变曲率螺旋盘管解决现有技术中的定曲率螺旋盘管造成流体横向对流特性不随管程变化造成强化换热效果不佳的问题；解决定曲率螺旋盘管只能采用顺排布置造成管束纵向间距小，导致存在低流速区存在影响外掠流场高效传质的问题。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1变曲率螺旋盘及其形成的螺旋盘管管束

1.变曲率螺旋盘管

单根变曲率螺旋盘管采用周期性变化进行盘绕，且曲率变化的部分在纵向交错出现。从俯视图来看，单根螺旋盘管围绕着半径为r_c的中间虚拟的圆柱体盘绕，最外侧被一个半径为R_c的虚拟的大圆柱体束缚，且两个圆柱体同轴心，盘管有最小的盘管半径r_c和最大的盘管半径R_c，(r_c<R_c)即盘管在俯视图截面上被两个分别以r_c、R_c为半径的同心圆约束，螺距为Lc，如图1所示：

螺旋盘管入口位于以r_c为半径的圆周上，首先盘管曲率半径(ρ)保持恒定(ρ＝r_c)缠绕半圈(180°)后(共计0.5圈)，随着管程的增加，螺旋盘管的曲率半径不断增大，发展半圈后(共计1圈)，曲率半径为R_c，之后曲率半径随管程的增加逐渐减小，发展半圈(180°)后(共计1.5圈)，曲率半径为r_c，形成变曲率螺旋盘管的“突出”方向1。

之后，螺旋盘管曲率半径(ρ)保持恒定(ρ＝r_c)缠绕半圈后(共计2圈)，盘管曲率半径再次随管程的增加而增加，发展半圈后(共计2.5圈)，曲率半径为R_c，此时，两个曲率半径为R_c的点夹角为180°；之后，曲率半径随管程的增加而减少，发展半圈后(共计3圈)，曲率半径为r_c，形成变曲率螺旋盘管的“突出”方向2。

之后，螺旋盘管曲率半径(ρ)保持恒定(ρ＝r_c)缠绕1.25圈(360°+90°)后(共计4.25圈)，螺旋盘管半径随管程的增加逐渐增加，发展半圈后(共计4.75圈)，曲率半径为R_c；之后，曲率半径随管程的增加而减少，发展半圈后(共计5.25圈)，曲率半径为r_c，形成变曲率螺旋盘管的“突出”方向3。

再次，螺旋盘管曲率半径(ρ)保持恒定(ρ＝r_c)缠绕半圈后(共计5.75圈)，盘管曲率半径再次随管程的增加而增加，发展半圈后(共计6.25圈)，曲率半径为R_c；之后，曲率半径随管程的增加而减少，发展半圈后(共计6.75圈)，曲率半径为r_c，到达出口，形成变曲率螺旋盘管的“突出”方向4。

从图2可以看到，从俯视图上看，四个“突出”方向在截面上两两之间的夹角为90°，并且变曲率部分在管道发展方向(纵向)交替出现。

2.螺旋盘管管束组件

螺旋盘管管束组件的排列布置要避免管束纵向遮挡，因此采取纵向交错布置方法，具体布置方法如下：

一组螺旋盘管管束组件由六根本实施例制备的变曲率螺旋盘管单管，其布置完成的总装图正视图、俯视图如图3所示：

图4显示各螺旋盘管之间的位置关系：图4左图是六根变曲率螺旋盘管单管入口位置的立体示意图，右图是将六根变曲率螺旋盘管单管入口沿俯视方向投影的位置示意图。

如图4左图所示，第一根变曲率螺旋盘管单管(蓝)入口面心布置在虚拟基准面0以面心O为圆心，半径为r_c的圆周上。沿z轴负方向(纵向)，分别在0.5、1倍螺距(Lc)处有虚拟平面1、虚拟平面2，三个平面两两平行，且上述三个平面面心在俯视图(即xoy面)上投影重合。类似的，第二根变曲率螺旋盘管单管(黑)、第三根变曲率螺旋盘管单管(黄)入口布置在虚拟平面1、2以各自面心为圆心，半径为r_c的圆周上。从俯视图看，三根变曲率螺旋盘管入口面心位于同一以半径为r_c圆周上，且面心两两之间与圆心构成的圆心角为120°。三根变曲率螺旋盘管曲率半径(ρ)保持恒定(ρ＝r_c)缠绕半圈(180°)后，其管道中心轨迹的俯视图投影与以面心O为圆心，半径为r_c的圆周重合。

沿z轴正方向，同样的，分别在0.5、1、1.5倍螺距(Lc)处有虚拟平面3、虚拟平面4、虚拟平面5，三个平面与基准面0两两平行，且上述四个平面面心在俯视图(即xoy面)上投影重合。第四根变曲率螺旋盘管单管(红)入口面心布置在虚拟基准面0以面心O为圆心，半径为r_c的圆周上。从俯视图看，第四根变曲率螺旋盘管单管(红)入口面心位于第一根变曲率螺旋盘管单管入口(蓝)面心以O为原点，沿逆时针方向旋转45°处。第五根变曲率螺旋盘管单管(绿)、第六根变曲率螺旋盘管单管(紫)布置在虚拟平面4、5以各自面心为圆心，半径为r_c的圆周上。从俯视图看，三根变曲率螺旋盘管入口面心位于同一以半径为r_c圆周上，且面心两两之间与圆心构成的圆心角为120°。三根盘管(红、紫、绿)曲率半径(ρ)保持恒定(ρ＝r_c)缠绕半圈(180°)后，其管道中心轨迹的俯视图投影与以面心O为圆心，半径为r_c的圆周重合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。