[发明专利]螺旋卷绕的多层管式热交换器及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2004年11月19日提交的美国专利申请系列No.10/993,708的部 分继续，本文援引其以供参考。

技术领域

本发明总的涉及用于热交换器中的管结构及其制造方法。

背景技术

在许多化学、电子和机械系统中，热能从一个部位传递到另一部位，或从 一种流体传递到另一种流体。热交换器允许热量从一种流体(液体或气体)传递 到另一种流体。传统上，传热的原因如下：

1)用较热的流体来加热冷却器的流体；

2)使用冷却器的流体来降低热流体的温度；

3)使用较热的流体来沸腾液体；

4)用冷却器流体来冷凝气体；或

5)沸腾液体，同时冷凝气态下的较热流体。

不管热交换器履行何种功能，为了传热，热接触的流体必须处于不同温度， 根据热力学第二原理，使热量从较热的流体流到较冷的流体中。

传统上，对于圆管翅片式热交换器，两种流体之间没有直接接触。热量从 流体传递到隔绝两个流体的材料，然后传递到较冷的流体。

热交换器的某些更加普通的应用可见于加热、通风、空气调节和制冷系统 (HVACR)、电子设备、内燃机上散热器、锅炉、冷凝器，以及流体系统中的预 加热器或冷却器。

所有的空调和制冷系统包含至少两个热交换器——通常是蒸发器和冷凝 器。在各种情形中，制冷剂流入热交换器内并参与传热过程，或获得热量或将 热量释放到所使用的介质。通常地，冷却介质是空气或水。

通过将制冷剂蒸气冷凝成液体、将其相变热(潜热)传递到空气或水中，冷凝 器由此完成传热。在蒸发器中，液体制冷剂流入热交换器。当制冷剂蒸发变为 蒸气并从管子另一侧上流过的较热流体中吸取相变所需的热量时，热流就反过 来。

管式热交换器包括汽车热交换器环境中使用的那些热交换器，诸如散热器、 加热器盘管、空气冷却器、中间冷却器、蒸发器以及空调用冷凝器。例如，热 流体在内部流过管子或管道，而较冷的流体(诸如空气)流过管子外表面。热能 从热的内部流体通过传导传递到管子的外表面。然后，当流体围绕管子外表面 流过时，该能量传递到外部流体和被外部流体吸收，因此，使内部流体得到冷 却。在此实例中，管子外表面用作热量传递的表面。

传统上，纵向或径向翅片可相对于管子外表面定位，使外部流动流体形成 紊流，增加传热表面的面积，因此提高传热量。然而，一个缺点在于，翅片会 增加材料和制造成本、增加体积、操作、维护和总体复杂性。此外，它们还占 据空间，因此会减少可配装在给定横截面内的管子数量。还有，翅片积尘和脏 物并会变得阻塞，由此会降低其效率。

密集构造的翅片会挤压外部流体的流动。则会增大横贯热交换器表面的外 部流体压降，由于需要更多的泵送功率，可能增加热交换器的成本。一般来说， 与泵送相关的费用是压降的函数。

已知有鳍片减少的热交换器。例如，参见U.S.P.N.5,472,0417(第3栏，第 2-24行)。然而，在传统上，它们由具有相对大外径的管子制成。管子常常与 钢丝连接，例如，在许多家用制冷器的背面可见盘钢丝。

在预先文档调研过程中，涉及的美国参考文献如下：US2004/0050540 A1； US2004/0028940A1；5,472,047；3,326,282；3,249,154；3,144,081；3,111,168； 2,998,228；2,828,723；2,749,600；以及1,942,676。

在预先文档调研过程中，涉及的国外参考文献如下：GB607,717； GB644,651；以及GB656,519。

发明内容

相对于背景技术，要求提供横贯于管层和内部热交换流体在其中通过的一 层管之间的外部热交换流体流动的均匀性，由此，避免热交换过程效率降低的 停滞区域。

此外，要求提供一种热交换器，其可相对便宜地和有效地进行制造，制造 过程中无需不合适的复杂性。

因此，本发明包括热交换器，其在管内流动的内部热交换流体和与内部热 交换流体热连通的外部热交换流体之间传递热量。