[发明专利]逆流螺旋热交换器

说明书

相关申请

本申请要求2014年4月16日提出的美国申请No.61/980274的优先权。

技术领域

本发明涉及热交换器，更具体地说，本发明涉及用在相对小的空间中(例如用在汽车或其它机动车辆中)的液-液热交换器。

背景技术

用在汽车和其它机动车辆中的热交换器的设计师经常努力在较小的空间中获得增加的传热能力。在液-液热交换器领域中，在热流侧和延伸表面，例如烧结金属基体上，在冷流侧上采用紊流器是已知的解决问题的方法。增加流体的流动路径长度而保持合理的流体压降是另一种增加传热的方法，但是通常不能在较小空间中实现。

因此，需要一种具有更高传热能力的改进的热交换器，其虽然利用标准液-液热交换器制造技术，但能在最少可能代价下提供最佳性能，并且在相当的或较小尺寸的包装中提供相同性能。

发明内容

考虑到现有技术的问题和不足，本发明的一个目标是提供改进的热交换器组件，其可以在较小包装中提供相同的或更高的传热性能。

本发明的另一个目标是提供改进的热交换器，其在流动路径长度上提供相当大的增长，从而增加给定管长的传热。

本发明的又一个目标是提供改进的热交换器，其允许逆流操作，提供最佳传热性能。

本发明还有另一个目标是提供改进的热交换器，其采用标准铝制液-液热交换器制造技术制造，例如内管膨胀和汽化器(可控气焊)炉熔剂焊。

本发明仍有另一个目标是提供改进的热交换器，其包括螺旋形管插入物，从而形成两个流体密封的流体流动路径，每个流动路径在管内具有相当增长的长度。

本发明还有的其它目标和优点在某种程度上是显而易见的，并且在某种程度上从说明书中显现。

对本领域技术人员来说显而易见的上述目标和其它目标在本发明中实现，其涉及一种螺旋热交换器组件，该组件包括：管，该管具有第一端和第二端、长度、内径和包含该内径的横截面。螺旋热交换器组件包括热传导性管插入物，其具有第一端和第二端以及它们之间的长度、和基本类似于管横截面的横截面，和多个进口流体端口和出口流体端口，用作第一流体和第二流体流入和流出管的通道。管插入物包括沿管插入物长度延伸的一对螺旋体，所述螺旋体具有沿管插入物长度以预定距离相互偏移的第一侧和第二侧、以及第一端和第二端。各螺旋体的第一端以预定角度相互偏移，并且各螺旋体的第二端以预定角度相互偏移。管插入物密封在管内部以形成第一流体流动路径和第二流体流动路径，第一流体流动路径在各螺旋体的第一侧之间限定，并且第二流体流动路径在各螺旋体的第二侧之间限定。

各流体端口可设置用于逆流操作，从而第一流体和第二流体沿相反的方向流动。一组流体端口中的进口流体端口或出口流体端口中的至少一个端口可以设置在管壁的开口中，或可选地，一组流体端口中的进口流体端口或出口流体端口中的至少一个端口可以设置在管的一端。螺旋体的第一端可以相互偏移180度的角度，并且每个螺旋体的预定螺距可以小于管的内径。至少一个螺旋体可以包括扰流凹部或脊部。

管和管插入物都可以具有基本圆形的横截面。管插入物可以密封在管内部，使得管插入物基本不延伸超过管的第一端和第二端，并且组件可以包括密封至管和管插入物第一端的第一端盖，和密封至管和管插入物第二端的第二端盖。第一端盖和第二端盖可以是平坦的圆形板，并且可以与管和管插入物的端部齐平地密封，以防止流体在热交换器内部混合。

管插入物可以包括内膨胀管，内膨胀管具有第一端和第二端以及它们之间的长度和小于管插入物外径的直径，各螺旋体沿内膨胀管的长度延伸并且绕内膨胀管缠绕。内膨胀管能容纳插入其中的膨胀芯轴，以使管插入物膨胀而与管的内表面紧密地配合。管可以包括分别密封至管、管插入物和内膨胀管第一端的第一端盖，和分别密封至管、管插入物和内膨胀管第二端的第二端盖。第一端盖和第二端盖可以是平坦的圆形板，并且可以与管、管插入物和内膨胀管的端部齐平地密封，以防止流体在热交换器内部混合。

管和管插入物都可以由铜焊包层的铝(braze-cladaluminum)制成，并且螺旋体和管可以铜焊在一起，以形成流体密封的第一流体流动路径和第二流体流动路径。