[发明专利]3D螺旋热交换器

权利要求书

1.一种螺旋热交换器，包括：

螺旋壁，具有螺旋曲率，以形成螺旋通路；以及

矩阵，被布置在所述螺旋壁的所述螺旋通路中，所述矩阵具有通过以下项形成的交替的热和冷螺旋流体通道：

第一螺旋通道，被配置为形成盘绕的热流体通路的行和列，以接收热流体；以及

第二螺旋通道，被配置为形成对应的盘绕的冷流体通路的行和列，以接收具有低于所述热流体的温度的冷流体；

所述第一螺旋通道和所述第二螺旋通道被配置为：每隔所述第一螺旋通道和所述第二螺旋通道的一行、以及每隔所述第一螺旋通道和所述第二螺旋通道的一列交替，以便形成由交替的盘绕壁分隔的盘绕的热流体通路和冷流体通路的交替的行和交替的列，所述盘绕壁充当流体分隔器和管道，通过所述盘绕壁，热量在所述热流体和所述冷流体之间传递。

2.根据权利要求1所述的螺旋热交换器，其中所述第一螺旋通道和所述第二螺旋通道被配置为形成平行的和交错的流体通路的多个行和多个列。

3.根据权利要求1所述的螺旋热交换器，其中所述第一螺旋通道和所述第二螺旋通道被配置为每隔一行和每隔一列交替，以便形成盘绕的热流体通路和冷流体通路的交替的行和交替的列，所述热流体通路和所述冷流体通路具有由上弯角盘绕壁和下弯角盘绕壁分隔的菱形截面。

4.根据权利要求1所述的螺旋热交换器，其中所述第一螺旋通道和所述第二螺旋通道使用增材制造工艺来制造，以制成3D螺旋热交换器；

其中所述增材制造工艺包括使用粉末床熔合增材制造工艺。

5.根据权利要求1所述的螺旋热交换器，其中所述第一螺旋通道和所述第二螺旋通道被配置为使得盘绕的热流体通路和冷流体通路的交替的行和交替的列被彼此平行地盘绕。

6.根据权利要求1所述的螺旋热交换器，其中所述螺旋曲率沿着由以下方程定义的阿基米德螺旋扫过：

r＝a+bθ，

其中a和b是定义螺旋的紧密度和宽度的常数，并且r和θ是坐标系中的极坐标，所述坐标系与所述螺旋热交换器的底面共面，并且所述坐标系的原点位于所述螺旋热交换器的所述底面的几何中心。

7.根据权利要求1所述的螺旋热交换器，其中所述螺旋曲率使用圆的渐开线来定义，所述圆的渐开线具有以下方程：

其中a是定义螺旋的紧密度和宽度的常数，并且r和θ是坐标系中的极坐标，所述坐标系与所述螺旋热交换器的底面共面，并且所述坐标系的原点位于所述螺旋热交换器的所述底面的几何中心。

8.一种3D螺旋热交换器，包括：

螺旋壁，具有螺旋曲率，以形成螺旋通路；以及

矩阵，被布置在所述螺旋壁的所述螺旋通路中，所述矩阵具有通过以下项形成的交替的热和冷螺旋流体通道：

第一螺旋通道，被配置为形成盘绕的热流体通路的行和列，以接收热流体；以及

第二螺旋通道，被配置为形成对应的盘绕的冷流体通路的行和列，以接收具有低于所述热流体的温度的冷流体；

所述第一螺旋通道和所述第二螺旋通道被配置为：每隔所述第一螺旋通道和所述第二螺旋通道的一行、以及每隔所述第一螺旋通道和所述第二螺旋通道的一列交替，以便形成由交替的盘绕壁分隔的盘绕的热流体通路和冷流体通路的交替的行和交替的列，所述盘绕壁充当流体分隔器和管道，通过所述盘绕壁，热量在所述热流体和所述冷流体之间传递，所述第一螺旋通道和所述第二螺旋通道使用增材制造工艺来制造，以制成所述3D螺旋热交换器。

9.根据权利要求8所述的3D螺旋热交换器，其中所述第一螺旋通道和所述第二螺旋通道被配置为形成平行的和交错的流体通路的多个行和多个列。

10.根据权利要求8所述的3D螺旋热交换器，其中所述第一螺旋通道和所述第二螺旋通道被配置为每隔一行和每隔一列交替，以便形成盘绕的热流体通路和冷流体通路的交替的行和交替的列，所述热流体通路和所述冷流体通路具有由上弯角盘绕壁和下弯角盘绕壁分隔的菱形截面。