[发明专利]3D螺旋热交换器

说明书

一种螺旋热交换器，其特征在于：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，以接收具有低于热流体的温度的冷流体。第一螺旋通道和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的矩阵，该盘绕壁充当流体分隔器和管道，通过该盘绕壁，热量在热流体和冷流体之间传递。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年6月9日提交的临时专利申请序列号62/347,813(911-026.001-1(F-STD-X0001US01))的权益，其整体通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种热交换器，并且更特别地，涉及通过促进流体与不同温度下的另一流体之间的热传递来降低或升高该流体的温度的热交换器。

背景技术

热交换器是一种设备，其目的是通过促进流体与不同温度下的另一流体之间的热传递来降低或升高该流体的温度。存在可用的若干类型的热交换器，这些热交换器在热传递能力、几何设计和复杂性、成本、工作流体温度、压力和粘度范围以及许多其他属性方面不同。

常见类型的热交换器包括双管式、壳管式、以及板框架式。一种不常见的类型是螺旋热交换器。该热交换器由以螺旋模式盘绕的金属板构成，以形成用于热流体的单通道和用于冷流体的单通道。热流体通常在热交换器的中心进入并且向外流到交换器的外围，冷流体以相反方向流动。

这种类型的热交换器具有许多优于前述类型的优点。螺旋通道在整个流动路径中建立均匀的速度分布，在流动中没有死点。这意味着，不仅流体将更高效地流动，而且也不存在会促使固体沉积或结垢的特定区域，实际上是自清洁设计。任何发生的结垢都会使得流体速度的局部增加，这将起到清洁结垢区域的作用。归因于此，螺旋热交换器与粘性流体一起使用，并且在有颗粒悬浮在工作流体中的情况下使用。

螺旋热交换器的曲率在流动路径的内部和外部之间建立次级流动，并且即使在低雷诺数下也确保整个设备中的高度湍流流体流动。次级流动增加了混合，这也增强了热传递，并且由于不断变化的曲率，整个设备的温度分布是均匀的——不存在热点和冷点，而不像其他热交换器类型那样。

螺旋热交换器的不断变化的曲率还确保了整个路径中的高度湍流流体流动。这增加了混合，这也增强了热传递，并且由于该不断变化，温度分布在整个设备中是均匀的——不存在热点和冷点，而不像其他热交换器类型那样，这进一步提高了交换器的性能。

在当今存在的任何类型中，螺旋热交换器提供了最高的热传递与尺寸的比率，并且与其他热交换器类型相比，加大交换器的尺寸能够带来更低的压降，更少的所需泵能量，更高的热效率和更低的能量成本。

这种类型的热交换器也存在缺点。首先，其相对复杂的几何形状通常导致更高的成本。其次，大的单通道限制了可用于热传递的面积和设备的压力范围。

鉴于以上所述，工业上需要更好的热交换器。例如，具有带来较低成本的较不复杂的几何形状、并且还具有不限制可用于传递的面积和设备的压力范围的小通道的热交换器。

发明内容

作为示例，本发明提供了一种新颖并且独特的螺旋热交换器，其特征在于：

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，以接收具有小于热流体的温度的冷流体；

第一螺旋通道和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的矩阵，该盘绕壁充当流体分隔器和管道，通过该盘绕壁，热量在热流体和冷流体之间传递。