换热器和换热装置的制作方法

[0001]
本申请涉及换热领域，具体涉及一种换热器和换热装置。


背景技术：

[0002]
换热器是指将热流体的热量传递给冷流体的设备，换热器在生活和工业生产中有着重要应用，由于追求更大的换热面积，传统的换热器一般占地面积较大，因此有着对安装空间要求较高、维护不方便等缺点。因此在保证有充足换热面积的前提下，如何减小换热器的体积是行业内急需解决的问题。
[0003]
公开号为204495135u的中国实用新型专利公开了一种新型螺旋板式反应换热器，包括第一薄板、第二薄板、中间隔板和外筒体，其中第一薄板和第二薄板间隔缠绕组成双螺旋形筒体，中间隔板分别与第一薄板和第二薄板靠近螺旋中心处的端部连接，并将双螺旋筒体隔成互不干扰的两个空间，其中一个空间为运行热流体的热流体通道(热介质进入室)，另一个空间为运行冷流体的冷流体通道(冷介质进入室)，热流体通道和冷流体通道间隔分布，热流体通道和冷流体通道靠近螺旋中心处的位置分别设置有热流体进口和冷流体出口，热流体通道和冷流体通道在最外围的位置分别设置有热流体出口和冷流体进口，当进行换热时，第一薄板和第二薄板的表面积均为冷热流体的换热面积，保证了换热面积的充足，同时双螺旋形筒体的设置，可以有效减小换热器的体积。但是，该专利文件中的螺旋板式反应换热器存在以下缺点：
[0004]
1、流动阻力较大。热流体和冷流体分别在热流体流道和冷流体流道内沿螺旋卷曲方向长距离运动，运动过程中，流体的运动方向时刻在发生变化，薄板与换热流体之间会产生较大的相互作用力，因而使得流体在流道内的流动阻力较大，不适于对气态流体换热。
[0005]
2、维护频率高。虽然热流体的流道呈螺旋卷曲形状，但其实质仍然为一个空间，也即热流体在单一流道内输送，冷流体流道和冷流体输送同理。以热流体流道举例，单一流道存在的问题在于，若热流体流道某一位置出现堵塞，会影响热流体在整个热流体流道内的输送，严重的会直接造成热流体不能输送，使换热器无法正常工作，也即热流体流道只要有一处位置发生堵塞，工作人员便需对换热器进行维护，维护频率高。
[0006]
3、这种换热器为多层螺旋缠绕结构，为了进行充分的换热、获取较高的换热效率，该结构通常会缠绕多层，使得径向尺寸过大，当换热器进行安装时，需要提供较大的径向空间用于安装换热器，这在一些径向空间有限的场合无法实现换热器的隐蔽式安装。
[0007]
4、如上所述，为了进行充分的换热、获取较高的换热效率，该结构通常会缠绕多层，以增大内部流体运动行程，又由于螺旋流道，内阻较大，因此发生堵塞时，堵塞物极难清理出来。
[0008]
5、该换热器为单流道结构，在实际应用时，冷流体和热流体分别只有一条流道，流体量小，导致换热量小，换热能力(升温或降温能力)不足。如果通过增大螺旋流道的截面积来提升流体流量，又会导致同尺寸下换热器的换热面积大大减小，买椟还珠。
[0009]
本申请由此而来。


技术实现要素：

[0010]
本申请要解决的技术问题是：针对上述问题，提出一种换热量大且换热效率高的换热器以及由这种换热器组合而成的换热装置。
[0011]
本申请的技术方案是：
[0012]
一种换热器，包括：
[0013]
其轴线左右延伸的芯轴，以及
[0014]
呈螺旋状卷绕于所述芯轴外围至少2圈的螺旋盘带；
[0015]
所述螺旋盘带包括呈螺旋状环绕于所述芯轴外、且内部带有螺旋液道的多条走液卷带，所述多条走液卷带相互平行且在所述芯轴的径向方向上间隔布置，从而在所述多条走液卷带之间形成有左右贯通的螺旋形的第一走气流道；
[0016]
任一相邻两个圈层的螺旋卷带隔开一定距离，从而在相邻圈层的螺旋卷带之间形成左右贯通的螺旋形的第二走气流道。
[0017]
本申请在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：
[0018]
每条走液卷带在其螺旋方向的内侧端设有第一进出液接口，每条走液卷带在其螺旋方向的外侧端设有第二进出液接口。
[0019]
所述多条走液卷带在螺旋方向的长度相等。
[0020]
所述第一进出液接口平行于所述芯轴的轴线向左伸出，所述第二进出液接口平行于所述芯轴的轴线向右伸出。
[0021]
各个第一进出液接口处的所述第一走气流道被封条封堵。
[0022]
各个第一进出液接口为同一接口，各个第二进出液接口为同一接口。
[0023]
所述走液卷带包括平行布置的两条导热薄带以及密封设置于所述两条导热薄带的侧边之间的封液条，所述螺旋液道形成于所述封液条和所述两条导热薄带之间。
[0024]
至少其中一条导热薄带上一体设置有位于所述螺旋液道内、且支撑于所述两条导热薄带之间的多个间隔分布的冲压凸起。
[0025]
至少其中一条导热薄带上一体设置有位于所述第一走气流道内、且支撑于相邻两条走液卷带之间的多个间隔分布的冲压凸起，至少其中一条导热薄带上一体设置有位于所述第二走气流道内、且支撑于相邻两个圈层的螺旋盘带之间的多个间隔分布的冲压凸起。
[0026]
所述第一走气流道中设有夹在相邻两条走液卷带之间的风道支撑件，所述第二走气流道中设有夹在相邻两个圈层的螺旋盘带之间的风道支撑件。
[0027]
所述风道支撑件是平行于所述芯轴的多根通风管，各根通风管沿着所述第一走气流道或所述第二走气流道的螺旋方向紧密排布。
[0028]
所述风道支撑件为瓦楞板，所述瓦楞板包括沿着所述第一走气流道或所述第二走气流道的螺旋方向依次交替布置的多条楞峰和多条楞谷，每条楞峰和每条楞谷的长度均平行于所述芯轴的轴线延伸设置。
[0029]
所述螺旋卷带呈非圆螺旋状卷绕于所述芯轴外围。
[0030]
所述螺旋卷带呈椭圆形螺旋状卷绕于所述芯轴外围。
[0031]
一种换热装置，包括至少两个上述结构换热器，各个换热器的芯轴同轴线布置，并且任一相邻两个换热器的第一进出液接口或第二进出液接口相互对接。
[0032]
所述芯轴是带有轴向通孔的空心管，所述轴向通孔中穿设两端带外螺纹的拉杆，
所述拉杆的两端分别螺纹连接将各个所述螺旋式换热器轴向夹紧的锁紧螺母。
[0033]
每个所述换热器分别包括同轴布置于所述螺旋盘带外围的筒形外壳，任一相邻两个换热器的筒形外壳密封抵接。
[0034]
所述筒形外壳与所述螺旋盘带之间设有轴向贯通的穿孔，各个换热器上的穿孔同轴布置、且其内穿设有与其中一个最端侧换热器的第一进出液接口或第二进出液接口相连的引液管。
[0035]
本申请的有益效果：
[0036]
1、呈螺旋状卷绕于芯轴外的螺旋盘带由多条平行间隔的螺旋形走液卷带构成，在实际应用时，每条走液卷带中均可独立走液，使得该换热器内可一共通入多路换热用液，进而提升了该换热器的走液量及换热能力，克服了单液路换热器存在的流阻大、流量小等缺陷。多走液卷带只会增大换热器的径向尺寸，充分利用换热器径向尺寸提升换热量，非常适用于径向空间充足的应用环境。
[0037]
2、螺旋盘带由多条内部带有螺旋液道的走液卷带构成，每条走液卷带相互平行且在芯轴的径向方向上间隔布置，从而在这两条走液卷带之间形成了左右贯通的螺旋形的走气流道。任一相邻两个圈层的螺旋盘带也隔开一定距离，从而在相邻圈层的螺旋卷带之间也形成有左右贯通的螺旋形的走气流道。换热器中的气体流道为左右贯通的螺旋形流道，其中设置成螺旋形流道是为了提供充足的换热面积，但其运动路径为从走液卷带左端面到走液卷带右端面，运动方向平行于螺旋线流道的平面，气体流阻小，走气流道清理难度较低。
[0038]
3、各走液卷带的长度设为相等，以使得各路液流的出流温度接近，进而使得与这两路液流发生热交换的“两路”气体的出流温度也非常接近。
[0039]
4、单个换热器的进液接口和出液接口设于换热器的轴向两侧、且均沿轴向伸出，使得进出液接口始终位于换热器径向范围内，不会增加换热器在其径向上需要的安装空间，同时也有利于多个换热器沿轴向串接。当多个这种结构的换热器沿轴向串接而组合成更大的换热装置后，换热的气体沿着换热装置轴向流动，各个单体换热器中的液体沿着轴向排布方向依次反向螺旋流动，进而使得该装置同时具有均匀的排液温度和排气温度，特别适于那些对排液温度或排气温度的均匀性具有较高要求的应用场合。
[0040]
5、多个这种结构的换热器可沿轴向无限串接扩展，从而能够尽可能多地“榨取”换热用液的热或冷，进而使得从换热装置排出的空气温度无限接近换热用液的入流温度，且扩展获得的换热装置不会占用环境中的径向空间。当然，这种方式也可以尽可能多地“榨取”换热用气的热或冷，进而使得从换热装置排出的液流温度无限接近换热用气的入流温度。
[0041]
6、由多个单体换热器组合而成的换热装置的换热效率由单体换热器的总数量决定，因此对每个单体换热器自身的换热效率降低，故而单体换热器在生产时其卷带缠绕圈数可以适当减小，这样由于单一径向尺寸较小，多个换热器沿轴向串联的形式形成管状的换热装置可以隐蔽安装在墙体的边角处，无需提供专门的安装空间进行安装。
[0042]
7、单个换热器上卷带的缠绕圈数较少，意味着卷带内螺旋流体运动行程较短，相较于背景技术，发生堵塞时，沿螺旋方向清理堵塞物的难度较低。即便换热装置中某个单体换热器发生堵塞时，可以将堵塞的单体换热器拆卸下来，换上备用的可正常使用的换热器
继续工作，从而不影响换热装置的正常使用。
[0043]
8、芯轴既能够支撑外围的螺旋卷带，又可以在其内设置轴向通孔以穿设两头螺接螺母的拉杆，以利用拉杆将多个单体换热器轴向拉紧固定，提升了换热装置的装配便利性和结构整体性。
附图说明
[0044]
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本申请的一些实施例，而非对本申请的限制。
[0045]
图1是本申请实施例一中换热器去掉外壳后的左端面示意图。
[0046]
图2是本申请实施例一中换热器去掉外壳后的右端面示意图。
[0047]
图3是本申请实施例一中换热器的立体结构示意图，用于展示左端面。
[0048]
图4是本申请实施例一中换热器的立体结构示意图，用于展示右端面。
[0049]
图5是本申请实施例一中换热装置的立体结构示意图。
[0050]
图6是本申请实施例一中换热装置的剖面结构示意图。
[0051]
图7是图5的分解图。
[0052]
图8是本申请实施例二中换热器去掉外壳后的左端面示意图。
[0053]
图9是本申请实施例二中换热器去掉外壳后的右端面示意图。
[0054]
其中：
[0055]
1-芯轴，2-螺旋卷带，3-第二气体流道，4-第一进出液接口，5-第二进出液接口，6-拉杆，7-锁紧螺母，8-外壳，9-引液管，10-穿孔；
[0056]
101-轴向通孔，201-走液卷带，202-第一气体流道，203-封条，2011-螺旋液道，2012-导热薄带，2013-封液条，2012a-冲压凸起。
具体实施方式
[0057]
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
[0058]
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请专利申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语，不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
[0059]
本申请说明书和权利要求书中所说的“多”，是指两个以上。
[0060]
在本申请说明书和权利要求书的描述中，术语“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本申请的限制。
[0061]
现在，参照附图描述本申请的具体实施例。
[0062]
实施例一：
[0063]
参照图1至图4所示，本实施例这种换热器主要由芯轴1和螺旋盘带2构成，其中螺
旋盘带2呈螺旋状卷绕于芯轴1外围两圈。为了能够更方便地描述该换热器的具体结构，现将芯轴1长度方向定义为左右方向，也即芯轴1的轴线左右延伸(自左向右延伸)。
[0064]
上述螺旋盘带2主要由两条呈螺旋状环绕于芯轴1外、且内部带有螺旋液道2011的走液卷带201构成，这两条走液卷带201相互平行且在芯轴1的径向方向上间隔布置，从而在这两条走液卷带201之间形成了左右贯通的螺旋形的第一走气流道202。任一相邻两个圈层的螺旋盘带2隔开一定距离，从而在相邻圈层的螺旋卷带2之间又形成了左右贯通的螺旋形的第二走气流道3。
[0065]
每条走液卷带201在其螺旋方向(也即长度方向)的内侧端设有平行于芯轴1的轴线向左伸出的第一进出液接口4，每条走液卷带201在其螺旋方向的外侧端设有平行于芯轴1的轴线向右伸出的第二进出液接口5。第一进出液接口4和第二进出液接口5通过卷带内的螺旋液道2011相互连通。实际应用时，送入其中一个进出液接口的液体(通常为水或冷媒液)会沿着走液卷带201的螺旋方向(也是螺旋液道的螺旋方向)流至另一个进出液接口。与此同时，需要升温或降温的气体从该换热器的轴向一侧进入第一走气流道202和第二走气流道3自左向右或者自右向左流动，之后从该换热器轴向另一侧流出。并且两走气流道中流动的气体与走液卷带201内流动的液体因存在温差而发生热交换，获得所需温度的气体或液体。
[0066]
不过，这种换热器存在一个比较明显的缺点：如果走液卷带201内侧端的第一进出液接口4为进液口，第二进出液接口5为出液口，送入走液卷带的液体是低于走气流道内空气温度的低温液体。因液体在走液卷带201中自内而外流动，而且在流动过程中持续吸收通风管内气体热量，所以走液卷带201中液流温度自内而外依次递增。气体从该换热器轴向一侧进入两走气流道后，不同位置的气体接触的走液卷带温度不同——外围气体接触的走液卷带温度高于内侧气体接触的走液卷带温度。这就导致，从换热器轴向另一侧排出的气体温度不均匀，不能满足那些对目标气体的温度均匀性具有较高要求的应用场合。
[0067]
基于上述原因，我们可以将多个上述结构的换热器按照图5和图6所示的方式组合使用，从而形成一种能够均温出风的换热装置。在图5和图6中，各个上述结构的换热器的芯轴1同轴线布置，并且任一相邻两个换热器的对应一个进出液接口相互对接。为方便描述，在此将图5和图6中的四个换热器自左往右依次称为第一换热器、第二换热器、第三换热器和第四换热器，第一换热器右端的第二进出液接口5与第二螺旋式换热器左端的第二进出液接口5对接，第二换热器右端的第一进出液接口4与第三螺旋式换热器左端的第一进出液接口4对接，第三换热器右端的第二进出液接口5与第四螺旋式换热器左端的第二进出液接口5对接。
[0068]
通过上面的分析我们已经知晓，如果用于降温的低温液体在换热器中沿螺旋方向自内而外流动，那么外侧端液温高于内侧端液温。显然，如果低温液体在换热器中沿螺旋方向自外而内流动，那么内侧端液温高于外侧端液温。在图5和图6中，第一换热器中换热用液自内而外流动，第一换热器外侧液温高于内侧液温，第一换热器中内侧空气比外围空气的放热强度大。第二换热器中换热用液自外内而内流动，第二换热器外侧液温低于内侧液温，第二换热器中内侧空气比外围空气的放热强度小。第三换热器中换热用液自内而外流动，第三换热器外侧液温高于内侧液温，第三换热器中内侧空气比外围空气的放热强度大。第四换热器中换热用液自外内而内流动，第四换热器外侧液温低于内侧液温，第四换热器中
内侧空气比外围空气的放热强度小。所以当空气在图5和图6中自左而右依次流过第一、第二、第三和第四换热器，能够获得温度相对均匀的目标空气，非常适用于空调系统。
[0069]
不难理解，如果上述四个换热器的尺寸和结构完全一致，则四者可以非常方便地按照图5和图6所示的方式组装在一起，并且在组装完成后，各个换热器刚好平齐工整排布。
[0070]
再参照图5和图6所示，为了能够更加方便地将这四个换热器紧密连接在一起，本实施例各个换热器的芯轴1采用带轴向通孔101的空心管结构，并于轴向通孔101中穿设两端带外螺纹的拉杆6，拉杆6的两端分别螺纹连接一锁紧螺母7，从而借助拉杆6和两个锁紧螺母7将各个换热器轴向夹紧固定。
[0071]
图5和图6中，每个换热器分别包括同轴布置于螺旋盘带2外围、且与螺旋盘带固定的筒形外壳8。为了尽可能减小相邻两个换热器间的轴向空隙，以减少气体泄露，本实施例将任一相邻两个换热器的筒形外壳8密封抵接。
[0072]
并且，上述筒形外壳8与螺旋盘带2之间设有轴向贯通的穿孔10，各个换热器上的穿孔10同轴布置，并且这些穿孔内穿设有与最右端侧换热器的第一进出液接口4相连的引液管9，如此使得换热用的液体可从该换热装置的同一轴向侧引入和引出。
[0073]
考虑到在实际应用时，轴向通入该换热器走气流道各入口位置的气体通常具有一致的入流温度，送入上述两条螺旋液道2011的液体通常具有一致的入流温度和速度，两路液流的出流温度主要取决于液道的长度。故而，本实施例将两条走液卷带201在螺旋方向的长度设为相等，以使得这两路液流的出流温度接近。
[0074]
显然，走液卷带201的径向厚度越小——越扁平，该换热器的换热面积和效率越大。然而，在扁平的走液卷带201上设置轴向伸出的进出液接口难度很大。基于此，本实施例在第一走气流道202的长度两端均设置了封条203，以将两条走液卷带201的第一进出液接口4位置的第一走气流道202封堵住，将两条走液卷带201的第二进出液接口5位置的第一走气流道202封堵住。实际应用时，可将换热用液整体通至这两个第一进出液接口4(或两个第二进出液接口)位置，因该处的第一走气流道20被封条封堵，所以不会出现供应的换热用液串入第一走气流道202的问题。这相当于将两条走液卷带201的第一进出液接口4集成在一起成为同一个总接口，将两条走液卷带201的第二进出液接口5集成在一起成为另外的同一个总接口。并且这种结构设计也方便了各条走液卷带201中换热用液的集中引出。
[0075]
本实施例中的走液卷带201包括平行布置的两条导热薄带2012以及密封设置于两条导热薄带的侧边之间的封液条2013，上述螺旋液道2011形成于前述封液条和两条导热薄带之间。
[0076]
不难理解，上述封液条2013不仅能够密封液道，以防止液流外漏，还能够支撑走液卷带201的两条导热薄带2012，以保证两条导热薄带2012隔开一定距离形成液流通道。然而，封液条2013对两导热薄带2012的支撑强度和支撑面积有限，如果走液卷带201的轴向宽度较大，则容易出现相两导热薄带2012相互贴近、流道堵塞的问题。基于此，我们可在其中一条导热薄带2012上一体设置位于螺旋液道2011内、且支撑于两条导热薄带2012之间的许多间隔分布的冲压凸起(图中未特别画出)。利用密布的冲压凸起进一步支撑两导热薄带2012，从而保证螺旋液道结构稳定，不易坍塌堵塞。
[0077]
上述导热薄带2012采用厚度不足一毫米的铝箔。走液卷带201内各螺旋液道2011的厚度(或称深度)、相邻圈层走液卷带201间的距离仅有几毫米的尺寸，薄的导热薄带和薄
的流体流道提升了冷热流体的换热面积和换热效率。
[0078]
在本实施例中，螺旋盘带2呈圆形螺旋状卷绕于芯轴1外围，即螺旋盘带2是圆形螺旋形状，这种形状的换热器更易加工制造。在本申请的一些其他实施例中，螺旋盘带2是非圆螺旋形状，即螺旋盘带2也可以呈非圆螺旋状卷绕于芯轴1外围。一般来说，前述非圆螺旋优选为椭圆形螺旋，这种形状的换热器，外形扁平，更加美观，而且可以布置在扁平空间中，充分利用扁平空间以最大程度地发挥换热器的换热性能。
[0079]
实施例二：
[0080]
图8和图9示出了本申请这种换热器的第二个具体实施例，其具有与实施例一基本相同的结构，区别在于：
[0081]
本实施例为了防止相邻圈层的螺旋盘带2相互贴靠，进而导致第二走气流道3堵塞，本实施例在第二走气流道3中设置了夹在相邻两个圈层螺旋盘带2之间的风道支撑件。前述风道支撑件是一体形成于导热薄带2012上的另一些冲压凸起2012a，这些冲压凸起2012a相互隔开地排布在第二走气流道3内、并支撑于相邻两个圈层的螺旋盘带2之间。
[0082]
在本申请的另一些实施例中，上述风道支撑件也可以采用诸如通风管、瓦楞板等其他结构件。当其为通风管时，需将各根通风管沿着第二走气流道3的螺旋方向紧密排布、且平行于芯轴1。当风道支撑件是夹在相邻两个圈层螺旋盘带2之间的瓦楞板时，最好将波浪形瓦楞板的多条楞峰和多条楞谷包括沿着第二走气流道3的螺旋方向依次交替排布，每条楞峰和每条楞谷的长度均平行于芯轴1的轴线延伸设置。将作为风道支撑件的瓦楞板如此布置是有益的：瓦楞板在楞峰和楞谷的排布方向上很容易弯折，而在楞峰或楞谷的长度延伸方向上具有很强的抗弯性能。利用瓦楞板的前述结构特性，将其楞峰和楞谷沿着第二走气流道的螺旋方向依次交替排布，不仅使得瓦楞板能够顺着螺旋方向弯折排布，方便了该换热器的加工制作，又提升了该换热器主体部分的抗弯强度。
[0083]
并且，为了防止两条走液卷带相互贴靠而导致第一走气流道202堵塞，本实施在导热薄带2012上还设置了位于第一走气流道202内、且支撑于相邻两条走液卷带201之间的多个间隔分布的冲压凸起2012a，显然前述冲压凸起2012a也可以采用通风管、瓦楞板替代。