螺旋型换热器

技术领域

本申请涉及换热领域，具体涉及一种螺旋型换热器。

背景技术

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。

专利号为CN201520085162.X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：

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。

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。

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。

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。

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。

本申请由此而来。

发明内容

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螺旋型换热器。

本申请的技术方案是：

一种螺旋型换热器，包括：

其轴线左右延伸的芯轴，以及

呈螺旋状卷绕于所述芯轴外围至少2圈、且其内带有螺旋液道的走液卷带；

任一相邻两个圈层的走液卷带隔开一定距离，从而形成左右贯通的螺旋形的走气流道，所述走液卷带内设有左右延伸的液道分隔条，所述液道分隔条将所述螺旋液道分隔成沿着螺旋方向依次布置且相互隔离的多条液流分道，每条所述液流分道在其螺旋方向的内侧端和外侧端分别设有通过该条液流分道相互连通的第一进出液接口和第二进出液接口。

本申请在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

每条所述液流分道的长度相等。

所述液道分隔条共设置至少两根，各根所述液道分隔条沿直线方向间隔排布。

各根所述液道分隔条沿所述芯轴的径向方向直线排布。

各个第一进出液接口设于液流分道的内侧端，且沿着所述芯轴的径向方向直线排布；各个第一进出液接口设于液流分道的外侧端，且沿着所述芯轴的径向方向直线排布。

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。

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。

所述走气流道中设有夹在相邻两个圈层的走液卷带之间的风道支撑件。

本申请提出的另一种螺旋型换热器，包括：

其轴线左右延伸的芯轴，以及

呈螺旋状卷绕于所述芯轴外围至少2圈、且其内带有第一螺旋液道的第一走液卷带；

呈螺旋状卷绕于所述芯轴外围至少2圈、且其内带有第二螺旋液道的第二走液卷带；

任一相邻两个圈层的第一走液卷带隔开一定距离，从而形成左右贯通的螺旋形的第一走气流道；任一相邻两个圈层的第二走液卷带隔开一定距离，从而形成左右贯通的螺旋形的第二走气流道；所述第一走液卷带在其螺旋方向的内侧端和外侧端分别设有通过第一螺旋液道相互连通的第一进出液接口和第二进出液接口，所述第二走液卷带在其螺旋方向的内侧端和外侧端分别设有通过第二螺旋液道相互连通的第三进出液接口和第四进出液接口。

作为优选，所述第一走液卷带与所述第二走液卷带的长度相等。

本申请的有益效果：

1、呈螺旋状卷绕于芯轴外的走液卷带的螺旋液道被其内的液道分隔条分隔成多条独立的液流分道，在实际应用时，每条液流分道中均可独立走液，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。在液流分道长度一定的情况下，增多液流分道的数量，只会增大换热器的径向尺寸，充分利用换热器的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。

2、换热器中的气体流道为左右贯通的螺旋形流道，其中设置成螺旋形的结构有利于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。

3、将螺旋液道分隔成独立的多条液流分道，使得每条液流分道通过在螺旋方向上的长度减小来缩短每条液流分道的换热时间，使得每条液流分道在螺旋向上的温差变小，走气流道内的空气换热更均匀，进而该使得走气流道输出端位置处输出的空气温度分布更均匀。

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。

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。

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。

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。

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串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

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。

图1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。

图2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。

图3是本申请实施例一中换热器去掉外壳后的左端面示意图。

图4是本申请实施例一中换热器去掉外壳后的右端面示意图。

图5是图3中X1处的放大图，用于展示走液卷带左端面处的结构。

图6是图5中封液条移除后的结构示意图，用于展示走液卷带内部结构。图7是本申请实施例一中换热装置的结构简图。

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。

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。

图10是本申请实施例三中换热器去掉外壳后的左端面示意图。

图11是本申请实施例三中换热器去掉外壳后的右端面示意图。

其中：

1-芯轴，2-走液卷带，3-走气流道，4-第一进出液接口，5-第二进出液接口，6-通风管，7-外壳；

101-轴向通孔，201-螺旋液道，201a-液流分道，202-导热薄带，202a-冲压凸起，202b-弧形折弯部，203-封液条，204-液道分隔条。

具体实施方式

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。

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。

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。

现在，参照附图描述本申请的具体实施例。

实施例一：

图1至图6示出了螺旋型换热器的第一个具体实施例，它主要由芯轴1和走液卷带2构成。其中走液卷带2呈螺旋状卷绕于芯轴1外围，而且走液卷带2的卷绕圈数为十圈，从而在走液卷带2内形成了具有十个螺旋圈层的螺旋液道201。为了能够更方便地描述该螺旋型换热器的具体结构，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)。

在本实施例中，任一相邻两个圈层的走液卷带2隔开一定距离，从而形成左右贯通的螺旋形的走气流道3。为了防止相邻圈层的走液卷带2相互贴靠，进而导致走气流道3堵塞，本实施例在走气流道3中设置了夹在相邻两个圈层的走液卷带2之间的风道支撑件。

上述的风道支撑件是平行于芯轴1的多根通风管6，而且各根通风管6沿着走气流道3的螺旋方向紧密排布。为防止通风管6活动，最好将通风管6与走液卷带2粘接固定。通风管6优选导热性能优异且易于制作的铝管。

再参照图1和图2所示，走液卷带2内设置有一根左右延伸(也即平行于芯轴轴线延伸)的液道分隔条204。这根液道分隔条6将螺旋液道201分隔成相互隔离的两条液流分道201a，这两条液流分道201a在螺旋方向上顺次布置。每条液流分道201a在其螺旋方向的内侧端设有第一进出液接口4，在其螺旋方向的外侧端设有第二进出液接口5，各条液流分道201a将其两端的第一进出液接口4和第二进出液接口5。实际应用时，分别送入两个第一进出液接口4的液体会沿着各自对应的液流分道201a的螺旋方向(也即长度方向)分别流至两个第二进出液接口5，从使得该换热器内可一共通入两路换热用液，进而提升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。

上述这种换热器存在这样的缺点：如果各条液流分道201a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通风管内空气温度的低温液体。因液体在走液卷带2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2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走气流道3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，不能适用于那些对目标气体的温度均匀性具有较高要求的应用场合。

基于此，我们可以将多个上述结构的螺旋型换热器按照图7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7中，各个上述结构的螺旋型换热器的芯轴1同轴线布置，并且任一相邻两个螺旋型换热器的对应一个进出液接口相互连接。为方便描述，在此将图7中的四个螺旋型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，第一换热器右端的两个第二进出液接口5与第二螺旋型换热器左端的两个第二进出液接口5对接，第二换热器右端的两个第一进出液接口4与第三螺旋型换热器左端的两个第一进出液接口4对接，第三换热器右端的两个第二进出液接口5与第四螺旋型换热器左端的两个第二进出液接口5对接。

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螺旋型换热器中自内而外流动，那么外侧端液温高于内侧端液温。显然，如果低温液体在螺旋型换热器中自外而内流动，那么内侧端液温高于外侧端液温。在图7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7中自右而左依次流过第四、第三、第二和第一换热器，能够获得温度相对均匀的目标空气，非常适用于空调系统。

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7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。

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，拉杆的两端分别螺纹连接一锁紧螺母，0从而借助拉杆和两个锁紧螺母将各个螺旋型换热器轴向夹紧固定。

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外围的筒形外壳7。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7密封抵接。

考虑到在实际应用时，轴向通入该换热器走气流道3各入口位置的气体通常具有一致的入流温度，送入上述两条液流分道201a的液体通常具有一致的入流温度，两路液流的出流温度主要取决于液路的长度。故而，本实施例将两条液流分道201a的长度设为相等，以使得这两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”气体的出流温度也接近。

如图5和图6所示，本实施例中的走液卷带2包括平行布置的两条导热薄带202以及密封设置于两条导热薄带的侧边之间的封液条203，上述螺旋液道201形成于前述封液条和两条导热薄带之间。

不难理解，上述封液条203不仅能够密封液道，以防止液流外漏，还能够支撑走液卷带2的两条导热薄带202，以保证两条导热薄带202隔开一定距离形成液流通道。然而，封液条203对两导热薄带202的支撑强度和支撑面积有限，如果走液卷带2的轴向宽度较大，则容易出现相两导热薄带202相互贴近、流道堵塞的问题。基于此，本实施例在其中一条导热薄带202上一体设置了位于螺旋液道201内、且支撑于两条导热薄带202之间的许多间隔分布的冲压凸起202a。利用密布的冲压凸起202a进一步支撑两导热薄带202，从而保证螺旋液道结构稳定，不易坍塌堵塞。

实施例二：

图8和图9示出了螺旋型换热器的第二个具体实施例，其具有与实施例一相似的结构，区别在于：

走液卷带2内设置的液道分隔条204不止一根，而是许多根。每根液道分隔条204的长度左右延伸，且这些液道分隔条204沿着走液卷带2的螺旋方向间隔排布。这些液道分隔条204将螺旋液道201分隔成沿着走液卷带2的螺旋方向依次排布、且相互隔离的多条液流分道201a。每条条液流分道201a在其螺旋方向(也即长度方向)的内侧端都设有第一进出液接口4，每条条液流分道201a在其螺旋方向的外侧端都设有第二进出液接口5。各条液流分道中的每一条均将其长度两端的第一进出液接口4和第二进出液接口5相互连通。

实际应用时，送入各个第一进出液接口4的液体会沿着对应液流分道201a的长度方向流至对应的第二进出液接口5。如此，可同时向该换热器通入多路换热用液，进而进一步提升该换热器的走液量及换热能力。

显然本实施例的换热器也具有单个使用时存在的出气温度不均匀的问题。对此，我们仍然可以采用实施例一图7所示的方式，将多个这种结构的螺旋型换热器组合在一起使用——相邻两个的螺旋型换热器的第一进出液接口4或第二进出液接口5相互对接。

实施例三：

图10和图11示出了螺旋型换热器的第三个具体实施例，其具有与实施例一相似的结构，区别在于：

本申请这种换热器一共配置有两条走液卷带，其中一条走液卷带2呈螺旋状卷绕于芯轴1外围，其卷绕圈数约为7圈。另一条走液卷带2螺旋状卷绕于第一条走液卷带2外围，其卷绕圈数约为3圈。为了方便描述，在此将内侧的走液卷带称2为第一走液卷带，其内形成的螺旋液道201称为第一螺旋液道；将外侧的走液卷带2称为第二走液卷带，其内形成的螺旋液道201称为第二螺旋液道。任一相邻两个圈层的第一走液卷带隔开一定距离，从而形成左右贯通的螺旋形的一条走气流道3。任一相邻两个圈层的第二走液卷带隔开一定距离，从而形成左右贯通的螺旋形的另一条走气流道3。

前述第一螺旋液道和第二螺旋液道在各自螺旋方向(也即长度方向)的内侧端和外侧端分别均设有一个进出液接口，为了方便说明，将设于第一螺旋液道和第二螺旋液道螺旋内侧端的进出液接口称为第一进出液接口4，将设于第一螺旋液道和第二螺旋液道螺旋外侧端的进出液接口称为第二进出液接口5，该换热器一共具有两个第一进出液接口4和两个第二进出液接口5。实际应用时，两条走液卷带内可分别通入一路换热用液，共两路换热用液分别流动作业，进而提升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。

本实施中第一走液卷带与第二走液卷带的长度相等，以使得上述两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”气体的出流温度也接近。

显然本实施例的换热器同样具有单个使用时存在的出气温度不均匀的问题。对此，我们仍然可以采用实施例一图7所示的方式，将多个这种结构的螺旋型换热器组合在一起使用——相邻两个的螺旋型换热器的第一进出液接口4或第二进出液接口5相互对接。

在上述三个实施例中，走液卷带2呈圆形螺旋状卷绕于芯轴1外围，即走液卷带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，走液卷带2是非圆螺旋形状，即走液卷带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。