CN102472593A - 用于换热器的螺旋状管束的配置 - Google Patents

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Abstract

公开了包括螺旋状地缠绕的管束的换热器。所述螺旋状缠绕的管束与管板连接，以限定出与第二工作流体系统流体地隔离的第一工作流体系统。所述管板和管由相同的材料形成，这促进了它们通过实质上抗电蚀的连接的连接。

Description

用于换热器的螺旋状管束的配置
相关申请的交叉参考
本案例要求美国临时专利申请序列号61/225991的优先权，该申请在2009年7月16日提交(代理人卷号：711-283US)，并且通过参考结合于此。
如果本申请和通过参考结合于此的一个或多个案例之间存在任何冲突或语言上的不一致，可能影响对本案中的权利要求的理解，本案中的权利要求将理解为与在本例中的语言相一致。
技术领域
本发明通常涉及换热器，更特别地，涉及壳管换热器(shell-and-tube heatexchangers)。
背景技术
海洋热能转换(“OTEC”)是用于基于温差发电的方法，该温差存在于大的水体的深水和浅水之间，例如海洋、大海、海湾或者大而深的湖泊。OTEC系统采用热发动机(也即基于温差发电的热动力设备或系统)，其热耦接在相对温暖的浅水和相对寒冷的深水之间。
适于OTEC的一种热发动机基于兰金循环，其采用低压涡轮。含有低沸点的流体、例如氨水的闭环管路与在第一换热器处的温水热耦接，低沸点流体在那里蒸发。膨胀的蒸气迫使通过涡轮，驱动涡轮发动机。在从涡轮出来之后，蒸发的工作流体在第二换热器处冷凝回液态，闭环管路在那里热耦接冷水。然后冷凝的工作流体循环通过系统。
OTEC系统示出为在技术上是可行的，但是这些系统高的资金成本阻碍了其商业化。换热器是OTEC厂资金成本的第二大贡献者(最大的是离岸停泊船或平台)。因此，OTEC厂所需的巨大的换热器的优化是非常重要的，并对OTEC技术的经济可行性具有重大的冲击。
在OTEC系统中已经采用了许多类型的换热器，包括板—翼、板—框架与壳管换热器。壳管换热器在OTEC应用中的使用特别具有吸引力，因为它们在大容量流体流动和低的背压上的潜力。壳管换热器包括放置在两个管板(tubesheet)之间并封闭在压力容器壳中的多个管。第一流体或气体通过所述管，而第二流体或气体通过压力容器壳，从而使得其沿着管的外表面流动。热能通过管壁在第一流体和第二流体之间传送。管的端部典型地压合或焊接到管板中。
不幸的是，壳管换热器具有几个缺点，从而限制了它们在海洋应用中的使用。首先，总的传热系数，U——其与用于OTEC的合理压降相关联——典型地低于2000W/m2K。除了其他之外，传热效率受到如下限制：(1)典型地包括在压力容器中以引起第二流体的紊流和横流的挡板，和(2)对第二流体的流速的限制，以避免引起振动和引起机械应力的流动力以及在管上的应变。
传统的壳管换热器的第二个缺点是它们倾向于“生物污损”。生物污损减小了效率并导致增长的维持成本(尤其对于位于深水位的换热器)。除了其他之外，生物污损起因于有机物质在孔隙和裂缝中的捕获，例如那些与按压或熔焊到管板中的管相关的那些。
传统的壳管换热器的第三个缺点是它们不是很适合于海水应用，例如OTEC。因为所述管按压或熔焊到管板中，难以确保在管里面的第一流体和在管周围流动通过该壳的海水之间的流体隔离。而且，传统的壳管换热器的可靠性由于电蚀而受损，该电蚀发生在用于将管密封到管板上的焊接接头上。电蚀由于包含在熔焊中的不类似的金属之间的反应而发生。将焊接暴露在海水中加剧了电蚀。可靠性还通过在停滞流动区域中的裂缝腐蚀的可能性而进一步降低，即使壳管设计是为OTEC应用而定制的。
从历史观点上说，为了实际考虑，这些缺点已经把壳管换热器的尺寸和成本推动得太高。
随着今天对能量需求的增长，采用可再生的、恒定的、基本负荷的能源来源是想要的方案。因此对OTEC电厂具有更新的兴趣。但是在海洋环境中具有高换热能力、高流速、低泵送寄生损失和长寿命的低成本OTEC换热器的开发仍然难以进行。
发明内容
本发明提供不具有现有技术的一些成本和缺点的换热器。本发明的实施方式特别好地适合用于OTEC系统中；然而，根据本发明的实施方式也适合用于其它换热器应用中，例如核反应堆、化工厂，等等。
本发明示例的实施方式是壳管换热器，其中所述管设置为多个管束(tubebundle)，每个包括多个用于传送第一或第二流体的管。每个管束特征在于从第一管板延伸到第二管板的中心轴线，且每个管束螺旋状地缠绕在其中心轴线周围。
在一些实施方式中，管板和管由相同的材料制成，且摩擦搅动焊接(friction-stir weld)用于将管壁连接管板上。结果，管壁和管板形成实质上抗电蚀(galvanic corrosion-resistant)的连接，其使在管中的流体与在壳中流动在管周围的流体相密封和隔离。
在一些实施方式中，多个管束以六角形封闭包装的布置设置在每个管板处。
在一些实施方式中，在每个管束内的管机械地耦接，以限制(inhibit)每个管相对于其管束内的其他管的运动。在一些实施方式中，在每个管束内的管机械地耦接，以实质上不允许(disallow)每个管相对于每个管束内的其他管的任何运动。
在一些实施方式中，第一管束封闭在传送第一流体的第一罩(shroud)中，而第二管束封闭在传送第二流体的第二罩中，该第二流体不同于第一流体和流过管自身的流体。
本发明的实施方式包括：包括具有第一中心轴线的第一管束的换热器，其中该第一管束包括用于传送第一流体的第一多个管，并且其中该第一管束螺旋状地缠绕在该第一中心轴线的周围。
附图说明
图1描述根据本发明示例的实施方式的OTEC发电系统的示意图。
图2描述现有技术中已知的传统的壳管换热器。
图3A描述适于在根据现有技术的壳管换热器中使用的扭曲管。
图3B描述管302在沿着z方向的不同点处的一连串横截面图。
图4描述根据本发明示例的实施方式的壳管换热器。
图5A描述根据本发明示例的实施方式的管束。
图5B描述根据本发明示例的实施方式的管束404-I的端视图。
图6描述根据本发明第一可选实施方式的管束的配置。
图7A描述根据本发明第二可选实施方式的管束。
图7B描述在绕着中心管702缠绕外管704之前的管束700。
图7C描述用于形成根据本发明第二可选实施方式的管束的束组装机构。
图8描述用于在管束700形成过程中和/或形成后保持外管704和中心管702的引导。
具体实施方式
图1描述根据本发明示例的实施方式的OTEC发电系统的示意图。OTEC系统100包括离岸平台102、涡轮发电机104、闭环管路106、蒸发器110-1、冷凝器110-2、船体112、泵114、116和124以及管路120、122、128和130。
离岸平台102是张力腿离岸平台，其包括漂浮船体112，该船体包括甲板、沉箱和浮筒。船体通过刚性的张力腿支撑在海床136上面，所述腿在配置位置134处锚定到海床136上。清楚起见，甲板、沉箱、浮筒和张力腿在图1中未示出。
在一些实施方式中，离岸平台102配置在位于不同于海洋(例如湖泊、大海等)的水体中的配置位置。在一些实施方式中，离岸平台102是不同于张力腿离岸平台的离岸平台，例如半潜水的、柱的、钻进船、自升式离岸平台、放牧(grazing)厂等。如何指定、制造和使用平台102，这对于本领域技术人员是清楚的。
涡轮发电机104是安装在船体112上的传统的涡轮驱动发电机。涡轮发电机104响应于流体的流动而产生电能并在输出电缆138上提供所发的电能。
闭环管路106是用于将工作流体108传送通过蒸发器110-1、冷凝器110-2和涡轮发电机104的管路。
蒸发器110-1是壳管换热器，其构建用于传送在表面区域118中的温暖的海水和工作流体108中的热，从而引起工作流体蒸发。
冷凝器110-2是壳管换热器，其构建用于将热从蒸发的工作流体108传送到来自深水区域126的冷的海水，从而引起蒸发的工作流体108冷凝回到液体形式。蒸发器110-1和冷凝器110-2与离岸平台102机械地和流体地(fluidically)耦接。
本领域技术人员将认识到：作为蒸发器或冷凝器的换热器的运行依赖于在OTEC系统100中流体地构建的方式。根据本发明的示例的实施方式的壳管换热器(也即换热器110)在下面结合图4而更加详细地描述。
涡轮发电机104、闭环管道106、蒸发器110和冷凝器共同地形成兰金循环发动机，其基于表面区域118中的水温和深水区域126中的水温的差值产生电能。
在典型的运行中，泵114泵送液体形式的工作流体108通过闭环管路106到达蒸发器110-1。氨水通常用作OTEC系统中的工作流体108；然而，本领域技术人员将清楚的是，在表面区域118中的水温下蒸发和在深水区域126中的水温下冷凝的任何流体都适于用作工作流体(受到材料可混用性限制的影响)。
泵116将温暖的海水从表面区域118经由管路120抽吸到蒸发器110内。在典型的OTEC配置中，表面区域118中的水处于大约25摄氏度的实质上恒温下(受到天气和阳光条件的影响)。在蒸发器110-1处，来自温水的热通过工作流体108吸收，这引起工作流体蒸发。在通过蒸发器110-1之后，现在稍微变冷的水经由管路122喷射回到海洋140中。管路122的输出典型地位于海洋140中比表面区域118更深处(也即中位区域132)，以避免表面水区域中平均水温的下降。
膨胀的工作流体108蒸气迫使通过涡轮发电机104，从而驱动涡轮发电机产生电能。产生的电能提供到输出电缆138上。在通过涡轮发电机104之后，蒸发的工作流体进入冷凝器110-2。
泵124经由管路128将来自深水区域126的冷的海水抽吸到冷凝器110-2内。典型地，深水区域126在水体表面以下大约1000米，在该深度，水处于几摄氏度的实质上恒温下。冷水行进通过冷凝器110-2，在那里其从蒸发的工作流体中吸热。从而，工作流体108冷凝回液态形式。在通过冷凝器110-2之后，现在稍微变温暖的水经由管路130喷射到海洋140中。管路130的输出典型地位于海洋140中比深水区域126更浅深度处(也即中位区域)，以避免增加深水区域中的平均水温。
泵114将冷凝的工作流体108泵送回到蒸发器110-1，其在那里再次蒸发，从而持续驱动涡轮发电机104的该兰金循环。
图2描述现有技术已知的传统的壳管换热器。换热器200包括管202、管板204、挡板206、输入增压208、输出增压210、壳212、第二入口214和第二出口216。换热器200在第一流体和第二流体之间传送热。对于旨在用于OTEC应用中的换热器，第一流体典型地为工作流体，例如氨水，而第二流体典型地为海水。
管202是由导热材料制成的笔直的未扭曲的(non-twisted)管道，该材料例如为铜合金、不锈钢、碳钢、非铁铜合金、铬镍铁合金、镍、哈司特镍合金和钛。工作流体在输入218处提供到换热器200。输入218流体地连接到输入增压208，其将工作流体分配给每个管202。管202将工作流体传送给输出增压210，该输出增压210连接工作流体并将其提供给输出220。输入218和输出220典型地连接到传送工作流体的闭环管路。
管板204是实质上相同的板，每个包括孔阵列，所述孔接收一个管202。管202这样附接到管板204上，例如通过燃烧(flaring)管的端部以将所属管机械地“型锻”在所述孔内，可选地，铜焊、压焊(bonding)或焊接用于连接所述管和管板。
管板204中的孔设置为二维布置，其在管202之间设置分割，该分割提供用于在壳管换热器中的大量的管。由于热传送主要地通过管的侧壁而发生在换热器中，想要的是，在换热器中包括尽可能多的管，以实质上最大化表面面积，热可以通过该表面面积而在第一和第二流体之间传送。管202之间的间距也必须是足够的，以使得在管202周围并沿着管202的第二流体具有合理的流速，而不因为流体背压的发展而减小换热器效率。
挡板206沿着管202的长度而分布，以增加第二流体和管202的壁之间的相互作用时间和长度。然而挡板206还限制了第二流体通过换热器200的流动；从而增加了第二流体的背压，增加了第二流体必须泵送所用的力，并减小了换热器的整个传热效率。
第一(也称为工作)流体通过输入增压208而引入到管202。输入增压208典型地铜焊或焊接到管板204。类似的方式，第一流体经由输出增压210排出管202，该输出增压为典型地铜焊或焊接到其各自的管板204上。
壳212封闭了管202并为第二流体形成管路。壳212典型地螺栓连接到管板204上。通常地，垫圈包含在壳和管板之间以提供流体密封。
第二流体通过第二入口214引入到壳212内并通过第二出口216排出换热器200。第二入口214和第二出口216典型地铜焊或焊接到壳212上。
不幸地，传统的壳管换热器具有几个问题，尤其是关于它们在OTEC系统中的使用。管材料必须选择为具有良好的导热性，而且能经受大的热应力，所述热应力由于第一和第二工作流体之间的温差而发展。此外，第一和第二流体通常处于高压下，这增加了管202受到的弯矩。而且，管材料还必须与运行条件下(例如温度、压力、流量、PH等)的壳管侧流体都长期地适合，以减轻腐蚀作用。还有，管材料和/或连接材料(例如铜焊化合物或焊接材料等)的选择将导致通过在壳和管侧之间的管的泄漏，这将引起流体交叉污染和可能的压力损失以及换热器故障。
图3A描述适合用于根据现有技术的壳管换热器的扭曲的管。管302是适合用作换热器200中的管202的笔直的、椭圆形管道。然而比较于管202，管302绕着其纵向轴线304单独地扭曲。相应指出的是，尽管管302的胚珠的(ovular)横截面绕着其纵向轴线304旋转，该纵向轴线304沿着管302的长度保持实质上笔直。
图3B描述了管沿着z-方向在不同点处的一系列横截面图。
在沿着z-方向的点A处，管302的胚珠的横截面的长轴306与x-方向对齐。在点B，长轴306在x-y平面上旋转到大约60°。在点C，长轴306在x-y平面上旋转另一个60°到大约120°。点D在管302旋转周期的大约半个波长处，而长轴306再次与x方向对齐。管302绕着纵向轴线304大约60°的额外的旋转发生在点E、F和G的每个之间。结果，长轴306再次分别在x-y平面中各自的大约60°和120°处。点G表示管302的旋转周期的一个完整波长；因此，长轴306再次与x方向对齐。
管302的扭曲的结构导致其管壁的表面面积的增加。结果，在第一和第二流体之间通过管302的管壁的热传送能够比管202的更有效率。此外，扭曲的管的机械共振频率高于可比较的未扭曲的管，这使得管302比管202更抗由于流过换热器的第二流体施加的力导致的横向变位。
然而管302具有几个缺点。单独地扭曲的管比未扭曲的管更难以清洗并且更易于生物积污。单独扭曲的管还要求紧密的包装以保持联锁/高的剖面模数。对紧密包装的该需求对壳管换热器里面的管的布置带来了不想要的约束。
图4描述了根据本发明示例的实施方式的壳管换热器。换热器110包括管板402、管束404-1至404-N、壳408、入口410和出口412。
管板402类似于换热器100的管板204和206；然而，管板402的孔的布置适应管束404-1至404-N(共同地称为管束404)。
管板402由海洋级别的铝合金制成。某些铝合金因为它们抗海水腐蚀而非常适于OTEC应用。而且，铝和其大多数合金顺应于摩擦搅动焊接(FSW)连接技术的使用。
摩擦搅动焊接是用于连接两个相同材料的元件的广为知晓的方法。传统的FSW采用旋转的探针，其迫压到两个元件之间的接口内。探针和材料之间的极大的摩擦引起直接邻近探针的材料加热到在其熔点之下的温度。这软化邻接部分，但是因为材料保持在固态，其原始材料性质得以保持。探针沿着焊接线的运动从两件朝着拖尾边缘推动软化材料，引起邻接区域熔合，从而形成焊缝。
由于不同于其他普通的连接技术，例如熔焊接、铜焊等，FSW具有几个性能优点。特别地，最终的焊缝包括作为连接部分的相同材料。结果，由于不类似的金属之间在连接处的接触引起的电蚀得以减小或排除。而且，最终的焊缝保持连接部分的材料的材料性质。
FSW在连接换热器110的组件中的使用为本发明提供了几个优点，如同下面描述的那样。
每个管束404包括管406-1至406-3(共同地称为管406)。管406是由与管板402相同的材料制成的挤压管。在一些实施方式中，管406是拉伸管。在一些实施方式中，管406形成为使得它们实质上是无缝的。管406将海水传送通过换热器110的长度。尽管在示例的实施方式中，每个管束404包括三个管，本领域技术人员在阅读本说明书之后将清楚如何制造和使用本发明的可选的实施方式，其中至少一个管束包括更多个或少于三个的管。
尽管示例的实施方式包括由铝制成的管和管板，本领域技术人员在阅读本说明书后将清楚如何确定、制造和使用本发明的可选的实施方式，其包括由另一种材料制成的组件，该材料实质上是抗腐蚀的，尤其是在海洋环境中。用于管板402和管406的材料在海洋环境中在换热器的寿命中不应当展现出额外的腐蚀。此外，用于管板402和管406的材料应当实质上是导热的。适合用于管板402和管406的材料包括但是不限于铝、铝合金、陶瓷、钢合金、钛、钛合金、导热塑料、导热聚合物等。
在一些实施方式中，除了FSW之外的连接技术通过实质上抗电蚀的连接而用于将组件连接在一起。在一些实施方式中，合适的连接技术包括而不限于一些类型的熔焊接、弹性体、热塑、热固或环氧基连接化合物等等的使用。
每个管406的尺寸、长度和壁厚是依赖于本发明的特殊实施的设计参数。然而，出于示例目的，在示例的实施方式中，每个管406具有大约24毫米(mm)的直径，大约10米的长度以及大约2.54mm的壁厚。
管束404在下面关于图5A和5B而更加详细地描述。
管束404以六角形封闭包装的布置设置在管板402处。在一些实施方式中，管束404以除了六角形封闭包装的布置之外的包装布置设置在管板402处。
壳408是适于封闭管束404并适于沿着管406的表面传送第一(也即工作)流体的壳。壳408由合适地对抗由于暴露于工作流体而导致的腐蚀或其他损害的材料制成。
工作流体通过入口410进入壳408中并通过出口412排出壳408。结果，工作流体沿着管406并在管406之间传送，使得在管406内的海水和工作流体能够进行有效的热传送。对于本领域技术人员将清楚的是，如何指定、制造和使用入口410和出口412。
需要注意的是，在示例的实施方式中，换热器110以反着换热器200的方式运行，因为第二流体(也即海水)通过在管束404中的每个管传送，而工作流体在其前进通过壳408的过程中绕着并沿着管传送。然而本领域技术人员在阅读本说明书之后将认识到，换热器110可以以与换热器200类似的方式运行，其中工作流体流过管408而第二流体(例如海水)流过壳408。
图5A描述根据本发明示例的实施方式的管束。管束404-i包括管406-1、406-2和406-3和可选的束罩502。
管406-1至406-3的端部504-1至504-3以绕着中心轴线506对称的布置设置在管板402(未示出)处。管束404-i作为单元绕着中心轴线506扭曲，以形成螺旋形地缠绕的布置。螺旋形地缠绕的束的外半径、螺旋形地缠绕的螺旋的周期和束的外半径是设计的事情。
在一些实施方式中，管406-1至406-3刚性地互相附接。因此单独的管相对于管束的运动是不允许的。在一些实施方式中，管406-1至406-3部分地互相附接，例如只在那些点上，其中管束内的管由于它们螺旋形地缠绕的构造而相遇。因此单独的管相对于管束的运动是受限制的。结果，根据本发明的管束特征在于更高的机械硬度。
根据本发明的换热器相对于包括笔直的未扭曲的管的现有技术的换热器具有几个优点，例如：
i.由于更大的管壁表面面积而改进的传热效率；或者
ii.改进的管的硬度；或者
iii.对流动引起的管的振动的改进的阻抗；或者
iv.改进的第二流体流动；或者
v.高的剖面模数；或者
vi.i、ii、iii、iv和v的任何组合。
根据本发明的换热器相对于包括单独的扭曲的管的现有技术的换热器具有几个优点，例如：
i.对生物积污减小的易感性；或者
ii.改进的对腐蚀的免疫性；或者
iii.改进的每个管的表面面积；或者
iv.改进的第二流体流动；或者
v.i、ii、iii和iv的任何组合。
需要注意的是，通过打破管的里面和/或外面的边界层以及流体沿着和绕着管的外表面的轴向和径向流动的组合，管的螺旋状布置提高了第一和第二流体之间的热流动。流体通过管的回旋流提高了横跨流体边界层的传热而对通过换热器的压降只具有相对较小的增加。结果，在一些实施方式中，无需用于改变流体流过壳502的方向的挡板，例如上面结合图2所述的挡板206。
图5B描述了根据本发明示例的实施方式的管束404-i的端视图。
管406-1包括侧壁508-1。侧壁508-1采用FSW与管板402连接，以在管406-1的外周周围形成实质上防泄漏的密封。FSW是连接两个元件而不结合不类似的材料的方法。FSW焊接的连接实质上保持了连接的材料的整体材料性质，且连接的材料的金属晶界通常不受有害的影响。FSW详细地描述在2009年6月15日提交的(代理人卷号：711-231US)美国专利申请序列号12/484,542中，该申请通过参考结合于此。FSW是连接技术的一个例子，其导致实质上抗电蚀的连接。
形成在侧壁508-1和管板402之间的连接避免了裂缝的形成，在传统的壳管换热器中，所述裂缝典型地存在于机械地辊压的管端和周围的管板材料之间。通过避免这些裂缝，根据本发明的换热器的寿命可以显著地增加，因为由于暴露于裂缝中的腐蚀性的海水而引起的腐蚀得以减轻或排除。
类似的方式，管406-2包括侧壁508-2。侧壁508-2通过摩擦搅动焊接(FSW)与管板402连接，以在管406-2的周界周围形成实质上防泄漏的密封。而且，管406-3包括侧壁。侧壁508-3通过摩擦搅动焊接(FSW)与管板402连接，以在管406-3的周界周围形成实质上防泄漏的密封。
然而本领域技术人员将认识到，FSW过程留下了热影响区域510-1，其围绕在侧壁508-1和管板402之间的结合物。该热影响区域的横向延伸限制了在每个管板402处管壁508-1至508-3之间的最小间距。
螺旋状管束用作弹簧元件，其能够容易地处理由于管和壳侧之间的压差或者材料之间的温度膨胀/收缩变化而导致的预载或轴向负载。在一些实施方式中，在一个或多个管束404内的管是预载的，以提高它们的共振频率，并且因此它们对运行过程中流动导致的振动的阻抗。
此外，螺旋状布置的管的增加的硬度使得根据本发明的换热器可顺应而垂直运行，例如在向上流动的壳侧蒸发器或向下流动的壳侧冷凝器中。
需要注意的是，管束404可以以几种方式中的任何一种形成。在一些实施方式中，一个或多个管束404通过绕着中心轴线506缠绕预形成的管而形成，类似于下面结合图7A-C和8所述的方法的方式。可选地，一个或多个管束404可以这样形成其螺旋状缠绕的布置：同时挤压在多个管406中的所有的管502，在挤压过程中同时旋转挤压模子或挤压材料。
图6描述了根据本发明第一可选实施方式的管束的布置。
换热器600包括管束404六角形地封闭包装的布置。每个管束包围在束罩602内。每个束罩与其他束罩流体地隔离，这使得换热器600能够承载不同的流体通过不同的束罩。而且，在一些实施方式中，管束404内的一个或多个管从在管束内的至少一个其他管传送不同的流体。
例如，管束404-1内的每个管承载第一第二流体，而在管束404-2至404-N的每个内的每个管承载第二第二流体。而且，管罩602-2传送第一第一流体，而管束602-1和602-3至602-N的每个传送第二第一流体。
本领域技术人员在阅读本说明书后将认识到，图6所描述的布置可以是更大的换热器。
图7A描述了根据本发明第二可选实施方式的管束。管束700包括中心管702和外管704。
每个管702和704类似于上面结合图3所述的一个管406。
管束700类似于管束404的一个，除了中心管702是笔直的和未扭曲的而外管704缠绕在中心管702周围之外。中心管702与管束700的中心轴线共线。
尽管管束700包括六个外管704，本领域技术人员在阅读本说明书后将清楚的是，如何指定、制造和使用本发明的其他可选的实施方式，其中管束700包括不等于六个的外管704和/或多于一个的中心管702。
图7B描述了在外管704绕着中心管702缠绕之前的管束700。
图7C描述了根据本发明第二可选实施方式的用于形成管束的束装配机构。机构708包括支撑结构710、固定的端盖712和可旋转的端盖714。
在用于形成管束700的代表性的方法中，中心管702和外管704插入到固定的端盖712和可旋转的端盖714内。然后可旋转的端盖714旋转用于将外管704缠绕在中心轴线706周围，直至达到所需的缠绕量和外管704的螺旋状布置的周期。然后管束700从固定的端盖712和可旋转的端盖714的每个上移除。
图8描述了在管束700的形成过程中和/或形成后用于保持外管704和中心管702的引导。引导800通过臂802保持外管704捆束在一起。孔穴804使得引导800能够绕着中心管702旋转而不在中心管上产生扭转应变。在一些实施方式中，多个引导沿着管束700的长度布置。
需要理解的是，本发明只教导了示例的实施方式的一个例子，本领域技术人员在阅读本发明之后可以容易地设计本发明的许多变形，本发明的范围通过下面的权利要求而确定。

Claims (25)

1.包括具有第一中心轴线的第一管束的换热器，其中该第一管束包括用于传送第一流体的第一多个管，并且其中该第一管束螺旋状地缠绕在该第一中心轴线的周围。
2.根据权利要求1所述的换热器，还包括：
包括第一材料的第一管板；和
包括第一材料的第二管板；
其中所述第一多个管的每个具有第一端部、第二端部和管壁，并且其中所述第一多个管的每个包括所述第一材料；
其中，在所述第一端部的每个处的所述第一管板和所述管壁通过包括实质上抗电蚀的连接的实质上防泄漏的密封而连接；和
其中在所述第二端部的每个处的所述第二管板和所述管壁通过包括实质上抗电蚀的连接的实质上防泄漏的密封而连接。
3.根据权利要求2所述的换热器，还包括：
壳，其中该壳、所述第一管板和所述第二管板共同地限定出包含所述第一管束的腔；
用于将第二流体引入到该腔内的入口；和
用于使该第二流体能够从该腔中排出的出口；
其中在所述第一多个管的每个中的所述第一流体与所述第二流体流体地隔离。
4.根据权利要求2所述的换热器，其中所述第一材料包括铝。
5.根据权利要求2所述的换热器，其中所述第一管板、第二管板和所述第一多个管的每个本质上由所述第一材料组成。
6.根据权利要求2所述的换热器，其中所述第一管板、第二管板和所述第一多个管的每个由所述第一材料组成。
7.根据权利要求2所述的换热器，其中所述抗电蚀的连接的每个是摩擦搅动焊接的连接。
8.根据权利要求1所述的换热器，其中所述第一管束是多个管束中的一个，并且其中所述多个管束在第一管板处布置为六角形封闭包装的布置。
9.根据权利要求1所述的换热器，其中所述第一多个管包括与所述第一中心轴线一致的第一管，并且其中该第一管是笔直的和未扭曲的。
10.根据权利要求1所述的换热器，其中所述第一多个管的每个管相对于所述第一多个管的其他管的运动是被禁止的。
11.根据权利要求1所述的换热器，其中所述第一多个管的每个管相对于所述第一多个管的其他管的运动是不被允许的。
12.根据权利要求1所述的换热器，还包括：
具有第二中心轴线的第二管束，其中该第二管束包括用于传送第二流体的第二多个管；
用于传送第三流体的第一罩，其中该第一罩封装所述第一管束，并且其中该第三流体和第一流体流体地隔离；
用于传送第四流体的第二罩，其中该第二罩封装所述第二管束，并且其中该第四流体和第二流体流体地隔离；
其中该第三流体和该第四流体流体地隔离。
13.根据权利要求12所述的换热器，其中所述第一流体和所述第二流体是相同的流体。
14.根据权利要求1所述的换热器，其中所述第一管束的至少一个管受到预载力的影响。
15.用于形成换热器的方法，其中该方法包括：
提供包括第一多个管的第一管束，其中所述第一多个管的每个具有第一端部、第二端部和管壁，并且其中所述第一管束具有第一中心轴线，并且其中该第一管束螺旋状地缠绕在该第一中心轴线周围；
用实质上抗电蚀的连接在所述第一管束的每个管的第一端部处密封第一管板和管壁；和
用实质上抗电蚀的连接在所述第一管束的每个管的第二端部处密封第二管板和管壁。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述第一管束封装在壳内，其中在第一管束的每个管中流动的第一流体与流动通过该壳的第二流体流体地隔离。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括：
提供该第一管板，其中该第一管板包括第一材料；
提供该第二管板，其中该第二管板包括该第一材料；和
提供所述第一多个管，其中所述第一多个管的每个包括该第一材料；
其中抗电蚀的连接采用摩擦搅动焊接而形成。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括：
提供该第一管板，其中该第一管板本质上由第一材料组成；
提供该第二管板，其中该第二管板本质上由该第一材料组成；和
提供所述第一多个管，其中所述第一多个管的每个本质上由该第一材料组成；
其中所述抗电蚀的连接采用摩擦搅动焊接而形成。
19.根据权利要求15所述的方法，还包括：
提供该第一管板，其中该第一管板由第一材料组成；
提供该第二管板，其中该第二管板由该第一材料组成；和
提供所述第一多个管，其中所述第一多个管的每个由该第一材料组成；
其中所述抗电蚀的连接采用摩擦搅动焊接而形成。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括：
提供第一多个第一管束；和
用实质上抗电蚀的连接在所述第一多个第一管束的每个的每个管的第一端部处密封该第一管板和该管壁。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括将所述第一管束和所述第一多个第一管束布置为六角形封闭包装的布置。
22.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一管束设置为使得所述第一管束包括与所述第一中心轴线一致的第一管和螺旋状地缠绕在该第一管周围的第二多个管，其中该第一管是笔直的和未扭曲的。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括通过操作形成该第一管束，该操作包括：
将所述第一多个管的每个的所述第一端部固定在第一端盖上，其中所述第一端部设置在该第一端盖处，其中中心的第一端部与所述第一中心轴线一致，并且剩余的第一端部到所述中心的第一端部等距离；
将所述第一多个管的每个的所述第二端部设置在第二端盖处，其中所述第二端部设置在该第二端盖处，其中中心的第二端部与所述第一中心轴线一致，并且剩余的第二端部到所述中心的第二端部等距离；和
绕着所述第一中心轴线旋转该第二端盖。
24.换热器，包括：
包括由第一材料组成的第一多个管的第一管束，其中所述第一多个管的每个具有第一端部、第二端部和管壁，并且其中该第一管束具有第一中心轴线，且其中该第一管束螺旋状地缠绕在该第一中心轴线周围；和
由第一材料组成的第一管板；
其中在所述第一管束的每个管的所述第一端部处，该第一管板和该管壁通过摩擦搅动焊接连接而连接。
25.根据权利要求24所述的换热器，还包括：
包括由该第一材料组成的第二多个管的第二管束，其中所述第二多个管的每个具有第一端部、第二端部和管壁，并且其中该第二管束具有第二中心轴线，且其中该第二管束螺旋状地缠绕在该第二中心轴线周围；
包括由该第一材料组成的第三多个管的第三管束，其中所述第三多个管的每个具有第一端部、第二端部和管壁，并且其中该第三管束具有第三中心轴线，且其中该第三管束螺旋状地缠绕在该第三中心轴线周围；
包括由该第一材料组成的第四多个管的第四管束，其中所述第四多个管的每个具有第一端部、第二端部和管壁，并且其中该第四管束具有第四中心轴线，且其中该第四管束螺旋状地缠绕在该第四中心轴线周围；
包括由该第一材料组成的第五多个管的第五管束，其中所述第五多个管的每个具有第一端部、第二端部和管壁，并且其中该第五管束具有第五中心轴线，且其中该第五管束螺旋状地缠绕在该第五中心轴线周围；
包括由该第一材料组成的第六多个管的第六管束，其中所述第六多个管的每个具有第一端部、第二端部和管壁，并且其中该第六管束具有第六中心轴线，且其中该第六管束螺旋状地缠绕在该第六中心轴线周围；
包括由该第一材料组成的第七多个管的第七管束，其中所述第七多个管的每个具有第一端部、第二端部和管壁，并且其中该第七管束具有第七中心轴线，且其中该第七管束螺旋状地缠绕在该第七中心轴线周围；
其中在所述第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七管束的每个管的所述第一端部处，该第一管板和该管壁通过摩擦搅动焊接连接而连接，并且其中所述第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七管束在所述第一管板处布置为六角形封闭包装的布置。
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