CN105698571A - 热交换器及其制造方法 - Google Patents

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卡尔·尼古拉斯·尼特
理查德·詹姆斯·斯奈德
基思·理查德·瓦尔策
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Hangzhou Fulton Thermal Energy Equipment Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种热交换器，包括：热交换器芯，该热交换器芯包括顶盖，底盖，布置在顶盖与底盖之间的第一壳体，布置在顶盖与底盖之间并且与第一壳体的内表面相对的第二壳体，位于第一壳体、第二壳体或其组合上的入口，以及位于第一壳体、第二壳体或其组合上的出口，其中，第一壳体和第二壳体中的至少一者包括脊部，并且其中，第一壳体和第二壳体限定了在入口与出口之间的流动通道；以及压力容器；其中，底盖、第一壳体以及第二壳体全部容纳在压力容器内。

Description

热交换器及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年12月11日提交的序列号为62/124,235的美国临时专利申请的优先权，该申请的全部内容通过参引结合在本文中。
技术领域
本申请涉及用于流体加热系统的带脊部的无管式热交换器、制造该带脊部的无管式热交换器的方法、以及包括此带脊部的无管式热交换器的流体加热系统。
背景技术
在流体加热系统中使用热交换器以将热从热传递流体——比如由诸如汽油或天然气的燃料燃烧所产生的燃烧气体——传递至产品流体。产品流体然后可以用于各种商业、工业或家庭的应用，比如诸如液体循环加热式锅炉、蒸汽锅炉以及热流体锅炉。由于需要提高能量效率、紧凑性并且降低成本，仍然需要改进的热交换器、包括改进的热交换器的流体加热系统以及改进的制造该改进的热交换器的方法。
发明内容
公开了一种热交换器，该热交换器包括：热交换器芯，该热交换器芯包括顶盖，底盖，布置在顶盖与底盖之间的第一壳体，布置在顶盖与底盖之间并且与第一壳体的内表面相对的第二壳体，位于第一壳体、第二壳体或第一壳体与第二壳体组合上的入口，以及位于第一壳体、第二壳体或第一壳体与第二壳体的组合上的出口，其中，第一壳体和第二壳体中的至少一者包括脊部，并且其中，第一壳体和第二壳体限定了在入口与出口之间的流动通道；以及压力容器；位于入口上的入口构件，该入口构件将入口连接至压力容器的外部；以及位于出口上的出口构件，该出口构件将出口连接至压力容器的外侧，其中，底盖、第一壳体以及第二壳体被全部地容纳在压力容器内。
还公开了一种制造热交换器芯的方法，该方法包括：提供第一壳体；使第一壳体变形以在第一壳体的内表面上形成脊部；提供包括槽口的第二壳体；通过将第一壳体布置在第二壳体上使脊部与槽口对准；将脊部刚性地附接至第二壳体；在第一壳体和第二壳体的第一端部上布置顶盖；在第一壳体和第二壳体的第二端部上布置底盖；在第一壳体、第二壳体或第一壳体与第二壳体的组合上设置入口；以及在第一壳体、第二壳体或第一壳体与第二壳体的组合上设置出口从而制成热交换器芯，其中，脊部、第一壳体以及第二壳体限定位于入口与出口之间的流动通道。
还公开了一种制造热交换器芯的方法，该方法包括：提供第一壳体；使第一壳体变形以在第一壳体的内表面上形成脊部；提供第二壳体构件；将第二壳体构件布置在第一壳体上；刚性地附接第二壳体构件的纵向边缘以形成第二壳体；在第一壳体和第二壳体中的每一者的上部端部上布置顶盖；在第一壳体和第二壳体中的每一者的下部端部上布置底盖；在第二壳体、第一壳体或第二壳体与第一壳体的组合上设置入口；以及在第二壳体、第一壳体或第二壳体与第一壳体的组合上设置出口从而制成热交换器芯；其中，第一壳体和第二壳体限定了在入口与出口之间的流动通道。
还公开了一种制造热交换器芯的方法，该方法包括：提供第一壳体；使第一壳体变形以在第一壳体的内表面上形成脊部；提供第二壳体构件；将第二壳体构件布置在第一壳体上；刚性地附接第二壳体构件的纵向边缘以形成第二壳体；在第一壳体和第二壳体中的每一者的上部端部上布置顶盖；在第一壳体和第二壳体中的每一者的下部端部上布置底盖；在第二壳体、第一壳体或第二壳体与第一壳体的组合上设置入口；以及在第二壳体、第一壳体或第二壳体与第一壳体的组合上设置出口从而制成热交换器芯；其中，第一壳体和第二壳体限定了在入口与出口之间的流动通道。
还公开了一种制造热交换器芯的方法，该方法包括：提供第一壳体和第二壳体；使第一壳体和第二壳体中的至少一者变形以在第二壳体和第一壳体中的至少一者上形成脊部；加热或冷却第一壳体或第二壳体以使第一壳体和第二壳体中的至少一者膨胀或收缩；将第一壳体布置在第二壳体上；使第一壳体与第二壳体热平衡以使第一壳体与第二壳体接触；在第二壳体和第一壳体中的每一者的上部端部上布置顶盖；在第二壳体和第一壳体中的每一者的下部端部上布置底盖；在第二壳体、第一壳体或第二壳体与第一壳体的组合上设置入口；以及在第二壳体、第一壳体或第二壳体与第一壳体的组合上设置出口从而制成热交换器芯；其中，脊部、第一壳体以及第二壳体限定了在入口与出口之间的流动通道。
还公开了一种制造热交换器芯的方法，该方法包括：提供第一壳体；使第一壳体变形以在第一壳体的内表面上形成脊部；提供第二壳体，其中，第二壳体的内表面包括构造成用于接纳所述脊部的槽；使第一壳体相对于第二壳体旋转以使第一壳体旋拧在第二壳体中从而将第一壳体布置在第二壳体上；在第一壳体和第二壳体中的每一者中的上部端部上布置顶盖；在第一壳体和第二壳体中的每一者中的下部端部上布置底盖；在第二壳体、第一壳体或第二壳体与第一壳体的组合上设置入口；以及在第二壳体、第一壳体或第二壳体与第一壳体的组合上设置出口从而制成热交换器芯，其中，第一壳体和第二壳体限定了在入口与出口之间的流动通道。
还公开了一种制造热交换器芯的方法，该方法包括：提供第一壳体和第二壳体；使第一壳体和第二壳体中的至少一者变形以在第一壳体的内表面和第二壳体的内表面中的至少一者上形成脊部；将第一壳体布置在第二壳体上；使第一壳体的内表面和第二壳体的内表面中的至少一者与脊部接触；在第一壳体和第二壳体中的每一者的上端部上布置顶盖；在第一壳体和第二壳体中的每一者的下端部上布置底盖；在第二壳体、第一壳体或第二壳体与第一壳体的组合上设置入口；以及在第二壳体、第一壳体或第二壳体与第一壳体的组合上设置出口从而制成热交换器芯，其中，脊部、第一壳体以及第二壳体限定了在入口与出口之间的流动通道。
还公开了一种制造热交换器的方法，该方法包括：提供热交换器芯；以及将热交换器芯布置在压力容器内从而制成热交换器。公开了在第一流体与第二流体之间传递热的方法，该方法包括：提供根据权利要求1所述的热交换器；将第一流体引入内部壳体的入口；以及将第二流体引入压力容器入口以在第一流体与第二流体之间进行热交换。
附图说明
通过参照附图对本公开的更详细的示例性实施方式的描述，本公开的上述优点和特征以及其他优点和特征将变得更明显，在附图中：
图1A为热交换器的实施方式的示意性剖视图；
图1B为热交换器的另一实施方式的示意性剖视图；
图2为示出了第一壳体、第二壳体以及压力容器的实施方式的俯视图的横截面图；
图3为热交换器的另一实施方式的示意性剖视图；
图4为热交换器的实施方式的横截面图；
图5为热交换器的另一实施方式的示意性剖视图；
图6为热交换器的另一实施方式的示意性剖视图；
图7为热交换器的另一实施方式的示意性剖视图；
图8为包括脊部的热交换器芯的实施方式的横截面图；
图9为包括脊部的热交换器芯的另一实施方式的横截面图；
图10为在卷制平板之后并且在将平板焊接以形成筒状件之前的开槽壳体的实施方式的立体图；
图11为包括脊部的热交换器芯的另一实施方式的横截面图；
图12为包括脊部的热交换器芯的另一实施方式的横截面图；
图13为包括脊部的热交换器芯的另一实施方式的横截面图；以及
图14为热交换器芯的实施方式的截面图。
具体实施方式
热交换器理想地为热紧凑式的、提供热输出与热交换器的整体尺寸的高比率、并且具有能够以合理的成本制造的设计。就气液热交换器而言尤其如此，气液热交换器可以结合在液体循环加热式(例如液体水)加热系统、蒸汽加热系统以及热流体加热系统中，液体循环加热式加热系统、蒸汽加热系统以及热流体加热系统设计成将热流体比如用于温度调节的蒸汽、家用热水传送或用于商业的或工业过程应用。
管壳式热交换器设计有很多缺点。在管壳式热交换器中，热从热传递流体——例如由燃料燃烧器产生的并且通过吹送器在压力下被驱动经过热交换器的燃烧气体——横穿薄壁流体管道的壁传递至产品流体(例如，液体水、蒸汽或其他热流体)，其中，该薄壁流体管道即壁厚小于0.5厘米(cm)的管。管刚性地连接至管板。包括热应力和腐蚀的操作性因素导致在管壳式热交换器的管中、管的附接点以及在管板中的不期望的材料破坏。此外，当破坏发生时，流体加热系统将无法正常工作，并且维修或更换薄壁式热交换器管和/或管板很难并且成本很高，尤其是在现场安装过程中更是如此。
还使用无管式热交换器。无管式热交换器不使用与管壳式热交换器相关联的薄壁管和管板。用于无管式热交换器的已知的实际上的设计也有缺点。在可获得的无管式热交换器中，压力容器外壳例如沿着烟气排放的排出路径与热的热传递流体接触，从而导致压力容器的外侧上的热表面。为了适应该热的外表面，在压力容器外侧设置有耐高温屏障，其中，耐高温屏障例如通过一系列纵向的肋部以一定间隙与压力容器间隔开，热的热传递流体流动经过该间隙，从而将热能从热传递流体传递到壳的外侧中，并且最终将热传递至产品流体。由于一些热量被传递到耐高温层中的裂缝中并且被传递通过该裂缝、最终传递到锅炉周围的环境中，所以这种无管式设计经受耐高温相关的劣化和热效率的损失。另外，可能包括CO(一氧化碳)的烟气可能穿过耐高温层中的裂缝泄漏并且泄漏至所占据的区域中，而不是流动至烟气排放烟囱，从而对健康有害。此外，由于覆盖耐高温材料的表皮的温度并且由于热传递流体(例如，烟气)穿过耐高温材料中的裂缝的泄漏，因此压力容器的热的外表面具有安全性问题。
所公开的热交换器提供了多个特征。例如，在所公开的热交换器中，热交换流体与压力容器壳的外表面之间不存在直接接触，从而避免了对耐高温衬层的需要并且避免了与热的压力容器外壳相关的安全性、维护以及可靠性问题。此外，所公开的热交换器不需要使用薄壁管，从而避免了对材料损害和薄壁管腐蚀的敏感性和内在的脆弱性。所公开的热交换器可以设置成使用具有0.5cm至5cm的平均壁厚的合金管例如作为热传递流体与产品流体之间的主要构件，并且因此可以避免与薄壁管相关联的脆弱性问题。在一种实施方式中，所公开的热交换器还可以避免在用于热传递流体与产品流体的流动通道中的紧急转向，从而避免了易于结垢、堵塞以及腐蚀阻塞的构型。此外，与具有相同生产能力的管壳式热交换器替代方案相比，所公开的热交换器提供了提高的密实度(即，能量密度，具有千瓦每立方米的单位，kW/m3)并且提供了提高的性能特征。如文中进一步公开的，在所公开的热交换器的实施方式中，热交换器芯的所有外表面都与产品流体接触，从而充分地利用了热交换器芯的用以热能传递的外表面并且避免了热交换器芯中的热应力。所公开设计的效率提供了减小的材料需求和降低的制造复杂性。
一种热交换器包括：热交换器芯，该热交换器芯包括：顶盖，底盖，布置在顶盖与底盖之间的第一壳体，布置在顶盖与底盖之间并且与第一壳体的内表面相对的第二壳体，位于第一壳体、第二壳体、或第一壳体与第二壳体的组合上的入口，以及位于第一壳体、第二壳体、或第一壳体与第二壳体的组合上的出口，其中，第一壳体和第二壳体中的至少一者包括脊部，并且其中，第一壳体与第二壳体限定了在入口与出口之间的流动通道；以及压力容器；位于入口上的入口构件，该入口构件将入口连接至压力容器的外部；以及位于出口上的出口构件，该出口构件将出口连接至压力容器的外部，其中，底盖、第一壳体和第二壳体全部容纳在压力容器中，并且其中，当使用时指示第一壳体或第二壳体的表面的“内表面”相对于流动通道而定义。因此，第一壳体的内表面和第二壳体的内表面——其中的至少一者包括脊部——限定流动通道。在一种实施方式中，脊部连接第一壳体和第二壳体。
在一种实施方式中，第一壳体可以由第二壳体环绕，在这种情况下，第一壳体可以为内部壳体并且第二壳体可以为外部壳体。替代性地，第二壳体可以由第一壳体环绕，在这种情况下，第二壳体可以是内部壳体并且第一壳体可以是外部壳体。如图1A中所示出的，热交换器100包括：热交换器芯110，该热交换器芯110包括顶盖112、底盖114、布置在顶盖与底盖之间的第一壳体116、布置在顶盖与底盖之间的第二壳体118，其中，第一壳体116的内表面116A与第二壳体的内表面118A相对；位于第二壳体上的入口120；位于第一壳体上的出口122；其中，第一壳体116包括脊部124，其中，第一壳体和第二壳体限定介于入口与出口之间的流动通道；压力容器150；位于入口上的入口构件152，该入口构件152将入口连接至压力容器的外部；以及位于出口上的出口构件154，该出口构件154将出口连接至压力容器的外部，其中，底盖、第一壳体和第二壳体全部容纳在压力容器内。第一壳体的内表面116A与第二壳体的内表面118A彼此相对并且位于由第一壳体116和第二壳体118限定的流动通道内部。还在图1A中示出了压力容器顶盖160、压力容器底盖162以及布置在压力容器顶盖与压力容器底盖之间的压力容器壳164。压力容器顶盖、压力容器底盖或二者的组合可以包括用于管道的开口(图1A中未示出)。该管道连接至入口构件152并且可以穿过压力容器顶盖160和热交换器芯的顶盖112。
在图1B中示出了热交换器的另一实施方式。如图1B中所示，弯曲的入口构件152A可以连接至入口120A。还在图1B中示出了管道170，该管道170将入口构件连接至热交换器的外部。例如，如图1B中所示，管道可以穿过压力容器顶盖和热交换器芯的顶盖。
在一种实施方式中，第一壳体包括脊部，该脊部布置在第一壳体的内表面上并且沿着朝向第二壳体的方向延伸。替代性地，第二壳体可以包括位于第二壳体的内表面上的脊部，并且脊部可以朝向第一壳体延伸。在另一实施方式中，第一壳体和第二壳体均包括脊部。在第一壳体包括脊部的实施方式中，脊部可以接触第二壳体。替代性地，在第二壳体包括脊部的实施方式中，脊部可以接触第一壳体。在一种实施方式中，接触形成在脊部与脊部所接触的表面之间的过盈配合。如下文进一步公开的，壳体和脊部为单一的整体式不可分割的部件，如例如可以通过第一壳体或第二壳体的变形形成的。
第一壳体和第二壳体可以为同轴的，并且可以为同中心的。在实施方式中，第一壳体和第二壳体是同轴的，如图2中所示。也可以设想非同轴的构型。
热交换器芯的第一壳体和第二壳体可以具有任何合适的形状并且可以各自独立地具有圆形横截面形状、椭圆形横截面形状、卵形横截面形状，体育场形横截面形状、半圆形横截面形状、方形横截面形状、矩形横截面形状、三角形横截面形状或这些形状的组合。例如，如图3中所示，热交换器300的实施方式包括具有三角形横截面形状的热交换器芯310。具体地提到了如下实施方式：其中，例如内部壳体的第一壳体和例如外部壳体的第二壳体各自具有筒形形状。
在实施方式中，第一壳体和第二壳体可以具有相同的截面形状，然而，可以设想其他构型。例如，热交换器芯可以包括具有三角形横截面形状的第一壳体和具有筒形横截面形状的第二壳体。
第一壳体和第二壳体可以各自独立地具有任何合适的尺寸。第一壳体和第二壳体可以各自独立地具有如下尺寸的最大外径：15厘米(cm)、25cm或30cm至350cm、650cm或1400cm，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合。例如，第一壳体和第二壳体可以各自独立地具有15cm至1400cm的最大外径。如下实施方式是优选的：其中，第一壳体和第二壳体各自独立地具有30cm至350cm的最大外径。替代性地，第一壳体和第二壳体可以各自独立地具有如下尺寸的最大外径：50cm、100cm或200cm至500cm、700cm或1400cm，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合。
第一壳体和第二壳体可以各自独立地具有如下尺寸的最大高度：15cm、25cm或30cm至350cm、650cm或1400cm，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合，并且其中，高度沿着主轴线的方向被确定。例如，第一壳体和第二壳体可以各自独立地具有15cm至1400cm的最大高度。替代性地，第一壳体和第二壳体可以各自独立地具有如下尺寸的高度：50cm、100cm或200cm至500cm、700cm或1400cm，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合。
如下实施方式是优选的：其中，第一壳体和第二壳体各自独立地具有30cm至350cm的最大外径和50cm至1000cm的高度。
在第一壳体和第二壳体的第一端部上布置有顶盖，并且在第一壳体和第二壳体的相反的第二端部上布置有底盖。顶盖和底盖可以各自独立地通过任何合适的方法比如焊接件、粘合剂、紧固件或前述方法的组合刚性地附接至第一壳体和第二壳体。具体地提到了如下实施方式：在该实施方式中，顶盖和底盖各自焊接至第一壳体和第二壳体。如图1A中所示，热交换器的顶盖和底盖是独立的构件。然而，可以设想其他设计。例如，顶盖和底盖可以各自独立地通过在第一壳体与第二壳体之间提供缝焊来形成。替代性地，第一壳体的端部和第二壳体的端部可以接触——例如挤压在一起或被卷制——以形成顶盖和底盖。
顶盖、底盖、第一壳体和第二壳体的厚度——例如平均厚度——可以是任何合适的尺寸，并且顶盖、底盖、第一壳体和第二壳体的厚度可以各自独立地为如下尺寸：0.5cm至3cm或0.5cm、0.6cm、0.7cm或1cm至5cm、4cm、3.5cm或3cm，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合。具体地提到如下实施方式：其中，顶盖、底盖、第一壳体和第二壳体各自独立地具有0.5cm至1cm的厚度。
第一壳体116的内表面116A、第二壳体118的内表面118A——内表面116A和内表面118A中的至少一者包括脊部124——限定位于热交换器芯的入口与出口之间的流动通道，该热交换器芯包括如下部件——例如由如下部件构成：热交换器芯的第一壳体、第二壳体、肋部以及顶盖和底盖。已经意外地发现流动通道的某些构型提供了包括如下方面的改进的性能：在入口与出口之间的压降和热性能的理想的结合。这种改进可以在流动通道的高宽比方面进行参数化，其中，流动通道的高宽比定义为流动通道的最大中心线尺寸除以最小中心线尺寸，其中，两个尺寸被确定为与流动方向正交并且彼此垂直，并且其中，较短的尺寸在较长尺寸的中点处限定。已经进一步惊讶地发现如下构型提供了压降与热性能的改进的结合：其中，流动通道的高宽比为3至500，例如3、5、10、15或20至500、200、100、90或80、优选地10至100、更优选地20至80，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合。图4中图示了高宽比的测定，其中，图示了流动通道的实施方式的高度H与宽度W的测定。如图4中所示，高度H可以在同一脊部的相对的表面之间测定，例如在沿横截面尺寸方向观察时在第一脊部表面124A与第二脊部表面124B之间，并且宽度W在第一壳体116的内部表面116A与第二壳体118的内部表面118A之间测定。替代性地，例如当采用多个脊部时，高度H可以在相邻的脊部的相对的表面之间测定。例如，流动通道的高度H可以为0.6cm至600cm，并且可以为0.6cm、1cm、2cm、4cm、10cm、20cm、40cm、80cm或160cm至600cm、550cm、500cm、450cm、400cm、350cm、300cm或250cm，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合。而且宽度可以为0.6cm至600cm，并且可以为0.6cm、1cm、2cm、4cm、10cm、20cm、40cm、80cm或160cm至600cm、550cm、500cm、450cm、400cm、350cm、300cm或250cm，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合。在优选的实施方式中，高度为20cm至60cm并且宽度为1cm至4cm。在更优选的实施方式中，高度为40cm至45cm并且宽度为1.2cm至1.9cm。在另一更优选的实施方式中，高度为45cm至50cm并且宽度为1.5cm至3cm。
可以采用任何合适数量的脊部。例如，如图1A中所示，可以采用单一的脊部。替代性地，如图5中所示，可以采用多个脊部，比如2至100个脊部，例如，2、4或8至100、50或10个脊部，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合。而且，脊部可以具有任何合适的构型。在一实施方式中，脊部可以具有螺旋形状、阶梯状形状、圆弧形形状、螺旋段形状或这些形状的结合。例如，如图1中所示，脊部124可以具有螺旋形状。如图3中所示，脊部324可以具有螺旋式三角形形状。替代性地，如图5中所示，脊部524可以具有圆弧形形状。替代性地，如图6中所示，脊部624可以具有阶梯状的形状。在又一实施方式中，如图7中所示，脊部724可以具有线性形状。
脊部可以具有任何合适的横截面形状，并且可以为曲线形的、直线形的或这些形状的组合。在一种实施方式中，脊部124可以具有如图8中所示的半圆形横截面形状。替代性地，脊部可以具有半椭圆形横截面形状、半卵形横截面形状、半体育场形横截面形状、方形横截面形状、矩形横截面形状、三角形横截面形状或这些形状的组合。
脊部可以具有任何合适的横截面尺寸。在一实施方式中，脊部为直线形状的，脊部可以具有0.3cm至600cm的横截面高度，例如为0.3cm、0.5cm、0.6cm、1cm、10cm或50cm至100cm、200cm、400cm或600cm，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合，并且脊部可以具有0.3cm至600cm的宽度，例如为0.3cm、0.5cm、0.6cm、1cm、10cm或50cm至200cm、400cm或600cm，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合。在优选的实施方式中，脊部具有0.5cm至3cm的高度和0.5cm至3cm的宽度。高度可以在与热交换器芯的纵向轴线或主轴线垂直的方向测量，并且宽度可以在与热交换器芯的纵向轴线平行的方向测量。在优选的实施方式中：其中，脊部为半圆形的，如图8中所示，脊部可以具有0.3cm至600cm的高度p，该高度例如为0.3cm、0.5cm、0.6cm、1cm、10cm或50cm至200cm、400cm或600cm，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合，并且脊部可以具有0.3cm至600cm的宽度a，该宽度例如为0.3cm、0.5cm、0.6cm、1cm、10cm或50cm至200cm、400cm或600cm，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合。在优选的实施方式中，脊部具有0.5cm至3cm的高度p和0.5cm至3cm的宽度。
布置在第一壳体上的脊部可以接触第二壳体，并且布置在第二壳体上的脊部可以接触第一壳体。在实施方式中，第一壳体上的脊部可以与第二壳体的内表面形成过盈配合。替代性地，第二壳体上的脊部可以与第一壳体的内表面形成过盈配合。在一实施方式中，第一壳体和第二壳体各自包括脊部。在第一壳体包括脊部的实施方式中，脊部可以刚性地附接至第二壳体。而且，在第二壳体包括脊部的实施方式中，脊部可以刚性地附接至第一壳体。附接可以通过合适的附接构件比如焊接件、粘合剂、紧固件或前三者的组合来提供。具体地提到了焊接件的使用，比如点焊或缝焊。脊部可以沿着其长度被缝焊至第一壳体或第二壳体中的相对的壳体的任何位置，或沿着其长度连续地焊接，以将位于选定位置中的脊部附接至相对的壳体。焊接可以横跨脊部的整个长度，或可以呈现在脊部的部分上，比如呈现在整个脊部长度的10％至100％上，例如整个脊部长度的10％、15％或20％至100％、90％、80％或70％，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合。具体地提到了焊接横跨整个脊部长度的100％的实施方式。而且在第一壳体包括第一脊部并且第二壳体包括第二脊部的实施方式中，第一脊部可以通过第一焊接件刚性地附接至第二壳体，并且第二脊部可以通过第二焊接件刚性地附接至第一壳体，其中，第一焊接件和第二焊接件可以是同一类型的焊接件或可以是不同类型的焊接件。
根据需要，脊部还可以包括连接构件，其中，连接构件将脊部和相对的壳体刚性地连接。连接构件可以为焊接件、粘合剂、紧固件或其组合。具体提到了焊接件的使用。例如，如图9中所示，脊部可以包括切口910，该切口910构造成用以接纳焊接件，焊接件填充间隙并且将脊部刚性地连接至相对的壳体。切口可以具有任何合适的形状，并且可以如图9中所示具有斜面。在一实施方式中，缝焊可以被使用并且将脊部连接至相对的壳体。
在一实施方式中，可以使用开槽的壳体以便于脊部的附接。图10中示出了如下实施方式：在卷制平坦的板之后并且在将相对的纵向边缘焊接以形成筒状之前，开槽的壳体1010包括槽口1020。还在图10中示出的是出口1030，根据需要可选地设置该出口1030。如图11中所示，开槽的壳体的使用便于触及到脊部。如图11中所示，可以使用焊接件1110以将脊部刚性地附接至相对的壳体。例如，如图11中所示，在脊部1100布置在第一壳体1120上的实施方式中，脊部可以焊接至开槽的第二壳体1130。
在另一实施方式中，第一壳体、第二壳体或第一壳体与第二壳体的组合可以包括壳体变形部，该壳体变形部与脊部形成过盈配合。例如，如图12中所示，第一壳体1210可以包括脊部1220，并且第二壳体1230可以包括位于第二壳体的内表面上的变形部1240，该变形部1240与脊部1220形成过盈配合。
在又一实施方式中，第一壳体、第二壳体或第一壳体与第二壳体的组合可以包括槽，槽构造成用于接纳脊部。例如，如图13中所示，第一壳体1310可以包括脊部1320，并且第二壳体1330可以包括位于第二壳体的内表面上的槽1340，该槽1340构造成用以接纳脊部1320。
肋部可以具有相对于热交换器芯、内部壳体或外部壳体的纵向轴线呈任何合适的角度的倾斜，例如斜度。如图1A中图示的，倾斜θ可以相对于切向方向t定义，其中，切向方向与外部壳体的纵向轴线垂直。在一实施方式中，肋部的倾斜为相对于切向方向为0度至90度，并且可以相对于切向方向为0度、2度或5度至90度、50度或45度，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合。具体提到了相对于切向方向为5度至45度的倾斜。在一实施方式中，热交换器芯包括多个肋部，并且多个肋部中的每个肋部相对于切向方向的倾斜可以各自独立地为1度至90度，并且可以相对于切向方向为0度、2度或5度至90度、50度或45度，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合。具体提到了相对于切向方向为5度至45度的倾斜的实施方式。在又一实施方式中，如图7中所示，脊部可以与第一壳体、第二壳体或第一壳体与第二壳体的组合的轴线——例如纵向轴线平行。在一实施方式中，热交换器芯可以包括多个脊部，并且每个脊部可以与第一壳体、第二壳体或第一壳体与第二壳体的组合的纵向轴线平行，例如图7中所示的脊部724。在一实施方式中，热交换器芯包括脊部，该脊部提供了在入口与出口之间的弯曲的流动通道。该弯曲的流动通道可以通过多个线性脊部限定，或可以通过弯曲的脊部和线性脊部的组合限定。
对于某些应用而言，比如为了满足检查的需求，可能需要第三壳体。图13中所示出的为如下实施方式：该实施方式包括第一壳体1310、第二壳体1320以及第三壳体1330，其中，第三壳体邻近于第二壳体1320的外表面布置并且布置在热交换器芯的顶盖与底盖之间。替代性地，第三壳体可以邻近于第一壳体1310的凹形的外表面，其中，第一壳体根据需要为内部壳体。第一壳体、脊部、第二壳体的任何合适的构型可以结合第三壳体使用。在又一实施方式中，如图14中所示，第一壳体1410、第二壳体1420以及第三壳体1430可以结合竖向脊部1440使用。
第三壳体可以包括与所公开的用于第一壳体的材料相同的材料，并且可以使用与所公开的用于第一壳体的方法相同的方法来制造，并且因此，为了清楚起见，不再重复第三壳体的内含物和制造的重复的公开内容。
热交换器芯的底盖、第一壳体和第二壳体全部容纳在压力容器内。在又一实施方式中，热交换器芯的顶盖、底盖、第一壳体和第二壳体全部容纳在压力容器中。在又一实施方式中，热交换器芯的整体——即顶盖、底盖、第一壳体、第二壳体、入口以及出口——全部都容纳在压力容器内。当相对于压力容器内的热交换器芯的构型使用时，“整体”指的是所涉及的部件全部容纳在压力容器中。例如，当压力容器填充有流体时，热交换器芯的全部容纳在压力容器中的部件的整个外表面将被流体接触。因此，在使用中，例如当压力容器填充有产品流体时，底盖的外表面115的整体、第一壳体的外表面119的整体以及第二壳体的外表面117的整体可以被产品流体接触。在另一实施方式中，顶盖还可以被全部容纳在压力容器中，在这种情况下，当压力容器填充有产品流体时，产品流体也与顶盖的整个外表面113接触。在又一实施方式中，热交换器芯的整体——即，顶盖、底盖、第一壳体、第二壳体、入口以及出口——被全部容纳在压力容器中。
热交换器还包括入口构件152或152A，该入口构件152或152A分别将入口120或120A连接至压力容器的外部，例如用于提供至热交换器芯的入口的热传递流体比如燃烧气体的流。而且，可以提供将热交换器芯的出口122连接至压力容器的外部的出口构件154。而且，压力容器包括入口155和出口156，用于提供流入和流出压力容器的产品流体流。
顶盖、底盖、第一壳体、第二壳体、入口、出口、压力容器、入口构件以及出口构件可以各自独立地包括任何合适的材料。具体地提到了金属的使用。代表性的金属包括铁、铝、镁、钛、镍、钴、锌、银、铜以及包括前述金属中的至少一者的合金。代表性的金属包括碳钢、低碳钢、铸铁、锻铁、比如300系列的不锈钢或400系列的不锈钢(例如，304、316或439不锈钢)的不锈钢、蒙乃尔合金、铬镍铁合金、青铜和黄铜。具体提到了如下实施方式：其中，热交换器芯和压力容器各自包括钢，具体地包括低碳钢。
热交换器可以用于任何合适的流体即第一流体和第二流体之间的热交换，其中，第一流体和第二流体可以各自独立地为气体或液体。因此，所公开的热交换器可以用作气液热交换器、液液热交换器或气气热交换器。在优选的实施方式中，被引导通过热交换器芯的第一流体为热传递流体，并且可以为燃烧气体，例如由燃料燃烧器产生的气体，并且可以包括水、一氧化碳、二氧化碳或其组合。而且，第二流体——该第二流体被引导通过压力容器并且与热交换器芯的整个外表面接触——为产品流体并且可以包括水、蒸汽、油、热流体或其组合。热流体可以包括酯类物质、二元酸酯、乙二醇、硅树脂、水、石油、矿物油或含氯氟烃比如卤代氟碳、卤代含氯氟烃、或全氟烃。可以使用包括前述热流体中的至少一者的组合。具体提到了包括乙二醇和水的热流体。例如，热流体可以由碱性有机体或无机化合物配制而成并且以具有基于热流体的总重量以重量计在百分之3至百分之10的范围的浓度内的稀释的形式使用。
例如，第二流体可以包括水，并且可以使用作为在家用、商用或工业加热应用中的产品流体。第一流体——例如被引导流过入口构件、流过热交换器芯的流动通道并且流出出口构件的热传递流体——不与压力容器接触。因此，热的热能传递发生在于芯的内部流动的热的第一流体与独立地在压力容器中流动的第二流体之间。如上文提到的，第二流体接触热交换器芯的整个外表面并且压力容器的表面的任一点都不与第一流体接触。因为压力容器不与第一流体接触，该第一流体可以具有10℃至1800℃的温度，比如10℃、50℃、100℃、200℃或400℃至1800℃、1600℃、1400℃、1200℃或1000℃，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合，压力容器的外部表面保持相对的凉并且可以避免使用用于使压力容器绝缘的绝缘件，比如耐高温材料。具体提到了如下实施方式：其中，第一流体具有100℃至1350℃的温度。
压力容器顶盖、压力容器底盖以及压力容器壳可以各自独立地具有任何合适的形状并且可以为直线形的或曲线形的，并且可以为平坦的、圆顶形的或球形的。例如，如图1A中所示，压力容器顶盖和压力容器底盖可以具有平坦的形状。替代性地，如图1B中所示，压力容器顶盖和压力容器底盖可以具有弯曲的形状。而且，压力容器壳可以具有任何合适的形状，可以为曲线形的或直线形的，并且可以为如图1A中所示的筒形。
还公开了制造热交换器芯的方法，该方法包括：提供第一壳体；将第一壳体变形以在第一壳体的内表面上形成脊部；提供包括槽口第二壳体；通过将第一壳体布置在第二壳体上使脊部与槽口对准；将脊部刚性地附接至第二壳体；在第一壳体和第二壳体的第一端部上布置顶盖；在第一壳体和第二壳体的第二端部上布置底盖；在第一壳体、第二壳体或第一壳体与第二壳体的组合上设置入口；以及在第一壳体、第二壳体或第一壳体与第二壳体的组合上设置出口从而制成热交换器芯，其中，脊部、第一壳体和第二壳体限定了在入口与出口之间的流动通道。在一实施方式中，第一壳体为内部壳体。替代性地，第一壳体可以为外部壳体。流动通道可以由第一壳体的内表面和第二壳体的内表面限定，其中，第一壳体和第二壳体中的至少一者包括脊部。
第一壳体可以例如为管或管线的一部分，并且可以通过如下方式提供：卷制平坦的板并且连接相对的两个边缘以提供管。脊部可以通过任何合适的方法比如通过冲压或液压变形而布置在第一壳体的内表面上。如图10中所示，第二壳体1010可以包括槽口1020以及可选地包括出口1030，并且可以通过卷制平坦的板来形成。第二壳体可以例如通过如下方式提供：通过在管线中以选定的倾斜角度切割槽口，或通过在平坦的板中切割槽口并且随后通过如下方式形成管：将平坦的板卷制成筒状件并且随后连接——例如焊接——相对的纵向边缘以形成筒状件。槽口的宽度可以被选择为与脊部的尺寸对应。在一实施方式中，槽口的宽度为1毫米(mm)至5厘米(cm)，例如1mm、2mm或4mm至5cm、3cm或1cm，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合。具体提到了槽口的宽度为2毫米至2厘米的实施方式。而且，在一实施方式中，槽口可以包括斜角以便于在壳体与脊部之间的对接焊接的形成。包括槽口的壳体可以布置在包括脊部的壳体上，并且随后脊部通过例如焊接刚性地附接至包括槽口的壳体。具体提到了完全的熔透焊接或对接焊接的使用，并且可以基于脊部的形状和尺寸来选择焊接。热交换器芯的顶盖可以被焊接至第一壳体和第二壳体中的每一者的第一端部，并且热交换器芯的底盖焊接至第一壳体和第二壳体中的每一者的相反的第二端部，例如以形成在第一壳体与第二壳体之间的用于热传递流体的腔室。入口和出口可以各自独立地布置——例如焊接——在第一壳体、第二壳体或其组合上。具体提到了如下实施方式：入口布置在第一壳体的外表面上，并且出口布置在第二壳体的外表面上。而且，根据需要，在入口上可以布置有入口构件，该入口构件将入口连接至压力容器的外部，例如连接至热传递流体的源。此外，在出口上可以布置有出口构件，该出口构件将出口连接至压力容器的外部，例如连接至通风口。
在一种实施方式中，脊部的尺寸和在开槽的壳体中的间隙的尺寸可以被选择成使得当第一壳体和第二壳体处于其最终的位置时，脊部的外表面突出至或超越第二壳体的外表面。脊部和第二壳体可以使用例如缝焊刚性地附接。
在另一实施方式中，一种制造热交换器芯的方法包括：提供第一壳体；将第一壳体变形以在第一壳体的内表面上形成脊部；提供第二壳体构件；将第二壳体构件布置——例如卷绕——在第一壳体上，例如卷绕在第一壳体的外表面上；刚性地附接第二壳体构件的纵向边缘以形成第二壳体；在第一壳体和第二壳体中的每一者的上端部上布置顶盖；在第一壳体和第二壳体中的每一者的下端部上布置底盖；在第一壳体、第二壳体或第一壳体与第二壳体的组合上设置入口；以及在第一壳体、第二壳体或第一壳体与第二壳体的组合上设置出口从而制成热交换器；其中，第二壳体和包括脊部的第一壳体限定了在入口与出口之间的流动通道。流动通道可以通过第一壳体的内表面和第二壳体的内表面限定，其中，第一壳体包括脊部。在一实施方式中，第一壳体为内部壳体并且第二壳体为外部壳体。替代性地，第一壳体可以为外部壳体并且第二壳体可以为内部壳体。将第二壳体构件布置在第一壳体上可以包括将第二壳体构件卷绕在第一壳体的内表面例如凸形表面上。替代性地，将第二壳体构件布置在第一壳体上可以包括将第二壳体构件弯曲并且将第二壳体构件布置在第一壳体的内表面例如凹形表面上。布置的细节与上文公开的类似，并且因此为了清楚起见，不包括重复的描述。
根据需要，第二壳体的外表面上可以布置有第三壳体，如图13中所示。布置第三壳体的方法与所公开的用于第二壳体的方法相同，并且为了清楚起见，不包括重复的公开内容。
包括槽口的壳体可以由平坦的金属板提供。在一实施方式中，提供包括有槽口的壳体包括提供金属板，在金属板中切割槽口，其中，槽口的方向相对于金属板的纵向边缘形成0度至90度的角度，例如0度、2度或5度至90度、50度或45度，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合，将金属板弯曲使得金属板的纵向边缘彼此相邻，并且接合纵向边缘以提供包括槽口和出口的外部壳体。具体提到了如下实施方式：槽口的方向相对于金属板的纵向边缘形成大约2度至45度的角度。槽口的构型和角度可以被选择成与脊部的倾斜角度对应。纵向边缘可以例如通过使用缝焊而限定。根据需要，方法还可以包括在金属板中切割开口以形成出口。金属板的尺寸可以根据外部壳体的所需的直径来选择。
替代性地，热交换器芯可以通过如下方式制造：加热第一壳体和第二壳体中的外部壳体以使外部壳体热膨胀，或冷却第一壳体和第二壳体中的内部壳体以使内部壳体收缩，将第一壳体布置在第二壳体上，并且随后使第一壳体和第二壳体热平衡。在一个方面，制造热交换器芯的方法包括：提供第一壳体和第二壳体；使第一壳体和第二壳体中的至少一者变形以在第二壳体和第一壳体中的至少一者上形成脊部；加热或冷却第一壳体或第二壳体以使第一壳体和第二壳体中的至少一者膨胀或收缩；将第一壳体布置在第二壳体上；使第一壳体和第二壳体热平衡以使第一壳体接触第二壳体；在第二壳体和第一壳体中的每一者的上部端部上布置顶盖；在第二壳体和第一壳体中的每一者的下部端部上布置底盖；在第二壳体、第一壳体或第一壳体与第二壳体的组合上设置入口；在第二壳体、第一壳体或第一壳体与第二壳体的组合上设置出口从而制成热交换器芯；其中，脊部、第一壳体和第二壳体限定了在入口与出口之间的流动通道。
被加热的壳体——例如，第一壳体或第二壳体——可以被加热到200℃至2000℃，例如200℃、300℃或400℃至2000℃、1000℃、800℃或600℃，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合，以使壳体膨胀，从而使得膨胀的壳体可以布置成围绕更冷的另一壳体，例如第二壳体或第一壳体。具体地提到了加热到300℃至800℃。当第二壳体处于其所需的位置时，可以允许第二壳体冷却和收缩并且在脊部与第二壳体的内表面之间形成过盈配合。替代性地或附加地，第一壳体或第二壳体可以被冷却到-196℃至0℃，例如-196℃、-150℃或-80℃至-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃，其中，前述的上限值和下限值可以被独立地结合，从而使第一壳体或第二壳体的内部壳体收缩，使得可以布置在较热的另一壳体中。具体提到了冷却到-150℃至20℃。将第一壳体和第二壳体热平衡可以在脊部与第二壳体的内表面之间形成过盈配合。
在另一方面中，第一壳体、第二壳体或二者的组合可以变形以使脊部与相对的壳体接触。在一方面中，制造热交换器芯的方法包括：提供第一壳体；在第一壳体的内表面上布置脊部；在第一壳体上布置第二壳体；使第一壳体和第二壳体中的至少一者变形以使第二壳体与脊部接触；在第一壳体和第二壳体中的每一者的上部端部上布置顶盖；在第一壳体和第二壳体中的每一者的下部端部上布置底盖；在第一壳体、第二壳体或第一壳体与第二壳体的组合上设置入口；以及在第一壳体、第二壳体或第一壳体与第二壳体的组合上上设置出口从而制成热交换器芯，其中，第一壳体和第二壳体限定了在入口与出口之间的流动通道。
变形可以包括提供凹形表面或凸形表面。包括变形部的壳体可以通过如下方式提供：在包括有脊部的第一壳体上布置壳体构件，并且随后将壳体构件压缩或膨胀以形成包括朝向第一壳体的凹形表面的第二壳体。替代性地，壳体构件可以例如通过冲压变形以提供包括凸形表面的壳体构件。在又一实施方式中，第一壳体可以例如以液压的或气动的方式膨胀或例如通过挤压来收缩，从而使第一壳体和脊部膨胀或收缩，使得脊部接触第二壳体。用于实现所需的变形而施加的压力、力或应力取决于包括如下方面的多种因素：几何形状、尺寸、部件材料和用于布置第一壳体和第二壳体的制造方法。具体地，压力、力或应力的量可以基于使用工业标准方法使部件材料经受变形的屈服应力和在制造领域得技术人员已知的数据来确定。
在另一实施方式中，制造热交换器芯的方法包括：提供第一壳体；使第一壳体变形以在第一壳体的内表面上形成脊部；提供第二壳体，其中，第二壳体的内表面包括槽，该槽构造成用于接纳脊部；使第一壳体相对于第二壳体旋转以将第一壳体旋入第二壳体中从而将第一壳体布置在第二壳体上；在第一壳体和第二壳体中的每一者的上部端部上布置顶盖；在第一壳体和第二壳体中的每一者的下部端部上布置底盖；在第二壳体、第一壳体或第二壳体与第一壳体的组合上设置入口；以及在第二壳体、第一壳体或第二壳体与第一壳体的组合上设置出口从而制成热交换器芯，其中，第二壳体和包括脊部的第一壳体限定了在入口与出口之间的流动通道。
槽可以为螺旋形槽并且可以构造成允许将第一壳体旋拧到第二壳体上。槽可以通过任何合适的方法比如机械加工、铸造或变形来提供。
第一壳体可以为内部壳体，并且第二壳体可以为外部壳体。替代性地，第一壳体可以为外部壳体，并且第二壳体可以为内部壳体。
还公开了制造热交换器芯的方法，该方法包括：提供第一壳体和第二壳体；使第一壳体和第二壳体中的至少一者变形以在第一壳体的内表面和第二壳体的内表面中的至少一者上形成脊部；将第一壳体布置在第二壳体上；使第一壳体的内表面和第二壳体的内表面中的至少一者与脊部接触；在第一壳体和第二壳体中的每一者的上部端部上布置顶盖；在第一壳体和第二壳体中的每一者的下部端部上布置底盖；在第二壳体、第一壳体或第二壳体与第一壳体的组合上设置入口；以及在第二壳体、第一壳体或第二壳体与第一壳体的组合上设置出口从而制成热交换器芯，其中，脊部、第一壳体和第二壳体限定了在入口与出口之间的流动通道。
变形可以包括使第一壳体变形以在第一壳体的内表面上形成脊部，并且接触可以包括通过将第一壳体插入第二壳体中而使脊部与第二壳体的内表面接触。替代性地，布置可以包括将第一壳体布置在第二壳体上，并且随后使第一壳体变形以在第一壳体的内表面上形成脊部并且使得脊部与第二壳体的内表面接触。在又一实施方式中，变形可以包括使第一壳体沿着朝向第二壳体的方向膨胀。变形可以通过冲压、液压变形、气动变形、模制或其组合的方式提供。
在又一实施方式中，变形可以包括使第一壳体的内壁变形以形成朝向第二壳体的内壁的脊部，并且方法还可以包括在脊部的顶端形成切口，以及将脊部焊接至第二壳体的内壁。
如上文提到的，第一壳体可以为内部壳体并且第二壳体可以为外部壳体，或替代性地第一壳体可以为外部壳体并且第二壳体可以为内部壳体。
还公开了制造热交换器的方法，该方法包括：提供热交换器芯；以及将热交换器芯布置在压力容器内从而制成热交换器。压力容器可以包括压力容器顶盖、压力容器底盖、以及布置在压力容器顶盖与压力容器底盖之间的壳，其中，压力容器顶盖、压力容器底盖以及壳或前述三者的组合包括压力容器入口，并且其中，压力容器顶盖、压力容器底盖以及壳包括压力容器出口。在一实施方式中，压力容器入口可以布置在压力容器底盖中，并且压力容器出口可以布置在压力容器底盖中。
还公开了在第一流体与第二流体之间传递热的方法，该方法包括：提供热交换器；将第一流体引导到内部壳体的入口中；以及将第二流体引导到压力容器入口中以在第一流体与第二流体之间进行热交换。
在前述实施方式中的任意实施方式中，第一壳体的内表面可以与第二壳体的内表面相对，并且脊部可以连接第一壳体与第二壳体；并且/或第一壳体可以包括位于第一壳体的内表面上的脊部，并且脊部可以朝向第二壳体延伸，或第二壳体可以包括位于第二壳体的内表面上的脊部，并且脊部可以朝向第一壳体延伸；并且/或第一壳体可以包括脊部，并且该脊部可以接触第二壳体，并且第一壳体和脊部可以为单一的整体式不可分割的部件；并且/或第一壳体可以包括脊部并且脊部可以接触第二壳体，或第二壳体可以包括脊部并且脊部可以接触第一壳体；并且/或脊部可以与第一壳体的内表面或第二壳体的内表面形成过盈配合；并且/或脊部还可以包括连接构件，其中，连接构件将脊部刚性地连接至第二壳体和第一壳体中的至少一者；并且/或连接构件可以为焊接件；并且/或脊部可以为第一壳体和第二壳体中的至少一者变形的产物；并且/或热交换器可以包括多个脊部；并且/或脊部可以具有螺旋形形状、阶梯形形状、圆弧形形状、螺旋段形状或其组合；并且/或脊部可以具有曲线形横截面形状，直线形横截面形状或其组合；并且/或脊部相对于切向方向的倾斜可以为0度至90度，其中，切向方向与第一壳体的纵向轴线垂直；并且/或脊部的倾斜可以为与第一壳体的纵向轴线平行；并且/或热交换器芯可以包括多个脊部，并且多个脊部中的每个脊部相对于切向方向的倾斜可以独立地为0度至90度；并且/或热交换器芯可以包括多个脊部，并且多个脊部中的每个脊部的倾斜可以为与第一壳体的纵向轴线平行；并且/或第一壳体和第二壳体可以各自独立地具有圆形横截面形状、椭圆形横截面形状、卵形横截面形状、体育场形横截面形状、半圆形横截面形状、方形横截面形状、矩形横截面形状、三角形横截面形状或这些形状的组合；并且/或第一壳体和第二壳体可以具有相同的横截面形状，并且第二壳体和第一壳体可以是同轴的；并且/或第一壳体和第二壳体可以各自独立地具有0.5厘米至5厘米的平均厚度；并且/或流动通道的高宽比可以大于10，其中，高宽比为流动通道的高度与流动通道的宽度之比，其中，高度为同一脊部的相对的表面之间的距离，并且以垂直于第一脊部中心线的方式测得，并且其中，流动通道的宽度为从第二壳体的内表面至第一壳体的内表面测得；并且/或提供包括槽口的第二壳体可以包括提供金属板，在金属板中切割槽口，其中，槽口相对于金属板的纵向边缘的方向形成0度至90度的角度，将金属板弯曲使得金属板的纵向边缘彼此相邻，并且将纵向边缘接合以提供包括槽口的第二壳体；并且/或提供包括槽口的第二壳体可以包括：提供金属管，在金属管中切割槽口，其中，槽口的方向相对于切向方向形成0度至90度的角度，其中，切向方向与金属管的纵向轴线垂直；并且/或脊部、第一壳体以及第二壳体可以限定螺旋形流动通道；并且/或可选地还包括将脊部焊接至第二壳体；并且/或将第二壳体构件布置在第一壳体上可以包括将第二壳体构件绕着第一壳体卷绕；并且/或将第二壳体构件布置在第一壳体上可以包括将第二壳体构件弯曲并且将第二壳体构件布置在第一壳体的内表面上；并且/或加热或冷却可以包括将第一壳体加热以使第一壳体膨胀，并且其中，方法还可以可选地包括将第二壳体冷却以使第二壳体收缩；并且/或加热或冷却可以包括将第二壳体加热以使第二壳体膨胀，并且其中，方法还可以包括可选地将第二壳体冷却以使第二壳体收缩；并且/或变形可以包括使第一壳体变形以在第一壳体的内表面上形成脊部，并且其中，接触可以包括通过将第一壳体插入第二壳体中而使脊部与第二壳体的内表面接触；并且/或布置可以包括将第一壳体布置在第二壳体上，并且随后使第一壳体变形以在第一壳体的内表面上形成脊部并且使脊部与第二壳体的内表面接触；并且/或变形可以包括使第一壳体沿着朝向第二壳体的方向膨胀；并且/或该方法可以包括在变形之前将第一壳体布置在第二壳体内；并且/或第一壳体可以为内部壳体，并且第二壳体可以为外部壳体，或第一壳体可以为外部壳体，并且第二壳体可以为内部壳体；并且/或变形可以包括使第一壳体的内壁变形以形成朝向第二壳体的内壁的脊部，并且该方法还可以包括在脊部的顶端中形成切口，并且将脊部焊接至第二壳体的内壁；并且/或压力容器可以包括压力容器顶盖、压力容器底盖以及布置在压力容器顶盖与压力容器底盖之间的壳，压力容器顶盖、压力容器底盖以及壳或其组合可以包括压力容器入口，压力容器顶盖、压力容器底盖，并且壳可以包括压力容器出口；并且/或压力容器入口可以布置在压力容器底盖中，并且压力容器出口可以布置在压力容器顶盖中。
已参照附图描述了本发明，在附图中示出了各个实施方式。然而，本发明可以以许多不同的方式实现，并且本发明不应当解释为受限于文中阐述的各实施方式。更准确地说，提供这些实施方式以使得本公开内容将是清晰和完整的并且将向本领域技术人员完全地表达本发明的范围。贯穿全文，相同的附图标记指的是相同的元件。
将理解的是，当元件被提及为“位于”另一元件上，则该元件可以直接地位于另一元件上或在两者之间存在中间元件。相反，当元件被提及为“直接地位于”另一元件上，则在两者之间不存在中间元件。而且，元件可以位于另一元件的外表面上或内表面上，并且因此“位于…上”可以包括“在…中“和“在…上”。
将理解的是，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在文中用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部段，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部段与另一个元件、部件、区域、层或部段进行区分。因此，在不偏离文中教示的情况下，文中讨论的“第一元件”、“部件”、“区域”、“层”或“部段”可以指的是第二元件、部件、区域、层或部段。
文中使用的术语仅出于描述具体的实施方式的目的并且不意在限制本发明。如文中使用的，单数形式“一(a)”“一(an)”“该(the)”意在包括包括“至少一“得复数形式，除非上下文另有清楚地指示。“或”指的是“和/或”。如文中使用的，术语“和/或”包括相关联列出的术语中的一个或更多个中的任一者和所有组合。将进一步理解的是，当在文中使用术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”、或“包括(includes)”和/或“包括(including)”说明所陈述的特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在。
此外，相对性术语，比如“下面的”或“底部的”和“上面的”或“顶部的”可以在文中使用以描述如附图中图示的一个元件相对于另一元件的关系。将理解的是，相对性术语用于包括装置的除了附图中描绘的方位之外的不同方位。例如，如果在附图中的一个附图中的装置被倒置，则所描述位于其他元件的“下”侧的元件将随后定向为在其他元件的“上”侧。因此，示例性术语“下”可以根据附图的具体方位包括“下”和“上”的方位两者。类似地，如果附图中的一个附图中的装置被倒置，描述为位于其他元件的“下方”或“下部”的元件随后将被定向为在其他元件的“上方”。因此，示例性术语“下方”或“下部”包括上和下两个方位。
除非另有限定，文中使用的所有术语(包括技术术语和科技术语)具有如本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，术语——比如那些在通常使用的字典中限定的术语——应当理解为具有与他们在相关技术和本公开内容的情景下的含义一致的含义，并且不应当解释为理想的或过度正式的含义，除非文中如此清楚地限定。
在文中参照作为理想的实施方式的示意性图示的横截面图示来描述示例性实施方式。同样地，可以预期由于例如制造技术和/或公差所导致的图示的形状的变型。因此，文中描述的实施方式不应当解释为受限于文中图示的区域的具体形状而是包括例如由于制造所产生的形状的偏差。例如，图示或描述为平坦的区域可以通常具有粗糙的和/或非线性的特征。此外，图示的尖锐的角可以为倒圆的。因此，在附图中图示的区域本质上是示意性的并且图示的形状不意在于图示区域的精确形状并且不意在限制本权利要求的范围。

Claims (43)

1.一种热交换器，包括：
热交换器芯，所述热交换器芯包括：
顶盖，
底盖，
第一壳体，所述第一壳体布置在所述顶盖与所述底盖之间，
第二壳体，所述第二壳体布置在所述顶盖与所述底盖之间并且与所述第一壳体的内表面相对，
入口，所述入口位于所述第一壳体、所述第二壳体或所述第一壳体与所述第二壳体的组合上，以及
出口，所述出口位于所述第一壳体、所述第二壳体或所述第一壳体与所述第二壳体的组合上，
其中，所述第一壳体和所述第二壳体中的至少一者包括脊部，以及
其中，所述第一壳体和所述第二壳体限定了在所述入口与所述出口之间的流动通道；
压力容器；
位于所述入口上的入口构件，所述入口构件将所述入口连接至所述压力容器的外部；以及
位于所述出口上的出口构件，所述出口构件将所述出口连接至所述压力容器的外部，
其中，所述底盖、所述第一壳体以及所述第二壳体全部容纳在所述压力容器内。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述第一壳体的所述内表面与所述第二壳体的内表面相对，并且，所述脊部连接所述第一壳体与所述第二壳体。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的热交换器，
其中，所述第一壳体包括位于所述第一壳体的内表面上的所述脊部，其中，所述脊部朝向所述第二壳体延伸，或
其中，所述第二壳体包括位于所述第二壳体的内表面上的所述脊部，其中，所述脊部朝向所述第一壳体延伸。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的热交换器，其中，所述第一壳体包括所述脊部，所述脊部接触所述第二壳体，并且，所述第一壳体和所述脊部为单一的整体式不可分割的部件。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的热交换器，其中，所述第一壳体包括所述脊部并且所述脊部接触所述第二壳体，或者，所述第二壳体包括所述脊部并且所述脊部接触所述第一壳体。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的热交换器，其中，所述脊部与所述第一壳体的内表面或所述第二壳体的内表面形成过盈配合。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的热交换器，其中，所述脊部还包括连接构件，其中，所述连接构件将所述脊部刚性地连接至所述第二壳体和所述第一壳体中的至少一者。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的热交换器，其中，所述连接构件为焊接件。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的热交换器，其中，所述脊部为所述第一壳体和所述第二壳体中的至少一者变形的产物。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的热交换器，其中，所述热交换器包括多个脊部。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的热交换器，其中，所述脊部具有螺旋形形状、阶梯形形状、圆弧形形状、螺旋段形状或前述形状的组合。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的热交换器，其中，所述脊部具有曲线形横截面形状、直线形横截面形状或前述横截面形状的组合。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的热交换器，其中，所述脊部的相对于切向方向的倾斜为0度至90度，其中，所述切向方向垂直于所述第一壳体的纵向轴线。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的热交换器，其中，所述脊部的倾斜为平行于所述第一壳体的纵向轴线。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的热交换器，其中，所述热交换器芯包括多个脊部，并且所述多个脊部中的每个脊部的相对于所述切向方向的倾斜独立地为0度至90度。
16.根据权利要求1至15中的任一项所述的热交换器，其中，所述热交换器芯包括多个脊部，并且所述多个脊部中的每个脊部的倾斜为平行于所述第一壳体的所述纵向轴线。
17.根据权利要求1至16中的任一项所述的热交换器，其中，所述第一壳体和所述第二壳体各自独立地具有圆形横截面形状、椭圆形横截面形状、卵形横截面形状、体育场形横截面形状、半圆形横截面形状、方形横截面形状、矩形横截面形状、三角形横截面形状或前述形状的组合。
18.根据权利要求1至17中的任一项所述的热交换器，其中，所述第一壳体和所述第二壳体具有相同的横截面形状，并且，所述第二壳体和所述第一壳体同轴。
19.根据权利要求1至18中的任一项所述的热交换器，其中，所述第一壳体和所述第二壳体各自独立地具有0.5厘米至5厘米的平均厚度。
20.根据权利要求1至19中的任一项所述的热交换器，其中，所述流动通道的高宽比大于10，其中，所述高宽比为所述流动通道的高度与所述流动通道的宽度之比，其中，所述高度为同一脊部的相对的表面之间的距离并且以垂直于第一脊部中心线的方式测得，并且，所述流动通道的宽度从所述第二壳体的内表面至所述第一壳体的内表面测得。
21.一种制造热交换器芯的方法，所述方法包括：
提供第一壳体；
使所述第一壳体变形以在所述第一壳体的内表面上形成脊部；
提供包括槽口的第二壳体；
通过将所述第一壳体布置在所述第二壳体上使所述脊部与所述槽口对准；
将所述脊部刚性地附接至所述第二壳体；
在所述第一壳体和所述第二壳体的第一端部上布置顶盖；
在所述第一壳体和所述第二壳体的第二端部上布置底盖；
在所述第一壳体、所述第二壳体或所述第一壳体与所述第二壳体的组合上设置入口；以及
在所述第一壳体、所述第二壳体或所述第一壳体与所述第二壳体的组合上设置出口从而制成所述热交换器芯，其中，所述脊部、所述第一壳体以及所述第二壳体限定了在所述入口与所述出口之间的流动通道。
22.根据权利要求21所述的制造热交换器芯的方法，其中，所述提供包括槽口的第二壳体的步骤包括：
提供金属板，
在所述金属板中切割槽口，其中，所述槽口的方向相对于所述金属板的纵向边缘形成0度至90度的角，
使所述金属板弯曲成使得所述金属板的纵向边缘彼此相邻，以及
将所述纵向边缘接合以提供所述包括槽口的第二壳体。
23.根据权利要求21至22中的任一项所述的制造热交换器芯的方法，其中，所述提供包括槽口的第二壳体的步骤包括：
提供金属管；
在所述金属管中切割槽口，其中，所述槽口的方向相对于切向方向形成0度至90度的角，其中，所述切向方向垂直于所述金属管的纵向轴线。
24.根据权利要求21至23中的任一项所述的制造热交换器芯的方法，其中，所述脊部、所述第一壳体和所述第二壳体限定螺旋形流动通道。
25.根据权利要求21至24中的任一项所述的制造热交换器芯的方法，还包括将所述脊部焊接至所述第二壳体的步骤。
26.一种制造热交换器芯的方法，所述方法包括：
提供第一壳体；
使所述第一壳体变形以在所述第一壳体的内表面上形成脊部；
提供第二壳体构件；
将所述第二壳体构件布置在所述第一壳体上；
刚性地附接所述第二壳体构件的纵向边缘以形成第二壳体；
在所述第一壳体和所述第二壳体中每一者的上部端部上布置顶盖；
在所述第一壳体和所述第二壳体中每一者的下部端部上布置底盖；
在所述第二壳体、所述第一壳体或所述第二壳体与所述第一壳体的组合上设置入口；以及
在所述第二壳体、所述第一壳体或所述第二壳体与所述第一壳体的组合上设置出口从而制成所述热交换器芯；
其中，所述第一壳体和所述第二壳体限定了在所述入口与所述出口之间的流动通道。
27.根据权利要求21至26中的任一项所述的制造热交换器芯的方法，其中，将所述第二壳体构件布置在所述第一壳体上的步骤包括将所述第二壳体构件绕着所述第一壳体卷绕。
28.根据权利要求21至26中的任一项所述的制造热交换器芯的方法，其中，将所述第二壳体构件布置在所述第一壳体上的步骤包括使所述第二壳体构件弯曲并且将所述第二壳体构件布置在所述第一壳体的内表面上。
29.一种制造热交换器芯的方法，所述方法包括：
提供第一壳体和第二壳体；
使所述第一壳体和所述第二壳体中的至少一者变形以在所述第二壳体和所述第一壳体中的至少一者上形成脊部；
加热或冷却所述第一壳体或所述第二壳体以使所述第一壳体和所述第二壳体中的至少一者膨胀或收缩；
将所述第一壳体布置在所述第二壳体上；
使所述第一壳体与所述第二壳体热平衡以接触所述第一壳体与所述第二壳体；
在所述第二壳体和所述第一壳体中每一者的上部端部上布置顶盖；
在所述第二壳体和所述第一壳体中每一者的下部端部上布置底盖；
在所述第二壳体、所述第一壳体或所述第二壳体与所述第一壳体的组合上设置入口；
在所述第二壳体、所述第一壳体或所述第二壳体与所述第一壳体的组合上设置出口从而制成所述热交换器芯；
其中，所述脊部、所述第一壳体以及所述第二壳体限定了在所述入口与所述出口之间的流动通道。
30.根据权利要求21至29中的任一项所述的制造热交换器芯的方法，其中，所述加热或冷却包括加热所述第一壳体以使所述第一壳体膨胀，并且，所述方法还可选地包括冷却所述第二壳体以使所述第二壳体收缩。
31.根据权利要求21至29中的任一项所述的制造热交换器芯的方法，其中，所述加热或冷却包括加热所述第二壳体以使所述第二壳体膨胀，并且，所述方法还可选地包括冷却所述第二壳体以使所述第二壳体收缩。
32.一种制造热交换器芯的方法，所述方法包括：
提供第一壳体；
使所述第一壳体变形以在所述第一壳体的内表面上形成脊部；
提供第二壳体，其中，所述第二壳体的内表面包括构造成用于接纳所述脊部的槽；
使所述第一壳体相对于所述第二壳体旋转以将所述第一壳体旋拧所述第二壳体中从而将所述第一壳体布置在所述第二壳体上；
在所述第一壳体和所述第二壳体中每一者的上部端部上布置顶盖；
在所述第一壳体和所述第二壳体中每一者的下部端部上布置底盖；
在所述第二壳体、所述第一壳体或所述第二壳体与所述第一壳体的组合上设置入口；以及
在所述第二壳体、所述第一壳体或所述第二壳体与所述第一壳体的组合上设置出口从而制成所述热交换器芯，
其中，所述第一壳体和所述第二壳体限定了在所述入口与所述出口之间的流动通道。
33.一种制造热交换器芯的方法，所述方法包括：
提供第一壳体和第二壳体；
使所述第一壳体和第二壳体中的至少一者变形以在所述第一壳体的内表面与所述第二壳体的内表面中的至少一者上形成脊部；
将所述第一壳体布置在所述第二壳体上；
使所述第一壳体的内表面和所述第二壳体的内表面中的至少一者与所述脊部接触；
在所述第一壳体和所述第二壳体中每一者的上部端部上布置顶盖；
在所述第一壳体和所述第二壳体中每一者的下部端部上布置底盖；
在所述第二壳体、所述第一壳体或所述第二壳体与所述第一壳体的组合上设置入口；以及
在所述第二壳体、所述第一壳体或所述第二壳体与所述第一壳体的组合上设置出口从而制成所述热交换器芯，
其中，所述脊部、所述第一壳体以及所述第二壳体限定了在所述入口与所述出口之间的流动通道。
34.根据权利要求21至33中的任一项所述的制造热交换器芯的方法，其中，所述变形包括使所述第一壳体变形以在所述第一壳体的内表面上形成脊部，以及
其中，所述接触包括通过将所述第一壳体插入所述第二壳体中而使所述脊部与所述第二壳体的内表面接触。
35.根据权利要求21至34中的任一项所述的制造热交换器芯的方法，其中，所述布置包括将所述第一壳体布置在所述第二壳体上；并且随后
使所述第一壳体变形以在所述第一壳体的内表面上形成脊部并且使所述脊部与所述第二壳体的内表面接触。
36.根据权利要求21至35中的任一项所述的制造热交换器芯的方法，其中，所述变形包括使所述第一壳体沿着朝向所述第二壳体的方向膨胀。
37.根据权利要求21至36中的任一项所述的制造热交换器芯的方法，其中，所述方法包括在所述变形之前将所述第一壳体布置在所述第二壳体中。
38.根据权利要求21至37中的任一项所述的制造热交换器芯的方法，其中，所述第一壳体为内部壳体，并且所述第二壳体为外部壳体；或者，其中，所述第一壳体为外部壳体，并且所述第二壳体为内部壳体。
39.根据权利要求21至38中的任一项所述的制造热交换器芯的方法，
其中，所述变形包括使所述第一壳体的内壁变形以形成朝向所述第二壳体的内壁指向的脊部，以及
其中，所述方法还包括：
在所述脊部的顶端中形成切口，以及
将所述脊部焊接至所述第二壳体的内壁。
40.一种制造热交换器的方法，所述方法包括：
提供根据权利要求1至39中的任一项所述的热交换器芯；以及
将所述热交换器芯布置在压力容器内从而制成所述热交换器。
41.根据权利要求40所述的制造热交换器的方法，其中，所述压力容器包括压力容器顶盖、压力容器底盖以及布置在所述压力容器顶盖与所述压力容器底盖之间的壳，
其中，所述压力容器顶盖、所述压力容器底盖以及所述壳或所述压力容器顶盖、所述压力容器底盖以及所述壳的组合包括压力容器入口，以及
其中，所述压力容器顶盖、所述压力容器底盖以及所述壳包括压力容器出口。
42.根据权利要求40至41中的任一项所述的制造热交换器的方法，其中，所述压力容器入口布置在所述压力容器底盖中，并且，所述压力容器出口布置在所述压力容器顶盖中。
43.一种在第一流体与第二流体之间传递热的方法，所述方法包括：
提供根据权利要求1至42中的任一项所述的热交换器；
将第一流体引入所述内部壳体的所述入口；以及
将第二流体引入所述压力容器入口以在所述第一流体与所述第二流体之间进行热交换。
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