CN110873540A - 逆流螺旋式热交换器 - Google Patents

Abstract

一种螺旋式热交换器组件，包含：具有第一和第二端、长度、内径以及含有所述内径的横截面的管，以及具有长度和外径基本等于所述管内径的热传导性管插入件，所述管插入件具有第一和第二端，并且包含沿着管插入件的长度延伸并围绕中心轴扭转的单个螺旋。所述管插入件通过将所述螺旋的外边缘密封到所述管的内表面被密封在所述管中，从而形成流体紧密的第一和第二流体流动路径，其分别被限定在螺旋的相对侧与管的内表面之间。多个入口和出口流体端口被放置用作第一和第二流体流入和流出所述管的通道。螺旋具有预定义的螺距，其可以小于或大于所述管的内径并且限定第一和第二流体流动路径的长度，其中螺旋的螺距沿着所述管插入件的长度可以是恒定的或可变的。

Description

逆流螺旋式热交换器

技术领域

本发明涉及热交换器，并且，更具体地说，涉及用在相对较小的空间例如汽车或其它机动车辆中的液-液热交换器。

背景技术

用于汽车和其它机动车辆的热交换器的设计者们一直不断努力在较小的空间内获得增强的热传递能力。在液-液热交换器领域，在热流体侧和延伸表面使用湍流器(turbulator)，例如在冷流体侧使用烧结金属基体，是解决这一问题众所周知的方法。增加流体的流动路径长度同时保持合理的流体压降是增强热传递的另一种方法，但是通常不可能在较小的空间内实现这一点。

因此，需要具有优异热传递能力的改进型热交换器，在利用标准液-液热交换器制造技术时，这将在最小可能成本下提供最佳性能，并且提供相同的或较小尺寸的包装。

发明内容

考虑到先有技术的问题和不足，本发明的一个目的是提供一种改进的热交换器组件，其可以在较小的包装中提供等效的或优异的热传递性能。

本发明的另一目的是提供一种改进的热交换器，对于给定的管长，其可显著增加流动路径长度，从而增强热传递。

本发明的另一目的是提供一种改进的热交换器，其可允许逆流操作，提供最佳的热传递性能。

本发明的另一目的是提供一种改进的热交换器，其利用标准的铝液-液热交换器制造技术，例如机车(可控气体钎焊)熔炉熔剂钎焊。

本发明的再一目的是提供一种改进的热交换器，其包括螺旋式管插入件，从而在管中形成两条流体紧密的流体流动路径，每个都具有明显增加的长度。

本发明的其它目的和优点部分将是显而易见的，部分将通过说明书变得显而易见。

对本领域技术人员来说显而易见的上述以及其它目的在本发明中实现，其涉及螺旋式热交换器组件，包含：具有第一端和第二端、长度、内径以及含有该内径的横截面的管，以及具有长度和基本等于管内径的外径的热传导性管插入件，该管插入件具有第一端和第二端并且包含沿着管插入件的长度延伸并围绕中心轴扭转的单个螺旋。该螺旋具有接触管内表面的外边缘，并且适于形成流体密封，并且该管插入件通过将螺旋的外边缘密封到管的内表面而被密封在管中，从而形成流体紧密的第一和第二流体流动路径，其分别被限定在螺旋的相对侧与管的内表面之间。多个入口和出口流体端口被放置用作第一和第二流体流入和流出管的通道。螺旋具有预定义的螺距，其可以小于或大于管内径，并且限定第一和第二流体流动路径的长度，其中螺旋的螺距沿着管插入件的长度可以是恒定的或可变的。

螺旋的第一和第二端分别与第一和第二管端的内表面密封地接触，使得第一流体流动路径被限定在螺旋的第一侧与管的内表面之间，而第二流体流动路径被限定在螺旋的第二侧与管的内表面之间。在一个实施例中，螺旋可包括在螺旋至少一侧上的湍流凹坑或脊，用于在热交换器的操作期间促进热量从加热后的第一流体通过螺旋传递到第二冷却后的流体。

流体端口可被设置用于逆流操作，由此第一和第二流体以相反的方向流动，例如将入口和出口流体端口定位在管相对端的一组流体端口中。在一个实施例中，组件包括密封到管和管插入件第一端的第一端盖以及密封到管和管插入件第二端的第二端盖，其中第一和第二端盖可以是扁平的圆形板，其被密封成与管和管插入件的端部齐平，以防止流体在热交换器内部混合。

管和管插入件可由钎焊包覆的铝组成，并且可被钎焊在一起从而形成流体紧密的第一和第二流体流动路径。在钎焊之前，将管机械锻压或压缩到螺旋的外边缘上，从而改进螺旋的外边缘与管的内表面之间的密封。

在另一方面，本发明涉及一种组装热交换器的方法，包含这些步骤：提供具有第一端和第二端、长度、内径以及含有该内径的横截面的管；提供具有长度和基本上等于管内径的外径的热传导性管插入件，该管插入件具有第一端和第二端并且包含沿着管插入件的长度延伸并围绕中心轴扭转的单个螺旋，该螺旋具有适于接触管内表面的外边缘，从而当管插入件被插入到其中时形成流体紧密的密封；并且通过例如自动化的方式将管插入件插入到管中，并且通过将螺旋的外边缘密封到管的内表面来将管插入件密封在其中，从而形成流体紧密的第一和第二流体流动路径，其分别被限定在螺旋的相对侧与管的内表面之间。方法还包含提供多个入口和出口流体端口，用作第一流体和第二流体流入和流出管的通道。流体端口可被设置用于逆流操作，由此第一和第二流体以相反的方向流动。

螺旋具有预定义的螺距，其可以小于或大于管内径，并且限定第一和第二流体流动路径的长度。在一个实施例中，螺旋的螺距沿着管插入件的长度是恒定的，而在另一实施例中，方法还包括沿着管插入件的长度改变螺旋的螺距的步骤，其中沿着管插入件长度的至少一部分减小螺距将增加螺旋式热交换器中第一和第二流体流动路径的长度，并且沿着管插入件长度的至少一部分增大螺距将增加螺旋式热交换器中第一和第二流体的流动路径面积。

在一个实施例中，将管插入件插入管中并且将管插入件密封在其中的步骤还可包含将管插入件的第一和第二端分别密封到第一和第二管端的内表面，从而第一流体流动路径被限定在螺旋的第一侧与管的内表面之间，并且第二流体流动路径被限定在螺旋的第二侧与管的内表面之间。

管和管插入件可由钎焊包覆的铝组成，并且方法还可包括在可控气体钎焊炉中钎焊热交换器，从而形成流体紧密的第一和第二流体流动路径。在一个实施例中，方法还可包括在钎焊热交换器之前将管机械锻压或压缩到螺旋的外边缘上。

方法还可包含将第二端盖密封到管和管插入件第二端的步骤，以及将第一端盖密封到管和管插入件第一端的步骤。在实施例中，第一和第二端盖是扁平的圆形板，并且被密封成与管和管插入件的端部齐平，以防止流体在热交换器内部混合。

在另一方面，本发明涉及操作热交换器组件的方法，包含：提供具有第一端和第二端、长度、内径以及含有该内径的横截面的管的热交换器；提供具有长度和基本等于管内径的外径的热传导性管插入件，该管插入件包含沿着该管插入件的长度延伸并围绕中心轴扭转的单个螺旋，该管插入件被密封在管中，从而形成流体紧密的第一和第二流体流动路径，其分别被限定在螺旋的相对侧与管的内表面之间；并且提供多个入口和出口流体端口，用作第一和第二流体流入和流出管的通道。方法还包含将用于第一流体的入口和出口流体管线连接到第一组入口和出口端口；将用于第二流体的入口和出口流体管线连接到第二组入口和出口端口；并且使第一和第二流体分别流动通过第一和第二组入口和出口端口，从而将热量从一种流体传递到另一种流体。第一和第二组入口和出口流体端口可被设置用于逆流操作，由此第一和第二流体以相反的方向流动通过第一和第二流体流动路径。

在又一方面，本发明涉及一种热交换器组件，其包含多个螺旋式热交换器，每个螺旋式热交换器都包含：具有第一端和第二端、长度、内径和含有该内径的横截面的管；具有长度和基本等于管内径的外径的热传导性管插入件，该管插入件具有第一和第二端，并且包含沿着管插入件的长度延伸并围绕中心轴扭转的单个螺旋，其中通过将螺旋的外边缘密封到管的内表面来将管插入件密封在管中，从而形成流体紧密的第一和第二流体流动路径，其被限定在螺旋的相对侧与管的内表面之间；以及多个入口和出口流体端口，用作第一和第二流体流入和流出管的通道。组件还包含连接螺旋式热交换器管每个第一端的第一歧管，该第一歧管包括流体入口端口，用作第一流体流入热交换器组件的通道，以及连接热交换器管每个第二端的第二歧管，该第二歧管包括流体入口端口，用作第二流体流入热交换器组件的通道，其中第一和第二歧管各自被密封以防止流体在热交换器组件内部混合。第一或第二歧管中至少一个可包括挡板以引导歧管中的流体流动，并且挡板的配置将确定组件中的两个或多个螺旋式热交换器是串行、平行还是它们的某种组合。

第一歧管还可包含流体出口端口，用作第二流体流出热交换器组件的通道，并且第二歧管可包含流体出口端口，用作第一流体流出热交换器组件的通道，其中第一和第二歧管入口和出口流体端口被设置用于逆流操作。

每个螺旋的第一和第二端分别与第一和第二管端的内表面密封地接触，使得第一流体流动路径被限定在螺旋的第一侧与管的内表面之间，而第二流体流动路径被限定在螺旋的第二侧与管的内表面之间。每个螺旋都具有预定义的螺距，其限定每个螺旋式热交换器中第一和第二流体流动路径的长度，并且每个螺旋的螺距沿着各自管插入件的长度可以是恒定的，或者至少一个螺旋的螺距沿着至少一个管插入件的长度可以不是恒定的。

每对管和管插入件都可由钎焊包覆的铝组成，并且可被钎焊在一起从而在管中形成流体紧密的第一和第二流体流动路径。在一个实施例中，每个管都可以在钎焊之前被机械锻压或压缩到每个螺旋的外边缘上。

在另一方面，本发明涉及一种组装热交换器的方法，包含提供多个螺旋式热交换器，每个螺旋式热交换器都包含：具有第一和第二端、长度、内径以及含有该内径的横截面的管；具有长度和基本上等于管内径的外径的热传导性管插入件，该管插入件具有第一和第二端，并且包含沿着管插入件的长度延伸并围绕中心轴线扭转的单个螺旋，其中管插入件通过将螺旋的外边缘密封到管的内表面被密封在管中，从而形成流体紧密的第一和第二流体流动路径，其被限定在螺旋的相对侧与管的内表面之间；以及多个入口和出口流体端口，用作第一和第二流体流入和流出管的通道。方法还包含提供第一和第二歧管，用于附接至多个热交换器的相对端，第一或第二歧管中至少一个包含挡板，以引导歧管中的流体流动；将螺旋式热交换器管的每个第一端连接到第一歧管，该第一歧管包括流体入口端口，用作第一流体流入热交换器组件的通道；将螺旋式热交换器管的每个第二端连接到第二歧管，该第二歧管包括流体入口端口，用作第二流体流入热交换器组件的通道；并且分别将第一和第二歧管密封到热交换器管的第一和第二端，以防止流体在热交换器组件内部混合。第一歧管还可包含流体出口端口，用作第二流体流出热交换器组件的通道，并且第二歧管还可包含流体出口端口，用作第一流体流出热交换器组件的通道，其中第一和第二歧管入口和出口流体端口被设置用于逆流操作。

将每个管插入件密封在管中以形成螺旋式热交换器的步骤可包含将管插入件的第一和第二端分别密封到第一和第二管端的内表面，使得第一流体流动路径被限定在螺旋的第一侧与管的内表面之间，而第二流体流动路径被限定在螺旋的第二侧与管的内表面之间。每对管和管插入件都可由钎焊包覆的铝组成，并且方法还可包括在可控气体钎焊炉中钎焊每个螺旋式热交换器的步骤，从而在每个管中都形成流体紧密的第一和第二流体流动路径。在钎焊热交换器之前，方法可包括将每个管都机械锻压或压缩到每个相应螺旋的外边缘上。

在分别将多个热交换器的相对端连接到第一和第二歧管中每一个之前，方法可包括通过第一和第二歧管中一个或两者都有的挡板，将多个螺旋式热交换器中至少两个设置成平行的或者串行的。

每个螺旋都具有预定义的螺距，其限定每个螺旋式热交换器中第一和第二流体流动路径的长度，并且每个螺旋的螺距沿着各自管插入件的长度可以是恒定的，或者，方法还可包括沿着管插入件的长度改变至少一个螺旋的步骤，其中沿着管插入件至少一部分的长度减小螺距将增加螺旋式热交换器中第一和第二流体流动路径的长度，并且其中沿着管插入件至少一部分的长度增大螺距将增加螺旋式热交换器中第一和第二流体的流动路径面积。

在另一方面，本发明涉及一种操作热交换器的方法，包含提供多个螺旋式热交换器，每个螺旋式热交换器都包含：具有第一端和第二端、长度、内径以及含有该内径的横截面的管；具有长度和基本等于管内径的外径的热传导性管插入件，该管插入件具有第一端和第二端并且包含沿着管插入件的长度延伸并围绕中心轴扭转的单个螺旋，其中管插入件通过将螺旋的外边缘密封到管的内表面被密封在管中，从而形成流体紧密的第一和第二流体流动路径，其被限定在螺旋的相对侧与管的内表面之间；以及多个入口和出口流体端口，用作第一和第二流体流入和流出管的通道。方法还包含提供第一和第二歧管，用于附接至多个热交换器的相对端，第一或第二歧管中至少一个包含挡板，以引导歧管中的流体流动；将螺旋式热交换器管的每个第一端连接到第一歧管，该第一歧管包括流体入口端口，用作第一流体流入热交换器组件的通道，还包括流体出口端口，用作第二流体流出热交换器组件的通道；将螺旋式热交换器的每个第二端连接到第二歧管，该第二歧管包括流体入口端口，用作第二流体流入热交换器组件的通道，还包括流体出口端口，用作第一流体流出热交换器组件的通道；将第一和第二歧管分别密封到热交换器管的第一和第二端部，以防止流体在热交换器组件内部混合；将用于第一流体的入口和出口流体管线分别连接到第一和第二歧管的第一流体入口和出口端口；将用于第二流体的入口和出口流体管线分别连接到第一和第二歧管的第二流体入口和出口端口；并且使第一和第二流体流动通过热交换器组件，从而将热量从一种流体传递到另一种流体。第一和第二歧管入口和出口流体端口可被设置用于逆流操作。

在分别将多个热交换器的相对端连接到第一和第二歧管中的每一个之前，方法可包括通过第一和第二歧管一个或两者都有的挡板，将多个螺旋式热交换器中至少两个设置为平行的或者串行的。

每个螺旋都具有预定义的螺距，其限定每个螺旋式热交换器中的第一和第二流体流动路径的长度，并且每个螺旋的螺距沿着每个管插入件的长度可以是恒定的，或者，方法还可包括沿着管插入件的长度改变至少一个螺旋的螺距的步骤，其中沿着管插入件的长度的至少一部分减小螺距将增加螺旋式热交换器中第一和第二流体流动路径的长度，并且其中沿着管插入件的长度的至少一部分增大螺距将增加螺旋式热交换器中第一和第二流体的流动路径面积。

附图说明

在所附权利要求中特别阐述了被认为新颖的本发明的特性以及本发明的特征要素。数字仅供说明之用，不按比例绘制。然而，通过参照以下结合附图的详细描述，可以最好地理解本发明本身关于组织和操作方法，其中：

图1描绘了根据本发明带有螺旋式管插入件的热交换器的一个实施例的透视图；

图2描述了如图1所示带有螺旋式管插入件的热交换器的透视图，其中热交换器外管或壳体被去除，从而显示沿着管插入件的长度具有恒定螺距的螺旋式管插入件；

图3描绘了根据本发明如图1和2所示带有螺旋式管插入件的热交换器的端视图；

图4描绘了根据本发明如图1至3所示带有螺旋式管插入件的热交换器的顶部截面图；

图5描绘了根据本发明带有螺旋式管插入件的热交换器的另一实施例的透视图，其中管插入件的螺旋沿着管插入件的长度具有恒定的螺距，但是与图2相比，该螺旋被更紧密地扭转以产生更长的流体流动路径；

图6描绘了根据本发明的螺旋式管插入件的另一实施例的透视图，其中螺旋的螺距沿着管插入件的长度是可变的；

图7描绘了根据本发明的热交换器组件的一个实施例的透视图，其包括三个串行设置的螺旋式热交换器，并且与串行设置的三个其它螺旋式热交换器平行，并且通过入口和出口歧管或罐连接；

图8描绘了热交换器组件的实施例的部分截面图，其沿着图7所示的截面A-A示出了罐中的挡板，以引导热交换器组件内部的流体流动；

图9描绘了热交换器组件的实施例的截面图，其沿着图7所示的截面B-B；

图10描述了图9所示的热交换器组件的顶视图，其中热交换器管被移除以显示螺旋式插入件；

图11以图解的形式显示了通过图7所示的热交换器组件的流体逆流时的热交换过程；

图12描绘了如图11所示的热交换过程中显示各个流体的温度变化的图表；

图13描绘了根据本发明的热交换器组件的另一实施例的透视图，其包括被串行设置的多个螺旋式热交换器，并且被入口和出口歧管或罐连接；

图14描绘了热交换器组件的实施例的截面图，其沿着图13所示的截面A-A；以及

图15描绘了图13所示的热交换器组件的顶视图，其中热交换器管被移除以显示螺旋式插入件以及相应的流体流动路径。

具体实施方式

在描述本发明的实施例时，本文将参考附图1-15，其中相似的数字代表本发明相似的特性。

本发明涉及一种热交换器组件，其包括热交换器管以及包含单个螺旋的螺旋式管插入件。螺旋式管插入件被密封在基本相似的截面管中，由此在管中形成两条不同的流体流动路径。螺旋卷绕的螺距小于或等于管的内径，以便获得相比传统液-液热交换器管长度增加的流体流动路径。热交换器管的端部被封盖，并且管被安装了入口和出口流体端口用于两个流体流动路径中的每一个。本发明的热交换器组件内部的流动路径可以是平行流，或顺流，(其中流体以同一方向移动)，或逆流(其中一个工作流体的流动方向与另一流体的流动方向是相反的)。在平行流热交换器中，“热”流体的出口温度永远不能低于“冷”流体的出口温度，并且当出口温度相等时交换器性能达到最佳状态。

逆流热交换器本质上比平行流热交换器更有效，并且与平行流设计相比具有若干显著的优势。两种流体之间更均匀的温度差使整个热交换器的热应力最小化，“热”流体的出口温度可以变得比“冷”流体的出口温度低得多，并且实际上可能接近“冷”流体的入口温度，并且温度差越均匀，在整个流体流动路径的长度上，在热交换器中产生的热传递速率越均匀。本发明的流体连接配件可被设置用于逆流操作以获得最佳的热传递性能。

本文使用某些术语只是为了方便，不能作为对本发明的限制。例如，诸如“较高”、“较低”、“左”、“右”、“水平”、“垂直”、“向上”、“向下”、“顺时针”和“逆时针”之类的术语仅仅描述了附图中所示的配置。为了清楚起见，可以在附图中使用相同的参考数字来代表相似的元件。

此外，在主题描述中，术语“示例性”被用来表示例子、实例或图示。本文中描述为“示例”的任何方面或设计都不旨在被解释为优选或优于其它方面或设计。相反地，术语“示例性”的使用仅仅旨在以具体的方式呈现概念。

现在参考图1，示出了本发明的螺旋式热交换器组件的一个实施例的透视图。组件包括大致圆形截面的管10，其具有长度L1以及第一和第二端12、22，并且螺旋式管插入件(未示出)被密封在其中。具有圆形轴向截面(即垂直于管的轴线)的管通常用于热交换器的最佳热传递性能，虽然也可以利用其它管形状和截面来实现本发明的目的。管10的端部可被第一端盖14和第二端盖24密封，从而形成独立的热交换器组件单元。端盖14、24优选是扁平的圆形板，其被密封成与管的端部和螺旋式管插入件齐平，以防止流体在热交换器组件的内部端混合。第一和第二端盖14、24可通过焊接、焊料烘烤、钎焊或本领域已知的其它等效工艺被固定和密封到各自管和螺旋式插入件的端部。

螺旋式管插入件，可选得还有管，都由导热金属制成，例如铝或铜合金。热交换器的所有部件都可由包覆有钎焊合金的铝合金制成，并且该单元可按照标准的铝液-液热交换器制造技术在机车(可控气体钎焊)熔炉熔剂钎焊。整个单元的钎焊确保了螺旋的边缘(如下所述)与管的内表面紧密配合并被密封在其上，并且螺旋的端部被密封到各自的端盖，从而形成两条不同的流体密封的流体流动路径，并且不允许公共流体以相同方向在螺旋的两侧流动，从而确保最佳的热传递。

管10包括多个入口和出口流体端口，用作流体流入和流出热交换器组件的通道。如图1所示，本发明的热交换器组件包括第一流体入口端口40和出口端口42，以及第二流体入口端口50和出口端口52。第一流体流动路径被描绘在方向41上，而第二流体流动路径被描绘在方向51上。在操作热交换器的过程中，用于第一流体流动路径41的入口和出口流体管线(未示出)分别被连接到入口和出口端口40和42，而用于第二流体流动路径51的入口和出口流体管线(未示出)分别被连接到入口和出口端口50和52。在逆流操作中，通过一组相应的入口和出口端口并且分别通过相应的流体流动路径，第一流体随后流入流动路径41，而第二流体随后流入流动路径51。如图1所示，流体连接配件根据设计要求进行放置，并且例如可被放置在管的两端，只要配件被设置用于逆流操作。

现在参照图2，外管或壳体已被移除以显示螺旋式管插入件100的一个实施例。管插入件100具有长度L2和大致等于管10内径的大致圆形的外径，并且由沿着管插入件100的长度L2延伸并围绕虚中心轴A扭转的单个螺旋120组成。如图1-2所示，在正常配置中，螺旋第一端121邻近管第一端12，而螺旋第二端124邻近管第二端22。螺旋第一端121密封地接触管端盖14的内表面，并且螺旋第二端密封地接触管端盖24的内表面。在图2所示的实施例中，螺旋120螺旋卷绕的螺距p沿着插入件100的长度是恒定的，并且大于热交换器管10的内径d，由此形成两条流体流动路径，每个长度都比典型的热交换器管长度长。或者，螺旋卷绕的螺距p可以小于或等于热交换器管的内径，如图5所示。如果螺距p大于管内径，这种配置将导致更长的流体流动路径。如本文所使用的，螺旋卷绕的螺距被定义为在一次完整旋转期间的点的轴向推进。

如图2进一步所示，螺旋式管插入件100可具有实质上圆形的外径，其标称小于管10的内径d，以允许在其中滑动配合。在热交换器的组装过程中，管插入件100可滑动地被插入到管端12、22中的任何一个中，并且以相对管端的方向。如图1-6所示，管插入件100基本上不会延伸超过第一和第二管端12、22。在插入之后，螺旋120的外边缘通过例如钎焊被密封到管10的内表面11，从而形成流体密封的流体流动路径41、51。在螺旋的边缘和管10之间可采用任何合适的密封材料。在一个或多个实施例中，管10可在钎焊之前被机械锻压或压缩到螺旋120的外边缘，这可用于形成改进的密封。管插入件100在热交换器单元的组装期间被手动或自动安装。安装后，端盖14、24分别被密封到管端12、22和螺旋端121、124，从而在热交换器组件内部形成流体密封的流体流动路径41、51。

如图2所示，更具体地如图3所示，在本发明的实施例中，螺旋120的端部被定向为使得螺旋沿着管线中间相邻流体的连接配件密封地接触各个端盖的内表面，从而产生两条流体紧密的流体流动路径，其在每个螺旋卷绕期间都追踪螺旋的相对侧。图3示出了图1-2中所示的热交换器的实施例的端视图，示出了第一流体入口端口40和第二流体出口端口52，其被设置在端盖14上并与端盖14集成。流体连接配件40、52和42、50(未示出)被设置用于逆流操作。如图3所示，螺旋第一端121密封地接触端盖14中间的第一流体入口40和第二流体出口50的内表面，使得第一流体流动路径41在螺旋的侧122与管10的内表面之间是流体紧密的，并且第二流体流动路径51在螺旋的侧123与管10的内表面之间是流体紧密的。第一和第二流体在螺旋的交替卷绕之间通过各自的流体路径以相反的方向流动，从而将热量通过螺旋传递到另一流体来冷却一种流体(图2、4)。

图4描述了如图1-3所示带有螺旋式管插入件的组件式热交换器的顶部截面图。如图4所示，螺旋120具有第一侧122和相对的第二侧123。螺旋的各侧沿着管插入件100的长度被偏移了预定的距离，从而在螺旋卷绕之间形成两条不同的流体流动路径41、51。第一流体流动路径41从管入口40开始，在管出口42结束，并且被限定在螺旋的侧122与管的内表面11之间，而第二流体流动路径51从管入口50开始，在管出口52结束，并且被限定在螺旋的侧123与管的内表面之间。如图4所示，螺旋120的螺旋卷绕的螺距p沿着管插入件的长度是恒定的，大于热交换器管10的内径d并且限定了两条流体流动路径，每条都比传统的热交换器管长度长。

本发明的螺旋式管插入件的一个优势在于，由于插入件包含单个螺旋，通过集中于热传递的传导元件并且优化对流阻力，该热交换器组件可独特地利用目前可用的纳米导体和超导体材料。与先有技术的热交换器相比，单个螺旋在螺距和热交换器腔/通道设计方面提供了更大的灵活性，例如，螺旋可根据设计要求被扭转成非常紧密和/或包含超过插入件长度的可变螺距。这种扭转灵活性允许增加热传递的表面积，同时优化带有低流动阻力的水力直径(hydraulic diameter)和流动特性。

现有技术中的螺旋式热交换器通常包含至少两个螺旋，其无法制造具有和本发明一样短螺距的螺旋式插入件，并且无法制造具有超过插入件的长度可变螺距的螺旋式插入件，因为多个螺旋将会相互干扰。图5描绘了较紧扭转的螺旋的一个示例，显示了螺旋式管插入件200包含具有外径d'和螺距p'的螺旋220，其基本上短于螺旋120的螺距p。插入件200的外径d'标称小于热交换器管的内径(未示出)，以允许在其中滑动配合。如图5所示，螺距p'与螺旋220的直径d'的比值可能是(p'/d'＝0.38)，而螺距p与螺旋120的直径d的比值可能是(p/d＝2)。本领域技术人员应该可以理解，螺距p'并非代表本发明可实现的最小螺距，并且只是用于示例性的目的。一般来说，螺距越短，可实现的流体流动路径就越长。

在另一实施例中，螺旋的螺距(因此还有相邻螺旋卷绕之间的偏移距离)可以随着流体流动路径的长度而变化，其更有利于相位冷却，并且特别适用于例如车辆电池冷却。如图6所示，其中靠近端部321的螺旋320的螺距p1比位于螺旋的相对端部324的螺距p2长，并且螺距从端部321开始沿着管插入件的长度逐渐减小。在热交换器一端沿着螺旋式插入件长度的一部分具有较长的螺距p1允许在热交换器的该截面增加第一和第二流体的流动路径面积，从而解释相应流体在热交换过程中随着温度变化而发生的体积变化。由于螺旋的螺距随着流体流动路径的长度是可变的，因此本发明允许在螺旋密度上具有更大的灵活性，用于控制流体流动速度和雷诺数，由此获得与传统的热交换器相比更高的热传递性能。更具体地说，当通过柔性腔/通道设计优化雷诺数时，可以较小的压降增加基本的热传递表面积。

在本发明的至少一个实施例中，突起例如湍流凹坑或各种形状的脊可通过螺旋变形或浮雕被合并以提供湍流，如图6所示。图6示出了管插入件300，其在流体流动路径中具有椭圆形的湍流凹坑340并且被形成和限定在螺旋320的每一侧与管的内表面之间(未示出)。凸起可具有可选形状，例如圆形、三角形或其它几何形状。在根据本发明的液-液热交换器操作过程中，突起或凹坑340通过螺旋可促使热量从加热后的第一流体传递到第二冷却后的流体。

应当理解，如上所述的本发明是以热交换器组件的基本形式描述的，其包括一个热交换器管，其中密封有螺旋式管插入件。根据本发明的目的，根据设计要求，可以将多于一个带有螺旋式管插入件的热交换器管组合成更大的热交换器组件。

在这种配置中，可以设置多个螺旋式热交换器管，例如，使得每个螺旋式热交换器的第一和第二流体入口端口被平行设置，并且每个螺旋式热交换器的第一和第二流体出口端口被平行设置。该组件将包括入口和出口罐或歧管，其分别连接第一流体入口和出口端口的每一个，以及第二流体入口和出口端口的每一个。每个罐或歧管还将包括流体端口，分别用作第一或第二流体流入或流出热交换器组件的通道。入口和出口歧管可各自被密封以防止流体在热交换器组件内部混合，并且第一和第二入口和出口歧管流体端口可被设置用于逆流操作，由此第一和第二流体以相反的方向流动。本领域技术人员应当理解，在其它实施例中，根据设计要求，外壳内的螺旋式热交换器可以通过阻挡外壳罐的端部而串行连接。这样的配置将允许更长的流体流动路径。

图7-10和13-15描述了本发明的实施例，其中热交换器组件包含组合成较大组件的多个螺旋式热交换器。图7-10描述了热交换器组件的一个这样的实施例，其中多个螺旋式热交换器被设置成行，其中在组件相对端上的歧管或罐与单个热交换器相连。如下文将更详细地描述，流体流动路径可被逆流设置，热交换器可被设置成平行或串行，使得每个流动路径流动经过多于一个螺旋式热交换器，从而，如果串行连接将形成实质上更长的流动路径，如果平行连接将形成更大的流动路径面积。图7示出热交换器组件1000，其在较低层具有三个螺旋式热交换器10并且在较高层具有另外三个螺旋式热交换器10，通过罐歧管的适当阻挡可得到各种不同的流体流动模式。如图7所示，热交换器组件1000包括第一歧管或罐200，其具有流体入口端口210，用作第一流体41流入组件的通道，以及流体出口端口510，用作第二流体51流出组件的通道。组件还包括第二歧管400，其具有流体入口端口410(未示出)，用作第二流体51流入组件的通道，以及流体出口端口310(未示出)，用作第一流体41流出组件的通道。入口和出口歧管均被密封，以防止第一和第二流体41、51在热交换器组件内部混合。

图8描绘了沿着图7的A-A截面的热交换器组件1000的岐管200的部分截面图。如图8所示，热交换器组件1000包括被设置成两个平行的行的六个热交换器管10，每个都包含串行连接的三个热交换器，并且每个热交换器管都包括固定在其中的螺旋式管插入件100。管10的位置使得第一和第二流体41、51的流动路径被设置成逆流，并且当流体分别流动在入口210或410与出口310或510之间时，每个流动路径都流动通过不止一个螺旋式热交换器。每个管10的第一端被密封在歧管或罐200内，其被密封以防止流体在组件内部混合，并且包括挡板600从而在流体41、51流动通过组件时引导流体流动。在组件的相对侧，每个管的第二端都被密封在歧管或罐400中，其也被密封以防止流体在组件内部混合。可以使用任何合适的密封材料来密封各自的歧管。在一个组件中设置的热交换器管的数量显示为六个仅仅是为了说明的目的，因为任何组件，包括串行(或平行)设置两个或多个热交换器管以形成长度增加(或流动路径面积增加)的流动路径都旨在不背离本发明的范围。

如图7-8所示，第一流体41通过罐200的入口210流入组件，而第二流体51通过罐400的入口410流入组件。流体41、51通过多个螺旋式热交换器逆流流动，并且分别通过相对罐中的出口310、510流出组件。在所示组件中，三个较低螺旋式热交换器被串行连接，并且与三个串行连接的较高螺旋式热交换器平行。如图8所示，每对螺旋式热交换器(当沿着组件的垂直轴进行观察时)都被设置成使得流体在罐200、400之间平行地流动通过每个热交换器。当流体到达相对罐时，挡板600引导罐中的流体，使得流体继续以相反方向串行流动通过下一对热交换器。挡板600还防止当流体流入下一对热交换器管时，罐中流体41、51之间的混合。如图8所示，在流出热交换器组件之前，流体41、51经过罐200、400之间三次，其平行通过热交换器的较高和较低行；然而，本领域技术人员应该理解，在其它实施例中，组件可包括多于或少于三对热交换器。

图9描绘了沿着图7的截面B-B的热交换器组件1000的截面图。如图9所示，热交换器的第一端通过歧管200进行连接，而相对端通过歧管400进行连接。在所示实施例中，歧管被阻挡以连接热交换器管10，用于流体串行流动通过热交换器。第一歧管200具有流体入口端口210，用作第一流体41流入组件的通道，以及流体出口端口510，用作第二流体51流出组件的通道，并且第二歧管400具有入口端口410，用作第二流体51流入组件的通道，以及出口端口310，用作第一流体41流出组件的通道。如图9所示，入口和出口歧管流体端口210、310、410、510都被设置用于逆流操作；然而，本领域技术人员应当理解，在其它实施例中，流体端口可被设置为平行流或顺流。

图10描绘了图9所示的热交换器组件的顶视图，其中热交换器管10被移除以显示螺旋式插入件。如上所述，每个螺旋的各个侧都沿着螺旋式插入件100的长度偏移预定的距离，在螺旋卷绕之间形成两个不同的流体流动路径41、51。如图10所示，第一流体流动路径41在罐200的入口210开始并在罐400的出口310结束，并且被限定在螺旋的第一侧与管的内表面之间(未示出)，而第二流体流动路径51在罐400的入口410开始并在罐200的出口510结束，并且被限定在螺旋的相对侧与管的内表面之间。如图8所示，每个罐都可包括挡板，以引导相应的罐或歧管中的流体流动，并且当流体通过每对螺旋式热交换器在相对罐之间流动时防止流体混合。

螺旋式热交换器如图7-10所示，其被这样设置，使得三个较低热交换器被串行连接并且和串行连接的三个较高热交换器平行，只为示范的目的，本领域技术人员应该可以理解，在其他实施例中，根据设计要求，外壳内的螺旋式热交换器可被连接以实现更多的流量模式组合。例如，通过改变罐中挡板的配置，在较低平面具有三个螺旋式热交换器并且在较高平面具有另外三个螺旋式热交换器的热交换器组件，如图7-10所示，可替代地具有至少以下额外的流动模式：1)所有热交换器平行连接；2)所有热交换器串行连接；3)三个较低热交换器平行连接并且与三个平行连接的较高热交换器串行；4)三个较低热交换器平行连接并且与三个串行连接的较高热交换器串行；或5)三个较低热交换器平行连接并且与三个串行连接的较高热交换器平行。此外，不同的流动模式也是可能的。

图11和12分别以图画和图形的形式描述了使用图7-10所示的热交换器组件的示例性热交换过程。加热后的流体41在罐200的入口210流入组件，并且，在热交换过程中当流体41的温度降低时，流体41的流动路径在图11中被表示为降低亮度等级的模式。图12示出了当流体逆流经过罐200和400之间三次时，描述流体41和51温度变化的图表。当一起看时，图11和12示出了当流体41经过罐200和400之间通过每对螺旋式热交换器时，加热后的第一流体41的温度变得越来越冷，直到当流体41在罐400的出口310流出组件时，流体41、51之间达到近似平衡的温度。两流体之间的均匀温度差最小化整个热交换器的热应力，当“热”流体51的出口温度接近“冷”流体51入口温度时，并且在流体流动路径的整个长度上，越均匀的温度差将产生整个热交换器上越均的热传递速率。

图13-15描绘了热交换器组件的另一实施例，其包含多个被设置为串行的螺旋式热交换器并且被组合成更大的组件1000'。如图7所示的实施例中，热交换器组件1000'包括六个被设置成两个平行的行的热交换器管10，每个都包含三个热交换器；然而，如下所述，歧管中的挡板允许不同的流动路径配置。图14示出了沿着图13A-A截面的组件1000'的底部截面图。如图14所示，罐400包括挡板600'，其具有与如图7-10所示的热交换器组件1000的挡板不同的配置。冷流体51通过罐400的入口410流入组件，并且挡板600'被配置为在组件的每一水平侧引导流体以最外层热交换器管的方向朝向外流动，其中流体51随后以罐200的方向平行地流动通过管。如图14进一步所示，流体51的右侧流动路径(如图14所示)到达罐200，并且通过罐200中的挡板被重新引导回通过中间热交换器管。流动路径在罐400中与流体51的原始左侧流动路径合并，并且合并后的流体被再次重新引导通过最左侧的热交换器管，并且通过罐200中的出口510流出组件。同时，加热后的流体41从入口210逆流流动通过组件到达出口310，并且被流体51冷却。如图14所示，流体41通过罐200的入口210流入组件，并在串行流动通过剩余的管之前流动通过最左侧的热交换器管，随后通过罐400的出口310流出组件。

图15描绘了图14所示的热交换器组件的顶视图，其中热交换器管10被移除以显示螺旋式插入件100。如图15所示，每个螺旋式插入件100都包含沿着插入件长度具有恒定螺距的单个螺旋；然而，本领域技术人员应当理解，其它配置也是可能的。在另一实施例中，每个螺旋式插入件可能不具有相同的螺距，或者在再一实施例中，一个或多个螺旋式插入件可具有沿着插入件长度可变化的螺距。与本发明一样，对比先有技术的热交换器，单个螺旋式热交换器管插入件在螺距长度和热交换器腔/通道设计上具有更大的灵活性。例如，扭转或缠绕的灵活性允许增加热传递的表面积，同时优化带有低流动阻力的水力直径和流动特性。由于螺旋的螺距可随着流体流动路径的长度而变化，因此本发明允许在螺旋密度上具有更大的灵活性，用于控制流体流动速度和雷诺数，由此与传统的热交换器相比增强了热传递的性能。更具体地说，如图7-10和13-15的热交换器组件分别示出，可通过较小的压降增加主要的热传递的表面积，而雷诺数通过灵活的腔/通道设计被优化。

因此，本发明实现以下优势中的一个或多个。本发明提供一种改进的热交换器组件，其包括带有密封在其中的螺旋式管插入件的管，由此在管中形成长度显著增加的两条流体紧密的流体流动路径。对于给定的管长度，热交换器提供了流体流动路径长度的显著增加，从而增强了热传递，并且因此提供了比典型的液-液热交换器更好的热传递性能。热交换器允许逆流操作，提供最佳的热传递性能，并且利用标准的铝液-液热交换器制造技术，例如机车(可控气体钎焊)熔炉熔剂钎焊。

尽管结合具体实施例对本发明进行了具体描述，但显然，根据上述描述，许多替代方案、修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。因此可以设想，所附权利要求旨在包括任何此类替代方案、修改和变化，而不背离本发明的真正范围和精神。

Claims (53)

1.一种螺旋式热交换器组件，包含：

管，具有第一端和第二端、长度、内径以及含有所述内径的横截面；

热传导性管插入件，具有长度和基本等于所述管的内径的外径，所述管插入件具有第一端和第二端并且包含沿着所述管插入件的长度延伸并围绕中心轴扭转的单个螺旋，所述管插入件通过将所述螺旋的外边缘密封到所述管的内表面而被密封在所述管中，从而形成流体紧密的第一和第二流体流动路径，其分别被限定在所述螺旋的相对侧与所述管的内表面之间；以及

多个入口和出口流体端口，用作第一和第二流体流入和流出所述管的通道。

2.权利要求1的所述热交换器组件，其中所述螺旋具有预定义的螺距，所述螺旋的螺距限定所述第一和第二流体流动路径的长度。

3.权利要求2的所述热交换器组件，其中所述螺旋的螺距沿着所述管插入件的长度是恒定的。

4.权利要求2的所述热交换器组件，其中所述螺旋的螺距沿着所述管插入件的长度不是恒定的。

5.权利要求1的所述热交换器组件，其中所述流体端口被设置用于逆流操作，由此所述第一和第二流体以相反的方向流动。

6.权利要求1的所述热交换器组件，其中一组流体端口中的所述入口和出口流体端口位于所述管的相对侧。

7.权利要求1的所述热交换器组件，其中所述螺旋的第一和第二端分别密封地接触所述第一和第二管端的内表面，使得所述第一流体流动路径被限定在所述螺旋的第一侧和所述管的内表面之间，并且所述第二流体流动路径被限定在所述螺旋的第二侧与所述管的内表面之间。

8.权利要求1的所述热交换器组件，其中所述组件包括密封到所述管和管插入件第一端的第一端盖以及密封到所述管和管插入件第二端的第二端盖。

9.权利要求8的所述热交换器组件，其中所述第一和第二端盖是扁平的圆形板，并且被密封成与所述管的端部和管插入件齐平，以防止流体在热交换器内部混合。

10.权利要求1的所述热交换器组件，其中所述螺旋包括在所述螺旋至少一侧上的湍流凹坑或脊。

11.权利要求1的所述热交换器组件，其中所述管和管插入件由钎焊包覆的铝组成。

12.权利要求11的所述热交换器组件，其中所述螺旋和管被钎焊在一起，以形成流体紧密的第一和第二流体流动路径。

13.权利要求12的所述热交换器组件，其中所述管在钎焊之前被机械锻压或压缩到所述螺旋的外边缘上。

14.一种组装热交换器的方法，包含以下步骤：

提供管，具有第一端和第二端、长度、内径以及含有所述内径的横截面；

提供热传导性管插入件，具有长度和基本等于所述管的内径的外径，所述管插入件具有第一端和第二端并且包含沿着所述管插入件的长度延伸并围绕中心轴扭转的单个螺旋，所述螺旋具有适于接触所述管内表面的外边缘，从而当所述管插入件被插入到其中时形成流体密封；

将所述管插入件插入到所述管中，并且通过将所述螺旋的外边缘密封到所述管的内表面来密封所述管插入件，从而形成流体紧密的第一和第二流体流动路径，其分别被限定在所述螺旋的相对侧与所述管的内表面之间；以及

提供多个入口和出口流体端口，用作第一和第二流体流入和流出所述管的通道。

15.权利要求14的所述方法，其中所述螺旋具有预定义的螺距，所述螺旋的螺距限定所述第一和第二流体流动路径的长度。

16.权利要求15的所述方法，其中所述螺旋的螺距沿着所述管插入件的长度是恒定的。

17.权利要求15的所述方法，还包括以下步骤：

沿着所述管插入件的长度改变所述螺旋的螺距，其中沿着所述管插入件长度的至少一部分减小所述螺距将增加所述第一和第二流体流动路径的长度，以及其中沿着所述管插入件长度的至少一部分增大所述螺距将增加所述第一和第二流体的流动路径面积。

18.权利要求14的所述方法，其中所述流体端口被设置用于逆流操作，由此所述第一和第二流体以相反的方向流动。

19.权利要求14的所述方法，其中所述管插入件自动被插入所述管中。

20.权利要求14的所述方法，其中将所述管插入件插入到所述管中并且将所述管插入件密封在其中的步骤还包含：

将所述管插入件的第一和第二端分别密封到所述第一和第二管端的内表面，使得所述第一流体流动路径被限定在所述螺旋的第一侧与所述管的内表面之间，并且所述第二流体流动路径被限定在所述螺旋的第二侧与所述管的内表面之间。

21.权利要求14的所述方法，其中所述螺旋包括在所述螺旋至少一侧上的湍流凹坑或脊。

22.权利要求14的所述方法，还包括以下步骤：

将第二端盖密封到所述管和所述管插入件的第二端；以及

将第一端盖密封到所述管和所述管插入件的第一端。

23.权利要求22的所述方法，其中所述第一和第二端盖是扁平的圆形板，并且被密封成与所述管和所述管插入件的端部齐平，以防止流体在所述热交换器内部混合。

24.权利要求14的所述方法，其中所述管和所述管插入件由钎焊包覆的铝组成，并且还包括以下步骤：

在可控气体钎焊炉中钎焊所述热交换器以产生流体紧密的第一和第二流体流动路径。

25.权利要求24的所述方法，还包括在钎焊所述热交换器之前，将所述管机械锻压或压缩到所述螺旋的外边缘上。

26.一种操作热交换器组件的方法，包含：

提供热交换器，其具有包含第一端和第二端、长度、内径以及含有所述内径的横截面的管；具有长度和基本等于所述管内径的外径的热传导性管插入件，所述管插入件包括沿着所述管插入件的长度延伸并围绕中心轴扭转的单个螺旋，所述管插入件被密封在所述管中以形成流体紧密的第一和第二流体流动路径，其分别被限定在所述螺旋的相对侧与所述管的内表面之间；以及多个入口和出口流体端口，用作第一和第二流体流入和流出所述管的通道；

将用于第一流体的入口和出口流体管线连接到第一组入口和出口端口；

将用于第二流体的入口和出口流体管线连接到第二组入口和出口端口；以及

使所述第一和第二流体分别流动通过所述第一和第二组入口和出口端口，从而将热量从一种流体传递到另一种流体。

27.权利要求26的所述方法，其中所述第一和第二组入口和出口流体端口被设置用于逆流操作，由此所述第一和第二流体以相反的方向流动通过所述第一和第二流体流动路径。

28.一种螺旋式热交换器组件，包含：

多个螺旋式热交换器，每个螺旋式热交换器都包含：具有第一端和第二端、长度、内径以及含有所述内径的横截面的管；具有长度和基本等于所述管内径的外径的热传导性管插入件，所述管插入件具有第一和第二端并且包含沿着所述管插入件的长度延伸并围绕中心轴扭转的单个螺旋，所述管插入件通过将所述螺旋的外边缘密封到所述管的内表面而被密封在所述管中，从而形成流体紧密的第一和第二流体流动路径，其被限定在所述螺旋的相对侧与所述管的内表面之间；以及多个入口和出口流体端口，用作第一和第二流体流入和流出所述管的通道；

第一歧管，连接所述螺旋形热交换器管的每个第一端，所述第一歧管包括流体入口端口，用作所述第一流体流入所述热交换器组件的通道；以及

第二歧管，连接所述螺旋式热交换器管的每个第二端，所述第二歧管包括流体入口端口，用作所述第二流体流入所述热交换器组件的通道，

其中所述第一和第二歧管都被密封以防止流体在所述热交换器组件内部混合。

29.权利要求28的所述热交换器组件，其中所述多个螺旋式热交换器中至少两个被平行设置。

30.权利要求28的所述热交换器组件，其中所述多个螺旋式热交换器中至少两个被串行设置。

31.权利要求28的所述热交换器组件，其中所述第一或第二歧管中至少一个包括挡板，以引导所述歧管中的流体流动。

32.权利要求28的所述热交换器组件，其中每个螺旋都具有预定义的螺距，所述螺旋的螺距限定每个螺旋式热交换器中第一和第二流体流动路径的长度。

33.权利要求32的所述热交换器组件，其中每个螺旋的螺距沿着所述管插入件的长度是恒定的。

34.权利要求32的所述热交换器组件，其中所述螺旋中至少一个螺距沿着所述管插入件的长度不是恒定的。

35.权利要求28的所述热交换器组件，其中所述第一歧管还包含流体出口端口，用作所述第二流体流出所述热交换器组件的通道，并且所述第二歧管还包含流体出口端口，用作所述第一流体流出所述热交换器组件的通道，以及其中所述第一和第二歧管入口和出口流体端口被设置用于逆流操作。

36.权利要求28的所述热交换器组件，其中每个螺旋的所述第一和第二端都分别密封地接触所述第一和第二管端的内表面，使得所述第一流体流动路径被限定在所述螺旋的第一侧与所述管的内表面之间，并且所述第二流体流动路径被限定在所述螺旋的第二侧与所述管的内表面之间。

37.权利要求28的所述热交换器组件，其中每对管和管插入件都由钎焊包覆的铝组成，并且被钎焊在一起从而在所述管中形成流体紧密的第一和第二流体流动路径。

38.权利要求37的所述热交换器组件，其中所述管在钎焊之前被机械锻压或压缩到所述螺旋的外边缘。

39.一种组装热交换器的方法，包含以下步骤：

提供多个螺旋式热交换器，每个螺旋式热交换器都包含：具有第一端和第二端、长度、内径以及含有所述内径的横截面的管；具有长度和基本上等于所述管内径的外径的热传导性管插入件，所述管插入件具有第一端和第二端并且包含沿着所述管插入件的长度延伸并围绕中心轴扭转的单个螺旋，所述管插入件通过将所述螺旋的外边缘密封到所述管的内表面而被密封在所述管中，从而形成流体紧密的第一和第二流体流动路径，其被限定在所述螺旋的相对侧与所述管的内表面之间；以及多个入口和出口流体端口，用作第一和第二流体流入和流出所述管的通道；

提供第一和第二歧管，用于附接至所述多个热交换器的相对侧，所述第一或第二歧管中至少一个包含挡板，以引导所述歧管中的流体流动；

将所述螺旋式热交换器管的每个第一端都连接到所述第一歧管，所述第一歧管包括流体入口端口，用作所述第一流体流入所述热交换器组件的通道；

将所述螺旋式热交换器管的每个第二端都连接到所述第二歧管，所述第二歧管包括流体入口端口，用作所述第二流体流入所述热交换器组件的通道；以及

将所述第一和第二歧管分别密封到所述热交换器管的第一和第二端，以防止流体在所述热交换器组件内部混合。

40.权利要求39的所述方法，还包括以下步骤：

在将所述多个热交换器的相对端分别连接到所述第一和第二歧管中的每一个之前，通过挡板将所述多个螺旋式热交换器中至少两个平行地设置在所述第一和第二歧管中的一个或两个中。

41.权利要求39的所述方法，还包括以下步骤：

在将所述多个热交换器的相对端分别连接到所述第一和第二歧管中的每一个之前，通过挡板将所述多个螺旋式热交换器中至少两个串行设置在所述第一和第二歧管中的一个或两个中。

42.权利要求39的所述方法，其中每个螺旋都具有预定义的螺距，所述螺旋的螺距限定每个螺旋式热交换器中所述第一和第二流体流动路径的长度。

43.权利要求42的所述方法，其中每个螺旋的所述螺距沿着所述管插入件的长度是恒定的。

44.权利要求42的所述方法，还包括以下步骤：

沿着所述管插入件的长度改变至少一个螺旋的所述螺距，其中沿着所述管插入件长度的至少一部分减小所述螺距将增加所述螺旋式热交换器中所述第一和第二流体流动路径的长度，并且其中沿着所述管插入件长度的至少一部分增大所述螺距将增加所述螺旋式热交换器中所述第一和第二流体的流动路径面积。

45.权利要求39的所述方法，其中所述第一歧管还包含流体出口端口，用作所述第二流体流出所述热交换器组件的通道，并且所述第二歧管还包含流体出口端口，用作所述第一流体流出所述热交换器组件的通道，以及其中所述第一和第二歧管入口和出口流体端口被设置用于逆流操作。

46.权利要求39的所述方法，其中密封所述管中的每个管插入件以形成所述螺旋式热交换器，包含：

将所述管插入件的第一和第二端分别密封到所述第一和第二管端的内表面，使得所述第一流体流动路径被限定在所述螺旋的第一侧与所述管的内表面之间，并且所述第二流体流动路径被限定在所述螺旋的第二侧与所述管的内表面之间。

47.权利要求39的所述方法，其中每对管和管插入件都由钎焊包覆的铝组成，并且还包括以下步骤：

在可控气体钎焊炉中钎焊每个螺旋式热交换器，从而在每个管中形成流体紧密的第一和第二流体流动路径。

48.权利要求47的所述方法，还包括在钎焊所述热交换器之前将所述管机械锻压或压缩到所述螺旋的外边缘上。

49.一种操作热交换器组件的方法，包含：

提供多个螺旋式热交换器，每个螺旋式热交换器都包含：具有第一端和第二端、长度、内径以及含有所述内径的横截面的管；具有长度和基本上等于所述管内径的外径的热传导性管插入件，所述管插入件具有第一端和第二端并且包含沿着所述管插入件的长度延伸并围绕中心轴扭转的单个螺旋，所述管插入件通过将所述螺旋的外边缘密封到所述管的内表面被密封在所述管中，从而形成流体紧密的第一和第二流体流动路径，其被限定在所述螺旋的相对侧与所述管的内表面之间；以及多个入口和出口流体端口，用作第一和第二流体流入和流出所述管的通道；

提供第一和第二歧管，用于附接至所述多个热交换器的相对端，所述第一或第二歧管中至少一个包括挡板，以引导所述歧管中的流体流动；

将所述螺旋式热交换器管的每个第一端连接到所述第一歧管，所述第一歧管包括流体入口端口，用作所述第一流体流入热交换器组件的通道，以及流体出口端口，用作所述第二流体流出所述热交换器组件的通道；

将所述螺旋式热交换器管的每个第二端连接到所述第二歧管，所述第二歧管包括流体入口端口，用作所述第二流体流入热交换器组件的通道，以及流体出口端口，用作所述第一流体流出所述热交换器组件的通道；

将所述第一和第二歧管分别密封到所述热交换器管的第一和第二端，以防止流体在所述热交换器组件内部混合；

将用于所述第一流体的入口和出口流体管线分别连接到所述第一和第二歧管的第一流体入口和出口端口；

将用于所述第二流体的入口和出口流体管线分别连接到所述第一和第二歧管的第二流体入口和出口端口；

所述第一和第二流体流动通过所述热交换器组件，从而将热量从一种流体传递到另一种流体。

50.权利要求49的所述方法，其中所述第一和第二歧管入口和出口流体端口被设置用于逆流操作。

51.权利要求49的所述方法，其中所述多个螺旋式热交换器中至少两个通过挡板被平行地设置在所述第一和第二歧管中的一个或两者中。

52.权利要求49的所述方法，其中所述多个螺旋式热交换器中至少两个通过挡板被串行地设置在所述第一和第二歧管中的一个或两者中。

53.权利要求49的所述方法，其中每个螺旋都具有预定义的螺距，其限定每个螺旋式热交换器中所述第一和第二流体流动路径的长度，并且还包括以下步骤：

沿着所述管插入件的长度改变至少一个螺旋的螺距，其中沿着所述管插入件长度的至少一部分减小所述螺距将增加所述螺旋式热交换器中所述第一和第二流体流动路径的长度，以及其中沿着所述管插入件长度的至少一部分增大所述螺距将增加所述螺旋式热交换器中所述第一流体和第二流体的流动路径面积。

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