CN112166292A - 流体冷却器、热交换器、密封组件以及包括流体冷却器或热交换器的系统和相关方法 - Google Patents

Abstract

热交换器包括至少一个成圈的管，该成圈的管具有下述至少一部分：该至少一部分与成圈的管的另一部分是横向偏置的。流体冷却系统和密封系统可以包括这种热交换器。

Description

流体冷却器、热交换器、密封组件以及包括流体冷却器或热交 换器的系统和相关方法

优先权要求

本申请要求于2018年4月13日提交的序列号为No.62/657,343的为“流体冷却器、热交换器，密封组件以及包括流体冷却器或热交换器的系统和相关方法”的美国临时专利申请的申请日的权益，该申请的公开内容通过参引整体并入本文。

技术领域

本公开的实施方式总体上涉及流体冷却器和/或热交换器以及相关的系统和方法。具体地，本公开的一些实施方式涉及用于密封组件的空气冷却式流体冷却器和热交换器以及系统和相关方法。

背景技术

流体热交换器或冷却器根据通过连接两种流体的热传导材料比如金属来使两种流体保持彼此分离的总体原理进行操作。根据应用，流体可以是液态或气态形式。热则从高温流体穿过热传导材料传递至低温流体，从而对高温流体进行冷却并对低温流体进行加热。

在美国专利6,076,597中示出了热交换器的示例，该专利描述了液-液热交换器，在该热交换器中，形成为盘圈的管浸入冷却流体中，其中，工作流体流过该管。该管由热传导材料形成并且设置成用于将热从工作流体传递至冷却流体。在美国专利3,802,499中示出了热交换器的另一示例，该专利描述了管道在壳体内形成为螺旋形盘圈。管道具有垂直于管道的轴线延伸的外部翅片。冷却流体沿平行于翅片的方向绕过管道。翅片提供热传导材料的额外的表面积，以提供两种流体之间的额外的热传递。

热交换器可以用于将热从许多过程移除。利用热交换器的一些过程例如是空调系统、工业过程、内燃发动机、工业泵、制冷系统等。总体上，这些系统利用冷却流体将由过程产生的热传递至热交换器。然后，热交换器使热从冷却流体通过热交换器传递至第二流体。在许多情况下，第二流体是环境空气。在一些过程中，在通过向第二流体增加热而引起流动的情况下，可以允许第二流体通过自然产生的风或自然对流被动地移动穿过热交换器。在其他过程中，可以使用例如风扇或泵将第二流体机械地推动穿过热交换器。

发明内容

在一些实施方式中，流体热交换器可以包括管和多个翅片。多个翅片可以附接至管的外表面。管可以形成为大致锥形盘圈。

在一些实施方式中，流体热交换器可以包括围绕热交换器的纵向轴线延伸的成圈的管，成圈的管具有下述至少一部分：所述至少一部分相对于成圈的管的另一部分在横向于纵向轴线的方向上是横向偏置的。

在一些实施方式中，密封系统(例如，泵或机械密封件)可以包括空气冷却式流体冷却器和密封组件。空气冷却式流体冷却器可以包括锥形盘圈和多个翅片。锥形盘圈可以由至少一个管道形成。至少一个管道可以限定直径减小的多个叠置圈形部。至少一个管道还可以包括从管道的外表面突出的多个翅片。密封组件可以连接至空气冷却式流体冷却器。

在一些实施方式中，流体冷却系统可以包括单个管、通气件、排放件、和至少两个安装凸缘。单个管可以限定直径减小的环。该环可以限定竖向定向的锥形螺旋件。通气件可以从管的最上部部分延伸，而排放件可以从管的最下部部分延伸。通气件可以包括通气阀和通气管道。排放件可以包括排放阀和排放管道。至少两个安装凸缘可以包括第一安装凸缘和第二安装凸缘。第一安装凸缘可以连接在锥形螺旋件的顶部环与框架之间。第二安装凸缘可以连接在锥形螺旋件的底部环与框架之间。

一些实施方式可以包括流体热交换器，该流体热交换器包括限定大致锥形盘圈的管。该管围绕热交换器的纵向轴线延伸并且具有至少一个弓形部分，所述至少一个弓形部分相对于该管的另一弓形部分在横向于纵向轴线的方向上是横向偏置的。交换器还包括多个翅片和至少一个配件，所述多个翅片附接至管的外表面，所述至少一个配件位于管上以使流体能够流入以及流出管，从而在管内的流体与位于管的外部上的靠近该管和多个翅片的另一流体之间传递热能。

一些实施方式可以包括密封系统，该密封系统包括流体冷却器，该流体冷却器包括锥形盘圈，该锥形盘圈包括至少一个管道，所述至少一个管道限定直径减小的叠置圈形部和从所述至少一个管道的外表面突出的翅片。在一些实施方式中，流体冷却器可以包括以上讨论的热交换器。密封系统还包括连接至流体冷却器的密封组件。流体冷却器构造成接纳来自密封组件的一部分的流体，以在锥形盘圈内的流体与位于锥形盘圈的外部上的靠近锥形盘圈和翅片的另一流体之间传递热能。

一些实施方式可以包括对流体进行冷却的方法，该方法包括：使流体从包括一个或多个流体密封件的流体组件传递至热交换器；使流体穿行通过至少一个带翅片的管，所述至少一个带翅片的管限定热交换器的锥形螺旋结构，锥形螺旋结构位于锥形螺旋结构的第一端部与锥形螺旋结构的第二端部之间，锥形螺旋结构的第一部分的直径大于锥形螺旋结构的相邻的第二部分的直径；在使流体穿行通过锥形螺旋结构而将来自至少一个带翅片的管内的流体的热能传递至位于至少一个带翅片的管的外部上的另一流体期间，对流体进行冷却。

附图说明

虽然说明书以特别指出并明确要求保护被认为是本公开的实施方式的权利要求为结尾，但是当结合附图阅读时，从本公开的示例实施方式的以下描述，可以更容易地确定本公开的实施方式的各种特征和优点，在附图中：

图1是根据本公开的实施方式的管道的侧视图；

图2是根据本公开的实施方式的流体冷却器的立体图；

图3是根据本公开的实施方式的用于流体冷却器的温度分布(profile)的视图；

图4是根据本公开的实施方式的流体冷却器的立体图；

图5是根据本公开的实施方式的流体冷却器系统的立体图；

图6是根据本公开的实施方式的流体冷却器系统的示意图；

图7a是根据本公开的实施方式的管道翅片构型的放大图；

图7b是根据本公开的实施方式的管道翅片构型的放大图；

图7c是根据本公开的实施方式的管道翅片构型的放大图；

图7d是根据本公开的实施方式的管道翅片构型的放大图；

图7e是根据本公开的实施方式的管道翅片构型的放大图。

具体实施方式

本文中呈现的图示并不意味着是任何特别的流体冷却器、热交换器或热交换器的部件的实际视图，而仅仅是用于描述示例性实施方式的理想化表示。附图不一定是按比例的。附图之间的相同的元件可以保持相同的数字命名。

如本文中所使用的，诸如“第一”、“第二”、“顶部”，底部”之类的相关术语通常是为了清楚和方便理解本公开和附图而使用的，并且不意味着或不依赖于任何特定的偏好、取向或顺序，除非上下文另有明确说明。

如本文中所使用的，术语“和/或”是指并且包括相关联列举的项目中的一者或更多者的任何和所有组合。

如本文中所使用的，术语“竖向”、“横向”、“顶部”、“底部”、“上部”和“下部”可以指如附图中所描绘的取向。

如本文中所使用的，关于给定参数的术语“大致”或“约”是指并且包括本领域技术人员将理解的以较小程度的变化来满足给定参数、特性或条件的程度，该较小程度的变化比如在可接受的制造公差内。例如，大致满足的参数可以是至少约90％满足、至少约95％满足、至少约99％满足、或甚至100％满足。

如本文中所使用的，术语“流体”可以是指并且包括任何类型和成分的流体。流体可以采取液态形式、气态形式或者液态形式和气态形式的组合，并且在一些情况下，流体可以包括一些固体材料。在一些实施方式中，在如本文中所述的冷却或加热过程期间，流体可以在液态形式与气态形式之间转换。

本公开的实施方式可以涉及例如在不将两种流体混合的情况下，用于将一种流体用另一种流体冷却或加热的热交换器。在一些实施方式中，这种热交换器或流体冷却器可以与流体管理组件和系统一起实施——该组件和系统比方说例如为密封组件、阀组件、泵等——以辅助消散来自这种组件和系统的热能。

本公开的实施方式可以包括流体-流体热交换器(例如，流体冷却器、废热回收单元、散热器、蒸发器等)，该热交换器通过将热从一种流体通过热传导材料传递至另一种流体来操作。这种交换器中的热传递可以通过增大热传导材料的与每种流体接触的表面积来增强。表面积的增大可以以几种不同的方式实现。这种热交换器可以通过增大供流体通过的管(例如，管道、通路、通道等)的长度或数量来实现表面积的增大。例如，在壳管式热交换器中，可以在一个壳内使用多个管，从而提供与每种流体接触的大致更多的表面积。这种热交换器还通过使用附接至供流体中的一种流体通过的管或通路的翅片来实现增大的表面积。翅片将热传递至管或将热从管传递，这又将热传递至管内的流体或将热从管内的流体传递。翅片增大了与留在管的外部上的流体接触的表面积。

图1示出了热交换器的管102(例如，管道、软管、导管、通道等)的实施方式。在一些实施方式中，管102可以具有从管102突出的翅片104(例如，板)。翅片104可以沿着管102的长度大致均匀地间隔开(例如，以大致相同的间隔来间隔开)。在一些实施方式中，翅片104可以以介于约1mm与约8mm之间的间隔来间隔开，其中，该间隔从每个翅片104的中心开始测量。例如，翅片104可以在约3mm与约6mm之间或在约4mm与约5mm之间间隔开。在一些实施方式中，翅片104可以以小的间隔来间隔开，以产生更大的表面积。在其他实施方式中，翅片104可以以较大的间隔来间隔开，以使得具有更高粘度的流体能够在翅片104之间行进。在一些实施方式中，自然气流的存在(例如，风、烟囱效应等)可以允许翅片之间的更小的间隔。

在一些实施方式中，翅片104可以具有围绕管102延伸的盘旋形构型，其中，两个相邻的翅片104之间的中间部分可以直接接触管102的外表面(例如，以辅助热传递)。如所示的，翅片104可以具有大致环形(例如，圆形)形状。在一些实施方式中，翅片104可以由围绕管102卷绕的长形材料条形成，以形成呈盘旋形构型的大致环形形状。在其他实施方式中，翅片104可以具有其他形状和构型(例如，四边形形状、多边形形状、非卷绕形形状、下面讨论的形状和构型及其组合等)。

第一流体106(例如，工作流体、经处理的流体、闭环流体、冷却流体等)可以在管内流动，而第二流体108(例如，辅助冷却流体、环境流体、可再生流体、空气、开环流体等)可以沿着管102的外部和/或翅片104流动或驻留。第二流体108可以以被动和/或主动的方式提供。

在一些实施方式中，在管102中流动的第一流体106可以承载来自下述过程的剩余热：该过程比方说例如为制冷过程、燃烧过程、密封润滑系统、工业过程等。第一流体106可以在第一流体106行进通过管102时将热(例如，热能)传递至管102。管102又可以通过管102的外表面和翅片104将热从第一流体106传递至第二流体108。在管102的长度增大时，能够被从第一流体106传递至第二流体108的热能的量也将根据处理条件而增大。

在一些实施方式中，用以排出所需的热量需要的长度可能变得过长。一些系统需要的长度介于1米与10米之间。在许多应用中，考虑到空间和维护要求，直管道的这些长度可能是过长的。例如，在工业应用中，由于设备的量和设备所处区域的有限空间，用于设备的空间通常是受限的。在一些示例中，管道可以竖向定位以减少占地空间；然而，这在没有梯子、脚手架或其他可达性工具的辅助的情况下可能导致仪器和控制装置无法被触及。

管102可以形成为非线性形状以减少由热交换器所消耗的空间的量，同时保持额外的长度。例如，管102可以来回行进，比如为在翅片板式热交换器(例如，汽车散热器、热水加热式盘圈、冷水冷却式盘圈等)中的管。当管102来回行进时，额外的因素开始影响热交换器的效率。例如，当管102来回行进时，急剧的弯曲部在系统中产生额外的背压。在一些应用中，额外的背压对于减少流动以及延长流体在热交换器内花费的时间的量而言可能是期望的。在其他应用中，比如在低压系统中，额外的背压可能会产生另外的问题。另外，翅片104通常彼此直接接触，或者翅片104可以是在多个位置接触管102的单个翅片104，因此在管102的不同部分之间传递热。鉴于上文，翅片板式交换器通常需要使第二流体108强制流动通过翅片板式交换器，以有效地将热从第一流体106传递至第二流体108。

在一些实施方式中，管102可以形成为叠置环，比如说例如为弯曲的、盘旋形的、成圈的、同轴的或螺旋形的盘圈。螺旋形盘圈消除了翅片板中存在的急剧弯曲部。然而，额外的因素仍可能影响呈翅片板式热交换器和螺旋形盘圈两者的热交换器的效率。例如，当热从管102的一部分消散到第二流体108中时，该热可以影响热从管102的相邻部分的传递。例如，在螺旋形盘圈中，环可以一个叠置在下一个上方。在一些实施方式中，当热从呈下部环的管102消散到第二流体108中时，该热可以通过第二流体108向上朝向叠置件中的下一个环或相邻环消散，从而对相邻的环进行加热并减小了从管102的限定那个环的部分可以消散的热的量。在热通过第二流体向上传递时，最终会到达第二流体与第一流体之间的温度差不足以维持两种流体之间的有效热传递的点。

图2示出了流体热交换器200的实施方式。在一些实施方式中，流体热交换器可以包括管道202，该管道202具有从管道202的表面径向向外延伸的翅片204，该管道可以包括本文中讨论的管道或管中的一者或更多者的类似的特征，比如包括翅片构型。在一些实施方式中，管道202可以包括位于管道的端部上的用于将该管道连接到流体冷却系统中(参见图5和图6)的管道连接件216(例如，联接件、结合件、电介质结合件、接头(nipple)、衬套、双螺纹衬套、凸缘连接件、压缩配件等)。如所示的，管道连接件216可以定位在流体热交换器200的相反端部处。在其他实施方式中，管道连接件216可以定位在流体热交换器200的一个端部、一个侧部或者甚至中间部分上，其中管道202的至少一部分可以从第一管道连接件216延伸并且循原路返回(例如，通过穿过大致相同的路线例如以大致平行的方式返回)到靠近第一管道连接件216定位(例如，与第一管道连接件216相邻)的第二管道连接件216。

在一些实施方式中，管道202可以限定多个叠置环210(例如，圈、箍等)。多个叠置环210可以包括呈现出与相邻的叠置环210不同尺寸的一个或更多个环(例如，叠置环210中的至少一些叠置环与相邻的叠置环210偏置)。例如，叠置环210中的至少一些叠置环可以与相邻的叠置环210偏置(例如，在横向于流体热交换器200的纵向轴线或中心线的横向方向上，其中，叠置环210围绕纵向轴线延伸)。如所示的，多个叠置环210可以形成为具有逐渐增大或减小的直径的弯曲或环形(例如，圆形)形状，使得多个叠置环210限定成锥形(例如，锥形盘圈、锥形螺旋件、锥形盘旋件等)。减小多个叠置环210的直径可以通过减小热能在相邻的叠置环210之间以不希望的或不期望的方式传递而不是传递至周围环境的可能性来增大热交换器的效率。

在一些实施方式中，叠置环210可以具有不同的形状(例如，环形、椭圆形、矩形、多边形、四边形、方形、三角形、六边形等)。在一些实施方式中，不同的尺寸可以例如是边、高度、对角线、边心距、半径等的长度。

在一些实施方式中，在相邻的环仍至少部分地彼此偏置的情况下，叠置环210可以呈现出其他形状。例如，环(例如，环212、环213、环214)的直径可以在每个相邻的叠置环210之间增大及减小以限定起伏的形状，而不是正常的锥形。

在一些实施方式中，叠置环210可以允许在有限的空间中使用明显更长的管道。例如，管道202的长度可以介于约4米与15米之间，比方说例如介于约6米与12米之间。当管道202形成为叠置环210时，流体热交换器200的尺寸可以例如是高度小于1米以及直径小于0.5米。

在一些实施方式中，叠置环210可以形成为锥形形状，其中顶角(例如，汇聚在锥形叠置件的中心轴线上的与叠置环210相切的两条线之间的角度)介于约10°与约90°之间、比如介于约15°与约50°之间、或介于约20°与约30°之间。例如，在一些实施方式中，叠置环210内的各个环之间的间隔与环210的直径的变化的比可以介于约1：1与约12：1之间，比如介于约5：1与约10：1或约7：1之间，其中第一个数字是间隔，而第二个数字是直径的变化。

在一些实施方式中，管道202的直径可以介于约8mm与约84mm之间、比如介于约15mm与约25mm或约19mm之间。在一些实施方式中，管道202的厚度可以介于约1mm与约5mm之间，比如介于约2.5mm与约4mm之间。在一些实施方式中，翅片204可以从管道202延伸出可以小于管道202的直径的高度。例如，翅片可以延伸出介于约2mm与约20mm之间、比如介于约7mm与约12mm或约10mm之间的高度。

在一些实施方式中，管道202可以由热传导材料形成。例如，管道202由铜、铝、不锈钢、碳钢、青铜、黄铜、钛或其他金属合金形成。在一些实施方式中，管道202可以由也是热传导性的耐腐蚀材料形成，耐腐蚀材料比方说例如为不锈钢、铬、镍、铁、铜、钨和钛。

在一些实施方式中，翅片204可以由热传导材料形成。例如，翅片204可以由铜、铝、不锈钢、碳钢、青铜、黄铜、钛或其他金属合金形成。在一些实施方式中，翅片204可以由与管道202相同的材料形成。在其他实施方式中，翅片204可以由与管道202不同的材料形成。在一些实施方式中，翅片204可以比如通过挤压、模制、辊轧等而形成为管道202的一部分。在一些实施方式中，翅片204可以与管道202分开地形成并且附接至该管道。翅片204可以通过例如钎焊、焊接(例如，电弧焊、激光焊、电阻焊、氧-燃料焊接等)、铜焊、粘合剂等的过程被附接。

图7a至图7e示出了根据本公开的一些实施方式的管道和翅片的构型。例如，如图7a中所示，翅片204可以包括接合表面704(例如，凸缘)，该接合表面可以限定翅片204之间的间隔。接合表面704可以从翅片204大致垂直地延伸，从而形成大致平坦的表面以与管道202的表面相接合。

在一些实施方式中，如图7b中所示，接合表面704可以包括互锁架706。互锁架706可以将翅片204固定至相邻的翅片204。如所示的，互锁架706可以允许翅片204对其他相邻的翅片204进行支撑和/或固定。

在一些实施方式中，如图7c中所示，管道可以包括不连续的特征部(例如，凸起表面708)。凸起表面708可以与翅片204的接合表面704相接合。在一些实施方式中，凸起表面708可以对接合表面704进行固定，从而大致限制或防止沿着管道的表面的横向运动。

在一些实施方式中，如图7d中所示，翅片204与管道202之间的接合件可以是舌状件与槽的接合部(例如，半搭接接头、楔形榫接头)。如所示的，管道202可以包括槽710。翅片204可以包括可以配装在槽710内的互补基部712(例如，舌状件、榫头)。在一些实施方式中，互补基部712可以通过过盈配合(例如，压缩配合、压配合、摩擦配合)固定在槽710内。在一些实施方式中，互补基部712和槽710可以是松配合的，其中槽710可以大致防止沿着管道202的表面的横向运动，同时允许槽710内(例如沿着槽710)的运动，以有助于热膨胀并且适应不同的膨胀速率等。

在一些实施方式中，翅片204可以从管道202挤出或辊轧。

在一些实施方式中，如图7e中所示，翅片204可以从可以供管道插入的单独的套筒材料714(例如，连续材料)挤出或辊轧。管道202与套筒材料714之间的接合部可以是过盈配合。在一些实施方式中，管道202与套筒材料714之间的接合部可以包括位于管道202的表面或套筒材料714的表面中的至少一者上的带凸起的表面。

图3示出了流体热交换器200的温度分布。如所示的，第一流体206可以在管道202内流动。可以在管道202的外部上提供第二流体208。在一些实施方式中，第二流体208可以是环境空气。在其他实施方式中，第二流体208可以是另一种流体，比方说例如为水、油或其他冷却剂。在一些实施方式中，多个叠置环210可以布置成使得锥形形状是大致竖向的。在一些实施方式中，最大环212可以位于锥形形状的底部上，而最小环214可以位于锥形形状的顶部上(例如，沿如图3中所示的竖向取向)。在另一实施方式中，锥形形状可以被倒置成使得最大环212位于锥形形状的顶部上而最小环214位于锥形形状的底部上。在其他实施方式中，锥形形状可以包括以叠置的方式重复的上述构型。

在一些实施方式中，第一流体206可以承载来自另一过程的热能。第一流体206的热能可以通过自然对流或被动对流而引起第二流体208的流动。第二流体208可以作为冷却流体208a在锥形形状的底部处进入。当热被传递至冷却流体208a时，冷却流体208a可以转变成较暖流体208b(例如，具有比冷却流体208a的温度高的温度的较暖流体208b)，该较暖流体208b的密度比冷却流体208a的密度低，并且该较暖流体208b将相对于冷却流体208a总体沿向上的方向移动。较暖流体208b的向上运动可以产生通过锥形形状的自然流。较暖流体208b将自然地从锥形形状的内部移动至锥形形状的外部并且继续向上移动。该运动可以在锥形形状的内部产生低压容积，该低压容积又吸引冷却流体208a通过锥形形状的底部，以替代转变成较暖流体208b的流体。

在一些实施方式中，锥形或其他偏置形状可以减小多个叠置环210中的下部环对多个叠置环210中的上部环的影响(例如，以减小下部环对与下部环中的一个或更多个下部环相邻的上部环的加热作用)。例如，自然对流可以引起第二流体208从锥形形状的内部通过多个环210之间的空间流动至锥形形状的外部、而不是从下部环的顶部表面流至上部环的底部表面(例如，至少部分地横向流动)。由于冷却流体208a在整个锥形形状的内部部分可以具有大致均匀的温度，并且冷却流体208a可以以大致均匀的速率被吸引通过多个环210之间的空间，因此所引起的流可以以大致类似的速率将热从上部环和下部环两者移除。

图4示出了热交换器300的实施方式。如所示的，热交换器300可以包括多个管302(例如，两个、三个、四个、五个或更多个管302，该管可以包括本文中讨论的管道或管中的一者或更多者的类似的特征、比如包括翅片构型)。例如，热交换器300可以包括第一管302a和第二管302b。管302可以沿着管302中的每个管的长度包括翅片304。管302可以限定多个环310。在一些实施方式中，环310可以与由第一管302a限定的一个环和由第二管302b限定的下一个环交替。第一管302a和第二管302b可以通过以大致平行的方式沿着盘绕路径并排延伸来限定锥形结构。

在一些实施方式中，由第一管302a限定的第一环312可以具有多个环310中的最大直径。在一些实施方式中，由第二管302b限定的第二环313可以具有与第一环312相同的直径。在其他实施方式中，第二环313的直径可以比第一环312的直径小。在一些实施方式中，由第一管302a限定的第三环314可以具有比第一环312和第二环313两者的直径小的直径。偏置环310的这种模式可以沿着热交换器300的长度或纵向轴线延伸。

如所示的，多个管302可以被连接在第一歧管320和第二歧管322处。第一歧管320和第二歧管322可以在管302之间产生共用通道，从而使多个管302能够平行操作。在一些实施方式中，平行操作可以通过减小弯曲管302的实际长度而减小由热交换器300引起的背压。背压的减小使得能够使用具有较小直径的管302来增大热传递。在一些实施方式中，在管302a、302b的实际长度较短的情况下，平行操作可以导致多个管302的长的有效长度。例如，如果各个管302a，302b的长度均为6米，则热交换器的有效长度可以为约12米。

虽然管302a、302b与共用的管道连接件316呈现大致平行的构型，但在其他实施方式中，管302a、302b可以以其他方式缠绕在一起(例如，通过单独的管道连接件、以交叠的构型旋拧、通过镜像盘旋的构型等)。

在一些实施方式中，各个管302a、302b可以彼此分离。例如，第一管302a可以连接至第一流体源，而第二管302b可以连接至第二流体源。在一些实施方式中，第一流体源和第二流体源可以连接至相同的流体储存器或热源。在另一实施方式中，第一流体源和第二流体源可以连接至相同系统的分开的流体储存器或热源。在另一实施方式中，第一流体源和第二流体源可以连接至不同的系统，所述不同的系统出于比如环境条件或空间考虑的其他原因而布设到热交换器300的相同位置(例如，当进入或离开热交换器300时)。

图5示出了作为流体冷却系统450的一部分的热交换器400的实施方式。热交换器400的管402沿着管402的大致整个长度包括翅片404，该管可以包括本文中讨论的管道或管中的一者或更多者的类似特征、比如包括翅片构型。管402可以限定一系列直径减小/增大的圈形部410。在一些实施方式中，流体冷却系统450可以包括框架452。流体冷却系统450可以包括可以连接至热交换器400的顶部圈形部414的顶部连接点454(例如，凸缘、支架、支撑件等)。流体冷却系统450可以包括可以连接至热交换器的底部圈形部412的底部连接点456。在一些实施方式中，一系列圈形部410可以构造成(例如，安装在框架452上)对来自设备运动和操作的一些振动和冲击进行移动和吸收。例如，额外的连接点可以在一系列圈形部410内的额外的圈形部处将框架连接至热交换器，以限制一系列圈形部的运动，以防止热交换器的疲劳失效。

在一些实施方式中，通气件458可以位于热交换器400上的高点处(例如，最高点、顶部等)。通气件458可以包括通气阀460和通气管道462。可以将通气阀460打开以使空气从流体冷却系统450通过通气管道462放出。

在一些实施方式中，排放件464可以位于热交换器400上的低点处(例如，最低点、底部等)。排放件464可以包括排放阀466和排放管道468。可以将排放阀466打开以将流体从流体冷却系统450移除以进行维护、修理或移除。

如所示的，流体冷却系统450可以包括膨胀箱406(例如，囊状件、膜等)，以适应由于冷却流体的温度变化而引起的冷却流体的体积变化。

参照图4，一些实施方式可以包括多个管道302和连接多个管道302的歧管320、322。可以将通气件360包括在顶部歧管322中和/或可以将排放件364包括在底部歧管320中。例如，通气件360可以是弹簧阀、排放螺钉、排放端口、插塞件、或排气管道和阀的组合。在一些实施方式中，可以将排放件364包括在底部歧管320中。排放件364可以是弹簧阀，排放螺钉、排放端口、插塞件，或排放管道和阀的组合。

图6示出了流体冷却系统600的示意图。在一些实施方式中，可以将流体冷却系统连接至机械密封件或泵密封件602(例如，轴密封件、双重密封件、双重增压密封件等)。当泵在运行中时，泵密封件602产生大量的热。在一些实施方式中，泵密封件602可以包括泵环604(例如，径向流泵送环或轴向流泵送环)，泵环604用于使冷却流体移动通过泵密封件602，以对泵密封件602进行流体冲洗。泵密封件602的流体冲洗可以将来自泵密封件602的热移除，并且还可以对泵密封件602进行润滑。

在一些实施方式中，流体冷却系统600可以是闭环系统。闭环系统可能例如在冷却流体有害或有毒、具有高蒸气压力、具有特殊的添加剂(例如乙二醇、防垢剂等)、和/或被泵送的流体不利于对密封件进行冷却和/或润滑(例如，脏的、粗糙的或聚合流体)时是需要的。冷却流体可以与被泵送的流体完全隔离。闭环系统可以包括膨胀箱606(例如，囊状件、膜等)，以适应由于冷却流体的温度变化而引起的冷却流体的体积变化。流体冷却系统600可以包括锥形盘圈608(例如，与本文中讨论的那些锥形盘圈类似)，锥形盘圈608用于将热从系统移除(例如，当冷却流体通过锥形盘圈608时通过冷却流体将热移除)。流体冷却系统600还可以包括通气件610和排放件612，排放件612用于将流体从系统移除以及将流体添加到系统以进行维护、修理或更换过程。

本公开的实施方式在实施的情况下可以提供更有效的被动式热交换器系统。实施方式可以在辅助冷却介质中引起自然对流的流动，以更有效地将热移除。由于减少了所需的硬件数量以及减少了需要维护的活动部件的数量，因此被动式热交换器可以提供额外的节省成本的益处。

一些实施方式可以增加热交换器的有效长度，同时保持易于触及可能存在于热交换器的顶部和底部上的任何仪器和控制装置。增加的有效长度可以提高热交换器的效率，同时紧凑的设计可以在占地面积是优质价值的行业中提供节省空间的益处。

虽然本文中已经相对于某些示出的实施方式描述了本公开，但是本领域普通技术人员将认识并理解的是，本公开不被如此限制。相反，在不脱离本公开的如上所要求保护的范围——包括其合法等同方案——的情况下，可以对所示出的实施方式进行许多添加、删除和修改。另外，来自一个实施方式的特征可以与另一实施方式的特征组合，同时仍然包括在发明人所预期的本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种流体热交换器，包括：

管，所述管限定大致锥形盘圈，所述管围绕所述流体热交换器的纵向轴线延伸，所述管具有至少一个弓形部分，所述至少一个弓形部分相对于所述管的另一弓形部分在横向于所述纵向轴线的方向上是横向偏置的；以及

多个翅片，所述多个翅片附接至所述管的外表面；以及

至少一个配件，所述至少一个配件联接至所述管，以使流体能够流入以及流出所述管，从而在所述管内的流体与位于所述管的外部上的靠近所述管和所述多个翅片的另一流体之间传递热能。

2.根据权利要求1所述的流体热交换器，其中，所述锥形盘圈包括第一圈形部和第二圈形部，其中，所述第一圈形部的尺寸大于所述第二圈形部的对应尺寸。

3.根据权利要求2所述的流体热交换器，其中，所述第一圈形部和所述第二圈形部具有圆形形状。

4.根据权利要求2所述的流体热交换器，还包括第三圈形部，所述第三圈形部的尺寸小于所述第二圈形部的所述对应尺寸和所述第一圈形部的所述尺寸。

5.根据权利要求1所述的流体热交换器，其中，所述多个翅片以盘旋形构型绕着所述管附接。

6.根据权利要求1所述的流体热交换器，其中，所述多个翅片沿着所述管的长度均匀地间隔开。

7.根据权利要求1所述的流体热交换器，其中，所述多个翅片从所述管的所述外表面延伸的距离比所述管的直径小。

8.根据权利要求1所述的流体热交换器，其中，所述管的第一端部定位在所述锥形盘圈的第一纵向端部处，而所述管的第二端部定位在所述锥形盘圈的相反的第二纵向端部处，其中，所述至少一个配件中的第一配件定位在所述第一端部处，而所述至少一个配件中的第二配件定位在所述第二端部处。

9.根据权利要求1所述的流体热交换器，还包括限定所述大致锥形盘圈的另一管，所述管和所述另一管沿着彼此相邻的相似路径延伸。

10.根据权利要求9所述的流体热交换器，所述管和所述另一管在所述锥形盘圈的第一纵向端部处连接至第一共用配件，而在所述锥形盘圈的相反的第二纵向端部处连接至第二共用配件。

11.一种密封系统，包括：

流体冷却器，所述流体冷却器包括：

锥形盘圈，所述锥形盘圈包括限定直径减小的叠置圈形部的至少一个管道；以及

翅片，所述翅片从所述至少一个管道的外表面突出；以及

密封组件，所述密封组件连接至所述流体冷却器，所述流体冷却器构造成接纳来自所述密封组件的一部分的流体，以在所述锥形盘圈内的流体与位于所述锥形盘圈的外部上的靠近所述锥形盘圈和所述翅片的另一流体之间传递热能。

12.根据权利要求11所述的密封系统，其中，所述密封组件包括泵。

13.根据权利要求11所述的密封系统，其中，所述至少一个管道包括限定所述叠置圈形部的至少两个管道。

14.根据权利要求13所述的密封系统，还包括连接在所述至少两个管道的至少一个端部上的至少一个歧管。

15.根据权利要求11所述的密封系统，其中，所述流体冷却器还包括：

通气件，所述通气件位于所述锥形盘圈的最上部部分处，所述通气件包括通气阀和通气管道；

排放件，所述排放件位于所述锥形盘圈的最下部部分处，所述排放件包括排放阀和排放管道；

以及

至少两个安装凸缘，其中，第一安装凸缘将所述锥形盘圈的顶部环连接至框架，而第二安装凸缘将所述锥形盘圈的底部环连接至所述框架。

16.根据权利要求15所述的密封系统，其中，所述通气阀与所述排放阀之间的距离小于1米。

17.根据权利要求16所述的密封系统，其中，所述锥形盘圈包括单个管，所述单个管的长度介于约6米与约15米之间。

18.根据权利要求11所述的密封系统，其中，所述至少一个管道与所述翅片之间的接合部包括下述各者中的至少一者：在相邻的翅片之间延伸的凸缘、位于所述翅片之间的互锁接合部、位于相邻的翅片之间的带凸起的接合部、舌状件与槽的接合部、或者位于相邻的翅片之间的连续接合部。

19.一种对流体进行冷却的方法，所述方法包括：

使流体从包括一个或更多个流体密封件的流体组件传递至热交换器；

使所述流体穿行通过至少一个带翅片的管，所述至少一个带翅片的管限定所述热交换器的锥形螺旋结构，所述锥形螺旋结构位于所述锥形螺旋结构的第一端部与所述锥形螺旋结构的第二端部之间，所述锥形螺旋结构的第一部分的直径大于所述锥形螺旋结构的相邻的第二部分的直径；以及

在使所述流体穿行通过所述锥形螺旋结构而将来自所述至少一个带翅片的管内的所述流体的热能传递至位于所述至少一个带翅片的管的外部上的另一流体期间，对所述流体进行冷却。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括通过下述方式使所述流体被动地经由所述热交换器进行对流：在所述热交换器的底部部分处供给相对较暖的流体，以使所述相对较暖的流体向上流动通过所述热交换器而流至所述热交换器的上部部分中的相对较冷的流体。

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