CN112714857B - 缠绕式换热器、用于制造缠绕式换热器的方法以及用于在第一流体和第二流体之间换热的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种缠绕式换热器(1)，具有沿着纵轴线(L)在轴向(a)上延伸的芯管(21)和管束(2)，所述管束具有用于输送第一流体的多个管件(20)，其中所述管件(20)以多个螺旋(23)缠绕在所述芯管(21)周围，并且其中所述管件(20)在垂直于轴向(a)的径向(r)上布置在多个管层(22)中，其中至少一个管层(22)的相邻的螺旋(23)在轴向(a)上具有不同的轴向距离(T)，并且/或者各自在径向(r)上相邻的管层(22)在垂直于所述纵轴线(L)的横截面中彼此间具有不同的径向距离(D)。本发明还涉及一种缠绕式换热器(1)的制造方法以及一种借助于所述换热器(1)在第一流体和第二流体之间换热的方法。

Description

缠绕式换热器、用于制造缠绕式换热器的方法以及用于在第 一流体和第二流体之间换热的方法
技术领域
本发明涉及一种缠绕式换热器、一种用于制造缠绕式换热器的方法以及一种借助于缠绕式换热器在第一流体和第二流体之间换热的方法。
背景技术
此类缠绕式换热器具有承压壳体，该承压壳体包围壳体空间并且沿着纵轴线延伸，以及在壳体内延伸的芯管，该芯管沿着纵轴线在轴向上延伸，该纵轴线——参考按照规定布置的换热器——在换热器按照规定运行时优选地沿着垂直线延伸。
该换热器还具有布置在壳体空间内的管束，该管束具有多个管件，其中这些管件至少分段地呈螺旋线形以多个螺旋缠绕在芯管周围。以多个彼此重叠布置的管层缠绕在芯管周围。这些管层可由一个管件或者(以多螺旋线的形式缠绕在芯管周围的)多个管件构成，其中一个管层的管件各自形成多个螺旋。
芯管在此特别地承受管束的载荷。
在管层之间可在径向上设置所谓的隔条作为定距器。
管件被设计为输送第一流体，并且壳体空间被设计为容纳第二流体，从而使得流经管件的第一流体可与第二流体在换热器运行时交换热量。
按照现有技术设计和制造缠绕式换热器，其中相应的管层的螺旋在轴向上具有统一的布置或者间隔，并且缠绕的管层在垂直于轴向的径向上具有统一的与芯管的纵轴线的距离。这就是说，对管束的管层适用的是，在相邻的管层之间具有预定义的径向节距，即相应的管层具有与纵轴线(或者与芯管)的恒定的径向距离，和相应的管层的螺旋具有预定义的轴向节距，即相邻的螺旋之间具有恒定的距离，其中这些距离仅因为成品换热器的制造公差而可能略有偏差。
均匀划分缠绕使得加热面和由此使得管束重量在整个管束长度范围内均匀分布。然而视壳体空间内提供的第二流体的壳侧流态而定，对管束的不同位置的加热功率要求是不同的。
特别地，如果是很大的缠绕式换热器，在缠绕过程中还会因为负荷而在管束端部产生结构力学问题。
发明内容
因此本发明的任务在于，提供一种缠绕式换热器、一种制造方法和一种换热方法，就现有技术的所述缺点进行改进。
该任务将通过本发明的客体予以解决。有利的实施方式在本发明的技术方案中给出，并将在下文中进行描述。
本发明的第一方面涉及一种缠绕式换热器，具有沿着纵轴线在轴向上延伸的芯管和管束，该管束具有用于输送第一流体的多个管件，其中这些管件以多个螺旋，特别地呈螺旋线形地，缠绕在芯管周围，并且其中这些管件在垂直于轴向的径向上布置在多个管层中，其中至少一个管层的相邻的螺旋在轴向上具有不同的轴向距离，其中所述管层的相邻的螺旋的轴向距离至少在管束的一个分段中在轴向上单调增加。替代性地或补充地设置为，各自在径向上相邻的管层在垂直于纵轴线的横截面中彼此间具有不同的径向距离，其中这些相邻的管层的径向距离至少在管束的一个分段中在径向上(例如从内向外)单调增加。
在此，轴向距离均在轴向上延伸，且径向距离均在径向上延伸。
纵轴线特别地是芯管的中轴线，就是说芯管的壁部围绕纵轴线同心布置。
两个在轴向上相邻的螺旋在此是指一个管层的螺旋，它们之间在轴向上没有其他螺旋。在径向上相邻的管层之间没有其他管层。
特别地，通过对整个缠绕式换热器3D-CAD建模可实现的是：任意修改管件布置的径向和轴向节距。在此还可实现的是不同径向节距和不同轴向节距的组合。
通过不同的轴向或径向距离，可例如在第一或第二流体的湍流/压力损失对第一和第二流体之间传热影响很小的管束区域中减小“管件组装密度”(就是说设置较大的轴向或径向距离)，并且在第一或第二流体的湍流/压力损失对传热影响较大的管束区域中密度更大地制造(即使用更小的轴向或径向距离)。换句话说，通过有针对性地安装更密集和更松散的“缠绕区域”，就能根据流态要求优化压力损失。
此外，借助于根据本发明的管束布置，使得有可能在优化压力损失的情况下减轻管束的重量。
此外，通过单位管束长度(或管束的所有管件的总长)的总体更轻的重量，可实现力学性能改善的管束结构。
除此之外，在某些应用中管件之间较大的轴向或径向距离还会引起管束的某些区域的定向结冰，因为由于较大的距离在相邻的管件之间可沉积较厚的冰层。某些区域的这种局部结冰特别地在水浴蒸发器中使用管束时是有利的，其中在管件中输送制冷剂(作为第一流体)，该制冷剂与壳体空间内提供的大约60℃温水(第二流体)交换热量。通过结冰适当减小蒸发制冷剂的驱动温差，使得在蒸发时避免莱顿弗罗斯特效应(就像一个额外的隔热层起作用)。以这种方式可通过定向结冰，改善制冷剂和水之间的传热。
如前所述，所述管层的相邻的螺旋的轴向距离可至少在管束的一个分段中在轴向上单调增加。
就是说轴向距离分段地或者在整个管束范围内单调增加。
因此在所述的分段中或者在整个管束范围内，对于每一对相邻的螺旋来说，第一螺旋和相邻的第二螺旋之间的轴向距离大于第二螺旋和邻接第二螺旋的第三螺旋之间的距离。
继续如前所述，相邻的管层的径向距离可至少在管束的一个分段中在径向上单调增加。
因此在所述的分段中或者在整个管束的范围内，对于每一对相邻的管层来说，第一管层和相邻的第二管层之间的径向距离大于第二管层和邻接第二管层的第三管层之间的径向距离。
根据另一种实施方式，至少一个管层的螺旋在径向上具有不同的与纵轴线或芯管的径向距离。
就是说相应的管层至少分段地不平行于纵轴线(在轴向上)延伸，而是特别地倾斜于纵轴线延伸。这就会在管束的垂直于纵轴线的某些横截面中造成不同的相邻的管层之间的径向距离。对于上述实施方式替代性地，可由此在横截面中的相邻的管层之间实现不同的径向距离，即使得平行于纵轴(在轴向上)延伸的管层在径向上间隔不同的距离。
根据另一种实施方式，所述管层的螺旋的与纵轴线的径向距离至少在管束的一个分段中在轴向上单调增加。
因此轴向距离可分段地或者在整个管束范围内单调增加。
因此在所述分段中或者在整个管束范围内，第一螺旋与纵轴线的径向距离大于与邻接第一螺旋的第二螺旋的与纵轴线的径向距离，并且第二螺旋与纵轴线的径向距离大于与邻接第二螺旋的第三螺旋的与纵轴线的径向距离。
根据另一种实施方式，管束具有第一分段和在轴向上邻接第一分段的第二分段，其中所述管层的相邻的螺旋在第一分段中具有轴向距离，该轴向距离不同于所述管层的相邻的螺旋在第二分段中的轴向距离。
在此，在相邻的分段之间没有在轴向上设置其他分段。
根据另一种实施方式，所述管层在第一分段中具有螺旋的第一数量、轴向延伸的第一高度以及第一组装密度，其中第一组装密度等于第一数量和第一高度的商数，并且其中所述管层在第二分段中具有螺旋的第二数量、在轴向上延伸的第二高度以及第二组装密度，其中第二组装密度等于第二数量和第二高度的商数，并且其中第一组装密度不同于第二组装密度。
根据另一种实施方式，第一分段由管束的中段构成，其中第二分段由管束的在轴向上邻接中段的末段构成。
根据另一种实施方式，末段具有比中段更小的组装密度。
在轴向上可将例如具有管束的管件的所谓辫尾连接到管束的末段处。在辫尾中，管件的导向偏离围绕芯管的螺旋线形走向，其中管束的管件在辫尾中被导向至少一个管板。
特别地，管束具有第一末段和第二末段，其中中段在轴向上布置在第一末段和第二末段之间。
特别地，如果是很大的缠绕式换热器，在缠绕过程中会因为负荷而在管束端部产生结构力学问题。在这样的末段中可通过不同的径向距离和/或轴向距离解决这些问题。
根据另一种实施方式，管束具有内侧区域和在垂直于纵轴线的横截面中包围内侧区域的外侧区域，其中内侧区域的在径向上相邻的管层在横截面中彼此间具有径向距离，该径向距离不同于外侧区域的在径向上相邻的管层之间的在横截面中的径向距离。
内侧区域和外侧区域特别地围绕芯管同心布置，并且外侧区域围绕内侧区域同心布置。
根据另一种实施方式，换热器具有多个轴向延伸的隔条，其中这些隔条各自在径向上形成两个相应的相邻的管层之间的距离，并且其中这些隔条在径向上具有不同的厚度。
借助于不同厚度的隔条，能够以结构简单的方式实现不同的径向距离。
除了布置在相邻的管层之间的隔条之外，还可在管束的最内侧管层与芯管之间设置隔条。
根据另一种实施方式，隔条中的至少一个的厚度沿着轴向发生变化。
在此，隔条特别地各自布置在两个在径向上相邻的管层之间，这两个管层的螺旋具有不同的与纵轴线的径向距离。
隔条在此特别地在与其纵向延伸方向垂直的方向上具有不同的厚度。在按照规定使用的情况下，将隔条如此布置在管束处，使得隔条的所述纵向延伸方向平行于轴向延伸。隔条在此特别地接触在径向上相邻的管层。通过隔条的不同厚度，可因此形成相邻的管层之间的不同的径向距离。
本发明的第二方面涉及一种用于制造缠绕式换热器的方法，特别地根据本发明的第一方面，其中将管件如此缠绕在芯管周围，使得至少一个管层的相邻的螺旋在轴向上具有不同的径向距离，并且/或者各自在径向上相邻的管层在垂直于纵轴线的横截面中彼此间具有不同的径向距离。
根据另一种实施方式，将管件如此缠绕在芯管周围，使得至少一个管层的螺旋在径向上具有不同的与纵轴线的径向距离。
根据另一种实施方式，自动计算管束的管件的走向，其中根据计算出的走向安装管件。
本发明的第三方面涉及一种借助于根据本发明第一方面所述的缠绕式换热器在第一流体和第二流体之间换热的方法，其中第一流体流过管束的管件，并且其中在布置有换热器的管束的壳体空间内提供第二流体，从而在第一流体和第二流体之间交换热量。
根据换热方法的一种实施方式，至少一个管层的相邻的螺旋在管束的第一分段中，在该第一分段中流过管件的第一流体或者在壳体空间内提供的第二流体的湍流或压力损失影响第一流体和第二流体之间的换热，具有轴向距离，该轴向距离不同于相应的管层的相邻的螺旋在管束的第二分段中的轴向距离，该第二分段在轴向上邻接第一分段，其中在该第二分段中第一流体或第二流体的湍流或压力损失不会引起显著影响，或者对第一流体和第二流体之间的换热影响很小。
根据另一种实施方式，所述管层的相邻的螺旋在第一管束分段中的轴向距离小于所述管层的相邻的螺旋在第二管束分段中的轴向距离。
这样就能例如通过比较狭窄的管件布局，有利地优化第一和第二流体之间受到湍流或压力损失影响的换热。
根据另一种实施方式，至少一个管层的螺旋在管束的第一分段中，在该第一分段中流过管件的第一流体或者在壳体空间内提供的第二流体的湍流或压力损失影响第一流体和第二流体之间的换热，具有径向距离，该径向距离不同于相应的管层的螺旋在管束的第二分段中的与纵轴线的径向距离，该第二分段在轴向上邻接第一分段，其中在该第二分段中第一流体或第二流体的湍流或压力损失不会引起显著影响，或者对第一流体和第二流体之间的换热影响很小。
根据另一种实施方式，所述管层的螺旋在管束的第一分段中的与纵轴线的径向距离小于所述管层的螺旋在管束的第二分段中的与纵轴线的径向距离。
这样就能例如通过比较狭窄的管件布局，有利地优化第一和第二流体之间受到湍流或压力损失影响的换热。
本发明的第四方面涉及一种缠绕式换热器，具有沿着纵轴线在轴向上延伸的芯管和管束，该管束具有用于输送第一流体的多个管件，其中这些管件以多个螺旋缠绕在芯管周围，并且其中这些管件在垂直于轴向的径向上布置在多个管层中，其中至少一个管层的相邻的螺旋在轴向上具有不同的轴向距离，并且/或者各自在径向上相邻的管层在垂直于纵轴线的横截面中彼此间具有不同的径向距离。
这第四个方面可通过这里所述的特征中的一项或多项更详细地说明，特别地通过采纳本发明的一个或多个客体。
本发明的其他细节和优点通过以下对实施例的附图说明参照附图进行描述。
附图示出：
图1缠绕式换热器的局部剖视图；
图2根据现有技术的缠绕式换热器的管束的部分的示意图；
图3根据本发明的缠绕式换热器的管束的部分的示意图，相邻的螺旋之间的轴向距离不同；
图4根据本发明的缠绕式换热器的管束的部分的示意图，中段和末段之间的相邻的螺旋之间的轴向距离不同；
图5根据本发明的缠绕式换热器的管束的部分的示意图，内侧和外侧区域的相邻的管层之间的径向距离不同；
图6根据本发明的缠绕式换热器的管束的部分的示意图，管层与纵轴线的径向距离不同。
具体实施方式
图1所示为一种缠绕式换热器1，该缠绕式换热器具有包括多个管件20的管束2，其中这些管件20沿着换热器1的纵轴线L延伸，并且呈螺旋状地围绕芯管21或缠绕在芯管21上，从而使得这些管件沿着图1中所示的假想的螺旋形或螺旋线形的轨迹B延伸。
详细来说，根据图1的根据本发明的换热器1具有所述的芯管21，管束2的管件20缠绕在该芯管上，从而使得芯管21承受管件20的载荷。然而本发明原则上也可以应用于没有芯管21的缠绕式换热器1，在其中管件20呈螺旋线形地缠绕在纵轴线L周围。
换热器1被设计为在第一和第二流体之间间接换热，并且具有壳体10，该壳体包围用于容纳第二流体的壳体空间M，该第二流体例如可通过壳体10处的入口接管101被引入到壳体空间M之中，并且例如可经由壳体10处的对应的出口接管102被重新从壳体空间M中抽出。壳体10沿着所述的纵轴线L延伸，该纵轴线相对于按照规定布置的换热器1优选地沿着垂直线延伸。此外在壳体空间M中还布置有管束2，该管束具有用于输送第一流体的多个管件20。这些管件20在多个管层22中呈螺旋线形地缠绕在芯管21上，其中该芯管21同样地沿着纵轴线L延伸并且同心布置在壳体空间M中。
管束2的多个管件20可各自形成管组7(在图1中展示了三个这样的管组7)，其中管组7的管件20可合并到对应的管板104中，其中可通过壳体10处的入口接管103将第一流体引入到相应的管组7的管件20之中，并且可通过出口接管105从相应的管组7的管件20中将其抽出。
这样就能在两种流体之间间接传递热量。壳体10以及芯管21还可至少分段地实施成圆柱形，从而使得纵轴线L构成壳体10和在其中同心延伸的芯管21的圆柱轴线。此外还在壳体空间M中布置有内衬3，该内衬包围管束2或管件20，从而使得在管束2和内衬3之间形成包围管束2或管件20的间隙。内衬3用来在适当时尽可能抑制在壳体空间M内输送的第二流体的从管束2旁边流过的旁流，该第二流体会冲击管件20。因而将在壳体空间M中，优选地在壳体空间M的被内衬3包围的区域中输送第二流体。此外，各个管层22(特别地在水平支承管束2的情况下)还可经由沿着纵轴线L延伸的隔条6(也称作定距元件)相互支撑或支撑在芯管21上。
图2以纵剖面示出根据现有技术的缠绕在芯管21周围的管束2的部分的示意图。在此，示意性地描绘了具有多个螺旋23的管层22。管层22的相邻的螺旋23在此在轴向a上具有全部相同的轴向距离T。同样地，相邻的管层22在径向r上具有全部相同的与纵轴线L的径向距离D。
图3以纵剖面示出根据本发明第一种实施方式的缠绕在芯管21周围的管束2的部分的示意图。在此，示意性地描绘了具有多个螺旋23的管层22。相邻的螺旋23在此在轴向a上彼此间具有不同的轴向距离T。
此外还显示了管束2的第一分段31和在轴向a上邻接第一分段的第二分段32。在此，第一分段31的相邻的管层23彼此间具有比第二分段32的相邻的管层23更大的轴向距离T。特别地，距离T在此可在轴向a上单调增加，例如在管束2的分段32、31中在自上而下的垂直线上(对比图3)。也可以在垂直线上或沿着轴向a自下而上实现这种分段的单调增加。
在图3中还描绘了第一分段31的第一高度h1和第二分段32的第二高度h2。根据第一高度h1和第二高度h2，可根据公式p1＝n1/h1和p2＝n2/h2计算第一分段31的组装密度p1或第二分段32的组装密度p2，其中n1表示第一分段31的螺旋23的数量，n2表示第二分段32的螺旋23的数量。
在第二分段32中，例如在换热器1的壳体空间M中输送的第一流体的湍流或压力损失可影响第一和第二流体之间的换热。换热在这里通过比较狭窄的管件布局，也就是通过较小的轴向距离T得以优化。
图4为图3中所示的管束2的实施方式，其中示出了管束2的中段33和末段34。在此，相邻的螺旋23在末端34中的轴向距离T比在中段33中的更大。这样就可例如在末段34中实现较小的重量，这在装配换热器1时特别地具有结构力学优点。
图5以相对于纵轴线L的横截面示出根据本发明的换热器1的管束2的另一种实施方式(参见图1至4)。在此描绘了芯管21以及管层22a、22b、22c、22d、22e。此外还显示了内侧区域41(芯管21和内侧虚圆周线之间)和外侧区域42(内侧和外侧虚圆周线之间)。内侧区域41在所示的横截面中围绕芯管21同心延伸，外侧区域42在横截面中围绕内侧区域41同心延伸。特别地，相邻的管层22a、22b、22c、22d、22e至少在管束2的一个分段中的(相对于纵轴线L的)径向距离D可在径向r上从内向外单调增加。
在此，内侧区域41的相邻的管层22a/22b以及22b/22c在径向r上彼此间具有比外侧区域42的相邻的管层22d/22e更大的径向距离D。
图6以纵剖面示出根据本发明的另一种实施方式的缠绕在芯管21周围的管束2的部分的示意图。示意性地描绘了管束2的两个在径向r上相邻的管层22，这些管层各自具有多个螺旋23。两个示出的管层22在此沿着轴向a具有不同的与纵轴线L(也就是芯管21的中轴线)的径向距离D，从而使得管层22不平行于纵轴线L。
此外在管层22之间还描绘了可选的隔条6，该隔条沿着轴向a(在其纵向延伸方向上延伸)在径向r上具有不同的厚度d。隔条6接触相邻的管层22，并且在此在径向r上在管层22之间起到定距器作用。可例如通过定位电焊将这样的隔条6固定在管层22上。
通过隔条6形成的管层22之间的距离使得在壳体空间M内提供的第二流体能够更好地分布在管层22之间，从而使得在第二流体和管件20中输送的第一流体之间可实现更有效的换热。当然还可以有更多这里没有显示的隔条6。
图3/图4、图5和图6中所示的实施方式当然也可以相互组合，就是说不仅可设置不同的轴向距离T，而且也可设置不同的径向距离D。
附图标记清单
1 缠绕式换热器
2 管束
3 内衬
6 隔条
7 管组
20 管件
21 芯管
22、22a、22b、22c、22d、22e 管层
23 螺旋
31 第一分段
32 第二分段
33 中段
34 末段
41 内侧区域
42 外侧区域
101 入口接管
102 出口接管
103 入口接管
104 管板
105 出口接管
L 纵轴线
a 轴向
r 径向
T 轴向距离
D 径向距离
d 厚度
M 壳体空间

Claims (15)

1.缠绕式换热器(1)，被设计为在第一流体和第二流体之间间接换热，所述缠绕式换热器(1)具有沿着纵轴线(L)在轴向(a)上延伸的芯管(21)、管束(2)和壳体(10)，所述壳体包围用于容纳第二流体的壳体空间(M)，所述第二流体通过入口接管(101)被引入到壳体空间(M)之中并且经由出口接管(102)被重新从壳体空间(M)中抽出，所述管束(2)布置在所述壳体空间(M)内，所述管束具有用于输送第一流体的多个管件(20)，所述多个管件(20)以多个螺旋(23)缠绕在所述芯管(21)周围，并且所述多个管件(20)在垂直于轴向(a)的径向(r)上布置在多个管层(22)中，
至少一个管层(22)的相邻的螺旋(23)在轴向(a)上具有不同的轴向距离(T)，其中所述管层(22)的所述相邻的螺旋(23)的所述轴向距离(T)至少在所述管束(2)的一个分段中在轴向(a)上单调增加，
并且/或者
各自在径向(r)上相邻的管层(22)在垂直于所述纵轴线(L)的横截面中彼此间具有不同的径向距离(D)，其中所述相邻的管层(22)的所述径向距离(D)至少在所述管束(2)的一个分段中在径向(r)上单调增加。
2.根据权利要求1所述的缠绕式换热器，其特征在于，至少一个管层(22)的所述螺旋(23)在径向(r)上与所述纵轴线(L)具有不同的径向距离(D)。
3.根据权利要求2所述的缠绕式换热器，其特征在于，所述管层(22)的所述螺旋(23)与所述纵轴线(L)的所述径向距离(D)至少在所述管束(2)的一个分段中在轴向(a)上单调增加。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的缠绕式换热器(1)，其特征在于，所述管束(2)具有第一分段(31)和在轴向(a)上邻接所述第一分段(31)的第二分段(32)，其中所述管层(22)的所述相邻的螺旋(23)在所述第一分段(31)中具有轴向距离(T)，所述轴向距离不同于所述管层(22)的所述相邻的螺旋(23)在所述第二分段(32)中的轴向距离(T)。
5.根据权利要求4所述的缠绕式换热器(1)，其特征在于，所述管层(22)在所述第一分段(31)中具有螺旋(23)的第一数量(n1)、在轴向(a)上延伸的第一高度(h1)以及第一组装密度(p1)，其中所述第一组装密度(p1)等于所述第一数量(n1)和所述第一高度(h1)的商数(n1/h1)，并且其中所述管层(22)在所述第二分段(32)中具有螺旋(23)的第二数量(n2)、在轴向(a)上延伸的第二高度(h2)以及第二组装密度(p2)，其中所述第二组装密度(p2)等于所述第二数量(n2)和所述第二高度(h2)的商数(n2/h2)，并且其中所述第一组装密度(p1)不同于所述第二组装密度(p2)。
6.根据权利要求4所述的缠绕式换热器(1)，其特征在于，所述第一分段(31)由所述管束(2)的中段(33)构成，其中所述第二分段(32)由所述管束(2)的末段(34)构成。
7.根据权利要求1-3和5-6中的任一项所述的缠绕式换热器(1)，其特征在于，所述管束(2)具有内侧区域(41)以及在垂直于所述纵轴线(L)的横截面中包围所述内侧区域(41)的外侧区域(42)，其中所述内侧区域(41)的在径向(r)上相邻的所述管层(22)在横截面中彼此间具有径向距离(D)，所述径向距离不同于所述外侧区域(42)的在径向(r)上相邻的所述管层(22)之间的在横截面中的径向距离(D)。
8.根据权利要求1-3和5-6中的任一项所述的缠绕式换热器(1)，其特征在于，所述换热器(1)具有多个在轴向(a)上延伸的隔条(6)，其中所述隔条(6)各自在径向(r)上形成两个相应的相邻的管层(22)之间的距离，其中所述隔条(6)在径向(r)上具有不同的厚度(d)。
9.根据权利要求8所述的缠绕式换热器(1)，其特征在于，所述隔条(6)中的至少一个的所述厚度(d)沿着轴向(r)发生变化。
10.一种用于制造根据权利要求1至9中的任一项的缠绕式换热器(1)的方法，所述缠绕式换热器(1)具被设计为在第一流体和第二流体之间间接换热，所述缠绕式换热器(1)具有沿着纵轴线(L)在轴向(a)上延伸的芯管(21)、管束(2)和壳体(10)，所述壳体包围用于容纳第二流体的壳体空间(M)，所述第二流体通过入口接管(101)被引入到壳体空间(M)之中并且经由出口接管(102)被重新从壳体空间(M)中抽出，所述管束(2)布置在所述壳体空间(M)内，所述管束具有用于输送第一流体的多个管件(20)，所述多个管件(20)以多个螺旋(23)缠绕在所述芯管(21)周围，并且所述多个管件(20)在垂直于轴向(a)的径向(r)上布置在多个管层(22)中，其中将所述多个管件(20)缠绕在所述芯管(21)周围从而使得至少一个管层(22)的相邻的螺旋(23)在轴向(a)上具有不同的轴向距离(T)，并且/或者各自在径向(r)上相邻的管层(22)在垂直于所述纵轴线(L)的横截面中彼此间具有不同的径向距离(D)。
11.一种借助于根据权利要求1至9中的任一项所述的缠绕式换热器(1)在第一流体和第二流体之间换热的方法，其中所述第一流体流过所述管束(2)的所述管件(20)，并且其中在布置有所述换热器(1)的所述管束(2)的壳体空间(M)内提供所述第二流体，从而在所述第一流体和所述第二流体之间交换热量。
12.根据权利要求11所述的换热方法，其中在所述管束(2)的第一分段(31)中，在所述第一分段中在所述壳体空间(M)内提供的所述第二流体的湍流或压力损失影响所述第一流体和所述第二流体之间的所述换热，至少一个管层(22)的所述相邻的螺旋(23)具有轴向距离(T)，所述轴向距离不同于相应的管层(22)的所述相邻的螺旋(23)在所述管束(2)的第二分段(32)中的轴向距离(T)，所述第二分段在轴向(a)上邻接所述第一分段(31)，其中在所述第二分段(32)中所述第二流体的湍流或压力损失对所述第一流体和所述第二流体之间的所述换热的影响较小。
13.根据权利要求12所述的换热方法，其中，所述管层(22)的所述相邻的螺旋(23)在所述管束(2)的所述第一分段(31)中的所述轴向距离(T)小于所述管层(22)的所述相邻的螺旋(23)在所述管束(2)的所述第二分段(32)中的所述轴向距离(T)。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的换热方法，其中在所述管束(2)的第一分段(31)中，在所述第一分段中在所述壳体空间(M)内提供的所述第二流体的湍流或压力损失影响所述第一流体和所述第二流体之间的所述换热，至少一个管层(22)的所述螺旋(23)具有与所述纵轴线(L)的径向距离(D)，所述径向距离不同于相应的管层(22)的所述螺旋(23)在所述管束(2)的第二分段(32)中的与所述纵轴线(L)的径向距离(D)，所述第二分段在轴向(a)上邻接所述第一分段(31)，其中在所述第二分段(32)中所述第二流体的湍流或压力损失对所述第一流体和所述第二流体之间的所述换热的影响较小。
15.根据权利要求14所述的换热方法，其中，所述管层(22)的所述螺旋(23)在所述管束(2)的所述第一分段(31)中与所述纵轴线(L)的所述径向距离(D)小于所述管层(22)的所述螺旋(23)在所述管束(2)的所述第二分段(32)中与所述纵轴线(L)的所述径向距离(D)。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113257443B (zh) * 2021-05-11 2022-08-23 中国航空发动机研究院 一种用于核能和化学能混合发动机的插排管束换热器结构
US20230147084A1 (en) 2021-11-05 2023-05-11 Air Products And Chemicals, Inc. Mitigation of Shell-Side Liquid Maldistribution in Coil Wound Heat Exchanger Bundles

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4556104A (en) * 1983-07-06 1985-12-03 Rolf Dieter Engelhardt Heat exchanger
DE19902743A1 (de) * 1998-01-26 1999-07-29 Lentjes Standard Fasel Bv Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen von Strömungsmittel
CN1355725A (zh) * 1999-06-15 2002-06-26 卡萨尔甲醇公司 用于放热或吸热非均相反应的等温反应器
CN101726109A (zh) * 2009-11-27 2010-06-09 广东诺科冷暖设备有限公司 一种高效冷凝式热交换器
CN103123230A (zh) * 2011-11-17 2013-05-29 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于汽车空调设备的热交换器
CN103486877A (zh) * 2013-09-23 2014-01-01 上海交通大学 变流路的微通道扁管缠绕式换热器
CN103517775A (zh) * 2011-05-10 2014-01-15 阿尔弗雷德·凯驰两合公司 热交换器和其制造方法
EP3101340A1 (en) * 2015-06-01 2016-12-07 Alfa Laval Corporate AB A heat exchanger

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB912710A (en) * 1959-02-04 1962-12-12 Superheater Co Ltd Improvements in steam raising systems
DE2613745A1 (de) * 1976-03-31 1977-10-06 Linde Ag Waermetauscher
SU1134877A1 (ru) * 1983-12-22 1985-01-15 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Экспериментально-Конструкторский Институт Торгового Машиностроения Теплообменник
GB2343243B (en) * 1998-10-28 2003-01-15 Imi Cornelius Beverage cooling

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4556104A (en) * 1983-07-06 1985-12-03 Rolf Dieter Engelhardt Heat exchanger
DE19902743A1 (de) * 1998-01-26 1999-07-29 Lentjes Standard Fasel Bv Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen von Strömungsmittel
US6189605B1 (en) * 1998-01-26 2001-02-20 Standard Fasel-Lentjes B.V. Device and method for cooling gas
CN1355725A (zh) * 1999-06-15 2002-06-26 卡萨尔甲醇公司 用于放热或吸热非均相反应的等温反应器
CN101726109A (zh) * 2009-11-27 2010-06-09 广东诺科冷暖设备有限公司 一种高效冷凝式热交换器
EP2505932A1 (en) * 2009-11-27 2012-10-03 Guangdong ROC Cool & Heat Equipment Co., Ltd. Condensing-type heat exchanger with high efficiency
CN103517775A (zh) * 2011-05-10 2014-01-15 阿尔弗雷德·凯驰两合公司 热交换器和其制造方法
CN103123230A (zh) * 2011-11-17 2013-05-29 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于汽车空调设备的热交换器
CN103486877A (zh) * 2013-09-23 2014-01-01 上海交通大学 变流路的微通道扁管缠绕式换热器
EP3101340A1 (en) * 2015-06-01 2016-12-07 Alfa Laval Corporate AB A heat exchanger

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