CN117321376A - 缠绕式热交换器和方法 - Google Patents

Abstract

一种在制冷剂(K)与介质之间交换热量的缠绕式热交换器(1)，该缠绕式热交换器具有：外壳(2)；管束(21)，该管束布置在外壳(2)内并且能够供介质流经；第一环形通道(8)，该第一环形通道布置在外壳(2)内并且围绕外壳一圈，用于将制冷剂(K)的液相(KL)与制冷剂(K)的气相(KG)分离；第二环形通道(13)，该第二环形通道布置在外壳(2)内并且围绕外壳一圈，用于将液相(KL)均匀分配到管束(21)上，以便在制冷剂(K)与介质之间交换热量；和连接通道(10‑12)，该连接通道在第一环形通道(8)与第二环形通道(13)之间建立流体连接，以便将液相(KL)从第一环形通道(8)传导到第二环形通道(13)，其中沿着外壳(2)的对称轴(6)观察，第一环形通道(8)和第二环形通道(13)布置为彼此间隔开。

Description

缠绕式热交换器和方法

本发明涉及一种缠绕式热交换器和一种借助这种缠绕式热交换器在制冷剂与介质之间交换热量的方法。

液化天然气(英语：Liquefied Natural Gas,LNG)是指通过冷却到-161℃至-164℃来液化加工的天然气。液化天然气的体积仅为气态天然气的一小部分。因此，液化天然气具有很大的优势，特别是在运输和储存方面。液化天然气可作为液体装进合适的运输容器中，在公路、铁路或水路上运输。

根据内部研究结果，所谓的缠绕管式热交换器(CWHE)或缠绕式热交换器可用于天然气的液化。这种缠绕式热交换器包括外壳以及容纳在该外壳中的管束，待液化的天然气被传导通过该管束。例如，借助所谓的环形通道分配器，向管束喷洒两相制冷剂的液相。

这种环形通道分配器包括围绕外壳内侧一圈的环形通道和从该环形通道径向延伸出来的分配器，这些分配器将液相均匀分配到管束上。在分配器之间，管束的管——所谓的“管梢”(Zopf)——被引导经过环形通道分配器，向上通向管板。环形通道越高，管板与管束就离得越远，并且被引导通向管板的管就必须越长。这会使缠绕式热交换器的制造变得困难。有必要对此进行改进。

在此背景下，本发明的目的在于，提供一种经改进的缠绕式热交换器。

因此，本发明提出了一种在制冷剂与介质之间交换热量的缠绕式热交换器。该缠绕式热交换器包括：外壳；管束，该管束布置在该外壳内并且能够供该介质流经；第一环形通道，该第一环形通道布置在外壳内并且围绕外壳一圈，用于将制冷剂的液相与制冷剂的气相分离；第二环形通道，该第二环形通道布置在外壳内并且围绕外壳一圈，用于将液相均匀分配到管束上，以便在制冷剂与介质之间交换该热量；和连接通道，该连接通道在第一环形通道与第二环形通道之间建立流体连接，以便将液相从第一环形通道传导到第二环形通道，其中沿着外壳的对称轴观察，第一环形通道和第二环形通道布置为彼此间隔开。

通过设置第一环形通道和与第一环形通道分离的第二环形通道，可行的是，实施不同宽度的第一环形通道和第二环形通道。这一方面简化了制造，另一方面可减少液相在环形通道中的积聚。此外，还可借助第一环形通道实现制冷剂的液相和气相的预分离。

特别地，缠绕式热交换器是所谓的缠绕管式热交换器(CWHE)。缠绕式热交换器优选地适合用于天然气的液化。也就是说，介质可为天然气。但是，缠绕式热交换器也可用于液化天然气以外的任何介质。特别地，管束多层地卷绕在布置在外壳中心的芯管上。外壳优选地包括：中空圆筒形基部部分，该中空圆筒形基部部分可被构造成相对对称轴旋转对称；向上封闭该基部部分的盖部分；向下封闭该基部部分的底部部分。对称轴也可称为中轴线。外壳特别地是流体密封的。

管束包括管侧和外壳侧。“管侧”在本文中应理解为由管束的管围成的内部空间，待液化的介质被传导通过该内部空间。因此，介质被送入管束的管中。特别地，介质被“送入”管束中应理解为介质被引入管束的管中。在管侧，几种不同的馏分或管流可流经该管束。这些馏分中的一种馏分可为介质。这些馏分中的另一种馏分可为制冷剂的一部分。其他馏分可例如包括其他制冷剂、过程介质等。

也就是说，制冷剂也可被送入管束中，并在管侧被传导通过管束。但是，在管束中，馏分不可直接接触，因此也不可混合。因此，管束具有仅供介质流经的管。其他管仅供制冷剂流经。此外，还可设置其他管，供其他馏分流经。上述不同的管可构成管束的不同层。

在本文中，“外壳侧”应理解为管束的管之外的区域。在外壳侧，制冷剂流经该管束。多个间隙或通道穿过管束，制冷剂被传导通过这些间隙或通道，以便从管束中，特别是从介质中提取热量。当在制冷剂与介质之间交换热量时，优选从介质中提取制冷剂吸收的热量。其中，制冷剂可至少部分地蒸发。制冷剂也可完全蒸发。在外壳侧环流或流经管束后，可将完全或部分蒸发的制冷剂从外壳中引出。

制冷剂可例如为乙烷。但是，也可使用任意其他制冷剂。制冷剂适合用于将焓从冷却物(在本文中为介质)输送到环境。与冷却剂不同的是，制冷剂可在制冷回路中沿着温度梯度执行热量输送，从而使得在消耗供给的能量的情况下，环境温度甚至可能高于待冷却介质的温度，而冷却剂只能在制冷回路中逆着温度梯度将焓输送到温度较低的点。通过从介质中提取热量，使该介质液化。针对介质为天然气的情况，液化介质或天然气可称为液化天然气(英语：Liquified Natural Gas,LNG)。

第一环形通道也可称为上环形通道，因为该上环形通道相对于重力方向布置在第二环形通道上方。因此，第二环形通道也可称为下环形通道。在本文中，第一环形通道“围绕”外壳一圈意味着第一环形通道优选地完全围绕对称轴一圈，从而形成环形几何形状。其中，第一环形通道可为连续的。替代性地，也可行的是，将第一环形通道分成几个彼此分离的环形区段。对应的内容适用于第二环形通道。第一环形通道和第二环形通道是两个彼此分离的部件，沿着对称轴观察，这两个部件布置为彼此间隔一定距离。

连接通道可为管、井、软管等。借助连接通道，液体介质从第一环形通道被传导到第二环形通道。连接通道是下水管，或者可称为下水管。可设置有任意数量的连接通道。连接通道可具有圆形的横截面或其他任意横截面。

第二环形通道适合用于将制冷剂的液相均匀分配到管束上。为此，第二环形通道可包括稍后将解释的分配器。特别地，这些分配器是第二环形通道的一部分。此外，第二环形通道本身也可具有开口、孔等，它们使得向管束均匀喷洒制冷剂的液相成为可能。第二环形通道也可称为环形通道分配器。

第一环形通道适合用于分离制冷剂的液相和气相。该分离由此进行，即借助连接通道将液相在第二环形通道的方向上向下引出，并且制冷剂的气相从第一环形通道中向上排出。也就是说，制冷剂是两相的，并且可具有液相和气相。液相可转化为气相，反之亦然。特别地，制冷剂的液相在流经或环流管束时至少部分地从液相转化为气相。其中，蒸发的制冷剂从介质中吸收热量。

根据一种实施方式，第二环形通道包括几个分配器，用于将液相均匀分配到管束上，其中分配器在朝向对称轴的径向上比第二环形通道更深入地伸入外壳。

分配器的数量原则上为任意的。例如，设置有三个分配器或六个分配器。分配器设置为围绕对称轴彼此均匀地间隔开。分配器从第二环形通道径向伸入外壳，从而从上方部分覆盖管束。特别地，分配器是第二环形通道的一部分，并与第二环形通道流体连接。在本文中，分配器与第二环形通道“流体连接”特别地意味着制冷剂的液相可从第二环形通道流入分配器。优选地，这些分配器各自具有多个布置在底部的穿口、开口、孔等，它们使得向管束均匀喷洒制冷剂的液相成为可能。

根据另一种实施方式，分配器布置为围绕对称轴均匀分布，其中在两个相邻的分配器之间各自设置有一个间隔空间。

间隔空间的数量优选地与分配器的数量相对应。特别地，分配器和间隔空间交替布置，从而使得在两个分配器之间各自设置有一个间隔空间，并且在两个间隔空间之间各自设置有一个分配器。

根据另一种实施方式，缠绕式热交换器还包括几个连接通道，其中每个分配器分配有一个连接通道。

特别地，也就是说，分配器的数量和连接通道的数量相等。例如，设置有三个或六个连接通道。

根据另一种实施方式，连接通道平行于对称轴延伸。

特别地，连接通道的走向沿着重力方向。通过平行于对称轴布置一个或多个连接通道，可实现第一环形通道与第二环形通道之间尽可能短的连接。特别地，连接通道从第一环形通道的底部开口。

根据另一种实施方式，第一环形通道和第二环形通道在对称轴的径向上以不同程度伸入外壳。

特别地，第一环形通道和第二环形通道在径向上以不同程度伸入由外壳围成的内部空间。第一环形通道具有第一内径。第二环形通道具有第二内径。内径可大小不同，从而使得第一环形通道和第二环形通道以不同程度伸入外壳。替代性地，第一环形通道的第一内径和第二环形通道的第二内径也可大小相同。

根据另一种实施方式，第二环形通道在朝向对称轴的径向上，比第一环形通道更深入地伸入外壳。

特别地，也就是说，第二环形通道比第一环形通道更宽。这简化了缠绕式热交换器的制造。

根据另一种实施方式，沿着重力方向观察，第一环形通道布置在第二环形通道上方。

如前所述，第一环形通道因此也可称为上环形通道，并且第二环形通道可称为下环形通道。沿着重力方向观察，第二环形通道设置在第一环形通道下方。

根据另一种实施方式，缠绕式热交换器还包括管板，该管板与管束的管流体连接，其中沿着对称轴观察，管板布置在第一环形通道与第二环形通道之间。

特别地，沿着重力方向观察，管板设置在第一环形通道下方和第二环形通道上方。可设置有几个管板。优选地，管板的数量与分配器的数量相对应。管板的数量也可设置为分配器的两倍。由于管板布置在第一环形通道与第二环形通道之间，因此可行的是，与仅具有一个环形通道的缠绕式热交换器相比，缩短了从管束中向上引出的管。这简化了缠绕式热交换器的可制造性。向上引出的管也可称为“管梢”(Zopf)。因此，可实现管梢长度的缩短。

根据另一种实施方式，第一环形通道和/或第二环形通道各自完全围绕对称轴一圈。

也就是说，第一环形通道和/或第二环形通道各自具有360°的圆周角。但是，如前所述，原则上还可行的是，将第一环形通道和/或第二环形通道分成几个彼此分离的环形通道区段。

根据另一种实施方式，第一环形通道和/或第二环形通道各自在外壳的盖部分的方向上是开放的。

特别地，第一环形通道和/或第二环形通道是向上开放的。这使得制冷剂的气相从相应的环形通道向上排出成为可能。

此外，还提出了一种借助这种缠绕式热交换器在制冷剂与介质之间交换热量的方法。其中，热交换器包括：外壳；管束，该管束布置在外壳内；第一环形通道，该第一环形通道布置在外壳内并且围绕外壳一圈；第二环形通道，该第二环形通道布置在外壳内并且围绕外壳一圈；和连接通道，该连接通道在第一环形通道与第二环形通道之间建立流体连接，其中沿着外壳的对称轴观察，第一环形通道和第二环形通道布置为彼此间隔开。该方法包括以下步骤：a)用介质流经管束；b)借助第一环形通道将制冷剂的液相与制冷剂的气相分离；c)借助连接通道将液相传导到第二环形通道；以及d)借助第二环形通道将液相均匀分配到管束上，以便在制冷剂与介质之间交换热量。

步骤a)至步骤d)可同时执行。特别地，在步骤d)期间，借助制冷剂从介质中提取热量。其中，制冷剂可至少部分地蒸发并转化为气相。其中，介质可液化或至少冷却。介质流经管束，特别是在管侧。液相被分配到管束上，特别是在外壳侧。

根据一种实施方式，在步骤d)中，借助第二环形通道的几个分配器将液相均匀分配到管束上。

分配器的数量原则上为任意的。通过设置几个分配器，可实现液相的特别均匀的分配。优选地，分配器是第二环形通道的一部分。

根据另一种实施方式，在步骤d)中，液相在第二环形通道中如此积聚，使得连接通道在液相在第二环形通道中的液面下方通入该第二环形通道。

特别地，连接通道的下边缘布置为低于液面。因此，连接通道浸入或浸没在液相中。

根据另一种实施方式，在步骤b)中，沿着重力方向观察，借助连接通道将液相从第一环形通道中向下引出，其中沿着重力方向观察，气相从第一环形通道中向上排出。

可在盖部分处将气相从外壳中引出。也可将制冷剂的从管束中向下排出的液相(尚未蒸发)从外壳中引出。

针对所提出的缠绕式热交换器所描述的实施方式和特征对应地适用于所提出的方法，反之亦然。

“一个”在此并非必须理解为精确地限制为一个元素。相反地，还可设置多个元素，例如两个、三个或更多个。此处所使用的所有其他计数词也不应理解为：必须实现对精确对应的元素数量的精确限制。相反地，向上和向下的数字偏差是可行的。

缠绕式热交换器和/或方法的其他可行的实现方式还包括前述或下面关于实施例所描述的特征或实施方式的未明确提及的组合。其中，本领域专业人士也会添加个别方面作为对缠绕式热交换器和/或方法的相应基本形式的改进或补充。

缠绕式热交换器和/或方法的其他有利的实施方案是从属权利要求以及缠绕式热交换器和/或方法的下面所描述的实施例的内容。下面根据优选实施方式参照附图进一步解释缠绕式热交换器和/或方法。

图1显示了缠绕式热交换器的一种实施方式的示意性剖面图；

图2显示了根据图1的剖面线II-II的缠绕式热交换器的另一示意性剖面图；并且

图3显示了借助根据图1的缠绕式热交换器在制冷剂与介质之间交换热量的方法的一种实施方式的示意性框图。

在这些图中，如未另作说明，那么相同的或功能一样的元素用相同的附图标号表示。

图1显示了缠绕式热交换器1(英语：Coil Wound Heat Exchanger,CWHE)的一种实施方式的示意性剖面图。图2显示了缠绕式热交换器1的示意性剖面图。下面同时参照图1和图2。

这种缠绕式热交换器1可用于天然气(英语：Liquefied Natural Gas,LNG)的液化。但是，也可液化其他气体。缠绕式热交换器1以下简称为热交换器。

热交换器1包括外壳2。外壳2由圆筒形基部部分3、圆顶状盖部分4和未示出的圆顶状底部部分构造成。相对于重力方向g，盖部分4设置在底部部分上方。例如，基部部分3、盖部分4和底部部分相互钎焊、焊接、拧紧或铆接在一起。

外壳2是流体密封的。外壳2围成内部空间5。外壳2可由铝合金或钢合金制成。外壳2被构造成基本上相对中心轴或对称轴6旋转对称。在此，“基本上”意味着外壳2的横截面不一定是圆形的。外壳2的横截面也可略呈椭圆形或椭圆形。外壳2直立或垂直设置。也就是说，对称轴6与重力方向g平行。

热交换器1分配有坐标系统，该坐标系统具有宽度方向或x方向x、高度方向或y方向y和深度方向或z方向z。方向x、y、z彼此垂直定向。z方向z平行于重力方向g和对称轴6定向。

在基部部分3处设置有入口管嘴7，该入口管嘴垂直于对称轴6定向。经由入口管嘴7，制冷剂K，例如乙烷可被供给到热交换器1。制冷剂K可为两相的，从而使得该制冷剂具有液相KL和气相KG。可设置有几个入口管嘴7。

制冷剂K在图1和图2中借助框形箭头表示。其中，具有斜阴影线的框形箭头表示制冷剂K的两相状态，带水平阴影线的框形箭头表示制冷剂K的气相KG。不带阴影线的框形箭头表示制冷剂K的液相KL。

经由入口管嘴7，制冷剂K能够被送入上环形通道或第一环形通道8。第一环形通道8的横截面可为矩形的。第一环形通道8布置在外壳2内。第一环形通道8完全围绕对称轴6一圈，从而使得第一环形通道8具有封闭的环形几何形状。但原则上，也可将第一环形通道8分成几个环形区段。第一环形通道8具有内径d8。

第一环形通道8是向上开放的，也就是说，在盖部分4的方向上是开放的，从而使得气相KG可逆着重力方向g从第一环形通道8中向上排出。例如，可借助设置在盖部分4处的引出管嘴，将气相KG从外壳2中引出。替代性地，可将气相KG与液相KL一起向下引出。第一环形通道8在径向上(即在朝向对称轴6的方向上)伸入外壳2，特别是伸入内部空间5。

在第一环形通道8中存在液相KL的液面9。第一环形通道8用于将气相KG与液相KL分离。该分离由此进行，即如前所述，气相KG可从第一环形通道8向上逸出，并且借助连接通道10将液相KL从第一环形通道8中向下(即在重力方向g上)引出。

连接通道10与重力方向g平行，即与对称轴6平行。连接通道10可为井、管等。优选地，设置有几个连接通道10至12。连接通道10至12的数量原则上为任意的。例如，设置有三个或六个连接通道10至12。连接通道10至12布置为围绕对称轴6均匀分布。但是，下文将只讨论连接通道10。

连接通道10将液相KL从第一环形通道8传导到下环形通道或第二环形通道13。沿着对称轴6观察，第二环形通道13与第一环形通道8间隔布置。沿着重力方向g观察，第一环形通道8设置在第二环形通道13上方，即第二环形通道13设置在第一环形通道8下方。

与第一环形通道8一样，第二环形通道13的横截面也可为矩形的。第二环形通道13布置在外壳2内。第二环形通道13完全围绕对称轴6一圈，从而使得第二环形通道13具有封闭的环形几何形状。但原则上，也可将第二环形通道13分成几个环形区段。第二环形通道13具有内径d13。内径d13可小于内径d8。替代性地，内径d8、d13也可大小相同。此外，内径d8也可小于内径d13。

第二环形通道13是向上开放的，也就是说，在盖部分4的方向上是开放的，从而使得气相KG可逆着重力方向g从第二环形通道13中向上排出。第二环形通道13在径向上(即在朝向对称轴6的方向上)伸入外壳2，特别是伸入内部空间5。其中，第二环形通道13优选地比第一环形通道8更深入地伸入外壳2。

在第二环形通道13中存在液相KL的液面14。连接通道10浸入液相中，从而使得沿着重力方向g观察，连接通道10的下边缘设置为低于液面14。第二环形通道13用于将液相KL均匀分配到几个分配器15至17上。分配器15至17是第二环形通道13的一部分。

分配器15至17的数量为任意的。例如，设置有三个或六个分配器15至17。优选地，分配器15至17的数量与连接通道10至12的数量相对应。每个分配器15至17可分配有一个连接通道10至12。分配器15至17布置为围绕对称轴6或外壳2的圆周均匀分布。

分配器15至17可被设计为环形区段。但是这并非绝对必要的。“环形区段”在本文中应理解为环的一部分。分配器15至17与间隔空间18至20交替布置。也就是说，在两个相邻的分配器15至17之间各自布置有一个间隔空间18至20，并且在两个间隔空间18至20之间各自布置有一个分配器15至17。下文将只讨论分配器15。

分配器15在朝向对称轴6的方向上的径向上比第二环形通道13更深入地伸入外壳2，特别是伸入内部空间5。分配器15与第二环形通道13流体连接。在本文中，处于“流体连接”特别地意味着液相KL可从第二环形通道13流入分配器15。为此，可例如在第二环形通道13的底部中设置有穿口、开口等。

向上，即在盖部分4的方向上，分配器15是封闭的。向下，即背离盖部分4，液相KL可从分配器15排出。为此，分配器15的底部具有多个出口开口、穿口、孔等，借助它们，液相KL可被均匀分配。

热交换器1还包括管束21，该管束布置在外壳2内，借助分配器15至17，向管束喷洒液相KL。其中，特别地借助降膜(Fallfilm)蒸发液相KL。管束21卷绕在芯管22上，该芯管设置在外壳2的中心。管束21包括多个管，这些管多层地卷绕在芯管22上。管束21包括槽或间隙，从而使得液相KL可在外壳侧流经管束21。在本文中，“外壳侧”应理解为管束21的管之外的区域。管束21完全填满设置在芯管22与外壳2之间的环形间隙23。

在管侧，几种不同的馏分或管流可被引导通过该管束21。这些馏分中的一种馏分可为待液化的介质，例如天然气。这些馏分中的另一种馏分可为制冷剂K的液相KL。其他馏分可例如包括其他制冷剂、过程介质等。也就是说，制冷剂K也可被送入管束21中，并在管侧被传导通过管束21。但是，在管束21中，馏分不可直接接触，因此也不可混合。

因此，管束21具有仅供介质流经的管。其他管仅供制冷剂K流经。此外，还可设置其他管，供其他馏分流经。上述不同的管可构成管束21的不同层。“管侧”在本文中应理解为由管束21的管围成的内部空间，待液化的介质、制冷剂K和/或其他馏分被传导通过该内部空间。

单个管24至26在盖部分4的方向上向上通过间隔空间18至20从管束21中引出。管24至26与对称轴6平行。管24至26也可称为“管梢”(Zopf)。管24至26被供给到管板27。优选地，设置有几个管板27至29。管板27至29的数量可与分配器15至17的数量相对应。但是这并非绝对必要的。例如，管板27至29的数量也可设置为分配器15至17的两倍。

沿着对称轴6观察，管板27至29可设置在不同的高度上。也就是说，沿着对称轴6观察，管板27至29可布置为彼此偏移的。然而，管板27至29也可全部布置在同一高度上。管板27至29可分配给管束21的不同管流或馏分。

管板27至29被焊接或钎焊到外壳2中。管板27至29也可借助未示出的管嘴与外壳2连接。管板27至29可布置为围绕对称轴6均匀分布。但是这并非绝对必要的。管板27至29也可布置为围绕对称轴6不均匀分布。每个间隔空间18至20可分配有至少一个管板27至29。但是这并非绝对必要的。下文将只讨论管板27。

管板27经由供给管线30和膨胀阀31与入口管嘴7流体连接。特别地，管束21的管(制冷剂K在管侧被引导通过这些管)经由管板27和供给管线30与入口管嘴7流体连接。膨胀阀31是所谓的焦耳-汤姆逊阀。流经管束21的冷却剂K经由供给管线30循环到入口管嘴7。与外壳2的内部空间5相比，该制冷剂在此处于更高的压力下。制冷剂K在膨胀阀31中膨胀，并作为两相流被供给到入口管嘴7。在膨胀时产生膨胀冷，该膨胀冷冷却制冷剂K。然后，利用该“更冷”的制冷剂K再次冷却管束21。

管24至26与管板27流体连接。沿着对称轴6观察，管板27设置在第一环形通道8与第二环形通道13之间。特别是，管板27设置在第一环形通道8下方和第二环形通道13上方。

与具有仅一个环形通道的热交换器相比，由此可行的是，缩短管24至26的长度。这就简化了热交换器1的可制造性。此外，通过设置两个彼此分离的环形通道8、13，可行的是，设计不同宽度的环形通道8、13。这一方面简化了制造，另一方面可减少液相KL在环形通道8、13中的积聚。

下文将解释热交换器1的功能。待液化的介质在管侧流经管束21。两相制冷剂K经由入口管嘴7被供给到第一环形通道8。在第一环形通道8中，液相KL与气相KG分离，方法是借助连接通道10至12将液相KL向下引出至第二环形通道13，并且气相KG向上逸出。可将气相KG向上或向下引出。例如，可经由管束21，将气相KG与液相KL一起向下引出。

第二环形通道13将液相KL均匀分配到分配器15至17上，这些分配器再向管束21喷洒液相KL。液相KL在外壳侧流经管束21，其中液相KL至少部分地蒸发。在此，从介质中提取热量。介质在此液化。蒸发的液相KL作为气相KG向上升起，并可将其向上引出。替代性地，也可将气相KG通过管束21向下引出。未蒸发的液相KL从管束21的底部流出，并可将其向下引出。

图3显示了借助缠绕式热交换器1在制冷剂K与介质之间交换热量的方法的一种实施方式的示意性框图。在步骤S1中，介质流经管束21。在步骤S2中，制冷剂K的液相KL借助第一环形通道8与气相KG分离。

在步骤S3中，液相KL借助连接通道10至12被传导到第二环形通道13。在步骤S4中，借助分配器15至17将液相KL均匀分配到管束21上，以便在制冷剂K与介质之间交换热量。步骤S1至步骤S4可同时执行。

尽管根据实施例描述了本发明，但可通过多种方式对本发明进行修改。

所用的附图标号

1 热交换器

2 外壳

3 基部部分

4 盖部分

5 内部空间

6 对称轴

7 入口管嘴

8 环形通道

9 液面

10 连接通道

11 连接通道

12 连接通道

13 环形通道

14 液面

15 分配器

16 分配器

17 分配器

18 间隔空间

19 间隔空间

20 间隔空间

21 管束

22 芯管

23 环形间隙

24 管

25 管

26 管

27 管板

28 管板

29 管板

30 供给管线

31 膨胀阀

d8 内径

d13 内径

g 重力方向

K 制冷剂

KG 气相

KL 液相

S1 步骤

S2 步骤

S3 步骤

S4 步骤

x x方向

y y方向

z z方向

Claims (15)

1.一种在制冷剂(K)与介质之间交换热量的缠绕式热交换器(1)，所述缠绕式热交换器具有：外壳(2)；管束(21)，所述管束布置在所述外壳(2)内并且能够供所述介质流经；第一环形通道(8)，所述第一环形通道布置在所述外壳(2)内并且围绕所述外壳一圈，用于将所述制冷剂(K)的液相(KL)与所述制冷剂(K)的气相(KG)分离；第二环形通道(13)，所述第二环形通道布置在所述外壳(2)内并且围绕所述外壳一圈，用于将所述液相(KL)均匀分配到所述管束(21)上，以便在所述制冷剂(K)与所述介质之间交换所述热量；和连接通道(10-12)，所述连接通道在所述第一环形通道(8)与所述第二环形通道(13)之间建立流体连接，以便将所述液相(KL)从所述第一环形通道(8)传导到所述第二环形通道(13)，其中沿着所述外壳(2)的对称轴(6)观察，所述第一环形通道(8)和所述第二环形通道(13)布置为彼此间隔开。

2.根据权利要求1所述的缠绕式热交换器，其中所述第二环形通道(13)包括几个分配器(15-17)，用于将所述液相(KL)均匀分配到所述管束(21)上，并且其中所述分配器(15-17)在朝向所述对称轴(6)的径向上比所述第二环形通道(13)更深入地伸入所述外壳(2)。

3.根据权利要求2所述的缠绕式热交换器，其中所述分配器(15-17)布置为围绕所述对称轴(6)均匀分布，并且其中在两个相邻的分配器(15-17)之间各自设置有一个间隔空间(18-20)。

4.根据权利要求2或3所述的缠绕式热交换器，所述缠绕式热交换器还包括几个连接通道(10-12)，其中每个分配器(15-17)分配有一个连接通道(10-12)。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的缠绕式热交换器，其中所述连接通道(10-12)与所述对称轴(6)平行。

6.根据权利要求1至5中的一项所述的缠绕式热交换器，其中所述第一环形通道(8)和所述第二环形通道(13)在朝向所述对称轴(6)的径向上以不同程度伸入所述外壳(2)。

7.根据权利要求6所述的缠绕式热交换器，其中所述第二环形通道(13)在朝向所述对称轴(6)的径向上比所述第一环形通道(8)更深入地伸入所述外壳(2)。

8.根据权利要求1至7中的一项所述的缠绕式热交换器，其中沿着重力方向(g)观察，所述第一环形通道(8)布置在所述第二环形通道(13)上方。

9.根据权利要求1至8中的一项所述的缠绕式热交换器，所述缠绕式热交换器还包括管板(27-29)，所述管板与所述管束(21)的管(24-26)流体连接，并且其中沿着所述对称轴(6)观察，所述管板(27-29)布置在所述第一环形通道(8)与所述第二环形通道(13)之间。

10.根据权利要求1至9中的一项所述的缠绕式热交换器，其中所述第一环形通道(8)和/或所述第二环形通道(13)各自完全围绕所述对称轴(6)一圈。

11.根据权利要求1至10中的一项所述的缠绕式热交换器，其中所述第一环形通道(8)和/或所述第二环形通道(13)各自在所述外壳(2)的盖部分(4)的方向上是开放的。

12.一种借助缠绕式热交换器(1)在制冷剂(K)与介质之间交换热量的方法，所述缠绕式热交换器包括：外壳(2)；管束(21)，所述管束布置在所述外壳(2)内；第一环形通道(8)，所述第一环形通道布置在所述外壳(2)内并且围绕所述外壳一圈；第二环形通道(13)，所述第二环形通道布置在所述外壳(2)内并且围绕所述外壳一圈；和连接通道(10-12)，所述连接通道在所述第一环形通道(8)与所述第二环形通道(13)之间建立流体连接，其中沿着所述外壳(2)的对称轴(6)观察，所述第一环形通道(8)和所述第二环形通道(13)布置为彼此间隔开，所述方法具有以下步骤：

a)用所述介质流经(S1)所述管束(21)，

b)借助所述第一环形通道(8)将所述制冷剂(K)的液相(KL)与所述制冷剂(K)的气相(KG)分离(S2)，

c)借助所述连接通道(10-12)将所述液相(KL)传导到(S3)所述第二环形通道(13)，以及

d)借助所述第二环形通道(13)将所述液相(KL)均匀分配(S4)到所述管束(21)上，以便在所述制冷剂(K)与所述介质之间交换所述热量。

13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述步骤d)中，借助所述第二环形通道(13)的几个分配器(15-17)将所述液相(KL)均匀分配到所述管束(21)上。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中在所述步骤d)中，所述液相(KL)在所述第二环形通道(13)中如此积聚，使得所述连接通道(10-12)在所述液相(KL)在所述第二环形通道(13)中的液面(14)下方通入所述第二环形通道。

15.根据权利要求12至14中的一项所述的方法，其中在所述步骤d)中，沿着重力方向(g)观察，借助所述连接通道(10-12)将所述液相(KL)从所述第一环形通道(8)中向下引出，并且其中沿着所述重力方向(g)观察，所述气相(KG)从所述第一环形通道(8)中向上排出。