热交换器制造技术

本文描述的是一种热交换器（1；1*；100），包括：‑管束（8），每个管在相应伸长方向（X1）上延伸并且限定沿着所述伸长方向延伸的用于工作流体的流动路径，其中，管束的每个管（8）能够供应有工作流体；‑由热传导材料制成的基体（6），所述基体（6）容纳所述束的管（8）并且构造成在使用中促进流动通过所述束的对应管（8）的工作流体之间的热交换；以及‑由布置在所述基体（6）周围的热绝缘材料制成的壳（4），其中：所述基体（6）由多个部段（10；10*）组成，所述多个部段（10；10*）布置成沿所述伸长方向（X1）对齐并且与横向于所述伸长方向（X1）延伸的热中断部（12）交替。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热交换器
本专利技术涉及热交换器。具体地，已经参照用于携带侵略性化学物种（例如，有毒和/或腐蚀性物种）的高压和高温流体的热交换器来研发本专利技术。现有技术和一般技术问题高压和高温流体（可能携带侵略性化学物种）需要明显专门构造的热交换器，通常是基于所谓的双管技术。上述技术设想了生产具有一对管状元件的热交换器，一个管状元件在另一个管状元件内部，热流体和冷流体在其中流动。然而，该技术很可能需要大量经济资源来生产和安装热交换器并且同样导致采用非常复杂的技术方案来补偿根据哪个流体通过每个管而导致的在内管和外管的轴向方向上的不同热膨胀。在传统双管热交换器或者管壳式热交换器（其在流体的高温条件下操作）的情况下，这会导致需要提供用于将内管和外管连接至将流体携带至热交换器的膨胀接头，或者否则需要提供昂贵的和复杂的浮动头。应该注意的是，热交换器必须由能够承受极高结构应力（热应力和机械应力）以及同时承受相同程度的化学性质的应力（腐蚀和脆化）的材料制成。因此，这些装置的生产并不完全简单并且在经济上甚至更为不利，因为仅对结构强度的保证就会使得需要采用非常大的壁厚，因此由于必须使用高强度钢，所以材料的成本成倍增加。由于需要采用高强度合金（诸如，Inconel825或者AISI316L钢）以便能够承受被暴露于遍布在流体流中的侵略性化学物种，所以热交换器在任何情况下均具有异常高的固有成本。此外，大的壁厚会使得需要通过如下方式来获得热交换器的管：通过移除单个铸造块的原料来进行机加工，或者否则通过研磨拉制的圆柱形管状元件。在任一种情况下，除了所有上述构造的复杂问题之外，所使用的材料和所涉及的壁厚很可能会影响机加工过程的成本到达如下的程度：对使用热交换器的工厂的总体经济具有不可忽略的影响。专利技术目的本专利技术的目的是克服先前提到的技术问题。具体地，本专利技术的目的是简化用于由侵略性化学物种组成的处于高压和高温下的流体的热交换器的生产，从而降低其生产成本并且防止由于热膨胀引起的失效。
技术实现思路
本专利技术的目的由具有形成所附权利要求的主题的特征的热交换器来实现，其构成本文所提供的关于本专利技术的技术教导的整体部分。本专利技术的目的由热交换器来实现，该热交换器包括：-管束，每个管在相应伸长方向上延伸并且限定在所述伸长方向上扩展的用于工作流体的流动路径，其中，所述束中的每个管可以供应有工作流体；-由热传导材料制成的基体（matrix），该基体容纳所述束的管并且构造成在使用中促进流动通过所述束的对应管的工作流体之间的热交换；以及-由布置在所述基体周围的热绝缘材料制成的壳，其中：所述基体由多个部段组成，该多个部段与横向于所述伸长方向延伸的热中断部交替。附图说明现在将参照附图对本专利技术进行描述，附图仅仅通过非限制性示例的方式提供，并且在附图中：图1是根据本专利技术的优选实施例的热交换器的透视图；图2是根据图1的箭头Ⅱ的前视图；图2A图示了管在热交换器内的可能布置；图3是根据图1的箭头Ⅲ的透视图，其图示了沿着纵向平面分段的热交换器；图4A和图4B图示了用在根据本专利技术的热交换器的基体中的第一部件和第二部件；图4C是根据本专利技术的热交换器的基体的一部分的分解视图，而图4D是图4C的部件被组装时的视图；图5、图6A和图6B图示了组成根据本专利技术的热交换器的另外的部件；图7用图表图示了本专利技术的技术优点；图8是根据本专利技术的另外的实施例的热交换器的基体的透视图，而图8A是根据图8的箭头Ⅷ/A的前视图；图9A和图9B分别是根据图8的基体和相同基体的变体的横截面视图，而图9C是热交换器的壳的分解视图；以及图10和图11是根据本专利技术的热交换器的透视图，其被设置为根据图9A或者图9B的热交换器的集合。具体实施方式图1中的附图标记1作为整体指示根据本专利技术的优选实施例的热交换器。热交换器1包括热交换芯2和由设置在热交换芯2周围的绝缘材料制成的壳4。热交换芯2继而包括由耐火材料制成的另外的壳5和基体6。基体6容纳包括多个管8的管束，每个管在相应伸长方向上延伸。在本文图示的优选实施例中，对于所有管8，伸长方向与热交换器1的由其纵向轴线X1确定的纵向方向相符。管8因此全部彼此平行。所述束的管8提供用于处于不同温度下的两种或者更多种热向量流体（thermovectorfluid）的流动路径且彼此呈热交换关系。这些流动路径在相应管8的伸长方向上扩展。在本文图示的优选实施例的情况下，流动路径的方向与热交换器的纵向方向X1相符。例如，在用仅仅两种热向量流体进行操作的情况下，管8的第一部分用作用于第一热向量流体的流动路径，而管8的第二部分（剩余部分）则用作用于第二热向量流体的流动路径。当然，根据每一单个路径的方向，能够引起逆流（通常是优选的）或者并流的操作。在其它实施例中，能够具有多于两种工作流体并且因此多于两个流动路径：这意味着所述束的管8的第一部分提供用于第一工作流体的流动路径，所述束的管8的第二部分提供用于第二工作流体的流动路径，所述束的管8的第三部分提供用于第三工作流体的流动路径等等。参照图2和图2A，管束中的管8优选地具有梅花状布置，在本文所考虑的实施例中，这对应于在正六边形（或者等效地，具有等边三角形网格的几何结构）的顶点和形心处的布置。注意，无论考虑何种布置，携带第一工作流体的管8（例如，热流体，管8H）和携带第二工作流体的管8（例如，冷流体，管8C）的分布都可以发生变化。例如，参照图2A-1，在等边网格的情况下，两个顶点可以由其中流动着热流体的管占据，而第三顶点则可以由其中流动着冷流体的管占据。其它布置是可能的，例如，图2A-2或者图2A-3的布置（与图2A-1的布置相同，除了围绕管8C的管8H的几何布置）：不一定存在优选布置，因为基体6的热传导性相对于管8的壁的热传导性来说是首要的，以致管的位置的可能差异由基体的极其高的（相对而言，假定与管的壁进行比较）热传导性来补偿。梅花状布置或者具有等边三角形网格的布置从构造立场来看被认为是优选的，但从功能立场来看，于是其就上文提到的相同原因而言则可能是不重要的：凭借基体6的高热传导性，其会使得各个管8之间的个体距离尽管潜在地不同但从对热传递的抵抗的立场来看是大体上等效的。参照图3，在附图中表示的实施例中，基体6由热传导材料（优选地为铜或者铝、或者合成金刚石）制成，并且包括多个部段10，多个部段10在纵向方向X1上依次布置并且与对应的热中断部12交替，热中断部12在横向于纵向方向X1的方向上扩展。通常，将部段10隔开的热中断部在横向于各个管8的伸长方向的方向上扩展：在当前的情况下（优选实施例），这等效于横向于方向X1的延伸，但在彼此不平行的伸长方向的情况下（无论是直线还是曲线），热中断部12在横向于每个伸长方向的方向上扩展。这可能会导致如下实施例：其中，热中断部按照仅仅横向于（正交于）仅一个伸长方向的方式扩展，还具有相对于其它伸长方向轴向扩展的分量，但即使对于热中断部具有多面体面的实施例，也会是这样以便局部地与每个伸长方向正交。在所图示的实施例中，热交换器1包括基体6，基体6具有十个部段10和九个热中断部12，其中，每个热中断部12将两个连续的部段10隔开。当然，部段10的数量取决于热交换器1的轴向长度，因为，如将在后文看到的，根据部段10被设想的目的，优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热交换器（1；1*；100），包括：‑管束（8），每个管在相应伸长方向（X1）上延伸并且限定沿着所述伸长方向（X1）延伸的用于工作流体的流动路径，其中，所述束的每个管（8）能够供应有工作流体，‑由热传导材料制成的基体（6），所述基体（6）容纳所述束的管（8）并且构造成在使用中促进流动通过所述束的对应管（8）的工作流体之间的热交换，‑由布置在所述基体（6）周围的热绝缘材料制成的壳（4），其中，所述基体（6）由多个部段（10）组成，所述多个部段（10）与横向于所述伸长方向（X1）延伸的热中断部（12）交替。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.29 IT 1020160000095661.一种热交换器（1；1*；100），包括：-管束（8），每个管在相应伸长方向（X1）上延伸并且限定沿着所述伸长方向（X1）延伸的用于工作流体的流动路径，其中，所述束的每个管（8）能够供应有工作流体，-由热传导材料制成的基体（6），所述基体（6）容纳所述束的管（8）并且构造成在使用中促进流动通过所述束的对应管（8）的工作流体之间的热交换，-由布置在所述基体（6）周围的热绝缘材料制成的壳（4），其中，所述基体（6）由多个部段（10）组成，所述多个部段（10）与横向于所述伸长方向（X1）延伸的热中断部（12）交替。2.根据权利要求1所述的热交换器（1；1*；100），其中，每个管（8）的所述伸长方向是所述热交换器（1）的纵向方向（X1），其中，所述基体（6）的所述多个部段（10）布置为沿着所述纵向方向（X1）对齐并且与横向于所述纵向方向（X1）延伸的热中断部（12）交替。3.根据权利要求1或2所述的热交换器（1；1*；100），其中，所述基体（6）是所述热交换器（1）的热交换芯（2）的一部分，所述热交换芯（2）在由热绝缘材料（4）制成的所述壳的内部，所述热交换芯（2）包括所述基体（6）、所述管束（8）以及由耐火材料（5）制成的另外的壳。4.根据权利要求1至3中任一项所述的热交换器（1；1*；100），其中，所述基体（6）的每个部段（10）具有包括模块化元件（14、16）的堆的模块化构造。5.根据权利要求4所述的热交换器（1），其中，模块化元件的每个堆包括彼此依次布置的第一模块化元件（14）、两个第二模块化元件（16、16）、以及另外的第一模块化元件（14），其中：-每个第一模块化元件（14）是由热传导材料制成的板，所述板包括在其单个面上的一个或更多个轴向沟槽（14A），以及-每个第二模块化元件（16）是由热传导材料制成的板，所述板包括与其第一和第二相对面相对应的轴向沟槽（16A）。6.根据权利要求5所述的热交换器（1），其中，所述第一模块化元件（14）包括第一数量的轴向沟槽（14A），而所述第二模块化元件（16）包括：-在所述第一面上的所述第一数量的轴向沟槽，以及-在所述第二面上的第二数量的轴向沟槽，所述第二数量等于所述第一数量加一个单位，以致当使所述第一和第二模块化元件（14、16）的具有相等数量的轴向沟槽（14A、16A）的面并置时，获得沿着所述纵向方向（X1）定向的孔的梅花状布置，其中，每个孔构造成用于容纳所述束的管（8）。7.根据权利要求5所述的热交换器（1），其中，每个热中断部包括彼此依次布置的第一部分（12A）、两个第二部分（12B、12B）、以及另外的第一部分（12A），其中：-每个第一部分（12A）是由热绝缘材料、优选地为氧化铝制成的板，所述板具有在其单个侧上包括一个或更多个凹口（120）的周界，-每个第二部分（12B）是由热绝缘材料、优选地为氧化铝制成的板，所述板包括与所述周界的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A布鲁卡托，G卡普托，G图米内里，G图佐利诺，C加图索，R瑞佐，
申请(专利权)人：阿基米德有限责任公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT