热交换器制造技术

本发明专利技术公开了一种由多个非常薄的层形成的紧凑型热交换器，所述多个非常薄的层彼此固定并且经由增材制造形成。这种增材制造能够优化热交换器的流动通道的构造和这些流动通道的布置，以改进传热性能、提高对热应力和机械应力的抵抗性、以及用于基于诸如热交换器将处于的环境的其它因素进行优化。

heat exchanger

The invention discloses a compact heat exchanger formed by a plurality of very thin layers. The plurality of very thin layers are fixed to each other and are formed by a material increase. This material can optimize the structure of the flow channels of the heat exchanger and the layout of these flow channels to improve the heat transfer performance, improve the resistance to thermal stress and mechanical stress, and to optimize other factors based on the environment such as heat exchangers.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热交换器
所公开和要求保护的构思整体涉及紧凑型热交换器，并且更加具体地涉及通过增材制造形成的紧凑型热交换器。
技术介绍
热交换器典型地均包括接收处于第一温度的流体的热管段和接收处于第二较低温度的单独流体的冷管段，其中，热管段和冷管段相互处于传热关系中，以将热量从热管段中的流体转移到冷管段的液体中。虽然热交换器通常对其预定目的有效，但它们还是具有局限性。由于紧凑型热交换器涉及某些类型的界面(诸如，位于相对热的流体和相对冷的流体之间的由金属或其它导热材料形成的界面)，因此界面本身经受由两种流体之间的热差和压差两者引起的应力以及由于其他因素引起的应力。这些应力长期来看会对紧凑型热交换器的弹性有害。然而，目前的制造方法在经济有效地保护紧凑型换热器以避免由于这些应力而导致的弯曲和损坏方面取得了有限的成功。另外，任何给定的紧凑型热交换器的效率除其他因素外还取决于热管段和冷管段中的流动通道的构造。紧凑型换热器的已知的制造方法限制了构造通道可采用的方式，结果是紧凑型换热器具有有限的性能。因此期望进行改进。
技术实现思路
改进的热交换器由多个非常薄的层构成，这些层相互固定并且通过增材制造形成。这种增材制造使得能够优化热交换器的流动通道的构造和这些流动通道的布置，以提高传热性能、改善对热应力和机械应力的抵抗性、以及基于其他因素(例如热交换器将处于的环境)进行优化。因此，所公开和要求保护的构思的一个方面是提供一种由多个层形成的改进的热交换器，所述多个层经由增材制造而彼此固定。所公开和要求保护的构思的另一方面是提供一种具有针对传热进行优化的通道的热交换器。所公开和要求保护的构思的另一方面是提供一种改进的热交换器，所述热交换器的通道被优化以减小作用在通道上的热应力和机械应力。所公开和要求保护的构思的另一方面是提供一种改进的热交换器，所述热交换器由多个彼此固定的层形成，其中，层包括以下中的一个：小于热交换器的整个集管；芯部的一部分，其具有彼此流体隔离的第一通道的至少一部分和第二通道的至少一部分，或者具有通道的至少一部分和集管的至少一部分。因此，所公开和要求保护的构思的一个方面是提供一种改进的紧凑型热交换器，该紧凑型热交换器通常可以被描述为包括彼此固定并且一起形成芯部和集管设备的多个层，所述芯部在其中形成多条通道，所述多条通道包括多条第一通道和多条第二通道，所述多条第一通道的至少一部分定位成与所述多条第二通道的至少一部分成传热关系，所述集管设备包括至少第一集管，所述第一集管与所述多条通道中的至少一些通道流体连通，所述至少第一集管具有通道端和连接端，所述通道端定位成毗邻芯部，并且包括与所述至少一些通道直接流体连通的多个流动连接件，所述连接端具有开口，所述开口构造成与另一个流动结构流体连通地连接，所述至少一根集管包括流动通路，所述流动通路在通道端和连接端之间延伸并且使得所述多个流动连接件与所述开口之间能够流体连通。所述多个层中的至少一层是以下中的至少一种：通常可被描述为包括所述至少第一集管的一部分但小于整个所述至少第一集管的层，并且所述层在其中形成有流动通路的至少一部分；通常可被描述为包括芯部的至少一部分的层，所述层在其中形成有彼此流体隔离的第一通道的至少一部分和第二通道的至少一部分；通常可被描述为包括芯部的至少一部分的层，所述芯部在其中形成有多条通道中的至少一部分通道，并且该层还包括至少第一集管的一部分，而且该层在其中形成有流动通路的至少一部分。附图说明当结合附图阅读时能够从以下描述中获得对所公开和要求保护的构思的进一步理解，在所述附图中：图1是根据所公开和要求保护的构思的第一实施例的改进的紧凑型热交换器的透视图；图2是图1的热交换器的分解示意图；图3是图1的热交换器的处于传热关系的第一管段和第二管段的流体流动路径的视图；图4是沿着图1的线4-4剖切的典型截面图；图5是与图4类似的视图，只是还示出了根据所公开和要求保护的构思的第二实施例的改进的紧凑型热交换器的截面图；图6是与图5类似的视图，只是还示出了根据所公开和要求保护的构思的第三实施例的改进的紧凑型热交换器的截面图；图7是与图4类似的视图，只是还示出了根据所公开和要求保护的构思的第四实施例的改进的紧凑型热交换器的截面图；图8是根据所公开和要求保护的构思的第五实施例的改进的紧凑型热交换器的示意图；图9是图8的热交换器的端视图；图10是图8的紧凑型热交换器的流动通道的视图；图11是图10中示出的流动通道的另一视图；和图12是根据所公开和要求保护的第六实施例的改进的紧凑型热交换器的示意图。在整个说明书中相同的附图标记指代相同的零件。具体实施方式图1和图2中示出了根据所公开和要求保护的构思的第一实施例的改进的紧凑型热交换器4。紧凑型热交换器4通过增材制造形成。例如但不局限地，可以通过将连续的粉末状金属颗粒或其它类型的颗粒层彼此叠置并且选择性地将激光、离子束或其他形式的集中能量施加到每一层金属颗粒以使得某些金属颗粒熔融在一起和/或熔融到另一层来实施增材制造。在完成时，金属颗粒层的叠层常常包括已经熔合在一起以形成所得产物的一些金属颗粒和未熔合的其他金属颗粒。通过将一股压缩空气施加到金属颗粒层叠层上从熔融的金属颗粒中除去未熔化的金属颗粒，从而得到成品。如果需要，成品可以经由烧结或其他处理而进行进一步处理，以降低增材制造中固有的孔隙率。另一类型的增材制造包括使用多晶型粘合剂将金属粉末粘合在一起，然后通过烧结以将颗粒熔合在一起。存在其他这样的技术并且其他这样的技术同样可用于本申请中。如将在下面更详细阐述的那样，增材制造形成热交换器4的新颖和创造性应用有利地使热交换器4能够被构造成用于优化传热和/或优化对热应力和机械应力的抵抗性和/或进行其他优化。可以说改进的热交换器4包括作为增材制造工艺的一部分就地共同形成的芯部6和集管设备8。也就是说，热交换器4包括多个层，例如用图2中的数字12A、12B和12C表示的层，所述多个层彼此固定并且共同形成为单件式单元。应该理解的是，图2旨在示意性地表示热交换器4由多个层形成，并且所述多个层由层12A、12B和12C表示。然而，还应理解的是，使用增材制造将更典型地采用数量远大于均在图2中明确示出的三层的层。也就是说，层12A、12B和12C可能自身均包括大量单独层，所述大量单独层使用增材制造工艺各自熔合到其它层，因此图2中对层12A、12B和12C的描绘旨在仅仅说明增材制造工艺而非明确描述该工艺的性能。从图1和2可以理解的是，可以说芯部6包括由熔融的金属材料形成的芯部本体14，并且可以看到芯部本体14包括形成在其中的多条通道16。通道16典型地是细长的，并且通道16中的一些通道可以具有多于一个的伸长方向。通道16包括多条第一通道20和多条第二通道22，例如，所述多条第一通道20在图2中描绘为出现在层12A上，而所述多条第二通道22在图2中描绘为出现在层12B上。如将在下面更详细地阐述的那样，多条通道16能够可选地包括为其他目的而设置的多条其他通道16。如本文所采用的那样，表述“多个”及其变体应广义地指任何非零数量，包括数量为1的数量。可以说集管设备8包括如图1中用数字24A、24B、24C和24D表示的多根集管，应当注意的是，这样的集管可以单独地或共同地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧凑型热交换器(4)，包括：多个层(12A，12B，12C)，所述多个层彼此固定并且一起形成芯部(6)和集管设备；所述芯部具有形成在芯部中的多条通道(16)，所述多条通道包括多条第一通道(20)和多条第二通道(22)，所述多条第一通道的至少一部分定位成与所述多条第二通道的至少一部分成传热关系；所述集管设备包括至少第一集管(29A)，所述至少第一集管与所述多条通道中的至少一些通道流体连通；所述至少第一集管具有通道端(32A)和连接端(36A)，所述通道端定位成毗邻所述芯部并且包括多个流动连接件(44A)，所述多个流动连接件与所述至少一些通道直接流体连通，所述连接端具有开口(40)，所述开口构造成与另一个流动结构流体连通地连接，至少一根集管包括流动通路(38A)，所述流动通路在所述通道端和所述连接端之间延伸而且使得所述多个流动连接件与所述开口之间能够流体连通；并且所述多个层中的至少一个层是以下中的至少一种：包括所述至少第一集管的一部分但是小于整个所述至少第一集管的层，而且在该层中形成所述流动通路的至少一部分；包括所述芯部的至少一部分的层，所述芯部具有形成于其中的彼此流体隔离的第一通道的至少一部分和第二通道的至少一部分；和包括所述芯部的至少一部分且还包括所述至少第一集管的一部分的层，在所述芯部中形成所述多条通道中的通道的至少一部分，在该层中形成所述流动通路的至少一部分。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.25 US 14/865,7861.一种紧凑型热交换器(4)，包括：多个层(12A，12B，12C)，所述多个层彼此固定并且一起形成芯部(6)和集管设备；所述芯部具有形成在芯部中的多条通道(16)，所述多条通道包括多条第一通道(20)和多条第二通道(22)，所述多条第一通道的至少一部分定位成与所述多条第二通道的至少一部分成传热关系；所述集管设备包括至少第一集管(29A)，所述至少第一集管与所述多条通道中的至少一些通道流体连通；所述至少第一集管具有通道端(32A)和连接端(36A)，所述通道端定位成毗邻所述芯部并且包括多个流动连接件(44A)，所述多个流动连接件与所述至少一些通道直接流体连通，所述连接端具有开口(40)，所述开口构造成与另一个流动结构流体连通地连接，至少一根集管包括流动通路(38A)，所述流动通路在所述通道端和所述连接端之间延伸而且使得所述多个流动连接件与所述开口之间能够流体连通；并且所述多个层中的至少一个层是以下中的至少一种：包括所述至少第一集管的一部分但是小于整个所述至少第一集管的层，而且在该层中形成所述流动通路的至少一部分；包括所述芯部的至少一部分的层，所述芯部具有形成于其中的彼此流体隔离的第一通道的至少一部分和第二通道的至少一部分；和包括所述芯部的至少一部分且还包括所述至少第一集管的一部分的层，在所述芯部中形成所述多条通道中的通道的至少一部分，在该层中形成所述流动通路的至少一部分。2.根据权利要求1所述的紧凑型热交换器，其中，所述多条通道中的至少一些通道各自具有弓形周边(62)，所述弓形周边具有非圆形状。3.根据权利要求2所述的紧凑型热交换器，其中，定位成毗邻所述至少一些通道中的通道的另外通道具有另外弓形周边(263)，所述另外弓形周边的形状不同于所述非圆形状。4.根据权利要求1所述的紧凑型热交换器，其中，所述多条第一通道相互流体连通，所述多条第二通道相互流体连通，所述多条第一通道与所述多条第二通道流体隔离，所述多条第一通道中的至少第一通道定位成毗邻所述多条第一通道中的至少三条其它第一通道而且还定位成毗邻所述多条第二通道中的至少三条第二通道。5.根据权利要求1所述的紧凑型热交换器，其中，所述芯部包括壁(64)，所述壁位于所述多条第一通道的第一通道和所述多条第二通道的第二通道两者的侧部，并且所述壁在另一侧部处具有壁表面(68)，所述壁表面大致背朝所述多条第一通道和所述多条第二通道，所述壁表面和所述第一通道之间的壁最小厚度(76A)与所述壁表面和所述第二通道之间的壁最小厚度(76B)不同。6.根据权利要求1所述的紧凑型热交换器，其中，所述芯部包括固定在一起的多个芯部部分(507X，507Y)，所述多个芯部部分中的至少一些芯部部分均在其中形成多个通道部分(517)，所述多个通道部分包括多个第一通道部分和多个第二通道部分，每一个所述多个芯部部分的所述多个第一通道部分的第一通道部分首尾连接在一起以形成所述多条第一通道中的第一通道(516)的至少一部分，每一个所述多个芯部部分的所述多个第二通道部分的第二通道部分首尾连接在一起以形成所述多条第二通道中的第二通道的至少一部分。7.根据权利要求1所述的紧凑型热交换器，其中，所述至少第一集管包括多个流动导向件(54，56)，并且所述多条流动通路的流动通...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·阿拉法特，
申请(专利权)人：西屋电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US