热交换器芯部制造技术

本发明专利技术公开了一种使用扩散接合的板的热交换器芯部以及使用该芯部的热交换器。该热交换器芯部包括第一和第二组相互交替放置的、分别用于承载第一和第二热交换流体的板，该板相互结合并且每个组中的每个板在其一个表面上形成有至少三个薄层，每个薄层由平行通道组构成。延伸穿过该第一和第二组板的端口，用于相对所述薄层来回传输所述第一和第二热交换流体，以及将每个板中的每个薄层的相对端连接于相关联的端口的分配通道。与第一组的板中的每个薄层相关联的分配通道和与第二组的板中的每个薄层相关联分配通道交错设置，由此第一组的板中的每个薄层与第二组的板中的相应薄层并列设置以进行热交换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种热交换器芯部，这种类型的热交换器芯部由多个接合板构成，其中至少一些板中具有用于热交换流体(即，液体和/或气体)的通道。
技术介绍
本专利技术所涉及的热交换器芯部有时指代为印刷电路热交换器(“PCHE”)芯部，最初是由本专利技术人早在八十年代开发的，并且自从1985年以来一直投入商业生产。PCHE芯部最通常是通过下述方式构造而成的，即，将具有所要求形状和外形的通道蚀刻入各个板的一个表面并且通过层叠以及扩散接合(diffusion bonding)所述板以形成具有具体应用所需尺寸的芯部。虽然板和通道的尺寸可进行显著地改变以满足例如不同的工况、环境、功能以及性能的需要，但是一般情况下所述板可由诸如不锈钢的耐热合金形成并采用尺寸600毫米宽×1200毫米长×1.6毫米厚。一般情况下，各个板中的各个通道可具有半圆形的横截面以及大约1.0毫米的径向深度。头部安装于芯部从而向芯部中的各个通道组供应并从其中接收流体，并且头部可根据例如功能要求和通道端口布置而连接于芯部的六个侧面和表面中的任何两个或多个。PCHE芯部的设计，或者更具体地说，结合有这种芯部的热交换器需要协调大量的(有时是冲突的)因素，在本专利技术的上下文中包括下述内容1.在允许的压降内获得所需的热效用(边界温度)，2.最大限度地减小热交换器的尺寸和/或重量，以及3.为芯部设置适合的形状和/或为通道组设置合适的端口布置从而有利于使用传统管道/连接布置方式下的热交换流体的方便的连接。在研究满足这些要求的途径的过程中，本专利技术人近期决定，为了实现在给定情况下为满足特定工况需求所需的热交换面积的最小化，有必要提供具有高曲折程度的板通道。不过，沿其长度构造成具有高曲折程度的通道必须短于具有低曲折程度的通道，从而满足压降的约束条件。在交叉流动热交换器的情况下，缩短通道一般不会产生明显问题。不过，这将会导致在更常用的同向流动和逆向流动热交换器中热交换/板面积利用率的下降，该同向流动和逆向流动热交换器不可避免地具有至少一些有效地结合了交叉流动通道以导引液体流入和流出正交延伸的同向流动和逆向流动流体通道的板(一般情况下占板总数的50％至100％)。也就是，如果同向流动和逆向流动流体通道的长度被减小，那么由交叉流动通道占据的面积将会相对于由同向流动和逆向流动通道占据的面积而有所增加。如果要保持较常用的面积相对比，那么这种情况将导致需要具有更大的长宽比的板，加之需要较短的通道，那么逻辑上就需要比习惯上用于PCHE芯部的板更小的板。这又会导致使用传统管道/连接布置方式连接热交换流体的困难。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种热交换器芯部而寻求调和上述冲突的需求的方案，该热交换器芯部包括第一和第二组相互交替放置的、分别用于承载第一和第二热交换流体的板。该板相互结合并且每个组中的每个板在其至少一个表面上形成有至少三个薄层，每个薄层由平行通道组构成。延伸穿过该第一和第二组板的端口，用于相对所述薄层来回传输所述第一和第二热交换流体，以及将每个板中的每个薄层的相对端连接于相关联的端口的分配通道。与第一组的板中的每个薄层相关联的分配通道和与第二组的板中的每个薄层相关联分配通道交错设置，由此第一组的板中的每个薄层与第二组的板中的相应薄层并列设置以进行热交换。在说明与第一组的板中的每个薄层相关联的分配通道和与第二组的板中的每个薄层相关联分配通道“交错设置”时，意味着各个分配通道相互“越过”而非连通。因此，在本专利技术中，术语“交错”的意思为相互“越过”，而不是相互“穿过”。在上述芯部结构中，一组薄层设置于多个方便尺寸的较大板的每个中，每个薄层的长度可选择为有利于构成薄层的平行通道中的高弯曲程度，因此，使板的热交换面积实现优化。本专利技术的可选方案热交换器芯部可构造成通过每组中至少一些板承载多于一个流体而在三个或更多流体之间提供热交换。不过，对于本专利技术的许多(如果不是大多数)应用场合来说，热交换器芯部仅提供第一和第二热交换流体之间的热交换。两组板中的一组或另一组的至少一些板可在两个表面形成有薄层。不过在这种情况下，间隔板也需要交替放置入芯部的板中，从而防止不同热交换流体之间的接触。不过，理想的是每个组中的每个板只在其一个表面上形成薄层。形成薄层的多个通道组中的每个通道可形成为使沿着通道的液体流弯曲(即，形成弯曲的路线)。这可通过各种方式实现，其中一种方式就是将每个通道沿之字形路线形成。使用如此形成的通道，表述“平行通道”可被理解为包括如下通道布置即通道的平均路线相互平行。虽然如上所述，每个板将承载最少三个薄层，但是一般情况下每个板上会有三至三十个薄层。而且，薄层可布置成两栏，在这种情况下，在每个板上可具有总共六至六十个薄层。每个薄层中的通道可形成为纵向向延伸过所述板，在这种情况下，端口可跨过板的上和底边缘部分进行排列。不过，在理想情况下通道形成为横向跨过板延伸，并且端口沿板的边缘侧部分排列。在平行通道组布置为两个栏的情况下，如上所示作为一种可能的情况，端口可以以四个栏纵向排列于板上。可选择地，如果端口的中间列用于相对延伸的平行通道组，那么端口将以三个栏纵向排列于板上。端口可形成为开孔，并且所有的端口可完全位于板的边界中。不过，在端口邻近板的(侧面或端面)边缘部分时，这种端口的一些或者所有可形成为侧入或者端入狭缝。分配通道从端口的一边缘部分开始延伸以连接薄层，该端口的边沿部分可与形成薄层的平行通道成直角(即，平行于薄层的端部)，或者，在圆形端口的情况下，可以是弯曲的。不过，较理想的是，有分配通道从其开始延伸的每个边沿部分相对于薄层倾斜地设置，从而最大限度地增加分配通道从其开始放射的该边沿长度。板可以使用大量加工方法中的任一个相互接合，诸如焊接、铜焊或者扩散接合。本专利技术将通过对使两个热交换流体实现逆向流动的热交换器芯部的优选实施例进行下述说明而更加完整地得以理解。下面将结合附图进行说明。附图说明在附图中图1A示出了基础芯部的示意图，图1B示出了从芯部拆下的两个具有三个板的组，图1C示出了图1B所示的相应组中的单个板，图2较为实际地示出了使用较大量板的芯部的示意图，图3示出了从图2的芯部拆下的两个连续板，图4示出了图3的板的一部分的放大比例的图，图5示出了备选芯部布置的两个连续板的示意图，图6示出了结合有图5的板的芯部的前表面，图7示出了图6的芯部的后表面，图8较为实际地示出了从图6和7的芯部拆下的板中的一个的下端部的示意图，图9示出了从图6和7的芯部拆下的板中的一个后续板的下端部，图10示出了结合有图6和7所示的类型的两个芯部的完整热交换器的上部的(概括的)透视图，但是为了说明的目的而拆下了一些头部，图11示意性地示出了包含八个热交换器的圆柱形容器的端部视图，每个交换器包含三个上述类型的线性成组的芯部，图12再次示意性地示出了热交换器中的一个在经受热感应扭曲时如图11的箭头12-12的方向所见的平面图，以及图13和14示出了与图12视图类似的视图，但是具有不同成组布置的热交换器芯部。具体实施例方式如图1所示，热交换器芯部10包括在端板13和14之间面对面接触地扩散接合的多个板11和12。所有的板11和12可由不锈钢制造并且其厚度大约为1.6毫米。板11和12层叠为由相互交替放置的板P1、P2、P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热交换器芯部，包括：ａ）第一和第二组相互交替放置的、分别用于承载第一和第二热交换流体的板，所述板相互接合并且每个组中的每个板在其至少一个表面上形成有至少三个薄层，每个薄层由平行通道组构成，ｂ）延伸穿过所述第一和第二组板的 端口，用于相对所述薄层来回传输所述第一和第二热交换流体，以及ｃ）将每个所述板中的每个薄层的相对端连接于相关联的端口的分配通道，与所述第一组的板中的每个薄层相关联的分配通道和与所述第二组的板中的每个薄层相关联分配通道交错设置，由此所述 第一组的板中的每个薄层与所述第二组的板中的相应薄层并列设置以进行热交换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼M约翰斯顿，
申请(专利权)人：梅吉特英国有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]