热交换器的制造方法
【专利说明】热交换器
[0001 ] 本申请是国际申请日为2008年7月4日、国家申请号为200880024483.1、发明名称为“热交换器”的发明申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种用于流体之间的热交换的热交换器。
【背景技术】
[0003]US-A-3，648，768披露了一种塑性材料制成的热交换器元件，其包括多个平行管道，这些管道具有连接板，这些连接板使得管道横向地分开，这些元件可以制造为单件。该文献称，元件应被设计为具有用于所有应用目的的固有静态稳定性，更具体的是具有足够的弯曲强度以允许元件在它们的端部处被支承时跨过几米而没有弯曲。当该类型的多个元件组合以便形成较大的热交换块，使用间隔构件，其相对侧顺应两个相邻热交换器元件的每一个的一侧的轮廓。这些间隔构件可以例如胶合或焊接至相应元件。也可以使用诸如铆钉、螺钉和拉杆这样的机械连接机构。通过切掉连接板的端部，元件可以连接至集管，从而短的独立管道端部从连接板的其余主体突出。这些管道端部利用短接头可适配到集管的孔中或锚定在其中。由于此设计，包括具有多个该类型元件的热交换块的该已知热交换器是交叉流热交换器。
[0004]该已知装置的明显缺点在于，即使元件被称为是薄壁的，在工业级别的热交换器中仍然需要相对较厚的壁，由此严重限制流体之间的热传递。此外，尽管元件可以被制造为单件，仍需要通过(物理)化学手段或通过机械手段的人力操作来将多个元件组装为大的热交换块。
[0005]此外，紧凑的逆流热交换器例如由US2005/0217837已知。在该已知热交换器中，多个纵向延伸且平行运送流体的管子设置为彼此热接触。根据该公开内容，每个管子具有至少一个弯曲部，其与紧邻的管子中的弯曲部相适。所有的管子被单独地制造并然后利用例如Ag基合金钎焊而组装在一起。在使用期间，第一热交换流体沿与第二热交换流体的方向相反的方向流动通过任意一个管子，该第二热交换流体流动通过紧邻的管子。以此方式，在第一和第二热交换流体之间获得了逆流热交换关系。通过该文献说明书的记载，明显的是，这样的紧凑逆流热交换器明显适用于航空航天动力发电系统。在该已知的装置中，热交换器管子由不锈钢制成。
[0006]US 2005/0217837中由金属制成的热交换器经历积垢。此外，制成热交换器通道的金属的腐蚀可导致问题，问题大小取决于热交换的流体的性质。通过使用更贵更抗腐蚀的金属或合金可以实现关于腐蚀的改进，这些合金例如是不锈钢。
[0007]美国专利N0.4，733，718披露了一种热交换器本体或蓄热器本体，其适于根据同流换热器或再生器原理的应用。这样的本体包括堆叠的挤压中空腔室板，这些板由塑料制成并具有平滑的外壁和连接板，该连接板将外壁连结为单件。其描述了塑料必须能够抵抗在使用中将流动通过中空腔室板构成的腔室的介质。塑料的软化温度应该在最高操作温度之上。据称，由堆叠的独立中空腔室板构成的该已知热交换器本体的优点是，构造成本和费用很低。在该文献中的单独的中空腔室板的例子包括四个相邻中空腔室构成一排的塑料本体。多个这些板可以被堆叠以形成热交换器本体。这些板在其前表面区域中的连结可通过焊接、胶合或例如使用夹紧元件的机械方式实现。与板的前表面的外表面中的凸起和/或凹陷协作的互锁元件是优选的。该已知热交换器的缺点涉及影响热传递的双壁厚度，正方形横截面成为密封问题和在单独供给腔室中可遭遇的困难的根源。此外，尽管可以容易地制造单个板，将多个元件组装为堆叠构造是耗费劳动的。如果互锁部件在板中存在，板的制造过程可变得更加复杂。
[0008]WO 2005/071339披露了一种用于油和水之间进行热交换的热交换器。该已知装置的实施例包括多排互连模块。每个模块包括具有翼片的纵向管子和两个径向设置的连接器，所述连接器允许将多个模块组装为一直线排的模块。间隔板设置为在互连模块的排之间的支承件。第一流体流动通过纵向管子，而第二流体在热交换器的模块和壳体和/或间隔板之间的空间中流动。
【发明内容】
[0009]明显的是，上述的设计和组装过程是复杂、繁重、耗费劳力、耗时并由此是昂贵的，相对于其最终的热传递特性提供次优的最终产品。
[0010]本发明的目的是消除这些问题的一个或多个。
[0011]更具体地，一个目的是提供一种热交换器，由于塑性材料有利的抗积垢和抗腐蚀特性，尽管其导热特性较差，热交换器优选地由塑性材料制成，其允许总强度的改善，以便在热传递的角度上保持较小的壁厚度。
[0012]另一目的是提供一种热交换器，其具有稳定和强固的构造，其中，热交换器的稳定性和强度主要通过总体设计获得，并相较于总体设计，热交换器的稳定性和强度较小程度地依赖于构造材料的特性和厚度。
[0013]又一目的是提供一种热交换器，其容易制造，特别是由模块化部件组装并如果需要的话可以拆卸。
[0014]再一目的是提供一种热交换器，其具有高的热传递面积与体积比(m2/m3)。
[0015]再一目的是提供一种工业级别热交换器，其允许使用腐蚀性介质作为热交换流体，诸如海水，并减小积垢的风险。
[0016]根据本发明，提供了一种用于在流体之间进行热交换的热交换器，包括具有用于每个流体的入口和出口的壳体，用于每个流体的入口和出口通过流动路径彼此连接，第一流体的流动路径包括多个热交换模块，所述模块包括至少一个纵向中空管子，其中，所述多个模块以阵列构造设置，该阵列构造包括至少两列纵向管子和至少两排纵向管子，其中，一个模块设置有至少一个连接器，用于连接至相邻模块的协作连接器，从而包封在相邻模块之间的空间限定用于第二流体的流动路径，其平行于用于第一流体的流动路径。在根据本发明的热交换器中，多个模块设置在具有用于每个流体的入口和出口的壳体中。模块包括至少一个纵向中空管子。并且，所述各管子一起建立了从相应入口到协作出口的用于第一流体的流动路径，该入口和出口是流体连通的。模块还设置有至少一个连接器，用于连接至相邻模块，该相邻模块也设置有与上述第一连接器协作的适当连接器。由于这些协作连接机构，根据本发明的热交换器可以由多个模块容易地制造。此外，允许在故障时容易更换。
[0017]有利地，每个模块设置有一个或多个连接器，优选地与纵向管子一体，该连接器用于连接至每个相邻模块的协作连接器。在该实施例中，最终的阵列构造是自支持结构。在另一优选实施例中，模块以阵列构造设置，从而纵向管子的外壁和两个或更多模块(优选为四个)的连接器包封沿模块的纵向管子方向延伸的空间。由于阵列中的模块之间的三维连接，其强度和稳定性较高。因此，纵向管子的壁厚度较低，由此将热传递特性保持在有利水平，即使模块由具有低的热传导系数的初始材料(诸如塑料)制成也是如此。不同模块的协作连接器是分隔件，其使形成用于第二流体的流动路径的相邻空间分开。这样的流动路径将用于所述第二流体的入口和出口流体地连接。由于在使用期间，同一第二流体在基本相同的流动条件下在连接器的不同侧流动，这些连接器不需要沿纵向方向的密封机构。纵向管子的外壁形成密封阻隔部，其使进行热交换的第一和第二流体分开。由于该设计，其中，用于第一流体的纵向管子在所有侧上被用于第二流体的空间(一个或多个)围绕，因此可以获得具有高的热传递面积与体积比(m2/m3)的紧凑热交换器。此外，与需要用将多个模块联接的耗费劳动的方法的热交换器相比，制造成本可以保持在低的水平。
[0018]有利地，在根据本发明的热交换器中使用的模块由塑料制成为单件，优选地由热塑性材料制造，更优选地通过挤压制造。