板式热交换器和制造板式热交换器的方法与流程
本发明涉及板式热交换器和制造板式热交换器的方法。
背景技术：
在板式热交换器中，许多热传导板形成叠堆。在热传导板之间，形成用于引导吸热介质和放热介质的通路。在这些板之间，设置用于将这些板保持预定距离并且形成通路的分隔件。例如，在欧洲专利ep1373819中，描述了一种板式热交换器，其中，在热传导板之间布置内分隔元件和外分隔元件。通过将分隔元件彼此焊接，将分隔元件焊接到热传导板以及将入口接合通路和出口接合通路焊接到叠堆，形成自支撑的气密结构。在欧洲专利ep1373819中描述的热交换器中的致密焊接造成叠堆中的残余应力高。这会造成裂缝，还有其他。因此，叠堆的抵抗力会变弱并且板式热交换器的耐久力显著减弱。
因此，需要相比于现有技术的热交换器具有提高的耐久性的板式热交换器和用于制造板式热交换器的方法。特别地，需要在各个板内和各个板之间的残余应力减小的板式热交换器和用于制造板式热交换器的方法。
技术实现要素：
根据本发明的一方面，提供了一种板式热交换器，该板式热交换器包括由热传导板构成的叠堆。每个热传导板在大致平面上延伸并且包括四个边缘部分。在所述热传导板之间布置有第一流动通路和第二流动通路，其中，每个第一流动通路被设置用于第一流体的贯通流动并且每个第二流动通路被设置用于第二流体的贯通流动。用于所述第一流体和所述第二流体中的一种流体的所述第一流动通路经由能与所述板式热交换器的入口端口和出口端口连接的第一入口开口和第一出口开口。在根据本发明的热交换器中，成对的热传导板形成单元。所述单元包括布置在所述热传导板之间的内分隔元件。所述内分隔元件沿着所述四个边缘部分延伸，以使用于所述第一流体和第二流体中的所述一种流体的所述第一入口开口和所述第一出口开口敞开。所述单元还包括外分隔元件，所述外分隔元件沿着所述四个边缘部分中的至少两个、在所述热传导板的彼此背离的侧面中的至少一个侧面布置并且焊接到所述热传导板中的至少一个热传导板。所述单元彼此抵着(优选地在彼此顶部)堆叠并且借助所述外分隔元件通过焊接而接合在一起。由此，根据如以下将更详细描述的各个单元的构造，可将外分隔元件彼此焊接或将其焊接到热传导板。
所述板式热交换器还包括覆盖板，所述覆盖板用于覆盖由所述热传导板构成的所述叠堆的侧面。所述覆盖板覆盖由所述热传导板构成的所述叠堆的两个第一侧，并且为由所述第一入口开口形成的入口端口片段和由所述第一出口开口形成的出口端口片段留出中断。所述单元的包括所述第一入口开口或所述第一出口开口的所述两个第一侧包括设置在所述热传导板之间用于所述第一流体和所述第二流体中的所述一种流体的泄漏通道。泄漏通道是除了由所述第一入口开口和所述第一出口开口提供的通道之外另外提供的。
已经发现，板式热交换器的叠堆中、用于同一流体的通路中的小泄漏没有或没有显著地改变热交换器的性能。特别地，用于高温应用(其中，在两种流体中的一种流体可具有高达大约1000摄氏度)的热交换器中，已经发现，提供小泄漏并没有使性能降低或者没有显著降低。因将热交换器的元件的彼此焊接较少，可简单地提供并且优选地提供泄漏通道。因此，热交换器的制造过程会变得更快，更具成本效益。另外，因热交换器的元件的焊接较少，可设置叠堆的不太刚性的设置，使得在制造期间存在或者在使用期间造成热交换器的元件的内部和之间有较小的残余应力。因此，正在叠堆中形成的裂缝的风险可以降低，焊接接头失效的风险同样可降低。特别地，由于裂缝往往会以不可控方式放大并且通常允许不同流体的混合物流入热交换器，因此避免裂缝会提高可靠性。
根据本发明的板式热交换器具有比整体焊接叠堆高的耐久性，这样会导致根据本发明的热交换器的操作寿命更长。
针对流体中的一种来限定板式热交换器的单元设置，其中，流体中的一种可以是第一流体或第二流体中的一种。优选地，第一流体是气体。优选地，第一流体是吸热流体或冷流体。优选地，第二流体是气体。优选地，第二流体是放热流体或热流体。热流体的温度可高达大约1000摄氏度，例如，可在600摄氏度和950摄氏度之间。
泄漏通道可沿着所述热传导板的位于所述单元的包括所述第一入口开口或所述第一出口开口的所述两个第一侧的两个边缘部分，布置在所述热传导板和所述(内)分隔元件之间。
优选地，沿着所述单元的包括所述第一入口开口或第一出口开口的整个两侧不存在焊接接头。优选地，沿着热传导板的位于包括所述第一入口开口或第一出口开口的两个第一侧的整个两个边缘部分不存在焊接接头。板的“整个”边缘部分在本文中被理解为包括整个边缘部分减去拐角部分，沿着两个边缘部分布置的分隔元件和热传导板的另外两个边缘部分在所述拐角部分处相会。另外，优选地，覆盖板的拐角部分焊接于叠堆。
优选地，沿着热传导板的边缘部分和内分隔元件没有焊接接头不排除沿着这些边缘部分、在热传导板和内分隔元件之间的任何焊接接头。然而，固定装置可被设置成支持单元或整个叠堆的制造，以防止叠堆的元件移位。这种固定装置可以是点焊接头。点焊接头是非常少且局部化的焊接接头，局部化的焊接接头可被设置用于在制造时将热传导板和内/外分隔元件相对固定。其他固定装置可以是可施加在热传导板和分隔元件之间的粘合剂。粘合剂可具有在热交换器的热操作条件下被消耗的优点。可在焊接之前通过诸如夹持力的外力，将一个单元、许多单元或整个叠堆的组装元件固定，以抵抗相对位移。
所述单元的包括所述第一入口开口或所述第一出口开口的所述两个第一侧中的所述泄漏通道每个的大小可使得与覆盖所述单元的所述两个第一侧的所述覆盖板结合时，通过所述两个第一侧中的每侧的泄漏通道的泄漏量大于所述第一流体和所述第二流体中的所述一种流体通过布置在所述单元的所述两个第一侧中的对应的第一入口开口或第一出口开口的流体积的0％。
所述单元的包括所述第一入口开口或所述第一出口开口的所述两个第一侧中的泄漏通道每个的大小可使得与覆盖所述单元的所述两个第一侧的所述覆盖板结合时，通过所述两个第一侧中的每侧的泄漏通道的泄漏量的最大值是所述第一流体和所述第二流体中的所述一种流体通过布置在所述单元的所述两个第一侧中的对应的第一入口开口或第一出口开口的流体积的1％，优选地，最大值是流体积的0.5％(例如，0.1％或0.2％)。
因此，在根据本发明的热交换器中，所述叠堆的包括所述第一入口开口或所述第一出口开口的两个第一侧中的整体泄漏通道的大小使得与覆盖所述叠堆的所述两个第一侧的所述覆盖板结合时，通过所述叠堆的所述两个第一侧中的每侧的整体泄漏通道的泄漏量的最大值是所述第一流体和所述第二流体中的所述一种流体通过所述叠堆的所述两个第一侧中的对应的第一入口开口或第一出口开口的流体积的1％，优选地，最大值是流体积的0.5％(例如，0.1％或0.2％)。虽然最大泄漏量可穿过热交换器叠堆的侧面，但最大泄漏量仍保留在热交换器中。优选地，意外离开热交换器朝向环境的流体流是零或不可检测地低。
通过所述单元的包括第一入口或第一出口开口的两侧和特别地通过整个叠堆的侧面的泄漏量或泄漏流体积被限定并且取决于泄漏通道的大小。由于覆盖板覆盖叠堆的侧面，导致覆盖板的紧密安装会限制或妨碍泄漏流，使得总泄漏量可以是泄漏通道与覆盖板的组合。因此，此组合可包括在第一入口开口或出口开口侧面的热交换器叠堆和覆盖板之间的间隙大小。
优选地，覆盖板没有被焊接到叠堆的侧面，除了沿着热交换器叠堆的边缘或拐角部分的流体密封(优选地，气密)焊接外。优选地，热交换器叠堆和覆盖板提供覆盖板与叠堆的侧面的齐平布置。
选择泄漏通道的大小和覆盖板的布置，以限定对于热交换器的优良性能而言可接受的最大泄漏量。已经发现，如果热交换器的泄漏通道和间隙被选定为在以上给定的泄漏量内，则热交换器的性能降低最大5％，通常，性能降低不足2％或不足1％，特别地，不足0.2％，或不足0.1％。还已经发现，可使用诸如激光焊接工具的传统制造工具来实现以上给定泄漏量内的泄漏通道和间隙，并且以上给定泄漏量内的泄漏通道和间隙允许下制造方便地保持制造容差的热交换器叠堆。
泄漏通道的大小可在0.005毫米和1.2毫米之间(优选地，0.01毫米和0.8毫米之间)的范围内。
热交换器叠堆和覆盖板之间的间隙可在0.1毫米和5毫米之间，优选地，0.2毫米和3毫米之间，例如，2至3毫米之间。
已经发现，具有以上给定范围内的泄漏通道和间隙的热交换器可实现以上给定范围内的泄漏量，因此允许制造具有如以上提到的范围内的性能降低的热交换器。
叠堆中的流体沿着叠堆在其相应的流动通路中，基本上处于同一压力水平，优选地，处于大气压下，并且在叠堆中的相同或相似位置，处于大致相同的温度水平。因此，离开单元的泄漏流有可能会从叠堆中的一个单元传递到另一个单元，但只传递到单元的用于同一流体的通路。通过热传导板和用于第二流体的第二通路的外分隔元件以及热传导板和单元的两个第二侧的内分隔元件的流体密封(优选地，气密)焊接，使得不可能进行或避免了从第一流体到第二流体的流体传递。
由于可仅仅在同一流体内出现从一个单元到另一个单元的泄漏，因此分别地对于热交换器或热交换器的热交换功能，流体没有损失。
优选地，按泄漏通道的大小来选择和改变泄漏量。例如，可通过选择沿着热传导板的边缘部分与热传导板基本上齐平布置的分隔元件来提供小泄漏量。因没有将热传导板和内分隔元件焊接在一起，在热传导板和内分隔元件之间形成小泄漏通道。例如，可在单元的包括第一入口开口和第一出口开口的两侧的分隔元件和热传导板之间设置隙缝。由于热传导板和分隔元件的接触区域未被焊接以及制造和安装容差，导致会存在隙缝。还可通过分隔元件的形式来限定隙缝或通道的形式。例如，可通过选择具有没有与热传导板的边缘部分的平面精确或完全对应的形式(例如，没有精确的平面形状)的分隔元件来提供泄漏量。在安装此分隔元件和热传导板时，这两个元件没有在布置分隔元件的整个长度上接触。热传导板和分隔元件可只在个体位置接触。在这些位置之间，形成能以不同方式选择的大小的泄漏通道。
分隔元件可以例如是矩形的纵向分隔元件，在本领域中，已知是热传导板之间的分隔件。然而，内分隔元件可被构造成还能布置在入口开口和出口开口中。内分隔元件可包括诸如例如ep1373819中描述的内分隔元件的开口部分。在ep1373819的热交换器中，内分隔元件沿着热传导板的整个边缘部分布置。内分隔元件的开口部分分别布置在入口部分或出口部分中。
沿着热传导板的整个边缘部分布置的分隔元件优选地具有沿着整个边缘部分的规则形状。这样有助于制造分隔元件，特别地，也有助于制造内分隔元件。
例如，内分隔元件可以是布置在第一入口开口和第一出口开口中的波纹片的形式。内分隔元件优选地沿着热传导板的整个边缘部分布置，从而形成位于单元的包括入口开口和出口开口的两侧的内分隔元件。波纹片的起伏和热传导板之间的间隔处于热交换器的入口端口片段的第一入口开口形成部分处和出口端口片段的第一出口开口形成部分处。
还可按内分隔元件的材料或材料构成来设置泄漏通道。例如，通过提供透气分隔元件，通过内分隔元件的材料(例如，开孔的透气材料(例如，金属泡沫))的开口结构来形成泄漏通道。
例如，还通过提供穿过内分隔元件的通道来提供穿过内分隔元件的泄漏通道。如果此分隔元件还应当布置在入口开口或出口开口中，则在分隔元件的布置在入口开口或出口开口中的该部分中，例如，与分隔元件的布置在热传导板的剩余边缘部分中且沿着该剩余边缘部分布置的该其他部分一样，设置更多个或更大的通道。
可通过在与大致平面平行的方向上供应的焊接能量，将外分隔元件焊接到热传导板。板式热交换器因此包括沿着四个边缘部分中的至少两个的所述热传导板和所述外分隔元件之间的焊接接头。如果两个外分隔元件彼此叠堆，则优选地还通过在与大致平面平行的方向上供应焊接能量，将外分隔元件彼此焊接。那么，板式热交换器包括在外分隔元件之间且沿着外分隔元件的边缘部分的焊接接头。
与热传导板“大致平面平行”的方向在本文中被理解为包括精确地在大致平面上的焊接方向以及与大致平面精确平行的方向。然而，“平行”在本文中被理解为包括与大致方向大体平行的方向，因此还包括焊接方向和大致平面的方向之间的小倾斜角。相对于精确平行方向的这种小偏差会是出于技术考虑，或者可包括例如焊接工具(诸如焊接激光)的安装容差。
在现有技术的板式热交换器中，通常，使用与热传导板的大致平面垂直的垂直焊接，将热传导板和分隔件焊接在一起。垂直焊接提供了所需的制造容差较小并且仍然实现了可靠焊接接头的优点。在一些现有技术的热交换器中，没有使用分隔件，并且例如，直接将结构化的热传导板直接彼此焊接。然而，薄热传导板在被直接抵着彼此焊接时容易变形，使得用薄热传导板时，优选地分隔件布置在热传导板之间。
在水平焊接时，通过熔融例如热传导板和外分隔元件的材料，沿着边缘形成焊接接头。这是通过向焊接位置“直接”施加焊接能量并且将待焊接在一起的材料直接熔融进行的能量高效焊接。因为焊接能量不必如同垂直或竖直焊接过程中一样穿过例如分隔件的厚度，所以需要的能量较少。另外，在垂直焊接时，相比于分隔件的更内部布置的部分处，在能量输入的位置处更多能量被引入分隔件中。因此，分隔件的热膨胀在一侧大，而在另一侧小，从而导致分隔件变形(弯曲)。能量必须穿过的分隔元件越厚，这些效果变得越显著。
另外，用水平焊接，没有产生在热传导板和外分隔元件之间、两个外分隔元件之间、或大体两个元件之间伸出的焊接材料。因此，用水平焊接，热传导板和分隔元件出现较少的膨胀。这样允许热交换器的组件的更规则叠堆。空隙中的焊接材料还会导致不明确或不规则的间隙大小。因此，用水平焊接，可排除由于待焊接在一起的元件之间的间隙中的焊接材料而导致的不明确泄漏大小。
水平焊接还有助于或使得能够进行热交换器维护。可通过触及叠堆侧面并且水平焊接叠堆的边缘或拐角部分来封闭叠堆侧某处的意外泄漏或裂缝。
在作为根据本发明的热交换器的优选布置的将“薄”热传导板焊接到“厚”分隔元件时，焊接变得特别困难。在垂直焊接中，焊接能量必须足以穿过厚分隔元件，到达薄热传导板。接着以上提到的热膨胀差异，分隔元件的大部分被熔融并且可导致分隔元件的膨胀或间隙中的另外材料。
用根据本发明的方法和热交换器，有助于或者使得可能进行热交换器的连续制作。可以减少或防止制造过程变慢和浪费。在连续制作时，热交换器、部件或其半成品产品必须落入窄的容差范围内。因此，用根据本发明的方法，可大幅减少或防止例如在垂直焊接期间造成变形并且对制作过程理产生不利影响并且会导致高切屑量的残余应力。
优选地，根据本发明的热交换器中的热传导板的厚度或高度在50微米和300微米之间的范围内，优选地，在100微米和200微米的范围内，例如，150微米。
单元中和堆叠中的连续热传导板之间的距离可在0.5毫米和3毫米的范围内，例如，1毫米或2毫米。因此，内分隔元件和外分隔元件可具有相同厚度范围内的大小。由于与外分隔元件保持距离的热传导板之间的距离优选地被双分隔件桥接，因此各个外分隔元件的厚度是热传导板之间的最终距离的厚度的一半。
根据本发明的热交换器中的外分隔元件的厚度或高度可在0.3毫米和1.5毫米之间或0.5毫米和3毫米之间、优选地0.4毫米和1毫米之间或1毫米和2毫米之间的范围内，例如，0.5毫米或1毫米。
内分隔元件的厚度或高度可在0.5毫米和3毫米之间，优选地0.8毫米和1.5毫米之间，更优选地，1毫米。内分隔元件的高度大体限定内分隔元件布置在其间的两个热传导板之间的距离。如果内分隔元件是波纹片或者以其他方式成形的片，则高度对应于由波纹限定的总高度，而波纹片本身的厚度可以小得多，例如，在热传导板的厚度的范围内。
出于例示目的，使用术语“内”和“外”分隔元件来定义诸如单元的元件的布置，这些元件可按能重复方式叠堆，形成热交换器叠堆。然而，根据叠堆中的参考位置，内分隔元件可变成外分隔元件，反之亦然。
使用非常薄的热传导板带来的另外优点是，需要较少材料并且增强或支持通过热传导板的热传导。待用于热传导板的较少材料还允许使用更贵但优选地更耐腐蚀的材料。
流过热交换器的物质常常含有侵入性物质，如果装置中的材料没有得到充分保护，则侵入性物质会造成这些材料的腐蚀。在高温下，进一步促进了腐蚀。为了在侵入性气氛中保护热传导板不受腐蚀影响，例如，用保护性涂层(例如，氧化铝涂层)来覆盖奥氏体钢板。
当使用例如厚度是例如小于250微米的薄热传导板时，可在不增加整体制造成本的情况下使用更昂贵的材料。特别地，用于热传导板的材料量(通常与不必要的涂覆过程结合)减少，甚至可降低制造成本。例如，基于奥氏体镍-铬的超合金(诸如，例如，诸如inconel617、602或693的
由于高耐腐蚀性材料可能价格高(成本/kg)，因此优选地，只有热传导板是由这些材料制成的。分隔件可由诸如例如奥氏体钢的低等级进而更具成本效益的材料制成。
例如，相比于奥氏体(钢)材料，inconel具有不同的热膨胀系数。这样可在热交换器的操作期间引入应力(例如，inconel617在20-1000℃下的平均热膨胀系数是14.0.10-6)，而奥氏体合金1.4835具有19.5.10-6)。然而，在根据本发明的热交换器中，并非所有板焊接到所有分隔件和/或没有在板的整个边缘上焊接。因此，分隔件和板可局部地使不同热膨胀平滑和平衡。例如，在分隔件由于其较高质量而膨胀时，板可由于其薄而弹性拉伸。还通过可用水平或平面焊接来实现的提供具有小横截面的焊接点来减小热应力。
根据本发明的方法，特别地，结合水平焊接时，有利于使用厚度例如小于300微米的薄热传导板来制造热交换器。还有利于使用更贵但更有抵抗力的材料。
在根据本发明的热交换器的一些优选实施方式中，热传导板由镍含量优选地是超过60％镍的基于镍的合金制成，特别地，由诸如例如
优选地，分隔件由奥氏体钢(例如，奥氏体高温钢)制成。
在这些优选实施方式中，热传导板的厚度可小于300微米，优选地小于200微米，例如，厚度是150微米。在这些优选实施方式中，连续热传导板之间的距离可以在0.5毫米和1.5毫米之间，例如，是1毫米。
优选地，用相同的焊接设备和焊接技术来制造根据本发明的热交换器中的所有焊接接头。优选地，另外，使用在与热传导板的大致方向垂直的方向上的焊接或水平焊接，执行将覆盖板焊接到叠堆的边缘和拐角、应用入口端口和出口端口以及焊接热交换器的可选其他元件(诸如，例如，用于第二流体入口端口和第二流体出口端口的卡圈、收集器和类似物)。
优选地，使用诸如例如固态激光器(诸如，nd-yag激光器(掺杂钕的钇铝石榴石激光器))或气体激光器(诸如，co2激光器)的常用焊接设备来应用激光焊接。激光焦点的直径优选地在30微米和80微米之间，例如，40微米至50微米。对于焊接薄热传导板而言，这种小斑直径是特别适合或需要的。
小斑直径还将焊接能量集中于使用能量的位置，使得可使用能量的最小值来执行焊接。
然而，在焊接之前，针对待焊接在一起的元件的制造容差并且针对所述元件的对准，会需要高精度。由于在间隙中不使用激光执行焊接，因此将避免热传导板和分隔元件之间或两个分隔元件之间的间隙。
平行焊接(特别地，与待焊接的薄元件结合)需要高精度地定位热交换器叠堆的元件。为了支持热传导板和分隔元件的精确对准并且限制或阻止元件在焊接之前或期间移位，可例如用外部夹持装置来夹持单元或叠堆。为了提供或改进夹持效果，热交换器或热交换器的单元的一些元件分别地可被赋予一定柔性或可压缩性。
布置在热传导板之间并位于单元的包括第一入口开口或第一出口开口的两个第一侧的内分隔元件可包括在与大致平面的方向垂直的方向上的预定柔性。换句话讲，沿着单元的两个第一侧布置的内分隔元件允许将单元压缩至某个预定量，从而导致被压缩的内分隔元件将对应的力向外施加到与大致平面垂直的方向上。
内分隔元件的柔性和未焊接为叠堆赋予一定弹性，从而减小基于例如叠堆的扭转或叠堆中的温度差的叠堆中的应力。然而，柔性还支持制造热交换器叠堆。当从热传导板的上方和下方(垂直于大致平面)施加一定压缩力时，内分隔元件的柔性对布置在内分隔元件上方和下方的热传导板提供一定的力。这支持了由于热传导板和外分隔元件在通过内分隔元件的柔性而施加的力被紧密压在一起而导致焊接可靠。因此，使热传导板和外分隔元件彼此紧密毗连，优选地，沿着热传导板的整个边缘部分，但至少沿着布置有柔性的内分隔元件的边缘部分。
可通过内分隔元件的形式或者例如还通过用于制成内分隔元件的材料来提供内分隔元件的预定柔性。优选地，内分隔元件是波纹片。这些不仅可如上所述沿着热传导板的整个边缘部分(分隔元件的纵向方向)布置，而且同时在垂直方向上提供预定的柔性和可压缩性。
内分隔元件的优选实施例具有预定的柔性，并且当在垂直方向上对内分隔元件进行压缩时或者当将内分隔元件上方和下方的热传导板或叠堆压到一起时，能够向与热传导板的大致平面垂直的方向提供一定的力。柔性的内分隔元件的其他实施例是透气的柔性材料(例如，耐高温的柔性材料)的块。
布置在热传导板之间并且位于单元的包括第一入口开口或第一出口开口的两个第一侧的内分隔元件的高度可大于布置在单元的不包括第一入口开口或第一出口开口的两个第二侧的内分隔元件的高度。
布置在叠堆的两个第一侧的内分隔元件的柔性允许将这些分隔元件至少压缩至由布置在叠堆的两个第二侧的其他内分隔元件的高度所限定的高度。布置在叠堆的两个第二侧的其他内分隔元件优选地不可压缩。
可压缩的略微较厚的内分隔元件保证了作用于热传导板的压力。因此，分隔元件的不同高度可支持焊接过程。沿着两个第一侧的边缘布置的内分隔元件的高度可比沿着两个第二侧的边缘布置的内分隔元件的高度大大约1％至20％，优选地，大约5％至10％。
一般来说，每当在本申请中结合特定值而使用术语“大约”时，要理解成术语“大约”之后的值出于技术考虑而不必是精确的特定值。然而，术语“大约”被理解为明确包括并且公开相应的边界值。另外，每当在整个本申请中提到一个值时，要理解成明确公开了该值。然而，一个值还应被理解为出于技术考虑而不一定是精确的特定值。
根据本发明的热交换器中的热传导板可包括波纹图案。波纹会对流体通道中的流体的流特性有影响。通过波纹，例如，可选择通路中的流体的流动路径或背压，流动路径或背压可用于优化热交换器。另外，波纹可增大热传导板的总表面面积，据此，增大可用于从放热流体到吸热流体的热传导的热传导板的总有效面积。优选地，在热传导板的表面上设置波纹图案。例如，在制造板时，可将波纹图案压到热传导板的表面中。可向热传导板的表面应用波纹图案。
根据本发明的另一个方面，提供了一种制造板式热交换器的方法，所述板式热交换器包括由热传导板构成的叠堆。该方法包括以下步骤：将热传导板布置成叠堆，每个热传导板在大致平面上延伸并且包括四个边缘部分。在所述热传导板之间设置第一流动通路和第二流动通路，每个第一流动通路用于第一流体的贯通流动并且每个第二流动通路用于第二流体的贯通流动。用于所述第一流体和所述第二流体中的一种流体的第一流动通路可经由第一入口开口连接到入口端口并且经由第一出口开口连接到出口端口。该方法包括以下步骤：通过成对的所述热传导板来形成单元，在所述单元的所述热传导板之间布置内分隔元件。所述内分隔元件沿着所述热传导板的所述四个边缘部分延伸，以使用于所述第一流体和所述第二流体中的所述一种流体的第一入口开口和第一出口开口敞开。形成单元的步骤还包括设置外分隔元件并且将所述外分隔元件沿着所述边缘部分中的至少两个且在所述热传导板的彼此背离的侧面中的至少一个侧面焊接到所述热传导板中的至少一个热传导板。该方法的其他步骤包括将所述单元彼此抵着堆叠并且通过焊接所述外分隔元件来接合所述单元。可通过将一个单元的外分隔元件与另一个单元的外分隔元件焊接在一起以在两个单元之间形成双分隔件来执行单元的接合。还可以通过将一个单元的外分隔件焊接到另一个单元的热传导板来执行将两个单元焊接在一起。
因此，可将至少两个外分隔元件中的一个焊接到单元的一个热传导板并且将另一个焊接到第二热传导板，或者可将至少两个外分隔元件二者都焊接到单元的一个热传导板的至少两个边缘部分，或者可将至少两个外分隔元件焊接到单元的两个热传导板的至少两个边缘部分。
通过设置覆盖板并且覆盖热传导板的叠堆的侧面，覆盖由热传导板构成的叠堆的两个第一侧，并且为由第一入口开口形成的入口端口片段和由第一出口开口形成的出口端口片段留出中断。
其他方法步骤包括：在所述单元的不包括第一入口开口或所述第一出口开口的两个第二侧，将热传导板和所述内分隔元件焊接在一起，并且除了第一入口开口和第一出口开口的通道之外，还在单元的两个第一侧中且在热传导板之间设置用于所述第一流体和所述第二流体中的所述一种流体的泄漏通道。可通过在单元的包括第一入口开口或第一出口开口的两个第一侧不将热传导板和内分隔元件焊接在一起来提供泄漏通道。
通过在单元的不包括第一入口开口或第一出口开口的两个第二侧将热传导板和内分隔元件焊接在一起，优选地，在单元的两个第二侧形成气密连接。通过在单元的包括入口开口或出口开口的两个第一侧不将热传导板和内分隔元件焊接在一起，允许出现所述第一流体和所述第二流体中的所述一种流体通过单元的两个第一侧且在布置于这两个第一侧的端口片段外侧的泄漏。
可预先制造单元。然后，可将所期望数量的单元顺序地或全部一起地堆叠和焊接，以形成热交换器叠堆。在已经形成叠堆之后，可为叠堆设置覆盖板。
根据本发明的方法可包括以下步骤：通过在与大致平面平行的方向上供应焊接能量，将热传导板和外分隔元件焊接在一起，以在热传导板的边缘部分和外分隔元件之间形成焊接接头。
优选地，还通过在与大致平面平行的方向上供应焊接能量，在单元的不包括第一入口开口或第一出口开口的两个第二侧，将热传导板和内分隔元件焊接在一起，以沿着单元的两个第二侧的两个边缘部分，在热传导板的两个边缘部分和内分隔元件之间形成焊接接头。
优选地，通过在与大致平面大体平行的方向上供应焊接能量来执行热传导板和外分隔元件之间和热传导板和内分隔元件之间以及有可能还有两个外分隔元件之间(适用时)的所有焊接，以沿着边缘部分形成焊接接头。
根据本发明的方法可包括以下步骤：对热传导板的边缘部分提供压力，由此将内分隔元件、热传导板和外分隔元件压向彼此。
例如，可通过在焊接单元边缘或叠堆之前和期间从单元或整个叠堆的顶部和底部(与大致平面垂直的力方向)提供力，从外部施加此压力。优选地，通过沿着单元的包括第一入口开口或第一出口开口的侧面布置的内分隔元件来提供压力。内分隔元件可包括预定的柔性或可压缩性，诸如以在被压缩时施加压力。内分隔元件的柔性可以是由于内分隔元件的形状或材料特性或者由于形状和材料的组合。
已经针对根据本发明的板式热交换器描述了根据本发明的方法的其他方面和优点，并且将不进行重复。
附图说明
进一步描述了本发明的实施方式，通过下面的附图示出这些实施方式，在附图中：
图1示出板式热交换器的示意性布置；
图2示出板式热交换器的单元的元件；
图3示意性示出板式热交换器的元件的布置；
图4是图3的布置的节选；
图5示出带有焊接细节的热交换器装置的实施方式的横截面；
图6示出带有焊接细节的热交换器装置的另一个实施方式的横截面。
具体实施方式
图1示出板式热交换器1，板式热交换器1包括由矩形热传导板4构成的叠堆，矩形热传导板4被分隔元件划分以在热传导板4之间形成通路。在图1中示出的热交换器的叠堆中，矩形板竖直地布置。例如，20至30个板可布置在彼此上方或旁边，以形成叠堆。
第一流体(优选地，冷却气体)可在该叠堆的两个第一侧中的第一个第一侧的第一入口端口片段18处进入叠堆53。在通过流过第一通路而经过叠堆之后，第一流体11可在两个第一侧中的对向第二个第一侧离开热交换器(在图中朝向后部)。
第二流体12(优选地，热气体)可在该叠堆的两个第二侧中的第一个第二侧的第二入口端口片段13处进入叠堆。在通过流过第二通路而经过叠堆之后，第二流体12可在两个第二侧中的对向第二个第二侧或图1中的底侧离开热交换器。
第一覆盖板16覆盖热交换器的两个第一侧中的第一个第一侧，除了与热交换器的第一顶端相对布置的入口端口片段18外。第一出口端口片段(未示出)被同样地构造，除了在与叠堆的底端相对的热交换器的对向侧外。该覆盖板装置可用于热交换器的如下实施方式：诸如波纹片的开口内分隔元件沿着热交换器的整个第一侧布置。那么，主要由覆盖板的布置来限定入口端口片段和出口端口片段的大小。该覆盖板装置还可用于热交换器的如下实施方式：在入口或出口开口中没有布置分隔元件，或者诸如波纹片的开口内分隔元件仅布置在入口或出口开口中，也就是说，沿着热交换器的第一侧的一部分布置。那么，主要由入口开口和出口开口来限定入口端口片段和出口端口片段。第一覆盖板16(和因此叠堆的对向侧)覆盖叠堆的第一侧的大约2/3或4/5。
第二入口端口片段13遍及热交换器1的整个顶部，并且第二出口端口片段(未示出)遍及热交换器1的整个底部。第一流体和第二流体被引导穿过叠堆并且被引导在(在所描述的应用中)基本上彼此平行的交替的第一通路和第二通路中。
覆盖板15完全覆盖叠堆的两个第三侧。叠堆的底部和顶部可设置有应用于对应收集器的卡圈17。
优选地，将覆盖板15、16焊接在一起并且沿着边缘或拐角部分14将其焊接到叠堆。将两个第三侧上的覆盖板15沿着它们的四个边缘部分14进行焊接。沿着三个边缘部分14将两个第一侧的覆盖板16进行焊接，但优选地没有沿着形成第一入口或出口端口片段18的边缘部分将两个第一侧的覆盖板16进行焊接。
在图2的分解视图中，示出简化的单元，可使用该单元来形成板式热交换器，如果多个单元由其他热传导板(在附图中已经被省略)提供，这是通过将多个单元叠堆在彼此上方或旁边实现的。
直线的矩形分隔件31形式的分隔元件(例如，不锈钢分隔件，特别地，奥氏体高温钢分隔件)在热传导板4的顶侧并且沿着热传导板4的两个对向第一侧110的整个边缘布置。热传导板4顶部上的两个对向第二侧111没有设置分隔元件，并且形成对应的入口和出口开口13，以使第二流体沿着热传导板4的顶侧引导。分隔件具有例如0.5毫米的高度并且是双分隔件的一半。
l形矩形分隔元件21(例如，l形不锈钢分隔件，特别地，奥氏体高温钢分隔件)沿着整个两个对向第二侧111布置在热传导板4的底部上，以及沿着两个对向第一侧110的一部分布置在热传导板4的底部上。沿着两个第一侧的边缘的剩余部分形成第一入口开口部分18和第一出口开口部分(未示出)，以使第一流体被引导进出沿着热传导板4的底侧形成的第一通路。通过热传导板4(优选地，高度耐腐蚀材料，例如，基于镍的高度耐腐蚀材料，例如，
在第一入口开口180和第一出口开口中，布置波纹片20形式的开口分隔元件。波纹片20和l形分隔元件21可一体地形成，形成为一件式，或者可以是分开的分隔元件。波纹片20提供足以使流体流穿过而没有造成不可接受的高回压的开口。波纹片还用作入口和出口开口部分中的分隔件。另外，波纹片包括一定的柔性和可压缩性，使得在从上方和下方对单元施加了力之后，波纹片对单元或叠堆的位于上方和下方的边缘部分施加对应的压缩力。元件的紧密定位保证了安全焊接并且允许施加最小和非常局部化的焊接能量。优选地，包括第一入口或出口开口180的两侧的l形分隔元件21也可对单元的位于上方和下方的边缘部分施加力。通过这样，可沿着热传导板4的整个两个对向边缘部分施加压缩力。
包括第一入口或出口开口180的两侧的l形分隔元件21可例如由略微可压缩材料制成。
优选地，波纹片20和包括第一入口或出口开口180的两侧的l形分隔元件21的高度优选地比不包括第一入口和出口开口的两侧的l形分隔元件21高大约百分之五。据此，可实现包括第一入口和出口开口180的两侧的分隔元件的大约百分之五的压缩。
波纹片20以及l形分隔元件21没有在包括入口或出口开口180的两个第一侧110焊接到热传导板4。在两个第二侧111(不包括入口和出口开口180)，分隔元件21以流体密封(优选地，气密)方式焊接到热传导板4。另外，热传导板的顶部上的分隔元件31被以流体密封(优选地，气密)方式焊接到热传导板。
在热传导板的平面上执行焊接，从而沿着热传导板的边缘部分和相应的分隔元件，提供非常窄的焊接。
第一流体和第二流体可处于大气压下或者可以被加压。优选地，这两种流体处于大气压下。然而，一种流体可处于大气压下，而另一种流体可被加压，例如，具有2巴、3巴或4巴的压力。实验已经表明，该范围内的压力或该范围内的流体之间的压差对穿过因一些元件未被焊接而形成的泄漏通道的泄漏流体的量没有影响或者没有显著影响，因此对板式热交换器的性能没有负面影响或者没有显著的负面影响。
在图3中，示出示例性的小叠堆，基本上，双单元，其中，为相同或相似的元件赋予与图2中相同的参考标号。在图3的实施方式中，用于第二流体12的入口开口190和出口开口191和用于第一流体11的入口开口180和出口开口181设置有波纹片30、20形式的分隔元件。形成第一入口180和第一出口181的波纹片20只沿着热传导板的边缘部分的一部分在两个对向的第一侧110延伸。形成第二入口190和第二出口191的波纹片30沿着热传导板的整个边缘部分在热传导板4的两个对向的第二侧111延伸。板的“整个”边缘部分在本文中被理解为还包括整个边缘部分减去沿着热传导板4的另外两个对向侧布置的分隔元件的宽度。
热传导板的示例性尺寸优选地在与流动方向平行的方向在100毫米和300毫米之间，并且在与流动方向垂直的方向在100毫米和400毫米之间。
在图4中，用放大图示出图3的叠堆的边缘部分。另外，相同的参考标号用于相同或相似的元件。覆盖板15形成叠堆的一侧。热传导板4布置在覆盖板15旁边。在下一层，第二侧111被分隔件21封闭，通过在分隔件21上方和下方进行水平焊接而将分隔件21焊接到热传导板4。第一侧110敞开并且设置有波纹片20，波纹片20可如图3的实施例中一样只遍及入口开口180(或出口开口181)，或者还可沿着整个第一侧110延伸。这个第一通路被下一个热传导板封闭。在另一层中，第一侧110被分隔件31封闭，而第二侧111敞开并且设置有波纹片30。该第二通路再被另一个热传导板4封闭。以水平方式将这另一层的分隔件31焊接到该另一个热传导板4。
下一层是第一通路的重复并因此成形，而下一层之后的层是第二通路的重复。
在分隔件31和热传导板4之间，沿着顺着热传导板的整侧的边缘部分设置焊接接头。焊接接头也设置在叠堆的不包括第一入口开口180或第一出口开口181的第二侧111的分隔件21和热传导板4之间。
在波纹片20、30和热传导板4之间没有设置焊接接头。另外，在叠堆的包括第一入口开口180或第一出口开口181的第一侧110的热传导板4和分隔件21(参见图3)之间没有设置焊接接头，使得在未焊接的所述波纹片20、30或分隔件21与热传导板4之间形成泄漏通道。
在图4中，第二流体通路的分隔件31是限定两个热传导板4的距离300和第二通路的高度的双分隔件的一部分。优选地，在将单元彼此叠堆时，形成双分隔件，各单元在其外侧布置有分隔件31。
在图5的剖视图中，示出分隔元件22、32和热传导板4的交替布置。内分隔元件22没有被焊接到与内分隔元件22相邻布置的热传导板4。因此，在内分隔元件22和热传导板4之间形成泄漏通道101，小泄漏流100可通过泄漏通道101离开流动通路25。
外分隔元件32沿着热传导板4的边缘焊接到热传导板4的边缘，如焊接接头50所指示的。通过在与热传导板4的平面平行的方向上并且优选地在外分隔元件32和热传导板4之间的接合位置处供应焊接能量来形成这些焊接接头50。
覆盖板16覆盖叠堆的侧面，并在妨碍泄漏流100离开热交换器。由于外分隔元件32和热传导板4之间的气密焊接，在第一流动通路25和第二流动通路26之间或者相应的第一流体流和第二流体流之间，不存在连通路径。因此，离开第一通路25的泄漏流100的量可只回到同一或另一个第一通路，或者有可能通过第一出口开口离开叠堆，第一出口开口被设置用于让第一流体离开叠堆。
内分隔元件22例如通过其形状或材料而具有一定弹性。该弹性允许当在与叠堆垂直的方向上(从图中的上方和下方)对内分隔元件22施加力时略微压缩内分隔元件22。通过压缩内分隔元件22，向内分隔元件22上方和下方的热传导板4施加相同量的压缩力220。据此，抵着外分隔元件32推动热传导板4，从而在它们之间形成支持正确焊接的紧密接触。
在图5的实施方式中，第一流动通路25和第二流动通路26具有大致相同的高度，该高度是由分隔元件22、32的厚度限定的。优选地，此厚度是大约1毫米，而热传导板4的厚度优选地是大约150微米。为了将热传导板4焊接到外分隔元件32，优选地，在激光光斑直径是大约40至50微米的情况下，使用激光焊接。
在图6的剖视图中，示出内分隔元件22、两个外分隔元件31与热传导板4的布置。内分隔元件22可以与图5中的相同，并且没有焊接到布置在内分隔元件22旁边的热传导板4。另外，在内分隔元件22和热传导板4之间形成泄漏通道101，小泄漏流100可通过泄漏通道101离开流动通路25。出于简化的原因，未示出覆盖板。
再通过水平焊接将外分隔元件31沿着热传导板4的边缘部分焊接到热传导板4的边缘部分，如焊接接头50所指示的。
在图6的实施方式中，第一流动通路25和第二流动通路26具有大致相同的高度，该高度由分隔元件22和两个分隔元件31的厚度限定。优选地，此厚度是大约1毫米，而热传导板的厚度优选地是大约150微米。然而，第二流动通路26的高度由如焊接接头51所指示地焊接在一起的两个外分隔元件31所形成的双分隔件来形成。优选地，外分隔元件31是具有相同高度的相同分隔件。此实施方式可便于板式热交换器的制造。可预先制造各个单元2，各个单元2包括两个热传导板4之间的内分隔元件22以及焊接到热传导板4中的每个的对向侧的一个外分隔件31。然后，可叠堆所期望的多个这样的单元2并且通过焊接外分隔元件31来将单元2彼此焊接。可只预先制造一种类型的单元，而不需要在叠堆单元时改变制作过程或进行选择。
通过预先制造，可预先执行需要精确对准和焊接的薄热传导板4和厚分隔元件22、31之间的焊接。单个单元2只包括在焊接期间需要被对准和保持就位的几个组件。
然后，还可使用其他焊接技术或者使用激光焊接但有可能使用较大的焦点直径来执行两个较厚的外分隔元件31之间的焊接。
如图5和图6中可很好看到的，水平焊接或在热传导板的大致平面方向上的焊接没有造成或者仅以非常有限的程度造成焊接元件的膨胀或变形，并且没有造成焊接元件之间有不期望的焊接材料。由于板和分隔元件的材料熔融而导致的另外的焊接材料一如果竟然产生的话一延伸到叠堆的侧面，从而延伸到单元2和覆盖板16之间的间隙中。
优选地，内分隔元件22还在与热传导板4的平面垂直的方向上具有一定弹性，用于对热传导板4和外分隔元件31施加一定压力220，以支持外分隔元件31和热传导板4之间的焊接。
在沿着边缘的一部分或者沿着整个边缘应用水平焊接之前，可在热传导板和内或外分隔元件之间应用小焊点。这些小焊点可防止单元或叠堆的元件在被彼此固定之前误对准。
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