换热器的制作方法

本发明涉及用于并行流动换热器的歧管和包括所述歧管的换热器。

背景技术：

在许多系统中使用换热器，从汽车到空调装置，再到多种高级热处理系统中的能量回收装置。

传统地，换热器的设计必须考虑各种因素。例如，结垢可能导致压降增加和传热速率降低，这可能对换热器效率产生不利影响。作为另一个考虑，换热器本质上将经历温度变化。此外，换热器可能受到具有颗粒负荷的高速流体(气体或液体)流动，提高某些领域的系统磨损率。当换热器在高温下运行时，腐蚀问题会加剧。类似地，流经换热器的流体可能含有酸或其他腐蚀性物质，这些物质甚至可能在高温下使换热器内部更劣化。腐蚀和侵蚀问题在金属换热器中可能特别普遍。

在一些传统的陶瓷换热器中，采用管到管板的结构。第一种流体在多个串联管道内流动，而第二种流体在多个管道外流动。因此，当第二种流体与多个管道接触时，会停滞不前，这会导致许多问题。例如，如果第二种流体含有微粒，那么与第二种流体流动方向正交的管道表面将承受更多的侵蚀。此外，在某些情况下，这些管道周围的停滞点将导致结垢。

需要允许多种流体之间有效热交换的方法和设备。

技术实现要素：

用于解决问题的方式

本发明涉及一种用于并行流动换热器的歧管和包括该歧管的换热器。

在一个方面，用于并行流动换热器的歧管包括第一组多个通道，其具有面向第一方向的开口和面向第二方向的开口，所述第二方向与第一方向不同；以及第二组多个通道，与第一组多个通道交错；所述第二组多个通道具有面向第三方向的开口和面向第一方向的开口，其中第三方向不同于第一方向和第二方向。

有利地，利用并行流动换热器，流体可以彼此并行或反并行流动(即，逆流并发)。反之，这减少了流体在换热器内停滞的机会。在一个实例中，第一种流体通过多个串联管道，第二种流体正交地围绕这些管道的外部流动，第二种流体在与这些管道的接触点处停滞，并且在这些管道的另一侧承受湍流效应。由停滞/湍流引起的压降可能导致第一流体和第二流体之间传热效率低下。

此外，即使第一流体和第二流体通过正交通道流动，换热器也必须在二维(长度和宽度)上扩展，以增加传热面积。这反过来又会由于换热器的较大宽度(由此带来通道的截面积较大)而降低给定体积流体的压力。因此，对于给定体积的流体，流体通过换热器的速度也会降低。另一方面，对于并行流动，换热器可以在一维(即增加长度而保持宽度不变)上扩展，以增加传热面积。其他尺寸(即宽度和高度)可以保持不变，因此最小化对压力和速度的影响。

在某些方面，该歧管适于在1070℃至1350℃的温度下工作。采用这种方式，可由换热器处理的流体和温度变化的范围增加。

在某些方面，歧管是碳化硅或碳化硅衍生物材料。碳化硅，或者碳化硅衍生物材料，允许歧管更加耐腐蚀和防腐蚀，同时允许歧管在多个高温下处理流体。

在一些方面，歧管还包括第三组多个通道，其具有面向第四方向的开口和面向第一方向的开口，其中第四方向不同于第一方向、第二方向和第三方向。以这种方式，歧管能够使来自三个不同流体源的流体在换热器内并行流动。如果三种流体处于不同的温度，这提供了对离开换热器的流体温度的更大控制。

在某些方面，来自第一和第二组通道中的每个组中的预定数量的交错通道设置在来自第三组通道的多个连续通道之间。优选地，预定数量大于1。

在一些方面，歧管还包括第四组多个通道，其具有面向第五方向的开口和面向第一方向的开口，其中，第五方向不同于第一方向、第二方向、第三方向和第四方向。这种布置提供了对离开换热器的第一和第二流体温度的更大控制。例如，对于来自四个流体源的流体，可以提供对第一流体和第二流体的处理(即，使其温度增加/降低)，而可以使第三流体和第四流体调节第一流体和第二流体的温度。在一些示例中，第三流体可以是冷却剂，第四流体可以是加热流体。

本发明还包括如本文所述的制造歧管的方法，其中，所述制造包括3d打印所述歧管。

在某些方面，换热器包括连接至热交换堆栈相对侧的两个歧管，其中每个歧管如本文所述的歧管，并且热交换堆栈包括至少一个热交换块，该热交换块具有通过其的多个通道，热交换块的多个通道与每个歧管的多个通道对齐，以形成包围多个歧管和热交换堆栈的串联气体路径。

在某些方面，多个热交换块包括适于容纳垫片的插入区域，所述插入区域放置在块的表面上并且围绕块表面上的多条通道。这种布置降低了换热器内流体交叉污染的可能性。

在一些方面，第一流体路径包括一个歧管中的第一组多个通道和另一个歧管中的第一组多个通道，第二流体路径包括一个歧管中的第二组多个通道和另一个歧管中的第二组多个通道。这些方面的换热器还包括适于将第一流体路径连接到第一流体源的第一连接器，以及适于将第二流体路径连接到第二流体源的第二连接器。

在某些方面，所述换热器还进一步包括第三连接器，用于在与第一连接器相对的第一流体路径的端部将第一流体路径连接到第二流体源。因此，作为第一流体进入换热器的流体可以用于与经过热处理的相同流体交换热量，然后作为第二流体重新进入换热器。

在某些方面，第一和第二连接器连接在同一歧管上。在其它方面，第一和第二连接器连接到不同的歧管。

以下参照附图不加限制地描述本发明的各种实施例和方面。

附图说明

图1描绘了换热器的立体图。

图2描绘了用于换热器的歧管的立体图。

图3描绘了沿图2的a-a线的横截面视图。

图4描绘了沿图2的b-b线的横截面视图。

图5描绘了歧管的扩散器的立体图。

图6描绘了用于换热器的热交换块的立体图。

图7描绘了包括外壳或壳体的换热器的立体图。

图8描绘了包括换热器的高级热处理系统的示意图。

图9描绘了用于换热器的歧管的立体图。

图10a描绘了用于换热器的歧管的立体图。

图10b描绘了沿图10a的线c-c的截面视图。

图11a描绘了用于换热器的热交换块的立体图。

图11b描绘了沿图11a的线d-d的横截面视图。

图12a描绘了换热器的端部立体图。

图12b描绘了沿图12a的线e-e的横截面视图。

具体实施方式

本发明涉及用于换热器1的歧管2和包含所述歧管2的换热器1。在换热器1内，来自两个不同流体源的流体通过交错的、隔离的并行通道相互流动。换热器1特别用于先进热处理系统，但可应用于其他领域，例如高温烟气热回收、高温过程流体能量回收、腐蚀性化学流体能量回收、化学反应器节能、炭黑生产工艺、高温爱立信循环(间接燃烧焦耳循环)、高温热回收、化学侵蚀、污垢气体，如钢铁工业，以及多种石化应用中。这些领域作为例子提供，并且换热器1的应用不限于这些领域。

在优选实施例中，换热器1由连接到热交换堆栈3的第一歧管2a组成，热交换堆栈3本身也连接到第二歧管2b。热交换堆栈3包括至少一个热交换块4。如图1所示，换热器1的第一和第二歧管2a、2b在设计上基本相同，但在连接到热交换堆栈3时具有不同的方向。

歧管

参考图2，歧管2由多条交错的通道5组成，通道5允许两个流体流从不同方向进入或退出，而两个流体流在歧管2的一个入口/出口处将沿着同一轴线流动。图2所示的布置具有梯形截面，第一流体流的入口/出口位于梯形的一个非平行侧，而第二流体流的入口/出口位于梯形的另一个非平行侧。图2中的歧管2旨在连接在梯形较长平行侧的热交换堆栈3上。通过这种布置，与多条非平行侧相关的多个面将数量为作为要连接到热交换堆栈3的面的通道数量的一半。因此，歧管2以并行的方式分配流体流入和流出热交换堆栈3。其他截面形状是可能的，并且本发明不限于用于歧管的梯形截面。

歧管2包括两组通道5a、5b，所有通道5、5a、5b具有沿第一方向(即朝向热交换堆栈)的开口。第一组通道5a具有面向第二方向的另一开口(即如图2所示的向左)，第二组通道5b具有沿第三方向(即如图2所示的向右)的另一开口。第二方向和第三方向彼此不同。优选地，第二方向和第三个方向也与第一方向不同，但是歧管只需要第二和第三方向中的一个与第一方向不同。因此，第一和第二组通道5a、5b中的每个通道5产生一个封闭的体积，流体(气体或液体)可以穿过该封闭的体积运动。在具有这种设计的歧管内，一个通道中的流体与任何其它通道中的流体隔离。

上述布置允许来自第一位置的第一(加热)流体从与进入或离开第二组多个通道5b的流体不同的源流入或流出第一组多个通道5a。当歧管2连接到热交换堆栈3的时候，包围第一组多个通道5a的流体路径将与包围热交换堆栈3内第二组多个通道5b的流体路径并行。因此，歧管2允许来自不同来源的流体在热交换堆栈3内并行流动。

第一组多个通道5a和第二组多个通道5b交错，以允许来自不同流体源的流体在歧管2内的交错通道5中流动。例如，第一组多个通道5a的第一通道布置在第二组多个通道5b的第一通道附近，第二组多个通道5b的第一通道也布置在第一组多个通道5a的第二通道附近。第一组多个通道5a的第二通道因此也布置在第二组多个通道5b的第二通道附近，等。当第一流体(例如，相对热的流体)在第一组多个通道5a中流动而第二流体(例如，相对冷的流体)在第二组多个通道5b中流动时，第一流体和第二流体之间的热交换将在歧管2中发生。

同样优选的是，第一和第二组多个通道5a、5b的通道几何形状使得在整个换热器1中可以始终保持较高的流速。每个通道由柔和曲率组成，该曲率使流体流动，并以允许热流和冷流交替进入核心热交换堆栈3的方式转动。在图3和4中所示的布置中，例如，沿着与流体流动方向成直角(90°)的传热表面(即通道的壁)上没有点。这防止了流体在歧管2内的停滞，从而允许高流速并显著降低结垢倾向。

为了进一步减少停滞的机会并保持高流速，流体进入歧管可以包括一组扩散器8，以适当地按通道导流。这样的扩散器8如图5中所示。

为了便于制造，优选歧管2是3d打印，然后烧制以固化。这种构造方法成本低，因为装配过程是直接基于耐火材料的工作，不需要专业焊接或其他此类技能。

优选的歧管2是由碳化硅(sic)制造。因此，优选的歧管由sic或sic衍生材料制成，尽管可以应用其他材料和施工技术。碳化硅材料的耐高温性使得歧管2在温度高达1350℃的高度侵蚀性和腐蚀性环境中能够连续工作。通过改变碳化硅的变体，温度可以提高到1600℃。

在歧管2中可以定义两个相对的拐角20、21，使得当观察歧管2中通道的横截面时，与第一拐角20相邻的两侧在其上具有开口，并且与第二拐角21相邻的两侧没有开口，如图3和4所示，分别显示沿图2的线a-a和b-b截取的横截面。因此，图3显示了第一组通道5a中的一个，图4显示了第二组通道5b中的一个。选择第二拐角21处的曲率半径以避免流动通过通道的流体停滞。在某些方面，曲率半径在95mm到125mm之间。在优选的方面，曲率半径是110mm。然而，显而易见的是，可以根据许多因素，包括通过歧管的目标流体应用不同的曲率半径。

热交换堆栈

热交换堆栈3包括一个或多个热交换块4。每个热交换块4都有一些并行通道6，流体可以通过这些通道流动。在优选实施例中，热交换块4是长方体，每个通道6具有矩形截面，并且沿着长方体的轴线从所述长方体的一个面延伸到所述长方体的相反面。因此，热交换块4中的通道6将彼此平行。这确保了相邻通道6中的多种流体之间的热交换沿着整个通道6进行，而不需要创建复杂或过大的换热器1。因此，热交换块4中的每个通道产生一个封闭的体积，流体(气体或液体)可以通过该封闭的体积流动。在如本文所述的热交换块4内，一个通道6中的流体与其他通道6中的任何一种流体隔离。

热交换块4的顶部和底部具有插入区域8，使得热交换块4与歧管2或其他热交换块4之间能够进行密封垫密封。显而易见，在一些实施例中，歧管2还可以包括多个类似的插入区域。插入区域8位于热交换块4的表面上，并且这样放置使得当热交换块4与换热器1中的歧管2和/或热交换块4结合时，放置在插入区域8中的垫圈围绕通道6。在优选的布置中，采用陶瓷纤维衬垫，这是多个热交换块和多个歧管在这些元件之间的连接处的几何结构简单性所允许的。

热交换块4最好采用滑模铸造。在其它实施例中，热交换块4由3d打印，然后被烧制以固化。优选的热交换块4由碳化硅(sic)制造。其他材料和施工技术可以应用。在其它实施例中，热交换块4可以通过组装未烧制的或“绿色”的陶瓷板来构造，陶瓷板随后被固化为整体。其他制造技术也是可能的。

换热器

在图1所示的布置中，换热器1包括两个歧管2a、2b和热交换堆栈(也称为换热器芯)3，其中歧管2a、2b附接到热交换堆栈3的相对两端。在图1的布置中，显示了六个热交换块4a、4b、4c、4d、4e、4f，尽管很明显，热交换块4的数量可以根据使用换热器1的系统的多个要求而变化。换热器1还包括用于将歧管连接到各个流体源的连接器。例如，与第一流体路径相关联的第一连接器将第一歧管2a连接到第一流体源，而与第二流体路径相关联的第二连接器将第二歧管2b连接到第二流体源。在一些方面，与第二流体路径相关联的第三连接器还将第二歧管2b连接到第二流体源。

换热器的每个元件(即歧管2a、2b和热交换块4a、4b、4c、4d、4e、4f)沿着换热器1的轴线组合在一起。因此，换热器1的轴线穿过热交换堆栈3，并穿过两个歧管2a、2b，这两个歧管布置在热交换堆栈3的相对两端。使用前面描述的歧管2的方位，每个歧管2a、2b的第一方向与换热器1的轴线对齐，尽管一个歧管相对于另一个歧管是倒置的(即，每个歧管上具有最多开口的面面对另一个歧管)。

第一歧管2a中的第一组通道5a与热交换堆栈3中的第一组通道6a对齐，第一组通道6a本身与第二歧管2b中的第一组通道5a对齐，以创建第一组流体路径。类似地，第一歧管2a中的第二组通道5b与热交换堆栈3中的第二组通道6b对齐，第二组通道6b本身与第二歧管2b中的第二组通道5b对齐，以创建第二组流体路径。因此，第一和第二流体路径将会是交错的。例如，第一组流体路径的第一流体路径与第二组流体路径的第一流体路径相邻，第二组流体路径的第一流体路径也与第一组流体路径的第二流体路径相邻。由此，第二组流体路径的第二流体路径也与第二组流体路径的第二流体路径相邻等。

当多条流体路径在热交换堆栈3内时，流体路径与换热器1的轴线平行。在每个歧管2a、2b中，流体路径从与轴线平行转向一个不同的方向；第一组流体路径转到面向一个与轴线不平行的方向，而第二组流体路径转到面向与轴线不平行且不同于第一组流体路径方向的另一个方向。

这样，歧管2a、2b能够将第一组流体路径中的流体与第二组流体路径中的流体分离。这允许换热器1具有来自两种不同流体源的流体输入。当第一和第二组流体路径交错时，歧管2a、2b将流体分割进入各自的流体路径，并使流体在热交换堆栈3内的相邻通道中流动。然后可以使用歧管2和热交换块4的材料作为热交换介质使得多种流体之间进行热交换。

在一些实施例中，第一和第二组流体路径中的流体沿相同的方向流动。在其他实施例中，第一组路径中的流体与第二组流体路径中的流体沿相反的方向流动。

由于流体在上述热交换堆栈3中并行流动，使得在相邻通道6中的流体之间进行热交换的换热器1的面积被最大化，由此提供更有效的换热器。此外，如果需要改变热交换表面(例如，如果两个流体之间需要额外的热交换时间)，则仅需要沿着单个轴扩展换热器1。在这方面，热交换块4和歧管2的模块化性质强化了优势，因为可以通过快速和简单的方式增加或减少热交换块4的数量来改变换热器1的长度。此外，这种模块化布置是有利的，因为如果一个元件被损坏，那么它可以简单而迅速地被移除和更换，由此最小化包含换热器在内的系统停机时间。对于典型的金属换热器，部件焊接在一起，因此排除了拆卸和更换损坏部件的简单机制。焊接也使得进入热交换器内部更加困难，如果需要清洁，这可能增加停机时间。

前面已经描述了，在歧管2中的通道内的流体与该歧管2中的其他通道内的流体隔离，并且热交换块4中的通道内的流体与该热交换块4中的其他通道内的流体隔离。为了将流体在多个块4之间或块4与歧管2之间的连接处从通道泄漏的可能性降到最低，可以将热交换器放置在壳体或外壳内。这种布置如图7所示，其中两个歧管2a、2b和热交换堆栈3被封闭在外壳(或壳体)7中。

外壳7的内部尺寸类似于两个歧管2和热交换堆栈3沿着换热器1的轴线组合的外部尺寸。当歧管2a、2b和热交换堆栈3布置在外壳7内时，外壳7沿轴线压缩歧管2a、2b和热交换堆栈3。以这种方式压缩换热器1的多个元件，防止流体在两个元件之间的连接处(即，歧管2到热交换块4连接或热交换块4到热交换块4连接)离开流体路径。反过来，这防止了通过第一组流体路径流动的流体被通过第二组流体路径流动的流体污染。

外壳7包括端口9a、9b、9c、9d，其作为流体源与歧管2a、2b之间的连接件。例如，与第一歧管2a相关联的第一端口9a和第一流体路径连接到第一流体源，以及与第二歧管2b相关联的第二端口9b和第二流体路径连接到第二流体源。在一些方面，与第二歧管2b和第二流体路径相关联的第三端口9c也连接到第二流体源10。

优选地，外壳7是耐火内衬钢外壳，并且多个热交换块4通过内衬内的固定装置保持在适当位置。对于技术人员来说显而易见的是，壳体可以由具有足够强度的另一种材料制成。

上面已经指出，虽然换热器1可以由任何合适的材料制成，但是制造歧管2和热交换堆栈3的优选材料是碳化硅(sic)或sic衍生材料。这种材料在操作温度、耐腐蚀性、耐冲蚀性和维护性方面提供超越传统的金属换热器的许多优点。

例如，在工作温度和耐腐蚀性方面，对于特殊金属，例如253ma或incolnel基合金，当环境高度腐蚀时，典型的材料极限被限制在1000℃以下。使用sic或sic衍生材料，换热器可在温度高达1350℃的高腐蚀性和腐蚀性环境中连续操作。通过改变sic的变体，可增加到1600℃。为了进一步最小化高侵蚀和腐蚀环境下的负面效果，换热器的操作可能限于1070℃。因此，在某些方面，换热器以及歧管在1070℃和1350℃之间的温度工作。在某些方面，换热器以及歧管在1070℃和1600℃之间的温度工作。换热器更高的操作温度允许换热器能够在的更广范围的需要换热器的系统中应用。

就抗冲蚀性而言，如果流动中存在固体，则冲蚀成为一个问题，特别是如果流动形状包含多个滞留点。此外，为了处理热膨胀问题，表面必须是薄壁的，从而消除了它们承受连续固体冲击的能力。然而，使用碳化硅sic或碳化硅sic衍生材料可以获得更大的耐冲蚀性。反过来，这提高了换热器元件2、3的耐久性并减少了维护所需的时间。

此外，如果在换热器1内有材料积聚(例如，如果烃存在于一种或两种流体中，则可能积聚焦油)，则需要清洗。为了清洁优选的换热器1，可以提供添加吸附剂介质的方法。吸收剂介质在换热器1内起到“喷砂剂”的作用。将吸附剂介质引入流体流中，其中由于通道几何形状，流速始终保持在较高的位置，并被输送到多个通道中。因此，吸附剂介质通过研磨作用从内壁去除污垢。由于sic材料的材料特性，特别是硬度，因此可以采用这种方式清洗。典型地，吸附剂介质通常是氧化铝砂，可回收并重新使用。

由于incolnel基合金的成本升高，金属换热器的成本也高得令人望而却步。

使用实例

在一个例子中，如上所述的换热器1可以在先进热处理系统中实现。例如，如图8所示，来自第一气源的相对冷的气体在第一入口(或第一连接器)10处进入换热器1，并流向第一出口(或第三连接器)11。在第一出口11之后，气体进入高级热处理装置14，在处理过程中气体被加热。一旦离开高级热处理装置14，被加热的气体在第二入口(或第二连接器)12处重新被引入换热器1，并流向第二出口(或第四连接器)13。从换热器1的角度来看，高级热处理装置14是第二气源。在换热器1内，来自第一源的相对冷的气体在第一气体路径(第一流体路径)中流动，而来自高级热处理装置的加热气体在第二气体路径(第二流体路径)中流动，第二气体路径平行并与第一气体路径交错，如上所述。

有利地，换热器1的这种使用允许进入高级热处理装置14的气体被预热，由此降低将气体提高到用于处理的相关温度所需的能量，同时还冷却来自高级热处理装置的加热气体，以对其进行清洗和处理。

当高级热处理系统中使用通道且歧管具有梯形截面时，通道将具有两个开口，一个为沿梯形的非平行侧的开口，另一个为沿梯形的平行侧的开口。因此，在使用歧管时，气体将围绕旋转的第一拐角在多个相邻的边缘上具有多个开口，而第二拐角在多个相邻的边缘上没有多个开口。在某些方面，没有开口的平行侧的内壁从非平行侧的开口朝向第二拐角稍微倾斜。优选地，所述平行侧的外壁和所述内壁之间的角度为4o，并且所述内壁长295mm。第二个拐角的曲率半径是110毫米，虽然下限是95毫米，上限是125毫米。这样的曲率半径防止流体在第二拐角处停滞。

在另一个例子中，炭黑是由烃类，包括乙炔、天然气和石油衍生油的部分氧化产生的。氧化过程消耗一定比例的碳氢化合物以产生维持炭黑生产工艺所需的热量。氧化剂(通常是空气)进入反应器的预热温度越高，最终产品的产量越高。目前的做法是用金属或陶瓷壳和应用中的管式换热器对来自反应器的热废气中的氧化剂进行预热。在金属换热器的情况下，空气的最高预热温度受到冶金因素的限制，其中峰值空气预热是有限的，包括腐蚀和冲蚀问题(特别是例如当使用富硫油时)。对于目前采用壳管结构的陶瓷换热器，电流限制是由于在管与管板之间的每个连接处彼此密封冷热气流的复杂性。此外，油中含有灰分产物，这些灰分产物沉积在管道中，需要定期的维护停止。此处的换热器提供了一种实现几乎无限的预热水平(在换热器的夹点内)的装置，以提供过程效率的逐步变化。此外，该配置允许采用在线清洗，从而减少停机时间。含有较高硫含量或甚至选定的塑料废物的腐蚀性更强的原料可用于该工艺，提高工艺经济性。

在另一个例子中，换热器1可用于加热闭环空气或热流体，以在安全、低成本的锅炉中提高蒸汽压力和温度，由此将锅炉材料与有问题(例如，腐蚀性)的化学品的冷凝隔绝。在传统的焚烧炉中，由于材料的腐蚀性，回收的能量受到限制。例如，由于会腐蚀锅炉管的有问题的化学物质发生凝结，热回收使流体保持在570℃以下。上述换热器1最大限度地减少了由于流体路径中没有停滞点而导致的冷凝。相应地，有问题的化学品是不太可能积聚起来的。此外，优选的换热器1是耐腐蚀的，以进一步限制在换热器内流动的流体中的任何腐蚀性化学物质的影响。

其他方面，实施例和变化

在某些方面，换热器可以是并行流、多程换热器。高速流体流动具有减少结垢倾向的作用。高速也有助于提高传热速率。因此，换热器被做成长而窄，以增加传热区域的大小(例如，沿着热交换堆栈中的多个通道壁)，同时也提供一种允许通道内高气体速度的布置。相应地，在某些情况下，换热器长宽比可能是不利的(即，过高/过长或串联多个换热器，这也导致高成本)。并行流动、多程换热器布置通过保持狭窄的流动路径(因此具有高的气体速度)，同时有效地将换热器的长度乘以单个换热器主体内的通道数量来解决这些问题。与单程布置相比，多程布置的换热器增加了气体的停留时间(或留驻时间)，同时在整个过程中保持并行的流动配置，由此保持了避免停滞点和再循环区的优点。下面描述的这些方面的描述集中在双通道布置上。本领域的技术人员将理解，类似的规律可以应用于创建三个(或更多个)通道布置。

一种并行流双程换热器，在热交换堆栈3a的端部包括歧管2a。在热交换堆栈的端部设有端片，该端片不同于该歧管所连接的端片。并行流双程换热器增加了换热器中气体的停留时间(或留驻时间)。通过双通道布置，热气体和冷气体将在热接触中花费更多的时间，因此将更多的热量将从热气体转移到冷气体。

参照图10a，歧管102包括四个端口150,152,154、156。这些端口150,152,154、156包括第一和第二输入端口以及对应的第一输出端口和第二输出端口。每个输入端口连接到歧管102中的相应多个通道105。优选地，在该方面的歧管中，输入端口连接到与端口150相关的两个通道160、162(也称为“子通道”)，如图10b所示。这些通道和/或子通道可操作用于将气体引导到热交换堆栈中的相应通道中。以这种方式，歧管102使得通过单个输入端口输入的气体流经热交换堆栈内的两个分开的并行通道。类似地，每个输出端口连接到歧管102中相应的多个通道105。在图10中，多个通道的起始端可以通过端口156看到。

当在外壳内压缩时，“子通道”布置有利地为换热器提供额外的强度(例如，参见图7)。如图10a、11a和12a所示，“子通道”布置允许中心肋沿(分别垂直于线c-c、d-d和e-e)延伸。该肋起支撑的作用，防止换热器的部件发生屈曲。此外，由于与图6所示的通道相比，截面积的改变，子通道布置使得速度轻微增加，从而在减少结垢方面具有积极作用。

参照图11a和11b，热交换堆栈103内的通道可以被认为具有与多个气体返回通道交错的多个气体进入通道。多个气体进入通道连接到歧管102的通道，所述通道连接到输入端口。气体进入通道位于歧管102的输入端口与端片200之间。气体返回通道连接到歧管102的多个通道，所述多个通道连接到输出端口。气体返回通道位于歧管102的端片200和输出端口之间。

图11a中交错的入口通道和返回通道类似于图6中的第一组通道6a和第二组通道6b。图11a的布局与图6的不同之处在于，它由两个子通道170、172代替单个通道。在图10a和10b的歧管102不包括子通道160、162而是包括单个通道来代替子通道160、162的布置中，热交换堆栈103将如图6所示并如上所述。

图11b显示了通过图11a的d-d线截取的横截面。子通道布置在图11b中可以清楚地看到。图11b所示的布置适用于多个进入通道或多个返回通道。

参照图12a和12b，端片200包括多个子通道，多个子通道连接到热交换堆栈103中多个相应的气体入口通道和气体出口通道。应当理解，端片包括基本上跨越端件的宽度(即，沿垂直于线e-e方向)的多个单通道。

端片200中的多条通道(或多条子通道)将热交换堆栈103的气体入口通道(或子通道)与热交换堆栈103的相应气体返回通道(或子通道)互连。因此，端片200中的每个通道是歧管102的输入端口和对应的输出端口之间的单个气密密封的气体通道的一部分。气密密封的气体通路包括连接至歧管102的输入口的歧管102中的通道、热交换堆栈103中的气体进入通道、端片200中的通道、热交换堆栈103中的气体离开通道以及连接到歧管102的输出端口的歧管102中的通道。

气体通过歧管102的输入端口进入的路径穿过热交换堆栈103，进入端片200，然后再次回到热交换堆栈103。端片200内的通道是弯曲的，以便改变气体从热交换堆栈103的气体入口通道进入端片200到离开端片进入热交换堆栈103的气体出口通道的方向。

在图12a，12b中所示的布置中，当存在子通道时，气体将通过歧管102上的输入端口进入装置，并分离进入到歧管102中的两个子通道160、162中。然后，气体将被引导到热交换堆栈103，其中气体将沿着连接到歧管102的各个子通道160、162的子通道170、172移动。然后，气体被引导到端片200中相应的子通道子通道180、180’中，其中气体被重定向到热交换堆栈103。更具体地，气体被引导到热交换堆栈103中相应的返回子通道170’、172’。气体沿着热交换堆栈的返回子通道170’、172’流动，并被引导到歧管的160’、162’中。然后，子通道160’、162’中的气体在通过输出端口离开歧管之前被重新组合。需要注意的是，虽然气体在歧管中被分离，但是气体路径本身在输入端口和输出端口之间保持气密密封。

端片200的多个通道(或多个子通道180，180′)是弯曲的，使得从热交换堆栈103的进气通道(或子通道)进入端片200的气体改变方向，从而进入热交换堆栈103的气体返回通道，即对应于进气通道。优选地，端片200中的通道的曲率使得沿着与流体流动方向成直角(90°)的通道(或子通道)的壁没有点。这防止了流体在端片内的停滞，由此允许高流速并显著降低结垢倾向。这可以避免停滞。优选地，端片中的通道为u形。在图12b所示的布置中，端片上的子通道使气体的方向改变了180°。其他曲率对本领域技术人员也是显而易见的。同样显而易见的是，气体可以通过多个中间装置被引导到热交换堆栈103的相应通道或子通道。类似地，显而易见的是气体可以通过一个中间装置从热交换堆栈103被引导到端片200的相应通道或子通道。

在某些方面，歧管2可适于允许换热器1接收来自三个或更多流体源的流体。这将对换热器内部的温度，从而对离开换热器的流体的温度进行更大的控制。根据此方面的歧管2将包括三组通道15a、15b、15c，这三组通道中的每个通道具有沿第一方向上的开口。第一组通道15a中的多个通道也将具有沿第二方向上的开口，第二组通道15b中的多个通道也将具有沿第三方向上的开口，并且第三组通道15b中的多个通道也将具有沿第四方向上的开口。

如前所提出的，当歧管2允许换热器1从两个以上流体源接收流体时，可以采用不同布置的多个交错通道。例如，第三组通道15中的一个通道可以仅在来自第一和第二组通道5a、5b的预定数量的交错通道之后进行配置，在第三组通道15的连续通道之间可能存在来自第一和第二组通道5a、5b中的每组通道中的n个交错通道，其中n是预定数目。在某些方面，n大于1。通道的精确布置可以根据应用换热器1的系统而改变。

在换热器1用于预热以在高级热处理系统中处理气体的示例中，第三气体源可以是热源。例如，如果从高级热处理装置14重新进入换热器1的加热气体没有足够的温度来预热即将进入高级热处理装置14的气体，则来自热源的专用加热流体可以通过换热器以提高其中气体的温度。类似地，如果被加热的气体没有被充分冷却，则可以使用冷却剂来代替专用的加热流体。

当然，在具有四个流体源(以及歧管和热交换块中的相关通道组)的布置中，可以同时使用专用的加热流体和冷却剂。根据此方面的歧管将包括四组通道，在这四组通道中的每个通道具有沿第一方向上的开口。第一组通道中的多个通道也将具有沿第二方向上的开口，第二组通道中的多个通道也将具有沿第三个方向上的开口，第三组通道中的多个通道也将具有沿第四个方向上的开口，以及第四组通道中的多个通道也将具有沿第五个方向上的开口，其中第一到第五个方向彼此不同。

应当理解，本发明提供了使来自两个不同流体源的流体在换热器中沿并行方向流动的装置。

将进一步了解，本发明提供一种换热器，包括用于接收多个流体输入并使它们以并行方式彼此巧妙地流动以及用于在从所述换热器出口处分配所述多个流体的装置。如前所述，换热器可以允许逆流(即，反并行流体流动)或并流(即，并行流体流动)。

还将进一步了解，本发明提供一种并行流动换热器，其可操作地容纳多个热流体源和单一的相对冷的流体源，使得热量从热流体传递到相对冷的流体。