專利名稱：熱交換器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總的來說，本發(fā)明涉及熱交換器；具體而言，本發(fā)明涉及用于海洋熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的熱交換器。
背景技術(shù)：
海洋熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(“0TEC”)是一種在大水域(如海洋)的深水與淺水之間的溫差的基礎(chǔ)上發(fā)電的方法。OTEC系統(tǒng)利用在較溫淺水與較冷深水之間作熱耦合的熱機(jī)(即在溫差的基礎(chǔ)上發(fā)電的熱力裝置或系統(tǒng))。一種適合用于OTEC基于使用低壓渦輪的蘭肯(Rankine)循環(huán)，其采用低壓渦輪機(jī)。將容納以低沸點為特征的“工作流體”(例如氨)的閉環(huán)管道在使工作流體汽化的第I熱交換器處與溫海水熱耦合。強(qiáng)迫膨脹的蒸汽通過驅(qū)動渦輪發(fā)電機(jī)的渦輪。流出渦輪后，汽化的工作流體在將閉環(huán)管道與冷海水熱耦合的第2熱交換器被冷凝，返回液態(tài)。然后，使冷凝的工作流體通過該系統(tǒng)再次循環(huán)。已表明OTEC系統(tǒng)技術(shù)上可行，但這些系統(tǒng)的高資本成本使商業(yè)化受阻。熱交換器是OTEC廠資本成本的第2大戶(第I大戶是離岸系泊載體或離岸系泊平臺的成本)。因此，OTEC廠需要的大量熱交換器的優(yōu)化非常重要，能較大影響OTEC技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性。最有效且有成本效益型工業(yè)熱交換器中的一種是板片式(plate-fin)熱交換器。與諸如普通的管殼式、板框式等其它類型熱交換器相比，板片式熱交換器由于有可能高密度堆積散熱片，能具有較大的表面積。結(jié)果，板片式熱交換器能具有較高的熱轉(zhuǎn)換效率，使其成為用于需要流體流速高但以溫差小為特征的應(yīng)用(如0TEC)的引人候選者。一種最高效板片式熱交換器是銅焊鋁板片式熱交換器，它包含多層鋁散熱片和熱傳導(dǎo)性良好的材料制成的板。堆疊(stacking)并利用銅焊連接該散熱片和板，形成輸送流體用的交錯通路。操作時，將不同溫度的流體傳過該交替通路，在通過散熱片和板材料的流體之間轉(zhuǎn)換熱能。銅焊是眾所周知的低成本機(jī)械組件連接工序。銅焊與軟釬焊相似，可是銅焊使用熔融溫度(一般彡4500C )高于傳統(tǒng)焊接( 250°C -300°C )的銅焊填充物材料。許多應(yīng)用中，由于銅焊填充物具有較大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，銅焊優(yōu)于軟釬焊。實際上，即使在蒸發(fā)溫度，銅焊連接也常接近如其連接的部件那樣堅固。此外，通過安排在各所需銅焊接頭處適當(dāng)具有銅焊填充物材料的組件，能一次銅焊全部含許多銅焊接頭的組件(通過安置這些組件)。然后，對整個裝置同時加熱，導(dǎo)致銅焊填充物材料熔融并與其相鄰組件結(jié)合。結(jié)果，銅焊的使用提供比諸如熔焊等其它連接工藝顯著的成本利益。不幸的是，銅焊接頭面臨高導(dǎo)電媒體(如海水、地?zé)崃黧w、礦泉水、污水和鹽液噴霧)時，對電蝕高度敏感。典型的銅焊工序利用熔融溫度低于進(jìn)行連接的母體(基體)金屬的鋁合金填充物。這樣，填充物金屬就具有與母體金屬不同的化學(xué)組成和電位。因此，不同的金屬在接頭形成伽伐尼電池。接頭處的電流作用導(dǎo)致金屬遷移(即腐蝕)。存在傳導(dǎo)媒體(如海水)時，該接頭處的電流作用得到強(qiáng)化，加速接頭的退化。而且，通常不能可靠且有成本效益地修整因電蝕所涉及的退化而失效的銅焊接頭
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種免除現(xiàn)有技術(shù)的一些成本和缺點的板片式熱交換器。本發(fā)明的實施例尤其適合用于OTEC系統(tǒng)，可是根據(jù)本發(fā)明的實施例也適合用于其它熱交換器應(yīng)用，諸如核反應(yīng)堆、化學(xué)工廠等。本發(fā)明的解說性實施例包含熱交換器芯部，該芯部包括多個板，每一板具有用于輸送海水通過熱交換器的多個流通道。散熱片層插入板，這些散熱片共同形成輸送工作流體通過熱交換器的流通道。像現(xiàn)有技術(shù)那樣，用銅焊工序?qū)⑸崞B接到板。與現(xiàn)有技術(shù)截然不同，本發(fā)明提供的密封使銅焊接頭與海水流體地隔離。通過用抗電蝕接頭連接板和配置在芯部各端的面板，在芯部的各端形成這些密封。由于銅焊區(qū)不遭遇海水，銅焊接頭的腐蝕得以緩解。一些實施例中，將抗電蝕接頭與相同材料組成的板和面板加以摩擦攪動焊接。因此，由于抗電蝕接頭不包括不同的金屬，這些接頭得以強(qiáng)化。一些實施例中，在芯部的每一端，將芯部的各板個體地連接到面板，共同限定密封。一些這種實施例中，板在面板處伸出超過散熱片層，使面板與各散熱片層隔開足以阻止流體在它們之間聚積的間隙。因此，該實施例中，裂縫腐蝕得以緩解。一些實施例中，將部分用銅焊填充物材料包覆的條插入在板之間，并安排得使包覆部分位于朝向芯部內(nèi)側(cè)。使條位于芯部的每一端。首先通過將各條的包覆部分銅焊到其相鄰的各板，使條和板連接。銅焊后，將條的無包覆部分摩擦攪動焊接到板。結(jié)果，芯部的整個外表面無銅焊接頭。在芯部的每一端，板和條共同限定無銅焊接頭的端面。然后，將芯部的端面摩擦攪動焊接到一個面板，以限定密封。一些實施例中，熱交換器包含分別具有第I端和第2端的多個芯部。將各第I端連接到第I面板，將各第2端連接到第2面板。結(jié)果，本發(fā)明使大容量的熱交換器成為可能。一本發(fā)明實施例包含一種熱交換器，該熱交換器包含以下各部分第I芯部，該第I芯部包括含輸送第I流體用的第I通道的第I層，和含限定第I多個流通道的多個散熱片的第2層，其中將第2層銅焊到第I層；第I板，配置在該芯部的第I端，其中經(jīng)作為抗電蝕的第I接頭連接第I板和第I芯部的第I端；第2板，配置在該第I芯部的第2端，其中經(jīng)作為抗電蝕接頭的第2接頭連接第2板和第I芯部的第2端。


圖I描繪根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的板片式熱交換器的示意圖。
圖2描繪根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的熱交換器芯部的一部分。圖3描繪根據(jù)本發(fā)明解說性實施例的熱交換器。圖4描繪根據(jù)本發(fā)明解說性實施例的熱交換器適用制作方法的操作。圖5描繪根據(jù)本發(fā)明解說性實施例的熱交換器芯部立體示意圖。圖6A描繪根據(jù)本發(fā)明解說性實施例的層504的俯視圖。
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圖6B描繪根據(jù)本發(fā)明第I替換實施例的熱交換器芯部的俯視圖。圖7A描繪根據(jù)本發(fā)明解說性實施例的面板示意圖。圖7B描繪與芯部302連接后的面板306的示意圖。圖7C描繪通過圖7B的線a-a剖視的面板306與芯部302連接后的截面示意圖。圖8描繪根據(jù)本發(fā)明解說性實施例的適合連接面板和熱交換器芯部的子方法的操作。圖9A和圖9B分別描繪根據(jù)本發(fā)明解說性實施例的全裝熱交換器的海水入口端和出口端的橫截面示意圖。圖10描繪根據(jù)本發(fā)明第2替換實施例的熱交換器芯部的立體示意圖。圖11描繪條1002的立體示意圖。圖12描繪根據(jù)本發(fā)明第2替換實施例的熱交換器芯部的適用的制作方法的操作。
具體實施例方式圖I描繪根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的板片式熱交換器的示意圖。熱交換器100包含芯部102、第I流體入口 104、歧管106、108、114和116、第I流體出口 110、第2流體入口 112以及第2流體出口 118。操作時，熱交換器100在流體地與歧管106連接的第I流體入口 104接收第I流體。歧管106對芯部102中限定的與X方向?qū)?zhǔn)的多個流通道分配第I流體。第I流體穿過芯部102后，在歧管108匯集，并將其供給第I流體出口 110。以同樣的方式，熱交換器100在流體地與歧管112連接的第2流體入口 112接收第2流體。歧管112對芯部102中限定的與y方向?qū)?zhǔn)的多個流通道分配第2流體。第2流體穿過芯部102后，在歧管116匯集，并將其供給第2流體出口 118。圖2描繪根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的熱交換器芯部的一部分。芯部102包含隔板202、散熱片204和分隔條208。隔板202是連接散熱片204和206的薄導(dǎo)熱材料層。經(jīng)銅焊接頭210將散熱片204和206連接到隔板202?？紤]多種材料用于隔板202以及散熱片204和206，其中包括鈦、銅鎳合金和鋁。然而，對OTEC應(yīng)用而言，由于鋁(或一些鋁合金)重量輕且以低成本提供與氨和海水(最常用的第I流體和第2流體)的良好兼容性，通常用于這些單元。散熱片204限定輸送第I流體通過芯部102的流通道212。散熱片206限定輸送第2流體通過芯部102的流通道214。沿X方向?qū)ι崞?04定向，沿y方向?qū)ι崞?06定向。因此，熱交換器100作為交叉流熱交換器進(jìn)行工作。還將間隔條208銅焊到隔板202。間隔條208限定通道212和214的范圍，也限定該通道沿z方向的尺寸。第I流體和第2流體穿過芯部102時，在通過隔板202和散熱片204與散熱片206的材料的流體之間交換熱。雖然銅焊鋁散熱片的板片式熱交換器(如熱交換器100)提供優(yōu)越的熱轉(zhuǎn)換效率和低成本制作，銅焊接頭210卻限制其對OTEC應(yīng)用的適用性。如上文所討論，用于制作銅焊接頭的銅焊填充物材料必須具有低于要連接的材料的熔點。為了獲得該低熔點，銅焊填充物材料的組成不同于要連接的材料。結(jié)果，銅焊接頭需要包括易于電蝕(尤其存在如海水那樣的導(dǎo)電媒體時)的不同金屬。因而，目前這種熱交換器未普遍用于OTEC系統(tǒng)。本發(fā)明提供一種緩解或克服與銅焊接頭關(guān)聯(lián)的強(qiáng)化電蝕而同時利用銅焊工序制作低成本熱交換器的裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相同，本發(fā)明依靠銅焊連接散熱片和板，以制作熱交換器。然而，與現(xiàn)有技術(shù)截然不同，本發(fā)明利用摩擦攪動焊接將面板連接到熱交換器芯部的各端，從而實現(xiàn)使銅焊接頭流體地隔離而不遭遇海水的密封。圖3描繪根據(jù)本發(fā)明解說性實施例的熱交換器。熱交換器300包含熱交換器芯部302-1和302-2、外殼304、面板306-1和306-2、海水入端口 308，海水出口端310、工作流體 入口 312、工作流體出口 314以及折流板(baffles) 316。圖4描繪根據(jù)本發(fā)明解說性實施例的熱交換器適用制作方法的操作。方法400以操作401開始，其中設(shè)置芯部302-1和302-2，以形成熱交換器芯部302。按繼續(xù)參考圖3并參考圖5 圖9敘述方法400。圖5描繪根據(jù)本發(fā)明解說性實施例的熱交換器芯部的立體示意圖。熱交換器芯部302包含層502-1至502-3 (統(tǒng)稱為層502)和層504-1至504-2 (統(tǒng)稱為層504)。熱交換器芯部302是各熱交換器芯部302-1和302-2的代表。按交錯排列方式堆疊層502和504，其中層504插入各相鄰成對的層502。例如，層 504-1 插入層 502-1 和 502-2。各芯部302-1和302-2 (統(tǒng)稱為芯部302)是適合在海水與工作流體(如氨)之間轉(zhuǎn)換熱的熱交換器芯部。芯部302-1和302-2是實質(zhì)上等同的芯部302。一些實施例中，芯部302-1和302-2具有不同的設(shè)計特性。各層502是包含輸送海水通過各層502用的多個流通路506的成形鋁合金板。各層502還包含配置在其上表面和底面的銅焊填充物材料層(圖5中未示出)。層502最好包含與面板306相同的材料，以緩解熱交換器300中的電蝕。通路506共同限定芯部302的第I端512上的海水入口 508和芯部302的第2端514上的海水出口 510。應(yīng)注意將層502畫作具有5個流通道508，僅為了示范。本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本說明書后，會認(rèn)識到一個或多個層502能包含任何實際數(shù)額的流通道，其中包括單一流通道。每一個層504設(shè)置散熱片516，該散熱片共同限定輸送工作流體通過芯部302用的多個流通道。圖6A描繪根據(jù)本發(fā)明解說性實施例的層504的俯視圖。層504包含散熱片516,它們是帶有波紋的鋁散熱片。散熱片516共同限定多個流通道602。波紋604通過使工作流穿過流通道604時引起紊流,實現(xiàn)熱交換器中的熱轉(zhuǎn)換。此外，波紋604還增加芯部302的機(jī)械強(qiáng)度。流段606中，設(shè)置散熱片516，使其實質(zhì)上相互平行，并限定與軸522平行的實質(zhì)上直的路徑。結(jié)果，按實質(zhì)上平行的流布局設(shè)置層502和504，其中海水和工作流體沿與軸522對準(zhǔn)的方向同向流動。一些實施例中，海水和工作流體沿與軸522對準(zhǔn)的方向反向流動。一些實施例中，散熱片516實質(zhì)上垂直于流通道506,且按交叉流布局安排芯部302。一些實施例中，不使散熱片516帶有波紋?？拷贗端512，散熱片516共同限定一對工作流入口 518?？拷?端514，散熱片516共同限定一對工作流出口 520。對軸522對稱地分布散熱片516、工作流體入口 518和工作流體出口 520，以緩解對每一流通道分配工作流體所關(guān)聯(lián)的壓降。一些實施例中，從單一工作流體入口 518對散熱片516限定的全部流通道饋流，并將該全部通道終接于單一工作流體出口 520。一些實施例中，散熱片516包含非鋁的金屬。散熱片516最好包含具有高熱傳導(dǎo)性且對熱交換器300輸送的工作流體具有良好的抵抗性的材料。在各第I端512和第2端514，層502包含沿軸522的方向伸出超越層504 —段距離dl的伸出部524。伸出部524便于經(jīng)抗電蝕接頭(諸如摩擦攪動焊接部)將層502連接到各面板306-1和506-2。一些實施例中，選擇dl的值，以確保由緩解散熱片516與面板之間的污染物聚積的間隙將層504與面板306-1和506-2隔開。 圖6B描繪根據(jù)本發(fā)明第一替代實施例的熱交換器芯部的俯視圖。熱交換器芯部608代表許多根據(jù)本發(fā)明的散熱片516的層的的多個替換設(shè)置中的一個例子。本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀該發(fā)明后，會認(rèn)識到能按若干不同方式的任一方式排列散熱片516，以達(dá)到流通芯部302的海水與工作流體之間的合意的熱變換。例如，著眼于流通道506，能將散熱片516排列成平行流布局、反流布局、交叉流布局等，而不背離本發(fā)明原理。例如，熱交換器608代表交叉流布局。將散熱片516排列在4個流區(qū)610，這些散熱片限定流通道604。排列散熱片516，使流通道604實質(zhì)上垂直于流通道506。此外，每一流區(qū)610包含一個工作流體入口 518和一個工作流體出口 520。熱交換器芯部608使工作流體能在若干點進(jìn)出層608。操作時，通常在點A、B和C包含折流板，以沿芯部608的外表面阻擋工作流體的流動。折流板確保工作流體經(jīng)過芯部608時遵從流路徑612。換句話說，折流板引導(dǎo)工作流體，使其沿流路徑612 “曲折”出入芯部 608?，F(xiàn)返回本發(fā)明解說性實施例，操作402中，在銅焊爐中加熱堆疊的層502和504，以熔化配置在層502的上表面和底面的銅焊填充物材料。銅焊填充物材料以常規(guī)方式將各層504的散熱片516連接到其對應(yīng)的各相鄰層502。然后，冷卻連接后的結(jié)構(gòu)物，使層502和504形成實質(zhì)上剛硬的結(jié)構(gòu)。一些實施例中，用熔焊連接層502和504。雖然解說性實施例包含被2個層504插入的3個層502，本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本說明書后會明白如何限定、制作和使用本發(fā)明的替換實施例，其中熱交換器芯部包含任何數(shù)量的層502和任何數(shù)量的層504。而且，閱讀本說明書后會明白熱交換器芯部的一個或兩個外層可以是層502和504中的任一個。在操作403中，將折流板316安裝到芯部302-1和302-2。將第I折流板316定位得工作流體入口 518位于第I折流板和第I端512間。將第2折流板316定位得工作流體出口 520位于第2折流板和第2端514間。折流板316是強(qiáng)迫工作流體在傳過外殼304時進(jìn)入并且通過芯部302的常規(guī)折流板。換句話說，折流板316沿芯部302的外側(cè)阻擋工作流體流動。結(jié)果，折流板316、外殼304和工作流體入口 312共同限定對各芯部302提供工作流體用的歧管。以同樣的方式，折流板316、外殼304和工作流體出口 314共同限定從各芯部302接收工作流體用的歧管。
在操作404中，將外殼304定位在芯部302_1和302_2周圍。外殼304是容納芯部302-1和302_2用的圓筒狀套件。外殼304包含工作流體入口 312、工作流體出口 314，它們使工作流體能流入并流出外殼304以及芯部302-1和302-2的內(nèi)部。由適合于經(jīng)受住熱交換器300在部署處運作時對其施加的壓力的材料制成外殼304。雖然解說性實施例的熱交換器300包含具有圓橫截面的外殼，本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本說明書后會明白如何限定、制作和使用本發(fā)明的替換實施例，其中包含具有非圓的橫截面形狀(諸如方形、矩形、橢圓形或不規(guī)則形)的外殼。本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本說明書后也會明白如何限定、制作和使用外殼304。在操作405中，經(jīng)抗電蝕接頭將面板306-1、306-2與芯部302-1和302-2連接。圖7A描繪根據(jù)本發(fā)明解說性實施例的面板的示意圖。面板306是各面板306_1和306-2的代表。面板306適合于遭遇送過熱交換器300的各海水和工作流體的實質(zhì)上剛硬的鋁合金板。面板306包含板702和剛性連接板702的凸緣706。板702包含尺寸做成適于接納層502的伸出部524的孔702。圖8描繪根據(jù)本發(fā)明解說性實施例的適合用于連接面板和熱交換器芯部的子方法的操作。操作403以子操作801開始，其中將伸出部524插入面板306的孔702。在子操作802中，將各伸出部524與面板306連接，以形成抗電蝕接頭710。圖7B描繪與芯部302連接后的面板306的示意圖。接頭710是摩擦攪動焊接部，其中各層502的壁712的材料與包圍這些壁的板702的材料混合，以在各伸出部524的周圍形成實質(zhì)上防泄漏的密封。摩擦攪動焊接是眾所周知的連接2個相同材料的組件用的方法。常規(guī)的摩擦攪動焊接利用強(qiáng)迫進(jìn)入兩個組件間的界面的旋轉(zhuǎn)試探電極。該試探電極與材料之間的大量摩擦引起試探電極鄰近區(qū)的材料加熱到低于其熔點。這使比鄰部分軟化，但由于材料保留固態(tài)，所以保持原材料性質(zhì)。沿焊線移動試探電極，把來自兩部分的軟化材料逼往拖曳邊緣，引起鄰區(qū)熔合，從而形成一個焊接點。相對于其它普通連接技術(shù)(諸如熔焊、銅焊等)，摩擦攪動焊接具有若干性能優(yōu)點。尤其是由與被連接部分相同的材料組成的所得焊接點。因而，起因于接頭處不同材料之間的觸點的電蝕得以減小或消除。此外，所得焊接點保持被連接部分材料的材料性質(zhì)。2009年6月15日提出的美國臨時專利申請序號12/484542(代理人卷號711_231US)詳述摩擦攪動焊接，經(jīng)參考將該申請引入本說明。一些實施例中，用不同于摩擦攪動焊接的焊接技術(shù)以抗電蝕接頭將部件連接在一起。一些實施例中，合適的連接技術(shù)包括但不限于若干類型的熔焊、基于彈性體、熱塑性塑料、熱固樹脂或環(huán)氧樹脂的接頭復(fù)合物的使用等。通常，子操作802時，焊接工具在一個步驟中畫連續(xù)的線，以形成層502與板702之間的全部焊接點，從而留下連續(xù)的接頭710，如圖7B所示。然而一些實施例中，在連接各層502到板后，將焊接工具移開板702。然而，這通常欠佳，其原因在于，制作分開的摩擦攪動焊接部需要時間長，較昂貴，并且留下多個出孔(源于每次從板702撤回焊接工具)，該孔能聚積微粒，造成生物污染，并且容易裂縫腐蝕。圖7C描繪面板306與芯部302連接后通過圖7B的線a_a剖視的截面的示意圖。伸出部524的長度dl大于面板306的厚度tl，形成間隙g。間隙g大到足以阻止形成通常發(fā)生在常規(guī)熱交換器的裂縫中的工作流體停滯區(qū)。結(jié)果，本發(fā)明實施例中裂縫腐蝕得以緩解，從而根據(jù)本發(fā)明實施例的熱交換器的工作壽命能顯著加長。—些實施例中，熱交換器300在不同于工作流體的第I流體和/或不同于海水的第2流體(如地?zé)崃黧w等)之間轉(zhuǎn)換熱。一些實施例中，由諸如鋁、鈦、石墨復(fù)合物、銅鎳合金等不同于鋁合金的材料制成面板306。每一面板306包含以便于用抗電蝕接頭連接各面板和各芯部的方式接納芯部302的孔。在操作406中，連接外殼304、海水輸入端口 308、海水輸出端口 310以及面板306-1 和 306-2。
圖9A和圖9B分別描繪根據(jù)本發(fā)明解說性實施例的全裝熱交換器的海水入口端和出口端的截面示意圖。圖9A描繪熱交換器300的海水入口端。在海水入口端將海水輸入端口 308連接到熱交換器300，該端口包含管道902、擴(kuò)散器904和凸緣906。將海水輸入端口 308流體地經(jīng)擴(kuò)散器906連接到各芯部302的層502。將海水輸入端口 308經(jīng)凸緣706和906機(jī)械連接至面板306-1。墊圈908插入凸緣706與906之間，該墊圈便于形成凸緣之間的緊密封。由緊固件910將凸緣706和906
連在一起。由于接頭710是實質(zhì)上防泄漏的密封，面板306-1和層502共同限定使海水輸入端口 308實質(zhì)上隔離層504的屏障。圖9B描繪熱交換器300的出口端。在海水出口端將將海水輸出端口 310連接到熱交換器300，該端口包含管道902、擴(kuò)散器904和凸緣906。將海水輸出端口 310流體地經(jīng)擴(kuò)散器906連接到各芯部302的層502。將海水輸出端口 310經(jīng)凸緣706和906與面板306_2機(jī)械連接。墊圈908插入凸緣706與906之間，該墊圈便于形成凸緣之間的緊密封。由于接頭710是實質(zhì)上防泄漏的密封，面板306-2和層502共同限定使海水輸出端口 310實質(zhì)上隔離層504的屏障。一些實施例中，設(shè)計擴(kuò)散器904，使芯部302中海水在各海水流通道506的壓力和流速率實質(zhì)上均等。圖10描繪根據(jù)本發(fā)明第2替換實施例的熱交換器芯部的立體示意圖。熱交換器芯部1000包含層502-1至502-3、層504-1至504-2和條1002。圖11描繪條1002的立體示意圖。條1002是包含與面層502和面板306相同的鋁合金的矩形條。條1002包含上表面1102和底面1104。條1002包括條部1106和條部1108。條部1106是適合經(jīng)摩擦攪動焊接與相鄰的層502連接的條1002的一部分。條部1108是適合經(jīng)銅焊與相鄰的層502連接的條1002的一部分。上表面1102包括分別是條部1106和1108的上表面的上表面部1110和1112。底面包括分別是條部1106和1108的底面的底面部1114和1116。條部1108的各上表面1112和底面1116包含包覆層1118。不用銅焊填充物材料包覆條部1106的上表面1110和底面1114。包覆層1118包含以常規(guī)方式配置在表面的常規(guī)銅焊填充物材料。一些實施例中，例如用機(jī)器加工等方法減薄條部1108的上表面和底面，從而包覆層1118與各表面1110和1114實質(zhì)上共面。適合用于本發(fā)明的常規(guī)銅焊填充物材料包括鋁合金、銅鈦合金、鋼合金等，但不限于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本說明書后會明白如何限定、制作和使用合適的銅焊填充物材料。一些實施例中，用與常規(guī)銅焊填充物材料不同的材料包覆條部1108。適合用作這些表面的包覆的材料包括環(huán)氧樹脂、熱固樹脂粘合劑、金屬填充環(huán)氧樹脂等，但不限于此。圖12描繪根據(jù)本發(fā)明第2替換實施例的熱交換器芯部適用制作方法的操作。方法1200以操作1201開始，其中按層504和條1002插入各相鄰的成對層504將層502和504以及條1002排成疊堆。在操作1202，在銅焊爐加熱該疊堆，以便將各條部1108的上表面和底面連接到相鄰的層504。操作1202后，層502和504以及條1002的疊堆實質(zhì)上為剛性結(jié)構(gòu)。在操作1203，經(jīng)摩擦攪動焊接連接各條部1106和其相鄰層502，以形成接頭1004。
操作1203后，芯部1000的各端具有僅由流通道506打斷的實質(zhì)上連續(xù)的端面1006。一些實施例中，通過端面的表面機(jī)加工(例如用端研磨等)，使端面1006平面化。應(yīng)注意條部1106沿X方向的長度足以確保來自上表面部1112和底面部1116的包覆材料流不顯著侵蝕上表面部1110和底面部1114。結(jié)果，避免摩擦攪動焊接工序期間包覆材料合入接頭1004。一些實施例中，條1002包含用于阻止來自上表面部1112和底面部1116的包覆材料流到上表面部1110和底面部1114的屏障(例如道、溝、脊等)。完成操作1203時，方法1200按與方法400的操作403至406相似的操作繼續(xù)進(jìn)行。應(yīng)注意對根據(jù)本發(fā)明第2替換實施例的實施例，能通過僅圍繞端面1006的周邊形成摩擦攪動焊接部，將面板306-1和306-2連接到芯部1000。要理解公開的講解僅為解說性實施例的一個例子，本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀該公開件后能容易想出本發(fā)明的許多變化，因而要由以下的權(quán)利要求書決定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器，包括 第I芯部，其中該第I芯部包括 包含用于輸送第I流體的第I通道的第I層；以及 包含限定第I多個流通道的多個散熱片的第2層，其中將該第2層銅焊到第I層； 第I板，配置在該第I芯部的第I端，其中經(jīng)由作為抗電蝕接頭的第I接頭連接該第I板和該第I芯部的該第I端； 第2板，配置在該第I芯部的第2端，其中經(jīng)由作為抗電蝕接頭的第2接頭連接該第2板和該第I芯部的該第2端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱交換器，其中每個該第I接頭和該第2接頭包含摩擦移動焊接部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱交換器，其中該第I芯部還包括包含用于輸送該第I流體的第3通道的第3層，并且其中該第2層介于該第I層和第3層之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱交換器，其中該第I芯部還包括具有第I部分和第2部分的第I條，并且其中將該第I部分摩擦攪動焊接到該第I層和第3層的每一個，并且其中將該第2部分銅焊到該第I層和第3層的每一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱交換器，其中該第I芯部還包括具有第3部分和第4部分的第2條，并且其中將該第3部分摩擦攪動焊接到該第3層和該第I板的每一個，并且其中將該第4部分銅焊到該第3層。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱交換器，其中該第I層比該第2層沿著該第I芯部的長度更進(jìn)一步延伸，并且其中經(jīng)由摩擦攪動焊接的第3接頭連接該第I層和該第一板，并且其中該第I接頭包含該該第3接頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求所述I的熱交換器，還包含第2芯部，其中該第2芯部包括 包含用于輸送第I流體的第3通道的第3層；以及 包含限定第2多個流通道的多個散熱片的第4層，其中將第4層銅焊到該第3層； 其中，經(jīng)由作為抗電蝕接頭的第3接頭連接第I板和該第2芯部的第I端；并且 其中，經(jīng)由作為抗電蝕接頭的第4接頭連接該第2板和該第2芯部的第2端。
8.一種熱交換器，包括 第I芯部，該第I芯部包括 第I多個第I層，其中，該第I多個第I層的每一個包含I個第I流通道； 第I多個第2層，其中，該第I多個第2層的每一個包含限定第I多個第2流通道的多個散熱片，并且其中將第I多個第2層的每一個銅焊到至少一個該第I多個第I層； 其中，按交替疊堆排列該第I多個第I層和該第I多個第2層； 第I端口，配置在該芯部的第I端，其中該第I端口對該第I芯部供應(yīng)第I流體； 第I板，其中經(jīng)由包含摩擦攪動焊接部的第I接頭連接該第I芯部和該第I板，并且該第I板和第I接頭共同限定流體地隔離該第I端口和該第I多個第2層的阻隔部。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱交換器，其中該第一芯部還包含配置在該第I端的第I多個條； 其中，該第I多個棒條的每一個具有靠近該第I板的第I部分和遠(yuǎn)離該第I板的第2部分；其中，該多個棒條的每一個介于一對第I層之間，并且其中將該第I部分摩擦攪動焊接到該一對第I層的每一層，并且其中還將該第2部分銅焊到該一對第I層的每一層； 其中，該第I多個條和該第I多個第I層共同限定該第I芯部的第I面； 其中，經(jīng)由該第I接頭連接該第I面和該第I板。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱交換器，其中該第I多個第I層在該第I端伸出超越該第I多個第2層，并且其中經(jīng)由第I多個第2接頭使該第I多個第I層與該第I板在該第I端處連接，并且其中該第I多個第2接頭的每一個包含摩擦攪動焊接部，并且其中該第I接頭包含該第I多個第2接頭。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熱交換器，其中將該第I多個第I層的每一個與該第I板連接，使得該第I多個第2層的每一層與該第I板由間隙間隔。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱交換器，還包含第2芯部，其中該第2芯部包括 第2多個第I層，其中，該第2多個第I層的每一個包含第I流通道； 第2多個第2層，其中，該第2多個第2層的每一個包含限定第2多個第2流通道的多個散熱片，并且其中將該第2多個第2層的每一個銅焊到至少一個該第2多個第I層；其中，按交替疊堆排列該第2多個第I層和該第2多個第2層； 其中，經(jīng)由包含摩擦攪動焊接部的第2接頭連接該第2芯部和該第I板，并且其中該阻隔部包含該第2接頭，并且其中該阻隔部流體地隔離該第I端口和該第2多個第2層。
13.一種制作熱交換器的方法，該方法包括 由包含以下的操作制作第I芯部 堆疊第I多個第I層和第I多個第2層，其中每一第I層包含第I流通道，并且其中每一第2層包含形成多個第2流通道的多個散熱片，并且其中按交替結(jié)構(gòu)布置第I多個第I層和第I多個第2層； 將該第I多個第I層和該第I多個第2層銅焊在一起； 在該第I芯部的第I端處連接第I板和該第I芯部，其中經(jīng)由第I抗電蝕接頭連接該第I板和該第I芯部，并且其中該第I板和該第I芯部共同限定使該第I多個第2層與用于輸送第I流體的第I端口流體地隔離的阻隔部。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中采用摩擦攪動焊接制作該第I抗電蝕接頭。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，連接該第I板和該第I芯部，使得該第I板和該第2層的每一個由間隙間隔。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中制作該第I芯部還包括 設(shè)置多個條，其中每一條包含第I部分和第2部分，并且其中以銅焊填充物材料包蓋每一第2部分； 交錯設(shè)置該第I多個第I層和該多個條，其中該多個條的每一個的第I部分靠近該第I端; 對該第I多個第I層和該多個條的每一個的第2部分進(jìn)行銅焊； 對該多個條的每一個和其對應(yīng)的相鄰第I層進(jìn)行摩擦攪動焊接，其中該多個條的每一個的第I表面和該多個第I層的每一個的第2表面共同限定該第I芯部的第I面。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包含經(jīng)由摩擦攪動焊接連接該第I面和該第I板。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中堆疊該第I多個第I層和該第I多個第2層，使得該第I多個第I層的每一個的第二端在該第I端處伸出超越該多個第2層，并且其中經(jīng)由包含以下各項的操作連接該第I芯部和該第I板 將該第I層的每個的該第2端插入穿過該第I板；并且 經(jīng)由摩擦攪動焊接連接每一第2端和該第I板。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包含 經(jīng)由包含以下的操作制作第2芯部 堆疊第2多個第I層和第2多個第2層，其中每一第I層包含第I流通道，并且其中每一第2層包含形成多個第2流通道的多個散熱片，并且其中該第2多個第I層和該第2多個第2層以交錯結(jié)構(gòu)設(shè)置； 將該第2多個第I層和該第2多個第2層銅焊在一起； 在該第2芯部的第I端處連接該第I板和該第2芯部，其中經(jīng)由第2抗電蝕接頭連接該第I板和該第2芯部，并且其中該第I板和阻隔部包含該第2抗電蝕接頭，并且其中該阻隔物流體地隔離該第2多個第2層與該第I端口。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中用摩擦攪動焊接制作該第I抗電蝕接頭和該第2抗電蝕接頭中的至少一個。
全文摘要
揭示一種用于在第1流體與第2流體之間進(jìn)行熱交換的混合板片式熱交換器。該混合板片式熱交換器包含多個板，每一板包含用于輸送該第1流體的通道。將散熱片銅焊在每一板上，其中該散熱片限定用于該第2流體的多個流通道。以操作時使銅焊區(qū)該第1流體流體地隔離的方式，經(jīng)由摩擦攪動焊接將該板相互連接。結(jié)果，該熱交換器適合用于使用對銅焊區(qū)腐蝕的第1流體(諸如海水或地?zé)崃黧w)的應(yīng)用中。
文檔編號F28D9/00GK102812320SQ201080032268
公開日2012年12月5日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者納塔利·B·萊文斯, 尼古拉斯·J·納格尼, 邁克爾·R·埃勒 申請人:洛克希德馬丁公司