CN108885076A - 热交换器 - Google Patents

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CN108885076A CN201780021314.1A CN201780021314A CN108885076A CN 108885076 A CN108885076 A CN 108885076A CN 201780021314 A CN201780021314 A CN 201780021314A CN 108885076 A CN108885076 A CN 108885076A
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K.波特尔森
F.斯特伦墨
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Abstract

本公开涉及一种包括中心本体(10)的热交换器,中心本体(10)具有沿着主要方向(L)延伸穿过中心本体(10)的第一组通道(Aij)和第二组通道(Bij),其中,在中心本体(10)中,在跨过主要方向(L)的任何截面中,第一组和第二组中的通道(Aij,Bij)在所述截面中形成方格图案,其中热交换器(1)还包括两个内过渡部分(20),其中,在相应的内过渡部分(20)中,在沿着第一方向(T1)延伸的排(X1X,X2X,X3X,X4X,X5X,X6X,X7X,X8X)之中,沿着第二方向(T2)数的每隔一排(X2X,X4X,X6X,X8X)设有通道(X2X,X4X,X6X,X8X),其沿着主要方向(L)相对于其它通道(X1X,X3X,X5X,X7X)沿第一方向(T1)在适当位置渐增地移位,使得通道的方格图案转换成线状图案。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及包括集成形成的中心本体的热交换器,该中心本体具有形成穿过热交换器的第一组流体通路的部分的第一组通道,和形成穿过热交换器的第二组流体通路的部分的第二组通道,其中第一组和第二组多个通道的通道从中心本体的第一端部沿着主要方向穿过中心本体延伸至中心本体的第二端部,其中,在中心本体中,在跨过主要方向的任何截面中,第一组和第二组中的通道通过沿着第一方向(沿着图案的第一周边延伸)交替地布置成多排并且沿着第二方向(横向于第一方向、沿着图案的第二周边延伸)交替地布置成多排而在所述截面中形成方格图案。
背景技术
在设计热交换器时,存在典型地需要考虑的多个问题。典型地希望使两股流体之间的壁的表面面积尽可能大,以便最大化相对热和相对冷的流体之间的热接触。还典型地希望最小化流阻或压力损失或者至少避免不适当的流阻或压力损失。还典型地希望保持热交换器的大小尽可能小。还典型地希望将热交换中使用的材料的重量、成本和/或数量保持在最小。有时,一个问题的解决方案对于一个或更多个其它问题也是有益的,并且有时解决方案是矛盾的且相应问题的解决方案需要平衡。
US 7,285,153 B2公开了用于将两种气体供给到多通道整体结构中以及从该多通道整体结构向外供给的方法和设备。公开了用于两种气体的通道的布置的多种不同构造。为了能够将气体以不同的布置分配到多个通道中,还公开了不同的设置,其中热交换器设有多个具有不同孔图案的板,由此将不同的通道逐步地接合在一起,直到它们转换成单个出口或入口。
US 8,196,647 B2也公开了用于将两种气体供给到多通道整体结构中以及从该多通道整体结构向外供给的方法和设备。为了能够将气体分配到整体物的多个通道中,公开了不同的设置,其中热交换器设有多个具有不同孔图案的板,由此将不同的通道逐步地接合在一起,直到它们转换成单个出口或入口。
在WO2013/163398中公开了一种热交换管、使用此管的热交换器以及制造此管的方法。增材制造用于形成管的至少一部分。增进的热交换特征(诸如外部和内部网格结构)沿着管构建以形成具有间歇重复形状的增强的热交换区域。据说这些网格形状使管的散热表面最大化,同时减少或消除与传统管制造相关联的大的外部尺寸。
DE 195 12 351 C1公开了一种***,其中多个储热多通道块被旋转以交替地呈现于冷空气流和热空气流中,以由此在两股空气流之间传递热。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的热交换器。本发明的目的在于提供一种有可能提供有效的热传递并且将压力损失或流阻保持在最小的热交换器。
这些目的由一种热交换器实现,该热交换器包括中心本体(优选为集成形成的中心本体),其具有形成穿过热交换器的第一组流体通路的部分的第一组通道,和形成穿过热交换器的第二组流体通路的部分的第二组通道,其中通道从中心本体的第一端部沿着主要方向穿过中心本体延伸至中心本体的第二端部,其中,在中心本体中,在跨过主要方向的一个截面中、优选在任何和每个截面中,第一组和第二组中的通道通过沿着第一方向(沿着图案的第一周边延伸)交替地布置成多排并且沿着第二方向(横向于或至少基本上横向于第一方向并且沿着图案的第二周边延伸)交替地布置成多排而形成方格图案,热交换器还包括两个内过渡部分,其中一个从中心本体的第一端部延伸并且一个从中心本体的第二端部延伸,中心本体的通道从中心本体的端部以方格图案延伸,并且在相应的内过渡部分的内端部处延伸到内过渡部分中的各个中,穿过相应的内过渡部分(优选地具有相应的通道,该通道具有与或至少与沿着主要方向的主要构件大致平行的延伸)延伸至相应的内过渡部分的外端部,其中,在相应的内过渡部分中,在沿着第一方向延伸的排之中,沿着第二方向数的每隔一排设有通道,其在跨过主要方向的多个截面中沿着主要方向按顺序彼此跟随,相对于相应的内过渡部分的其它通道沿第一方向(移位方向)在适当位置渐增地移位,由此,在相应的内过渡部分的内端部处的第一组和第二组通道的方格图案在相应的内过渡部分的外端部处转换成线状图案,由此,外端部处的相应组通道中的通道在沿着第二方向延伸的排中彼此并排布置,其中第一组通道的排和第二组通道的排沿着第一方向交替地布置。
通过设计具有与不同通路相关联的通道(形成方格图案)的中心本体,通道之间的壁将尽可能地具有与壁的相对侧处的不同通路相关联的通道。因此,与由通道(与不同通路相关联)之间的壁提供的可用热传递面积相比,将存在有效的热传递并且中心本体的截面可为小的。
可注意的是,主要方向(其也可称为纵向方向)优选地但不需要形成直线。中心本体可为弯曲的,例如,弯曲成U形。还可注意的是,方格图案优选地但不需要在整个中心本体中具有相同的定向。中心本体可沿着主要方向扭曲,使得方格图案沿着主要方向改变定向。主要方向可限定为通道从中心本体的第一端部穿过中心本体并且至中心本体的第二端部采取的方向。
通过提供内过渡部分(其中每隔一排的每个通道渐增地移位使得所述每隔一排沿移位方向移位成线状图案),有可能将方格图案改变为线状图案,同时将压力损失或流阻保持在最小。该增加的移位可为不断增加的移位。例如,移位可设有成角度的直通道。移位可设有弯曲通道。移位可设有弯曲的通道部分,其过渡成直的部分。
可注意的是,第一内过渡部分的移位方向可与第二内过渡部分的移位方向平行或者可横向于第二内过渡部分的移位方向。
可注意的是,方格式不一定是指其中通道必须为方形或矩形的设计,并且不一定是指其中第一方向和第二方向为相对于彼此直线布置的直线的设计。设想了通道的其它形状。还可设想的是,在第一方向和第二方向之间具有偏斜关系和/或非直线,诸如弯曲的周边线。方格意在指两个方向上的交替布置。类似地,线状图案不限于方形通道的直线。线状图案是指一个方向上的交替布置。
优选的实施例出现在从属权利要求和说明书中。
如上文提及的那样,中心本体优选为集成形成的中心本体。在均匀本体中,均匀集成材料的壁区段沿第一方向和第二方向两者形成用于多个通道的壁。集成形成的中心本体具有延伸穿过本体的多个通道。例如,集成形成的中心本体可由挤压或由材料(诸如聚合物材料或金属材料)的增材堆积形成。可注意的是,中心本体可作为备选为一个以上的此类集成形成的本体的组件(沿主要方向和/或沿第一方向和第二方向中的一个或更多个)。
在相应的内过渡部分中,在沿着第一方向延伸的排之中,沿着第二方向数的每隔另一排可设有通道,其在跨过主要方向的多个截面中沿着主要方向按顺序彼此跟随,沿与第一方向相对的方向在适当位置渐增地移位。由此,每隔一排的相对移位可沿着主要方向沿着短距离执行,并且仍然使压力损失或流阻最小化。
内过渡部分可与中心本体集成形成。由此,消除了这些部分的不正确组装的风险及与之相关的问题。此外,由于不存在对任何夹紧***的需要,并且由于不存在对用以允许钎焊或焊接的设计的任何调整的需要,故热交换器可以在强烈关注热传递和压力损失或流阻的最小化的情形下以紧凑的方式设计。
热交换器还可包括两个外过渡部分,一个从相应的内过渡部分的任一外端部延伸,其中各个外过渡部分包括形成第一组流体通路的部分的第一组多个通道和形成第二组流体通路的部分的第二组多个通道,其中第一组和第二组中的通道从外过渡部分的面向内过渡部分的内端部延伸穿过外过渡部分并且从外过渡部分延伸出,其中在外过渡部分中,第一组通道和/或第二组通道转向以沿着第三方向和第四方向(与由主要方向和第二方向限定的转向平面平行地延伸并且横向于相应的内过渡部分的所述移位方向)延伸,其中第三方向和第四方向彼此不同,使得第一组通道在第一端部部分处从外过渡部分延伸出,并且第二组通道在第二端部部分处从外过渡部分延伸出,第二端部部分与第一端部部分分离。利用基于该原理的设计,有可能将第一通路以紧凑的方式与第二通路分开,并且仍然使压力损失或流阻最小化。
相应的内过渡部分可与相关联的外过渡部分集成形成。根据一个实施例,内过渡部分和外过渡部分集成形成并且附接于中心本体。由此,消除了这些部分的不正确组装的风险及与之相关的问题。此外,由于不存在对任何夹紧***的需要,并且由于不存在对用以允许钎焊或焊接的设计的任何调整的需要,故热交换器可以以紧凑的方式设计,其中强烈关注热传递和压力损失或流阻的最小化。
优选地,中心本体、内过渡部分和外过渡部分集成形成单个本体。由此,消除了这些部分的不正确组装的风险及与之相关的问题。此外,由于不存在对任何夹紧***的需要,并且由于不存在对用以允许钎焊或焊接的设计的任何调整的需要,故热交换器可以在强烈关注热传递和压力损失或流阻的最小化的情形下以紧凑的方式设计。
热交换器还可包括四个管状连接部分,各自具有管状壁部分,该管状壁部分与相应的外过渡部分的第一端部部分和第二端部部分中的相应一个的外包络面集成形成并且从其延伸。优选地,管状连接部分为圆形的,并且更优选地,它们设有带螺纹的外表面,从而允许连接管使用螺纹拧入到管状连接部分上或者相对于管状连接部分保持紧密。管状连接部分可备选地设有内螺纹。管状连接部分可设有将管状本体连接在一起的其它器件,诸如卡口连接。通过与端部部分的包络面集成形成连接部分,不存在对任何夹紧***的需要,并且由于不存在对用以允许钎焊或焊接的设计的任何调整的需要,故热交换器可以在强烈关注热传递和压力损失或流阻的最小化的情形下以紧凑的方式设计。
内过渡部分可具有沿主要方向的长度,该长度为中心本体中的方格图案的任何通道的最大宽度的至少3倍。其中,通道的宽度与长度(每隔一个通道在该长度上沿移位方向移位)之间的该比率可以以平缓的曲率移位,由此使压力损失或流阻最小化。
中心本体中的各个通道可具有小于3mm、优选小于2mm的最大宽度。这样,有可能设计具有薄壁的中心本体,由此实现有效的热传递以及轻质且紧凑的热交换器,其仍然能够耐受相对高的压力。
继续穿过内过渡部分并且继续到外过渡部分中的本体中的各个通道可继续穿过外过渡部分作为至相应的第一端部部分或第二端部部分的单独通道。这样,通道壁将贯穿通道的全部延伸继续彼此加强。
在外过渡部分中,转向成沿着第三方向和第四方向延伸的第一组通道和第二组通道中的通道可从它们离开相应的内过渡部分的方向弯曲至第三方向和第三方向。这样,可在最小的压力损失或流阻的情形下提供转向。
中心本体和内过渡部分可由形成中心本体和内过渡部分的材料的增材堆积形成,优选地由其集成形成。该方法允许复杂形状的有效制造,并且由此例如设计可选择成使压力损失或流阻最小化。
中心本体、内过渡部分和外过渡部分可由形成中心本体、内过渡部分和外过渡部分的材料的增材堆积形成,优选地由其集成形成。该方法允许复杂形状的有效地制造,并且由此例如设计可选择成使压力损失或流阻最小化。
材料可为金属材料,优选地选自包括以下的组:钛或钛基合金、钽或钽基合金、钢或钢基合金、不锈钢或不锈钢基合金。通过选择这些材料,有可能提供耐腐蚀的热交换器。此外,材料适合于在增材堆积制造方法中使用。
材料可在金属材料的增材堆积期间被激光烧结或电子烧结,或者在增材堆积之后在烘箱中烧结。这样,材料熔合成坚固的产品。
第一组通道中的通道中的各个具有第一截面面积,并且第二组通道中的通道中的各个具有第二截面面积,其中第一截面面积可在第二截面面积的1.1-1.5倍之间,优选在1.1-1.25倍之间。这样,有可能适应穿过热交换器的不同流体的不同流。
根据一个方面,热交换器可简单地概括为包括中心本体,该中心本体具有沿着主要方向延伸穿过中心本体的第一组多个通道和第二组多个通道,其中,在中心本体中,在跨过主要方向的任何截面中,第一组和第二组中的通道在所述截面中形成方格图案,其中热交换器还包括两个内过渡部分,其中,在相应的内过渡部分中,在沿着第一方向延伸的排之中,沿着第二方向数的每隔一排设有通道,其为弯曲的,使得它们沿着主要方向相对于其它通道沿第一方向在适当位置渐增地移位,使得通道的方格图案转换成线状图案。
附图说明
本发明将通过示例参照所附的示意图更详细地描述,该示意图示出了本发明的当前优选的实施例。
图1为热交换器的第一平面投影图。
图2为图1的热交换器的第二平面投影图。
图3a为对应于沿着图2中的线III-III的截面视图的示意图。
图3b为对应于沿着图2中的线III-III的截面视图的示意图,其中与流体中的一者相关联的通道用深色实心标记来标记。
图4为对应于沿着图2中的线IV-IV的截面视图的示意图,其中与流体中的一者相关联的通道用如图3b中的深色实心标记来标记。
图5为对应于沿着图2中的线V-V的截面视图的示意图,其中与流体中的一者相关联的通道用如图3b和图4中的深色实心标记来标记。
图6为对应于图1的示意图,以虚线示意性地示出热交换器的内部结构。
图7为沿着图6中的线VII-VII的截面视图。
图8为沿着图6中的线VIII-VIII的一部分的截面视图,该部分在以VIII'标记的线之间且带有如图5中进一步指示而定位的截面。
图9a为对应于另一实施例的沿着图2中的线III-III的截面视图的示意图。
图9b对应于图9a,其中与流体中的一者相关联的通道以深色实心标记来标记。
图10和图11为热交换器的备选实施例的平面投影图,其中与不同的流体相关联的通道在外过渡部分的端部部分处沿不同的方向延伸。
具体实施方式
如图1中所示,热交换器1包括集成形成的部分,其包括中心本体10、两个内过渡部分20、两个外过渡部分30,以及四个管状连接部分40。
如图3a和图3b中所示,中心本体10包括第一组多个通道Aij。这些通道Aij形成穿过热交换器10的第一组流体通路P1a,P1b(如图6中指示并且统称为P1)的部分。
中心本体10还包括第二组多个通道Bij。这些通道Bij形成穿过热交换器10的第二组流体通路P2a,P2b(如图6中指示并且统称为P2)的部分。
第一组和第二组多个通道中的通道Aij,Bij从中心本体10的第一端部10a沿着主要方向L穿过中心本体10延伸至中心本体10的第二端部10b。
如图3b中所示,在跨过主要方向L的任何截面中,第一组和第二组中的通道Aij,Bij在所述截面中形成方格图案。方格图案由沿着第一方向T1交替地布置成多排X1X,X2X,X3X,X4X,X5X,X6X,X7X,X8X并且沿着第二方向T2交替地布置成多排Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y8的不同组的通道Aij,Bij形成,第一方向T1沿着图案的第一周边10C延伸,第二方向T2沿着图案的第二周边10d延伸。第二方向T2横向于第一方向T1
沿着第一方向T1的第一排包括通道A11, B12, A13, B14, A15, B16, A17, B18。沿着第一方向T1的第二排包括通道B21, A22, B23, A24, B25, A26, B27, A28。沿着第二方向的第一排包括通道A11, B21, A31, B41, A51, B61, A71, B81
关于这点,应当注意的是,通道的数量实际上通常显著大于图3-9中指示的通道的数量。在图2中,指示了更多数量的通道。通道的大小和数量将随后在说明书中详细地论述。
热交换器1还包括两个内过渡部分20,一个从中心本体10的第一端部10a延伸,且另一个从中心本体10的第二端部10b延伸。
每个内过渡部分包括形成第一组流体通路P1的部分的第一组Aij多个通道,和形成第二组流体通路P2的部分的第二组多个通道Bij。第一组和第二组中的通道Aij,Bij通过相应的内过渡部分20从相应的内过渡部分20的内端部20a延伸至相应的内过渡部分20的外端部20b。
通道Aij,Bij在相应的内过渡部分20中基本上与且至少与沿着主要方向L的主要构件平行地延伸。内过渡部分20定向成使得内端部20a面向中心本体10。
在相应的内过渡部分20中,在沿着第一方向T1延伸的排之中,沿着第二方向T2数的每隔一排沿第一方向T1在适当位置移位。每隔一排的该移位由移位排中的每个通道提供,移位排沿主要方向L沿着它们的延伸弯曲。每隔一个通道的每个通道移位是足够的。这将例如为:排2,4,6和8中的通道将沿着第一方向T1移位。排1为具有A11,B12等的排,并且排2为具有B21,A22等的排。因此,在一个示例中,通道X2X,X4X,X6X,X8X沿着第一方向T1移位。
在优选的实施例中,沿着第二方向T2的每隔一排的每个通道X2X,X4X,X6X,X8X沿着第一方向弯曲,并且每隔另一排的每个通道X1X,X3X,X5X,X7X沿着与第一方向T1相对的T1'方向弯曲。
附图标记X表示A和B两者。下标x表示所有下标1-8。即,X2X是指B21,A22,B23,A24,B25,A26,B27,A28
沿着第二方向T2数的每隔一排的通道X2X,X4X,X6X,X8X为弯曲的,使得它们在多个截面中(例如,见图3b、图4和图5的序列)跨过主要方向L,沿着主要方向L按顺序彼此跟随,相对于相应的内过渡部分20的其它通道X1X,X3X,X5X,X7X沿第一方向T1(移位方向)在适当位置渐增地移位。在图8中,示出了截面,其示出通道X1X,X3X,X5X,X7X如何直接穿过中心本体10延伸并且弯曲以沿与第一方向T1相对的方向T1'提供移位。在图8的截面中,沿着第二方向T2数的第五排的通道沿与第一方向T1相对的方向T1'移位。在顶部和底部处,侧壁(通道A68在其后面延伸)在通道X5X接近相应的内过渡部分20的外端部20b时出现。
通道Aij,Bij的形状使得相应的内过渡部分20的内端部20a(图3b)处的通道的方格图案在外端部20b处转换成线状图案(图5),其中相应组的通道(Aij和Bij)在排A1-5,B1-4(沿着第二方向T2延伸)中彼此并排布置,并且其中第一组通道的排和第二组通道的排沿着相应的内过渡部分20的第一方向T1交替地布置。可注意的是,沿着第一方向T1数的排数增加一。沿着第二方向T2数的是与中心本体10中的排数相同的排数。
如上文提及的那样,热交换器1还包括两个外过渡部分30,一个从相应的内过渡部分20的任一外端部20b延伸。
各个外过渡部分包括形成第一组流体通路P1的部分的第一组多个通道Aij,和形成第二组流体通路P2的部分的第二组多个通道Bij
第一组和第二组中的通道Aij,Bij从外过渡部分30的面向内过渡部分20的内端部30a延伸穿过外过渡部分30并且从外过渡部分30延伸出。
在外过渡部分30中,第一组通道A1-5和/或第二组通道B1-4转向,以沿着第三方向T3和第四方向T4(与由主要方向L和第二方向T2限定的转向平面DP平行地延伸并且横向于相应的内过渡部分20的所述移位方向)延伸。转向平面DP在图2中示出,并且与图1、图6和图10-11的纸面平行。相应的内过渡部分20的移位方向沿着相应的外过渡部分30的转向平面DP的法线延伸。在图1和图6的实施例中,在外过渡部分30中,第一组通道Aij转向以沿着第三方向T3延伸,并且第二组通道Bij转向以沿着第四方向T4延伸。在图10和图11中示出的实施例中,在外过渡部分30中,第一组通道Aij转向以沿着第三方向T3延伸,而第二组通道Bij未转向。在图10和图11的实施例中,第二组通道Bij沿着第四方向T4从外过渡部分30的第二端部部分30c延伸出,第四方向T4平行于主要方向L。
如图1,6和图10-11中所示,第三方向T3和第四方向T4彼此不同,使得第一组通道Aij在第一端部部分30b处从外过渡部分30延伸出,并且第二组通道Bij在第二端部部分30c处从外过渡部分30延伸出。第二端部部分30c与第一端部部分30b分离。在图1和图6中的实施例中,第三方向T3和第四方向T4两者不同于通道从其离开相应的内过渡部分20的方向,即,第三方向T3和第四方向T4两者不同于主要方向L。如图1和图6中所示,第三方向T3和第四方向T4两者形成相对于主要方向L为大约45°的角度,使得第三方向T3和第四方向T4彼此垂直,即,在它们之间形成大约90°的角度。在图10和图11的实施例中,第三方向T3不同于通道从其离开内过渡部分20的方向,而第四方向T4为与通道从其离开内过渡部分20的方向相同的方向,即,第三方向T3不同于主要方向L,而第四方向T4为与主要方向L相同的方向。在图10中,第三方向T3形成相对于主要方向L为大约90°的角度,使得第三方向T3和第四方向T4彼此垂直,即,在它们之间形成大约90°的角度。在图11中,第三方向T3形成相对于主要方向L为大约70°的角度,使得第三方向T3和第四方向T4在它们之间形成大约70°的角度。第三方向T3与第四方向T4之间的角度优选为至少30°,以在合理的长过渡路径期间实现第三方向T3和第四方向T4的分离,即,控制外过渡部分的尺寸。优选地,第三方向T3与第四方向T4之间的角度为至少45°,诸如至少60°,诸如至少70°,诸如大约90°,以进一步减小外过渡部分的大小。
如图7中所示,相应的端部部分30b,30c呈现到以线状构造布置的第一组和第二组通道Aij,Bij中的一者的通道中的多个开口,该线状构造在内过渡部分20和闭合的壁部分的外端部20b处实现,其中另一组朝向另一端部部分30c,30b转向。
如上文提及的那样,热交换器1还包括四个管状连接部分40。各个连接部分40具有管状壁部分,其与相应的外过渡部分30的第一端部部分30b和第二端部部分30c中的相应一个的外包络面集成形成,并且从其延伸。
如图2中所示,管状连接部分40为圆形的。连接部分40的集成形成的部分适于接收单独制造的圆柱形次级连接部分,或者适于接收到其中。次级连接部分在其外表面上设有螺纹,从而允许连接管使用螺纹拧入到管状连接部分上或者相对于管状连接部分保持紧密。备选地,与其它部分10,20,30集成形成的连接部分40设有螺纹。
内过渡部分20具有沿主要方向L的长度,该长度为中心本体10中的方格图案的任何通道Aij,Bij的最大宽度W的至少3倍。如果内过渡部分20具有小于最大宽度W的10倍的长度,则认为是合适的。如果中心本体中的各个通道具有小于3mm、优选小于2mm的最大宽度,则认为是合适的。认为是合适的是,通道具有至少0.1mm的最小宽度。
在图1和图2中示出的优选实施例中,通道具有带0.5mm到2mm的边的方形截面。存在沿着第一方向T1和沿着第二方向T2的y个通道。通道之间的壁厚可为大约0.05mm到0.4mm。最外通道与中心本体的外表面之间的壁厚可与该壁厚相同,但优选较厚,诸如大约0.5mm到2mm。内过渡部分具有b mm的长度。
如图6中指示的那样,继续穿过内过渡部分20并且继续到外过渡部分30中的中心本体10中的各个通道Aij,Bij继续穿过外过渡部分30,作为至相应的第一端部部分30b或第二端部部分30c的单独通道(在中心本体10中呈方格构造,在内过渡部分20中呈移位构造,并且在外过渡部分30中呈线状构造)。
在图6中,还指示的是,在外过渡部分30中,转向成沿着第三方向T3和第四方向T4延伸的第一组通道Aij和第二组通道Bij中的通道从它们从其离开相应的内过渡部分20的方向(典型地至少基本上与主要方向平行,并且优选地与主要方向平行)弯曲至第三方向T3和第三方向T4。在图10和图11中的实施例中,在外过渡部分30中,转向成沿着第三方向T3延伸的第一组通道Aij中的通道从它们从其离开相应的内过渡部分20的方向(典型地至少基本上与主要方向平行,并且优选地与主要方向平行)弯曲至第三方向T3。在图10和图11中的实施例中,在外过渡部分30中,第二组通道Bij中的通道沿如它们离开相应的内过渡部分20的相同方向(典型地至少基本上与主要方向平行,并且优选地与主要方向平行)布置,以沿着第四方向T4从外过渡部分延伸出。换句话说,第二组通道Bij中的通道的方向穿过外过渡部分30不受影响。因此,在图10和图11的实施例中,第二组通道Bij中的通道直接穿过外过渡部分30。
中心本体10和内过渡部分20(以及还优选地外过渡部分30,以及还更优选地连接部分40)由材料的增材堆积形成(优选地由其集成形成)。
材料为金属材料,优选地选自包括以下的组:钛或钛基合金、钽或钽基合金、钢或钢基合金、不锈钢或不锈钢基合金。
材料在金属材料的增材堆积期间被激光烧结或电子烧结,或者在增材堆积之后在烘箱中烧结。
在图9a和图9b中,示出了通道Aij,Bij的备选形状。在该备选构造中,一组通道Aij设计成具有圆形截面并且以方格图案布置,其中通道形成在相邻圆形通道之间的间隙中。在该构造中,圆形通道具有比其它通道更大的截面面积。
第一组通道中的通道中的各个具有第一截面面积,并且第二组通道中的通道中的各个具有第二截面面积,其中第一截面面积可在第二截面面积的1.1-1.5倍之间,优选在1.1-1.25倍之间。这样,有可能适应穿过热交换器的不同流体的不同流。
构想的是,存在本文中描述的实施例的许多改型,它们仍在如由所附权利要求限定的发明的范围内。
例如,可注意的是,根据一个实施例,中心本体单独地制造为一个实体,并且内过渡部分和外过渡部分制造为适于附接至中心本体的集成形成的本体。在该实施例中,还优选的是,连接部分与包括内过渡部分和外过渡部分的本体集成形成。例如,中心本体可由挤压过程单独地制造。
可注意的是,中心本体可分成多个单独的本体,其沿着主要方向一个接一个地布置并且/或者沿着第一和/或第二横向方向并排地布置。
还可注意的是,中心本体和/或内过渡部分和/或外过渡部分可由聚合物基材料制造。
还可注意的是,中心本体和/或内过渡部分和/或外过渡部分可由不同的材料制造。

Claims (16)

1.一种热交换器(1),包括:
中心本体(10),所述中心本体具有:
第一组通道(Aij),其形成穿过所述热交换器(1)的第一组流体通路(P1a,P1b)的部分,以及
第二组通道(Bij),其形成穿过所述热交换器(1)的第二组流体通路(P2a,P2b)的部分,
所述通道(Aij,Bij)从所述中心本体(10)的第一端部(10a)沿着主要方向(L)穿过所述中心本体(10)延伸至所述中心本体(10)的第二端部(10b),
其中,在所述中心本体(10)中,在跨过所述主要方向(L)的截面中,所述第一组和第二组中的所述通道(Aij,Bij)通过沿着第一方向(T1)交替地布置成多排(X1X,X2X,X3X,X4X,X5X,X6X,X7X,X8X)并且沿着第二方向(T2)交替地布置成多排(Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y8)而形成方格图案,所述第一方向(T1)沿着所述图案的第一周边(10c)延伸,所述第二方向(T2)横向于所述第一方向(T1)并且沿着所述图案的第二周边(10d)延伸,
所述热交换器(1)还包括两个内过渡部分(20),其中一个从所述中心本体(10)的所述第一端部(10a)延伸并且一个从所述中心本体(10)的所述第二端部(10b)延伸,
所述中心本体(10)的所述通道(Aij,Bij)从所述中心本体(10)的端部(10a,10b)以所述方格图案延伸,并且在相应的内过渡部分(20)的内端部(20a)处延伸到所述内过渡部分(20)中的各个中,延伸穿过相应的内过渡部分(20)并且至相应的内过渡部分(20)的外端部(20b),
其中,在相应的内过渡部分(20)中,沿着所述第一方向(T1)的所述排(X1X,X2X,X3X,X4X,X5X,X6X,X7X,X8X)中的每隔一排(X2X,X4X,X6X,X8X)沿所述第一方向(T1)并相对于所述排(X1X,X2X,X3X,X4X,X5X,X6X,X7X,X8X)中的每隔另一排(X1X,X3X,X5X,X7X)渐增地移位,直到相应的内过渡部分(20)的内端部(20a)处的所述第一组和第二组通道(Aij,Bij)的所述方格图案在相应的内过渡部分(20)的外端部(20b)处转换成线状图案,由此,相应的内过渡部分(20)的各个外端部(20b)处的相应组通道(Aij,Bij)中的通道在沿着所述第二方向(T2)延伸的排中彼此并排布置,其中所述第一组通道(Aij)的排和所述第二组通道(Bij)的排沿着所述第一方向(T1)交替地布置。
2.根据权利要求1所述的热交换器,其特征在于,在相应的内过渡部分(20)中,在沿着所述第一方向(T1)延伸的所述排(X1X,X2X,X3X,X4X,X5X,X6X,X7X,X8X)之中,沿着所述第二方向(T2)数的每隔另一排(X1X,X3X,X5X,X7X)设有通道(X1X,X3X,X5X,X7X),其在跨过所述主要方向(L)的多个截面中沿着所述主要方向(L)按顺序彼此跟随,沿与所述第一方向(T1)相对的方向(T1')在适当位置渐增地移位。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的热交换器,其特征在于,所述内过渡部分(20)与所述中心本体(10)集成形成。
4.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的热交换器,其特征在于,所述热交换器还包括两个外过渡部分(30),一个从相应的内过渡部分(20)的任一外端部(20b)延伸,其中各个外过渡部分(30)包括形成所述第一组流体通路(P1)的部分的第一组通道(Aij)和形成所述第二组流体通路(P2)的部分的第二组通道(Bij),
其中所述第一组和第二组中的所述通道(Aij,Bij)从所述外过渡部分(30)的面向所述内过渡部分(20)的内端部(30a)延伸穿过所述外过渡部分(30)并且从所述外过渡部分延伸出,
其中,在所述外过渡部分(30)中,所述第一组通道(Aij)和/或所述第二组通道(Bij)转向以沿着第三方向(T3)和第四方向(T4)延伸,所述第三方向(T3)和所述第四方向(T4)与由所述主要方向(L)和所述第二方向(T2)限定的转向平面(DP)平行地延伸并且横向于相应的内过渡部分(20)的所述移位方向(T1),
其中所述第三方向(T3)和所述第四方向(T4)彼此不同,使得所述第一组通道(Aij)在第一端部部分(30b)处从所述外过渡部分(30)延伸出,并且所述第二组通道(Bij)在第二端部部分(30c)处从所述外过渡部分(30)延伸出,所述第二端部部分(30c)与所述第一端部部分(30b)分离。
5.根据权利要求4所述的热交换器,其特征在于,相应的内过渡部分(20)与相关联的外过渡部分(30)集成形成。
6.根据权利要求4所述的热交换器,其特征在于,所述中心本体(10)、所述内过渡部分(20)和所述外过渡部分(30)集成形成单个本体。
7.根据权利要求4至权利要求6中的任一项所述的热交换器,其特征在于,所述热交换器还包括四个管状连接部分(40),各自具有管状壁部分,所述管状壁部分与相应的外过渡部分(30)的所述第一端部部分(30b)和所述第二端部部分(30c)中的相应一个的外包络面集成形成并且从其延伸。
8.根据权利要求1至权利要求7中的任一项所述的热交换器,其特征在于,所述内过渡部分(20)具有沿所述主要方向(L)的长度,所述长度为所述中心本体(10)中的所述方格图案的任何通道(Aij,Bij)的最大宽度(W)的至少3倍。
9.根据权利要求1至权利要求8中的任一项所述的热交换器,其特征在于,所述中心本体(10)中的各个通道(Aij,Bij)具有小于3mm、优选小于2mm的最大宽度(W)。
10.根据权利要求4至权利要求9中的任一项所述的热交换器,其特征在于,继续穿过所述内过渡部分(20)并且继续到所述外过渡部分(30)中的所述中心本体(10)中的各个通道(Aij,Bij)继续穿过所述外过渡部分(30)作为至相应的第一端部部分(30b)或第二端部部分(30c)的单独通道。
11.根据权利要求4至权利要求10中的任一项所述的热交换器,其特征在于,在所述外过渡部分(30)中,转向成沿着第三方向(T3)和第四方向(T4)延伸的所述第一组通道和/或所述第二组通道中的通道(Aij,Bij)从它们离开相应的内部分的方向弯曲至所述第三方向(T3)和所述第四方向(T4)。
12.根据权利要求1至权利要求11中的任一项所述的热交换器,其特征在于,所述中心本体(10)和所述内过渡部分(20)由形成中心本体(10)和所述内过渡部分(20)的材料的增材堆积形成,优选地由其集成形成。
13.根据权利要求4至权利要求12中的任一项所述的热交换器,其特征在于,所述中心本体(10)、所述内过渡部分(20)和所述外过渡部分(30)由形成所述中心本体(10)、所述内过渡部分(20)和所述外过渡部分(30)的材料的增材堆积形成,优选地由其集成形成。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的热交换器,其特征在于,所述材料为金属材料,优选地选自包括以下的组:钛或钛基合金、钽或钽基合金、钢或钢基合金、不锈钢或不锈钢基合金。
15.根据权利要求14所述的热交换器,其特征在于,所述材料在所述金属材料的所述增材堆积期间被激光烧结或电子烧结,或者在所述增材堆积之后在烘箱中烧结。
16.根据权利要求1至权利要求15中的任一项所述的热交换器,其特征在于,所述第一组通道中的通道(Aij)中的各个具有第一截面面积,并且所述第二组通道中的通道(Bij)中的各个具有第二截面面积,其中所述第一截面面积在所述第二截面面积的1.1-1.5倍之间,优选在1.1-1.25倍之间。
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