[发明专利]热交换器

说明书

技术领域

本发明涉及热交换器的领域。

背景技术

公布的PCT专利申请WO-A-2006/064202描述了一种小型热交换 器和反应器(CHXR)，其可以用能量束方法(例如选择性激光重熔 (SLR))来制造。以这种方式形成的小型热交换器能够以产生大的 热交换表面积-体积比的方式为大量精密导管提供相关的复杂歧管构 造。然而，这种热交换器的一个问题是，制造过程会非常不利地缓慢 且昂贵。重熔材料以形成导管花费了大量的时间，因而在热交换器设 计中需要重熔的壁材料越多，则制造该热交换器所需的时间就越长。 另一个问题是，虽然理想的是具有薄的导管壁从而促进高水平的热传 递，然而在壁的不同侧面之间存在的显著的压力差导致必须提供更大 的壁厚从而承受由这种压力差产生的力。这种加厚的导管壁再次需要 更长时间来制造并且降低了热传递的水平。

发明内容

从一个方面看，本发明提供了一种热交换器，其包括：

主体，该主体的一部分具有从其中穿过的多个基本平行的运送流 体的花式(tessellating)导管，其中

所述花式导管的横向横截面具有一种或多种形状，通过重复地使 用所述一种或多种形状使所述形状基本完全覆盖通过所述主体的所述 部分且横于所述花式导管的平面。

本发明考虑到，花式导管的横截面所具有的形状配合在一起从而 基本完全地覆盖横于那些导管的平面，使得热交换器的壁材料的量减 小。这使得制造更快捷且更经济，同时也具有其它优点。花式形状提 供如下构造，即：至少一些相邻导管可以具有相同的内部流体压力并 且因而减小了施加在导管壁上的力，从而使得这种导管壁可以有利地 变薄。

虽然可以理解存在许多具有覆盖平面的花式特性的形状和形状的 组合，不过当花式导管具有一种规则地拼花(tessellate)以覆盖平面的 形状时可以有利地简化热交换器的设计。

虽然可以通过各种形状来实现规则的花式拼装，不过特别优选的 形状是正六边形。正六边形具有不是特别尖锐的内角(即，减小了潜 在的应力集中)并且趋近于圆形横截面，这能够提供高强度以抵抗内 部和外部压力。

每个花式导管可以形成导管对的外导管，该导管对的内导管沿外 导管的至少一部分被置于外导管内。这样的管中管(pipe-in-pipe)构 造能够提供高水平的热传递面积-体积比。花式外导管以如下方式基本 完全填充热交换器主体的横向横截面的平面：即，避免了多余的“死 区(dead space)”，而该死区会减小热传递表面积-体积比并且也会降 低表面孔隙度。如果这些“死区”需要用材料来填充，则该材料需要 重熔并且会增加制造时间。同时，容纳在外导管内的流体以提供高度 热传递的方式围绕内导管。

内导管可以具有各种不同形状，不过对于使用相同量的材料而言， 圆形横截面提供高强度。

内导管可以由臂保持就位，所述臂从内导管延伸到外导管。这种 构造能够使热交换器主体内具有高强度。

回来考虑花式导管本身，花式导管可以设置成同心环，其中相邻 的环被连接成接收不同流体。因此，花式导管的环可以共同产生与管 中管构造等同的集合体，即使是不使用导管对时也是如此。也可以使 用与这种同心环构造相结合的导管对。

本发明实施例减少形成热交换器主体所需材料量的效果使得被相 邻花式导管完全围绕的花式导管将与相应的花式导管共用其所有的 壁。这些共用的壁是整体式的(由单块材料形成)。

可以理解，在热交换器主体的边缘处，花式导管不被相邻花式导 管围绕。这些边缘导管可以具有与热交换器主体内部的那些导管不同 的形状并且也可以具有加厚的外壁从而更好地抵抗压力差。

可以通过在接近导管顶点处具有加厚的壁并且具有弯曲顶点而不 是尖角，从而进一步增强导管。

虽然具有上述结构形式的热交换器是有利于制造的，不过它们特 别适合由重熔材料制造，该重熔材料即：使用能量束重熔从而在添加 待重熔的连续材料层之前形成主体的一部分的材料层。

可以理解，需要歧管来连接在热交换器主体内形成的导管，并且 这些歧管将具有由热交换器主体的细致且复杂的形式所决定的复杂形 式。使用重熔材料层来制造这样的歧管是高度便利的。