專利名稱：熱交換器制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱交換器制造方法，在該熱交換器中，多塊均由金屬薄板制成的熱交換板彼此平行并一體地組合，尤其涉及一種用于制造這樣的熱交換器的方法，在該熱交換器中，壓力成型的熱交換板一塊置于另一塊上面地布置并在其接觸部分彼此一體地結(jié)合，以向熱交換器提供承受高壓力的強(qiáng)度。
背景技術(shù)：
如果要求增大傳熱系數(shù)以改善熱交換效果，利用一個(gè)熱交換器，通過(guò)該交換器在高溫流體和低溫流體之間產(chǎn)生熱傳遞(即，熱交換)，通常廣泛采用板式熱交換器。板式熱交換器具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)熱傳遞板以規(guī)定間距一塊置于另一塊上面地平行放置從而形成流道，這些流道由各個(gè)熱傳遞板分隔開。高溫流體和低溫流體在上述流道中交替流動(dòng)，以通過(guò)各個(gè)熱傳遞板進(jìn)行熱交換。
在傳統(tǒng)板式熱交換器中，由彈性材料形成的襯墊部件置于相鄰兩板之間，以使它們之間的間隔一致并形成流體流道。但是，在板之間流動(dòng)的熱交換流體的高壓會(huì)造成密封部件變形，從而不能確保流體正確的隔離或者導(dǎo)致板之間距離不利的變化。在這種情況下，可能無(wú)法進(jìn)行有效的熱交換，從而導(dǎo)致故障?？紤]到這些因素，傳統(tǒng)熱交換器具有這樣的問題，即熱交換流體僅能在襯墊部件能承受的壓力范圍內(nèi)使用。
最近已經(jīng)提出了一種熱交換器，其具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中以預(yù)定間隔布置的金屬薄板，在它們的端部通過(guò)焊接，不使用任何襯墊部件地連接在一起，以將這些板組裝成單個(gè)單元，從而在各板的相對(duì)側(cè)上為熱交換流體形成流道。日本專利臨時(shí)公開2003-194490說(shuō)明了這樣的一種熱交換器，作為由本發(fā)明人所提出發(fā)明的一個(gè)例子。
在采用諸如焊接的粘合方法的大多數(shù)傳統(tǒng)熱交換器情況中，由于諸如焊接操作的限制，一塊置于另一塊上面地布置的板通過(guò)僅施加在板周圍的焊接結(jié)合。結(jié)果，沿著板各相對(duì)面流動(dòng)的熱交換流體之間的壓力差變大，相鄰板之間在諸如中心部分的非粘合部分上的間距會(huì)變化，不僅使熱交換性能變差，而且還導(dǎo)致熱交換器損壞。從而，這種熱交換器無(wú)法在壓力相對(duì)較高的情況下使用。
已經(jīng)提出了其它類型的熱交換器，采用施加到組裝板全部接觸部分上的擴(kuò)散粘合。日本專利公開No.S54-18232和日本專利臨時(shí)公開No.2003-262489公開了這樣的熱交換器。
傳統(tǒng)熱交換器具有上述現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)。在日本專利公開No.S54-18232和日本專利臨時(shí)公開No.2003-262489中所說(shuō)明的熱交換器中，層疊的板在全部接觸部分上粘合，從而提供了較高的強(qiáng)度，由此熱交換器不發(fā)生變形。但是，通常，在擴(kuò)散粘合過(guò)程中，不僅向真空容器中的層疊板施加熱，而且施加較高的壓力。從而，日本專利公開No.S54-18232使用平板和波紋板的組合，該波紋板具有即使在施加壓力時(shí)也能防止變形的優(yōu)化形狀。日本專利臨時(shí)公開No.2003-262489使用具有特殊結(jié)構(gòu)的板，其具有分隔壁區(qū)域和流動(dòng)控制區(qū)域，這些區(qū)域通過(guò)使用作熱傳遞區(qū)域的板表面經(jīng)受蝕刻或機(jī)加工，或者將在單獨(dú)的部件中預(yù)先形成的分隔壁區(qū)域和流動(dòng)控制區(qū)域固定到平板上而獲得。
從而，難以將日本專利公開No.S54-18232和日本專利臨時(shí)公開No.2003-262489中說(shuō)明的熱交換器技術(shù)應(yīng)用到其它類型的熱交換器中，在這些專利公開文件中用作熱交換器主要部分的板的形狀受限制。該技術(shù)無(wú)法不經(jīng)修改地應(yīng)用到板式熱交換器的板的粘合中，在該板式熱交換器中，由于變形問題，所有的壓力成型板一塊置于另一塊上面地布置，使得相鄰板的突起以與日本專利臨時(shí)公開No.2003-194490中所述相同的方式彼此接觸。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是為了解決上述問題，因此提供一種熱交換單元制造方法，其中熱交換板通過(guò)熱交換板的擴(kuò)散粘合接觸部分結(jié)合在一起，這些擴(kuò)散粘合部分通過(guò)使熱交換板一塊置于另一塊上面地布置而形成，以顯著增大相鄰板的整體粘合面積，以顯著提高由熱交換板組成的熱交換器的耐壓強(qiáng)度，從而允許應(yīng)用于各種類型的熱交換器。
為了獲得上述目的，本發(fā)明的熱交換器制造方法的第一方面，包括下列步驟將多塊熱交換板一塊置于另一塊上面地布置，每塊熱交換板由具有預(yù)定不規(guī)則花紋的金屬板部件組成，并把這些板組合成熱交換器，其中每塊熱交換板通過(guò)壓力成型方法制成預(yù)定形狀，使得每塊熱交換板至少在其一部分上包括具有不規(guī)則花紋的熱傳遞區(qū)域及第一和第二相對(duì)表面，第一和第二熱交換流體分別接觸第一和第二相對(duì)表面，這樣結(jié)合的熱交換板至少在其周圍部分彼此接觸，且第一熱交換流體流經(jīng)的第一間隙部分和第二熱交換流體流經(jīng)的第二間隙部分交替地在熱交換板之間提供，其中，該方法還包括下列步驟將預(yù)定數(shù)量的熱交換板一塊置于另一塊上面地布置，以在其層疊方向上施加壓力至這樣的程度，即至少使這樣布置的熱交換板保持平行，且熱交換板即使在其溫度增大到預(yù)定溫度時(shí)也不塑性變形，在該預(yù)定溫度下發(fā)生與熱交換板材料有關(guān)的擴(kuò)散粘合，維持這樣的層疊條件并使相鄰板在從熱交換板突出的突起和周圍邊緣處彼此接觸；并使圍繞至少板接觸部分的空間處于真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)，在該狀態(tài)下僅存在內(nèi)部氣體大氣，使板保持在發(fā)生擴(kuò)散粘合的預(yù)定溫度下預(yù)定時(shí)間并擴(kuò)展粘合板僅彼此接觸且還沒有粘合在一起的部分。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，熱交換板一塊置于另一塊上面地布置，且僅在層疊方向上向?qū)盈B的板施加最小的壓力，以在相鄰板應(yīng)該彼此接觸的位置上保持接觸狀態(tài)，且層疊的板被置于這樣的溫度條件和大氣條件下，在該條件下制成板的金屬的擴(kuò)散粘合適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行，以通過(guò)擴(kuò)散粘合在其多個(gè)接觸部分上將相鄰板粘合在一起。從而可能制造熱交換器，其中通過(guò)使用由壓力成型方法獲得的正常熱交換板，層疊的板不僅在板的周圍邊緣，而且在其大量接觸部分穩(wěn)固第結(jié)合在一起，而不會(huì)損壞板的壓力成型形狀。因此，熱交換器每部分的耐壓強(qiáng)度可以顯著提高以允許所引入的熱交換流體壓力升高或增大熱交換流體之間的壓力差，這樣使得能夠設(shè)定適當(dāng)?shù)臈l件，在該條件下進(jìn)行有效的熱交換。從而可以提供性能較高的熱交換器。
在本發(fā)明的熱交換器制造方法的第二方面中，該方法可以進(jìn)一步包括下列步驟在將熱交換板一塊置于另一塊上面地布置的步驟階段，在相鄰板的周圍邊緣進(jìn)行焊接，以形成焊接組件，在該組件中板之間的位置關(guān)系不發(fā)生變化；和將焊接組件處于真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)，在該狀態(tài)下僅存在內(nèi)部氣體大氣，使板保持在發(fā)生擴(kuò)散粘合的預(yù)定溫度下預(yù)定時(shí)間并擴(kuò)展粘合板僅彼此接觸且還沒有粘合在一起的部分。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，層疊的熱交換板預(yù)先在板的周圍邊緣焊接，以準(zhǔn)備焊接組件，然后焊接組件在其彼此接觸但還沒有粘合在一起的部分通過(guò)擴(kuò)散粘合粘合到一起。從而板可以在擴(kuò)散粘合以前，預(yù)先結(jié)合成焊接組件，以確保板合適的層疊狀態(tài)，使得焊接組件易于操縱。該步驟可以在熱交換器傳統(tǒng)制造方法中用作后續(xù)步驟，其中僅板的周圍邊緣焊接在一起，從而使得根據(jù)熱交換器傳統(tǒng)制造方法結(jié)合的板能更穩(wěn)固地結(jié)合在一起。從而，耐壓強(qiáng)度可以顯著提高，以允許向相鄰板之間的間隙導(dǎo)入高壓熱交換流體。結(jié)果，熱交換效率可以根據(jù)各種類型的熱交換條件而提高。
在本發(fā)明的熱交換器制造方法的第三方面中，可以進(jìn)行焊接熱交換板的步驟以將這些板組合成焊接組件，使得第一和第二間隙部分中的每一個(gè)與外部隔離，除了與第一間隙部分相通的第一流體入口和出口部分及與第二間隙部分相通的第二流體入口和出口部分，且該方法還進(jìn)一步包括下列步驟將第一供給管/排出管連接至第一入口和出口部分，其允許向第一間隙部分中供應(yīng)流體和/或從第一間隙部分排出流體，并將第二供給管/排出管連接至第二入口和出口部分，其允許向第二間隙部分中供應(yīng)流體和/或從第二間隙部分排出流體；通過(guò)第一供給管/排出管從第一間隙部分去除氣體，以在其中提供真空狀態(tài)或通過(guò)第一供給管/排出管向第一間隙部分提供惰性氣體同時(shí)去除其中的氣體，以提供低壓狀態(tài)，和通過(guò)第二供給管/排出管向第二間隙部分中提供具有預(yù)定高溫和預(yù)定壓力的惰性氣體同時(shí)去除其中的氣體，以提供比第一間隙部分更高的壓力狀態(tài)，然后使布置在每塊板熱傳遞區(qū)域中，并存在于第一間隙部分中的突起的接觸部分處于擴(kuò)散粘合發(fā)生了預(yù)定時(shí)間的預(yù)定溫度下，并擴(kuò)散粘合板的接觸部分；然后，通過(guò)第二供給管/排出管從第二間隙部分去除氣體，以在其中提供真空狀態(tài)或通過(guò)第二供給管/排出管向第二間隙部分提供惰性氣體同時(shí)去除其中的氣體，以提供低壓狀態(tài)，和通過(guò)第一供給管/排出管向第一間隙部分中提供具有預(yù)定高溫和預(yù)定壓力的惰性氣體同時(shí)去除其中的氣體，以提供比第二間隙部分更高的壓力狀態(tài)，然后使布置在每塊板熱傳遞區(qū)域中，并存在于第二間隙部分中的突起的接觸部分處于擴(kuò)散粘合發(fā)生了預(yù)定時(shí)間的預(yù)定溫度下，并擴(kuò)散粘合板的接觸部分。
根據(jù)本發(fā)明的第三部分，將包括板要擴(kuò)散粘合部分的間隙部分置于真空狀態(tài)或其中僅存在內(nèi)部氣體大氣的低壓狀態(tài)中，且具有高溫的惰性氣體被導(dǎo)入相鄰間隙部分中，其相對(duì)于板要擴(kuò)散粘合的部分被置于上述間隙部分的相對(duì)側(cè)，以提供在板的接觸部分易于發(fā)生擴(kuò)散粘合的狀態(tài)。在完成接觸部分的擴(kuò)散粘合后，相同的方法環(huán)境條件作用于另一個(gè)間隙部分，且板的接觸部分在該另一個(gè)間隙部分中被擴(kuò)散粘合在一起，結(jié)果由于相鄰間隙部分之間的壓力差，大致相同的壓力施加到板的接觸部分上，從而補(bǔ)足施加到板接觸部分上的接觸壓力。從而可以確保板合適的接觸面積，而不管板的不規(guī)則花紋如何，以允許有效地實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散粘合。在實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散粘合時(shí)，僅將相鄰間隙部分之一置于真空或低壓狀態(tài)就足夠了，結(jié)果承受排氣過(guò)程以提供真空狀態(tài)的空間可以減小，以降低泵負(fù)載，從而控制實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散粘合所需的能耗并降低熱交換器的制造成本。
在本發(fā)明的熱交換器制造方法的第四方面中，該方法可以進(jìn)一步包括下列步驟將這樣組合的熱交換板置于至少在板的層疊方向上可彈性變形并具有進(jìn)氣和排氣部分的容器中，該容器提供了氣密特性，除了進(jìn)氣和排氣部分；在其層疊方向向板施加壓力并通過(guò)進(jìn)氣和排氣部分排出容器內(nèi)的氣體；然后封閉進(jìn)氣和排氣部分以使容器內(nèi)部處于真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)，容器內(nèi)部包括圍繞板接觸部分的空間。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，層疊的熱交換板容納在可彈性變形的容器中，使得通過(guò)從容器中去除氣體，使該容器的內(nèi)部空間處于真空或低壓狀態(tài)。該容器彈性變形并使圍繞板接觸部分的空間處于真空或低壓狀態(tài)，從而提高擴(kuò)散粘合的可靠性并提供板經(jīng)過(guò)改進(jìn)的接觸。
在本發(fā)明的熱交換器制造方法的第五方面中，該方法可以進(jìn)一步包括下列步驟使位于這樣組合的熱交換板層疊方向中一個(gè)端部側(cè)上的熱交換板通過(guò)施加電流可與用于加熱的電源的一個(gè)電極可通電地相連，并使位于這樣組合的熱交換板層疊方向中另一個(gè)端部側(cè)上的熱交換板可與該電源的另一個(gè)電極可通電地相連；并向位于板層疊方向中相對(duì)端部側(cè)上的板施加電流，以通過(guò)流經(jīng)所有熱交換板的電流，同時(shí)使圍繞至少板接觸部分的空間保持在真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)，使板保持在預(yù)定溫度下預(yù)定時(shí)間，在該預(yù)定溫度下通過(guò)施加電流的熱量產(chǎn)生擴(kuò)散粘合，并擴(kuò)散粘合僅彼此接觸且還沒有粘合在一起的部分。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，電流施加到層疊的熱交換板上以通過(guò)焦耳熱直接提高板的溫度，以提供擴(kuò)散粘合正確發(fā)生的適當(dāng)溫度。不需要提高發(fā)生擴(kuò)散粘合的整個(gè)空間的溫度，從而加熱板。實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散粘合所需的能量受到控制而熱交換器的制造成本降低。
在本發(fā)明的熱交換器制造方法的第六方面中，該方法可以包括下列步驟將這樣組合的熱交換板在熱交換板的層疊方向中保持在冷卻板之間，每塊冷卻板由在熱交換板的擴(kuò)散粘合條件下不擴(kuò)散粘合到熱交換板上的材料制成，且具有中空結(jié)構(gòu)，確保在冷卻板和熱交換板之間發(fā)生熱交換的狀態(tài)，并將冷卻管連接至冷卻板，從而使冷卻液能提供至冷卻板中并從冷卻板中排出；且在熱交換板之間的擴(kuò)散粘合完成之后，將冷卻液提供至冷卻板中以降低熱交換板的溫度，同時(shí)保持其中僅存在內(nèi)部氣體的真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，這樣層疊的熱交換板在熱交換板的層疊方向中保持在冷卻板之間，且在擴(kuò)散粘合完成之后，將冷卻液提供至冷卻板中以冷卻冷卻，使得組合熱交換板能夠快速冷卻。從而，能夠盡可能地縮短，當(dāng)這樣組合的板在擴(kuò)散粘合完成后，被保持在會(huì)改變板材料特性的高溫狀態(tài)下的時(shí)間。從而，板的溫度可以降低到室溫，而不會(huì)造成板特性不必要的改變，從而允許在短時(shí)間制造沒有變形和性能穩(wěn)定的熱交換器。
在本發(fā)明的熱交換器制造方法的第七方面中，該方法還包括下列步驟在將熱交換板組合到一起的過(guò)程或在其組合狀態(tài)中，在熱交換板的一對(duì)接觸邊和組合熱交換板相對(duì)側(cè)上的另一對(duì)接觸邊之間布置墊板，以向熱交換板的成對(duì)接觸邊施加均勻的壓力。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，墊板布置在熱交換板的該對(duì)接觸邊和組合熱交換板相對(duì)側(cè)上的另一對(duì)接觸邊之間，以向熱交換板的成對(duì)接觸邊施加均勻的壓力，使得板的成對(duì)接觸邊通過(guò)墊板限制。以這種方式布置的墊板使板的成對(duì)接觸邊沒有接觸邊變形的空間，這樣即使在擴(kuò)散粘合過(guò)程中將板的部分置于退火條件下，板的溫度升高時(shí)，也能防止接觸邊不恰當(dāng)?shù)淖冃巍亩?，可以確保相鄰板正確的接觸狀態(tài)，使擴(kuò)散粘合正確地進(jìn)行。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是一個(gè)平面圖，表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱交換器制造方法制造的板組件；圖2(A)和2(B)是表示在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱交換器制造方法中熱交換板層疊狀態(tài)的視圖；圖3是表示在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱交換器制造方法中蓋板放置狀態(tài)的視圖；圖4是表示在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱交換器制造方法中冷卻板放置狀態(tài)的視圖；圖5是表示在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱交換器制造方法中，冷卻板和熱交換板組合在一起的狀態(tài)的視圖；圖6是表示在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱交換器制造方法中，熱交換板容納在用于粘合板的容器中的狀態(tài)的視圖；圖7是表示在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱交換器制造方法中，表示用于粘合板的容器內(nèi)部在擴(kuò)散粘合過(guò)程中的視圖；圖8(A)和8(B)是表示在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱交換器制造方法中板擴(kuò)展粘合狀態(tài)的視圖；圖9(A)，9(B)和9(C)是表示在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的熱交換器制造方法中熱交換板層疊狀態(tài)的視圖；圖10是表示在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的熱交換器制造方法中，表示用于粘合板的容器內(nèi)部在擴(kuò)散粘合過(guò)程中的視圖；圖11(A)，11(B)和11(C)是表示在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的熱交換器制造方法中板擴(kuò)展粘合狀態(tài)的視圖；而圖12是表示由根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施例的方法制造的熱交換板容納在容器中的狀態(tài)的視圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明[本發(fā)明第一實(shí)施例]下面，將參考圖1-8詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖1是一個(gè)平面圖，表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱交換器制造方法制造的板組件；圖2(A)和2(B)是表示在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱交換器制造方法中熱交換板層疊狀態(tài)的視圖；圖3是表示在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱交換器制造方法中蓋板放置狀態(tài)的視圖；圖4是表示在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱交換器制造方法中冷卻板放置狀態(tài)的視圖；圖5是表示在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱交換器制造方法中，冷卻板和熱交換板組合在一起的狀態(tài)的視圖；圖6是表示在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱交換器制造方法中，熱交換板容納在用于粘合板的容器中的狀態(tài)的視圖；圖7是表示在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱交換器制造方法中，表示用于粘合板的容器內(nèi)部在擴(kuò)散粘合過(guò)程中的視圖；而圖8(A)和8(B)是表示在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的熱交換器制造方法中板擴(kuò)展粘合狀態(tài)的視圖。
如上述附圖中所示，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于制造熱交換器的方法包括將多塊由具有矩形形狀的金屬板部件形成的熱交換板10一塊置于另一塊上面地布置以準(zhǔn)備一組層疊的板10，將蓋板18和冷卻板19分別布置在相對(duì)最外側(cè)的板10上，將層疊的板10和蓋板18和冷卻板19以這樣的層疊狀態(tài)置于提供粘合空間的粘合容器60中，將每塊板的溫度升高到擴(kuò)散溫度以在整個(gè)接觸面積上擴(kuò)散粘合板，這樣制造一個(gè)整體17，其中板在很多接觸面積上穩(wěn)固地粘合在一起。
利用所述的壓力成型裝置(圖中未表示)，熱交換板10具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中具有不規(guī)則花紋的熱傳遞區(qū)域11形成在矩形金屬板的中央部分，而法蘭12形成在板的周圍，從而圍繞熱傳遞區(qū)域11。
熱傳遞區(qū)域11是這樣的區(qū)域，其具有優(yōu)化的不規(guī)則花紋，使得高溫?zé)峤粨Q流體(即，第一熱交換流體)與熱交換區(qū)域11的一個(gè)表面接觸，而低溫?zé)峤粨Q流體(即，第二熱交換流體)與其另一個(gè)表面接觸，以進(jìn)行熱交換，且更具體地具有多個(gè)以預(yù)定排列布置在金屬板表面上的突起13和多個(gè)凹陷14，每一凹陷在金屬板的表面上布置在突起13之間，從而在與突起13的突出方向相反的方向中凹陷。
熱傳遞區(qū)域11的不規(guī)則花紋相對(duì)于板垂直方向(即，縱向)的中心以突起和凹陷之間的位置關(guān)系對(duì)稱。當(dāng)熱交換板10布置在具有相同構(gòu)造的另一塊熱交換板上時(shí)，使得它們的內(nèi)表面彼此相對(duì)，而后者上下顛倒地放置，前者的突起和凹陷本別與后者的重合，而中間花紋部分的突起與該熱傳遞部件周圍花紋部分的突起分別與另一個(gè)熱傳遞部件的緊密接觸。不規(guī)則花紋具有已知的波紋形截面，其提供了優(yōu)異的熱交換性能，且冷凝水可以通過(guò)凹槽部分迅速排出。上述波紋形截面和凹槽部分是公知的，從而省略它們的說(shuō)明。
形成在熱傳遞區(qū)域11上表面上的突起13和凹陷14，分別在熱傳遞區(qū)域11的下表面上形成凹陷部分和突起部分。包括凹陷14的熱傳遞區(qū)域11的上表面構(gòu)造和其包括與突起13相對(duì)應(yīng)的凹陷部分的下表面構(gòu)造可以是對(duì)稱的，從而提供彼此相同的構(gòu)造，且包括突起13的熱傳遞區(qū)域11的上表面構(gòu)造和其包括與凹陷14相對(duì)應(yīng)的突起部分的下表面構(gòu)造可以是對(duì)稱的，從而提供相同的構(gòu)造。相反，熱傳遞區(qū)域11的上下表面構(gòu)造可以是不對(duì)稱的，從而提供彼此不同的構(gòu)造。根據(jù)實(shí)際采用的熱交換條件確定使用何種熱傳遞區(qū)域構(gòu)造。
法蘭12由平面部分12a，其沿著矩形周圍的兩邊連續(xù)地布置，和從熱傳遞區(qū)域11沿著另外兩邊連續(xù)延伸的凸出部分12b組成。當(dāng)板一塊置于另一塊上面地彼此平行布置時(shí)，相鄰兩塊板在它們的平面部分和凸出部分上彼此接觸。在這樣的狀態(tài)中，這兩塊板不接觸的部分形成開口，其與在板之間形成的間隙部分30，40相通。
當(dāng)熱交換板10一塊置于另一塊上面地平行布置時(shí)，在其熱傳遞區(qū)域11之間交替具有，第一熱交換流體流經(jīng)的第一間隙部分30和第二熱交換流體流經(jīng)的第二間隙部分40。一方面，一組這樣層疊的熱交換板10在其相對(duì)的長(zhǎng)邊上具有用于使第一熱交換流體流入和流出第一間隙部分30的第一開口31，另一方面，在其相對(duì)的短邊上具有用于使第二熱交換流體流入和流出第二間隙部分40的第二開口41。第一和第二開口31，41的位置可以可選地通過(guò)改變法蘭12平面部分12a和突起12b之間的位置關(guān)系而設(shè)定。在法蘭12處接合板之后，第一和第二間隙部分以水密的方式彼此完全隔離，除了第一和第二開口31，41。
蓋板18用作熱交換器的外殼，且由具有足夠強(qiáng)度的金屬薄板制成。
冷卻板19由厚板制成從而提供用作冷卻介質(zhì)的冷卻水流經(jīng)的中空部分，并提供防止其變形的足夠強(qiáng)度。冷卻板19用作引導(dǎo)部件，其由螺栓19a固定，以防止熱交換板10的變形和偏移。
下面，將說(shuō)明本發(fā)明第一實(shí)施例的熱交換器制造方法的制造步驟。假設(shè)熱交換板10由鈦在上述制造步驟以前的步驟中制成，利用壓力成型裝置使鈦薄板經(jīng)歷壓力成型過(guò)程，且這樣壓力成型的熱交換板被傳遞至如上所述制造步驟的階段中。板下表面上的凹陷部分，其與板上表面上的突起13相對(duì)應(yīng)，具有與板上表面上的凹陷14一樣的形狀，而板下表面上的突起部分，其與板上表面上的凹陷14相對(duì)應(yīng)，具有與板上表面上的突起13一樣的形狀。
首先，熱交換板10被一塊置于另一熱交換板10上面地布置，其上表面彼此接觸以準(zhǔn)備板的第一階段組合。然后，另一對(duì)熱交換板10被置于板基本組合的相對(duì)側(cè)上，其下表面彼此接觸以準(zhǔn)備板的第二階段組合。又一對(duì)熱交換板10被布置在板第二階段組合的相對(duì)側(cè)上，其上表面彼此接觸以準(zhǔn)備板的第三階段組合。重復(fù)這樣的組合步驟。在這樣的步驟中，例如在第三階段組合步驟中要層疊的熱交換板10被置于已經(jīng)根據(jù)第二階段組合步驟布置的其它熱交換板10上，使得第三階段組合步驟中的熱交換板10內(nèi)表面朝著第二階段組合步驟中的熱交換板10外表面，且后者上下顛倒布置，但第三階段組合步驟中的熱交換板10內(nèi)表面朝著第一階段組合步驟中的熱交換板10內(nèi)表面，且這些板具有相同構(gòu)造朝向。層疊預(yù)定數(shù)量的板同時(shí)將板交替上下顛倒放置并將它們的內(nèi)側(cè)向外轉(zhuǎn)。
在將熱交換板10組合到一起的過(guò)程中，由在熱交換板的擴(kuò)散粘合條件下不擴(kuò)散粘合到熱交換板上的材料制成的墊板16布置在熱交換板10的法蘭12平面部分12a和相鄰熱交換板10法蘭12的平面部分12a之間，以在即使當(dāng)擴(kuò)散粘合使板的平面部分12a置于退火條件的過(guò)程中板的溫度升高，從而造成板平面部分12a不期望的變形時(shí)，也能向熱交換板10平面部分12a的相對(duì)表面施加均勻的壓力。從而，可以確保相鄰板平面部分12a合適的接觸狀態(tài)，以使擴(kuò)散粘合正確地進(jìn)行。墊板可以在板10的粘合步驟完成后，塞入熱交換板10平面部分之間的空間中。
在這樣層疊的相鄰熱交換板10中，法蘭12在平面部分12a或凸出部分12b上彼此接觸，而相鄰熱交換板10熱傳遞區(qū)域11上的突起13彼此接觸。熱交換板10的這種接觸狀態(tài)使熱交換板10彼此間隔預(yù)定距離布置，除了接觸區(qū)域以外。
在這樣層疊的熱交換板10中，相鄰熱交換板10上表面的熱傳遞區(qū)域11之間的間隙用作第一間隙部分30，而縱向邊(即，相對(duì)短的邊)邊緣上的法蘭12凸出部分12b之間的間隙用作與上述第一間隙部分30相通的第一開口31(見圖1)。
這樣層疊的熱交換板10中，相鄰熱交換板10下表面的熱傳遞區(qū)域11之間的間隙用作第二間隙部分40，而橫向邊(即，相對(duì)長(zhǎng)的邊)邊緣上的法蘭12平面部分12a之間的間隙(其中布置墊板16)用作與上述第二間隙部分40相通的第二開口41(見圖1)。
在預(yù)定數(shù)量的熱交換板10層疊到板組件17中后，蓋板18在層疊方向中布置在板組件17的每一端，而冷卻板19布置在相應(yīng)蓋板18的外表面上。冷卻板19通過(guò)使用螺栓19a和螺母19b固定到一起。相對(duì)較弱的壓力(維持壓力)在垂直于板的方向中施加到板上，從而使它們保持平行。壓力設(shè)置為較小的壓力(在板采用鈦的情況中，大約為0.5MPa)，該壓力小到即使當(dāng)已經(jīng)經(jīng)歷了壓力成型過(guò)程的熱交換板10溫度升高到限于板材料發(fā)生擴(kuò)散粘合的預(yù)定溫度(在板采用鈦的情況中，大約為800℃至900℃)時(shí)，也不發(fā)生塑性變形的程度。從而，擴(kuò)散粘合不對(duì)熱交換板10的壓力成型形狀造成損壞。施加至板的壓力通過(guò)螺栓19a和螺母19b的擰緊力矩而調(diào)節(jié)。
此外，管形通道19c連接至每塊冷卻板19使得冷卻水在其中流動(dòng)。熱交換板10，其在熱交換板的層疊方向中布置在一個(gè)端部側(cè)，而與該熱交換板10接觸的蓋板18，連接至電源(圖中未標(biāo)示)的一個(gè)端子上，而熱交換板10，其在熱交換板的層疊方向中布置在另一個(gè)端部側(cè)上，而與該熱交換板10接觸的蓋板18連接至電源的另一個(gè)端子上，使得電流可以通過(guò)板的接觸區(qū)域施加至所有熱交換板10。熱交換板10和附在其上的其它部件容納在擴(kuò)散粘合容器60中，其可以提供能夠與外部空氣隔絕的真空狀態(tài)，在該真空狀態(tài)中從內(nèi)部空間去除空氣，或者僅存在內(nèi)部氣體的低壓狀態(tài)。然后，容器的內(nèi)部空間與外部空氣隔絕，且容器內(nèi)的壓力降低以從其內(nèi)部空間和板之間的每一間隙中去除空氣，以提供真空狀態(tài)，或者在壓力降低操作過(guò)程中向容器內(nèi)部空間提供諸如氬氣的惰性氣體，以用惰性氣體代替空氣，同時(shí)保持上述通道19c與外部空氣的連通情況和板與電源的供電線15相連的情況。
當(dāng)電源在這樣的狀態(tài)中開啟以通過(guò)供電線15向?qū)盈B的板施加電流時(shí)，直接從板本身上產(chǎn)生焦耳熱，以提供電流生熱的情況，在該情況中板被加熱。接觸區(qū)域包括從板突出的突起13，該區(qū)域的溫度升高到達(dá)到發(fā)生擴(kuò)散粘合的預(yù)定溫度(在板采用鈦的情況中，大約為800℃至900℃)。板，其通過(guò)螺栓和螺母導(dǎo)致的預(yù)定壓力彼此接觸，保持在上述溫度中大約一個(gè)小時(shí)，以將板的接觸區(qū)域擴(kuò)散粘合成整體。板在擴(kuò)散粘合操作過(guò)程中，在包括突起13等的較小區(qū)域中彼此接觸。結(jié)果，板之間的接觸壓力相對(duì)較高以提供板適當(dāng)?shù)慕佑|狀態(tài)，從而在板的接觸區(qū)域允許擴(kuò)散粘合過(guò)程，而不會(huì)導(dǎo)致任何問題。
隨著板在擴(kuò)散粘合前溫度升高，板塑性變形所需的力逐漸減小，換句話說(shuō)，板變得易于塑性變形。但是，將這樣層疊和固定的板壓向彼此的壓力被設(shè)置成小到即使板被置于發(fā)生擴(kuò)散粘合的預(yù)定溫度下也不塑性變形的程度。從而，板的形狀無(wú)變化，且能夠保持適當(dāng)?shù)慕佑|狀態(tài)，在該狀態(tài)中相鄰板彼此接觸。
當(dāng)熱交換板10在其接觸區(qū)域的擴(kuò)散粘合完成后，通過(guò)施加電流的加熱步驟結(jié)束，且向冷卻板19的中空部分提供冷卻水以從其外部快速冷卻這樣粘合的熱交換板10。在板的溫度降低到對(duì)板的特性沒有影響的溫度后，即使當(dāng)它們與空氣接觸時(shí)，內(nèi)部空間和板之間的間隙部分從真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)恢復(fù)到壓力降低操作前的原始狀態(tài)。然后，將由熱交換板10組成的整體板組件17從擴(kuò)張粘合容器60中取出。從板法蘭12的平面部分12a之間的空間中去除所有的墊板16。制造步驟以這種方式結(jié)束。
在熱交換板10通過(guò)擴(kuò)張粘合方法組合在一起的整體板組件17中，這些板在板的邊緣和熱傳遞區(qū)域11突起13的接觸區(qū)域，通過(guò)擴(kuò)散粘合方法一體地彼此相連，除了開口31，41，從而提供板10非常高的粘合強(qiáng)度。從而即使當(dāng)使用具有較高壓力的熱交換流體或者第一和第二熱交換流體之間具有較大壓力差時(shí)，也可以在第一和第二熱交換流體之間進(jìn)行熱交換而不會(huì)導(dǎo)致板10變形。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，熱交換板10一塊置于另一塊上面地布置，且僅在層疊方向中向?qū)盈B的板10施加最小的壓力，以在相鄰板應(yīng)該彼此接觸的區(qū)域確保接觸狀態(tài)，且層疊的板被置于這樣的溫度情況和大氣情況下，即在該情況下板金屬的擴(kuò)散粘合正確地進(jìn)行，以通過(guò)擴(kuò)散粘合在它們的多個(gè)接觸部分將相鄰板粘合在一起。從而可以制造熱交換器，其中層疊的板10不僅在板的周圍邊緣，而且在其大量接觸部分，通過(guò)采用由壓力成型方法獲得的正常熱交換板，穩(wěn)固地粘合在一起，而不會(huì)損壞板的壓力成型形狀。因此，熱交換器每部分的耐壓強(qiáng)度可以顯著提高，以允許這樣導(dǎo)入的熱交換流體壓力升高或增大熱交換流體之間的壓力差，從而使得能夠設(shè)定進(jìn)行有效熱交換的合適情況。從而可以提供高性能熱交換器。
在本發(fā)明如上所述的第一實(shí)施例中，僅在擴(kuò)散粘合過(guò)程完成后冷卻板時(shí)向冷卻板19提供冷卻水。但是，本發(fā)明不僅限于這樣的實(shí)施例。在通過(guò)冷卻板19和蓋板18向熱交換板10施加電流的情況中，換句話說(shuō)，電流還施加至冷卻板19和蓋板18，以從其形成焦耳熱，即使在向熱交換板10施加電流的過(guò)程中，冷卻水也可以提供到冷卻板19中。這使得能夠冷卻冷卻板19，同時(shí)在擴(kuò)散粘合過(guò)程中向板施加電流，以防止冷卻板19和蓋板18形狀的變化(即，纏繞)，并維持冷卻板19，蓋板18和布置在它們中間的板10之間的正確位置關(guān)系，從而防止板10粘合中的副作用。墊板16可以具有冷卻水流經(jīng)的中空結(jié)構(gòu)，以與冷卻板19配合冷卻這些板。
下面，將參考圖9(A)-11(C)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖9(A)，9(B)和9(C)是表示在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的熱交換器制造方法中熱交換板層疊狀態(tài)的視圖；圖10是表示在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的熱交換器制造方法中，表示用于粘合板的容器內(nèi)部在擴(kuò)散粘合過(guò)程中的視圖；而圖11(A)，11(B)和11(C)是表示在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的熱交換器制造方法中板擴(kuò)展粘合狀態(tài)的視圖。
本發(fā)明的第二實(shí)施例與本發(fā)明第一實(shí)施例的相同之處在于層疊的熱交換板20，蓋板28和冷卻板29容納在擴(kuò)散粘合容器60中，且它們?cè)诮佑|區(qū)域通過(guò)擴(kuò)散粘合方法粘合在一起，但前者與后者的不同之處在于整體板組件27，其已經(jīng)通過(guò)在熱交換板20的邊緣焊接熱交換板而預(yù)先準(zhǔn)備好，容納在熔焊容器中，然后在高溫大氣中向板施加加熱步驟以在熱傳遞區(qū)域21的突起的接觸區(qū)域上擴(kuò)散粘合熱交換板，熱傳遞區(qū)域位于各板中央。
利用所述的壓力成型裝置(圖中未表示)，以與本發(fā)明第一實(shí)施例相同的方式，熱交換板20具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中具有不規(guī)則花紋的熱傳遞區(qū)域21形成在矩形金屬薄板的中央部分上，而法蘭22形成在板的周圍從而圍繞熱傳遞區(qū)域21。熱傳遞區(qū)域21和法蘭22在形狀和結(jié)構(gòu)上與本發(fā)明第一實(shí)施例的相同。從而這里省略它們的說(shuō)明。
當(dāng)熱交換板20一塊置于另一塊上面地平行布置時(shí)，在其熱傳遞區(qū)域21之間交替具有，第一熱交換流體流經(jīng)的第一間隙部分30和第二熱交換流體流經(jīng)的第二間隙部分40。一方面，一組這樣層疊的熱交換板20在其相對(duì)的長(zhǎng)邊上具有用于使第一熱交換流體流入和流出第一間隙部分30的第一開口31，另一方面，在其相對(duì)的短邊上具有用于使第二熱交換流體流入和流出第二間隙部分40的第二開口41。
下面，將說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施例的熱交換器制造方法的制造步驟。假設(shè)在上述制造步驟以前的步驟中，利用壓力成型裝置使薄板經(jīng)歷壓力成型過(guò)程，且這樣壓力成型的熱交換板20被傳遞至如上所述制造步驟的階段中。
熱交換板20被置于另一塊熱交換板20上，其已經(jīng)通過(guò)與前一塊板相同的步驟準(zhǔn)備，前一塊板上下顛倒放置并將內(nèi)側(cè)向外轉(zhuǎn)。
這些板不僅在其法蘭22的平面部分22a上，而且在它們的熱傳遞區(qū)域21上的突起處，彼此接觸，從而除了這些接觸區(qū)域在它們之間提供預(yù)定間隙。這樣層疊的兩塊熱交換板20在法蘭22的平面部分22a的一部分上焊接在一起以準(zhǔn)備一對(duì)焊接板26。該對(duì)焊接板26的熱交換板20之間的間隙用作第一間隙部分30，而在其短邊上的板法蘭22凸出部分22b之間的另一個(gè)間隙用作第一開口31，其與上述第一間隙部分30相通。
該對(duì)焊接板26布置在另一對(duì)焊接板26上，其已經(jīng)通過(guò)與前者相同的步驟準(zhǔn)備，使得這些焊接板26不僅在熱交換板20法蘭22的凸出部分22b上，而且在熱傳遞區(qū)域21的突起處，彼此接觸，且這些焊接板26在除了接觸區(qū)域以外的其它區(qū)域中彼此間隔預(yù)定距離。
這些層疊的焊接板26對(duì)在相鄰熱交換板20的凸出部分22b的邊上焊接在一起，成為一個(gè)整體。在這樣的焊接板26的整體中，該對(duì)焊接板26和另一對(duì)焊接板26之間的間隙用作第二間隙部分40，而彼此不接觸的法蘭22平面部分22a之間的間隙，用作第二開口41，其與上述第二間隙部分40相通。與焊接兩對(duì)焊接板26相同的步驟在所需對(duì)的焊接板26上重復(fù)，以準(zhǔn)備整體板組件27。
在整體板組件27的準(zhǔn)備完成后，蓋板28在層疊方向中布置在板組件27的每一端，而冷卻板29布置在相應(yīng)蓋板28的外表面上。冷卻板29通過(guò)使用螺栓和螺母固定到一起。相對(duì)較弱的壓力(維持壓力)在垂直于板的方向中施加到板上，從而使它們保持平行。
此外，管形通道29c連接至每塊冷卻板29使得冷卻水在其中流動(dòng)。用于壓力降低/升高及用于第一間隙部分30和第二間隙部分40進(jìn)氣/排氣的管道71，72連接至第一開口31和第二開口41。整體板組件27和附在其上的其它部件容納在擴(kuò)散粘合容器60中，其能夠以與本發(fā)明第一實(shí)施例相同的方式提供真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)。然后，容器的內(nèi)部空間與外部空氣隔絕，且容器內(nèi)的壓力降低以從其內(nèi)部空間中去除空氣，以提供真空狀態(tài)，或者在壓力降低操作過(guò)程中向容器內(nèi)部空間提供諸如氬氣的惰性氣體，以用惰性氣體代替空氣，同時(shí)保持上述通道與外部空氣的連通情況。同時(shí)，從這些板之間的每一間隙部分中去除空氣，以提供真空狀態(tài)，或者向板之間的間隙部分中提供諸如氬氣的惰性氣體，以通過(guò)上述管道用惰性氣體代替空氣。
然后，通過(guò)第二開口41和管道72向第二間隙部分40中提供具有高溫和預(yù)定壓力的惰性氣體，同時(shí)在第一間隙部分30中保持真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)，使得第二間隙部分40中的壓力比第一間隙部分30中高大約20-100kPa。在這樣的狀態(tài)中，限定第一間隙部分30的板的溫度升高，且向這些板施加壓力以產(chǎn)生力，該力使這些板彼此靠近(見圖11(A))。這些板穩(wěn)固地固定使得板的熱傳遞區(qū)域21的突起的接觸區(qū)域，其位于第一間隙部分30中，以這種方式保持在2-5MPa的壓力下，且其溫度升高到發(fā)生擴(kuò)散粘合的預(yù)定溫度(在板采用鈦的情況中，大約為800℃至900℃)。這樣的溫度保持預(yù)定時(shí)間以擴(kuò)散粘合板的接觸區(qū)域。
在突起接觸區(qū)域的擴(kuò)散粘合完成后，其位于第一間隙部分30中，通過(guò)第二開口41和管道72去除第二間隙部分40內(nèi)的氣體，以將第二間隙部分40處于真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)中。然后，通過(guò)第一開口31和管道71向第一間隙部分30中提供具有高溫和預(yù)定壓力的惰性氣體，使得第一間隙部分30中的壓力高于第二間隙部分40。在這樣的狀態(tài)中，限定第二間隙部分40的板的溫度升高，且向這些板施加壓力以產(chǎn)生力，該力使這些板彼此靠近(見圖11(B))。這些板穩(wěn)固地固定使得板的熱傳遞區(qū)域21的突起的接觸區(qū)域，其位于第二間隙部分40中，保持在與第二間隙部分40中的突起的接觸區(qū)域的粘合情況中相同的壓力下，且其溫度升高到預(yù)定溫度。這樣的溫度保持預(yù)定時(shí)間以擴(kuò)散粘合板的接觸區(qū)域。
在完成熱交換板20的擴(kuò)散粘合之后，去除高溫氣體，并將容器的內(nèi)部空間和間隙部分置于真空或低壓狀態(tài)和非加熱狀態(tài)中，且向冷卻板29的中空部分提供冷卻水以從其外部快速冷卻整體板組件27。在板的溫度降到對(duì)板的特性沒有影響的溫度后，即使它們與空氣接觸，內(nèi)部空間和板之間的間隙部分也從真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)恢復(fù)到壓力降低操作以前的原始狀態(tài)。然后，從擴(kuò)散粘合容器60中取出整體板組件27。制造步驟以這種方式完成。
在熱交換板20通過(guò)擴(kuò)張粘合方法組合在一起的整體板組件27中，這些板不僅在板這樣焊接的邊緣，而且在熱傳遞區(qū)域11突起13的接觸區(qū)域中，通過(guò)擴(kuò)散粘合方法一體地彼此相連，除了開口31，41，從而以與本發(fā)明第一實(shí)施例相同的方式提供板20非常高的粘合強(qiáng)度。從而即使當(dāng)使用具有較高壓力的熱交換流體或者第一和第二熱交換流體之間具有較大壓力差時(shí)，也可以在第一和第二熱交換流體之間進(jìn)行熱交換而不會(huì)導(dǎo)致板20變形。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，層疊的熱交換板20預(yù)先在板的周圍邊緣焊接以準(zhǔn)備焊接組件，然后焊接組件在其彼此接觸且還沒有粘合到一起的部分上通過(guò)擴(kuò)散粘合粘合在一起。從而這些板可以在擴(kuò)散粘合以前預(yù)先組合成焊接組件，以確保板正確的層疊狀態(tài)，使得焊接組件易于操縱。該步驟可以在傳統(tǒng)熱交換器的制造方法中用作后續(xù)步驟，其中僅板的周圍邊緣焊接在一起，從而使得根據(jù)熱交換器傳統(tǒng)制造方法組合的板更穩(wěn)固地組合在一起。從而，耐壓強(qiáng)度可以顯著提高到允許將高壓熱交換流體導(dǎo)入相鄰板之間的間隙中。結(jié)果，可以提高根據(jù)各種熱交換條件而熱交換效率。
在本發(fā)明如上所述的第二實(shí)施例中，熱交換板20在其邊緣上，在擴(kuò)散粘合步驟以前焊接在一起。但是，本發(fā)明不僅限于這樣的實(shí)施例。代替上述焊接方法，熱交換板可以利用銅焊金屬通過(guò)銅焊方法粘合，其中銅焊金屬具有高于板在熔焊過(guò)程中在熔焊容器60內(nèi)所達(dá)到最高溫度的熔點(diǎn)。
在本發(fā)明的用于制造熱交換器的第一和第二實(shí)施例中，沒有孔的熱交換板10，20用作層疊成整體板組件的板，從而適用于這樣的熱交換器結(jié)構(gòu)，其中用于供應(yīng)和排出熱交換流體的開口31，41布置在板的周圍部分。但是，本發(fā)明不僅限于這樣的實(shí)施例。每塊均具有孔的板可以用作要層疊的熱交換板，熱交換流體以與通過(guò)襯墊部件一塊置于另一塊上面布置的用于常用板式熱交換器的傳統(tǒng)板相同的方式流經(jīng)該孔。在該情況中，當(dāng)用作相鄰板接觸部分的突起位置連續(xù)地圍繞該孔時(shí)，難以通過(guò)傳統(tǒng)焊接方法焊接這些板，這些板以水密的方式在上述位置正確地熔焊。熔焊區(qū)域提供這樣的水密特性以允許形成部分流道。從而，能夠制造熱交換器，而不會(huì)造成任何問題。
在上述用于制造熱交換器的本發(fā)明第一實(shí)施例中，這些板通過(guò)向其上施加電流而加熱，以擴(kuò)散粘合板的全部接觸區(qū)域，而在上述用于制造熱交換器的本發(fā)明第二實(shí)施例中，高溫氣體用于加熱這些板，以擴(kuò)散粘合這些已經(jīng)在其周圍邊緣臨時(shí)焊接的板。但是，本發(fā)明不僅限于這些實(shí)施例。除了電流生熱以外，可以應(yīng)用諸如高溫氣體加熱的其它加熱方法，以擴(kuò)散粘合板的全部接觸區(qū)域，或者除了高溫氣體加熱以外，可以應(yīng)用諸如電流生熱的其它加熱方法，以擴(kuò)散粘合這些已經(jīng)在其周圍邊緣臨時(shí)焊接的板。
在上述用于制造熱交換器的本發(fā)明第一和第二實(shí)施例中，層疊的熱交換板10，20容納在擴(kuò)散粘合容器60中，該容器具有可以與外界空氣隔離的內(nèi)部空間，擴(kuò)散粘合容器60的內(nèi)部空間保持在氣體從內(nèi)部空間去除的真空狀態(tài)或僅存在內(nèi)部氣體的低壓狀態(tài)下，然后進(jìn)行擴(kuò)散粘合方法。但是，本發(fā)明不僅限于這樣的實(shí)施例。本發(fā)明的方法可以包括下面的步驟將這樣組合的熱交換板50置于具有薄金屬波紋的容器80中，其能在板的層疊方向中彈性變形，在其層疊方向向板施加壓力，通過(guò)進(jìn)氣和排氣部分排出容器中的氣體；關(guān)閉進(jìn)氣和排氣部分以使容器80的內(nèi)部保持在真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)下，然后進(jìn)行擴(kuò)散粘合過(guò)程。在該情況下，隨著容器80的變形，可以將圍繞板接觸部分的空間置于真空或低壓狀態(tài)，從而提高擴(kuò)散粘合的可靠性并提供板改善的接觸。此外，可以降低泵的負(fù)載，該泵用于排出容器80中的空氣，以提供真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)，從而允許使用具有低輸出和低成本的泵，并降低擴(kuò)散粘合過(guò)程所需的制造成本。本發(fā)明的方法可以包括下面的步驟將冷卻板39以與本發(fā)明第一實(shí)施例相同的方式布置在容器80的外部，管形通道39c連接至冷卻板39以使冷卻水在其中流動(dòng)，以水密的方式提供供電線35，其連接至在層疊板50的層疊方向中布置在層疊板50的相對(duì)端部側(cè)上，以向板50提供電流，使容器80的內(nèi)部處于真空或低壓狀態(tài)，通過(guò)供電線35向板施加電流以加熱板，從而造成擴(kuò)散粘合。在擴(kuò)散粘合完成后，通過(guò)施加電流進(jìn)行的加熱步驟結(jié)束，并向冷卻板39的中空部分提供冷卻水以從通過(guò)容器80從其外部快速冷卻這樣粘合的熱交換板50。
在冷卻板39在垂直層疊方向中布置在熱交換板50的上側(cè)和下側(cè)的情況中，上部冷卻板39可以用作向容器80內(nèi)的層疊熱交換板50施加壓力的加壓部件。在進(jìn)行擴(kuò)散粘合時(shí)板的層疊方向不僅限于這樣的垂直方向。擴(kuò)散粘合可以在熱交換板50在水平方向中層疊的狀態(tài)中進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器制造方法，包括下列步驟將多塊熱交換板一塊置于另一塊上面地布置，每塊熱交換板由具有預(yù)定不規(guī)則花紋的金屬板部件組成，并把這些板組合成熱交換器，其中每塊熱交換板通過(guò)壓力成型方法制成預(yù)定形狀，使得每塊熱交換板至少在其一部分上包括具有不規(guī)則花紋的熱傳遞區(qū)域及第一和第二相對(duì)表面，第一和第二熱交換流體分別接觸第一和第二相對(duì)表面，這樣結(jié)合的熱交換板至少在其周圍部分彼此接觸，且第一熱交換流體流經(jīng)的第一間隙部分和第二熱交換流體流經(jīng)的第二間隙部分交替地在熱交換板之間提供，其中，該方法還包括下列步驟將預(yù)定數(shù)量的熱交換板一塊置于另一塊上面地布置，以在其層疊方向上施加壓力至這樣的程度，即至少使這樣布置的熱交換板保持平行，且熱交換板即使在其溫度增大到預(yù)定溫度時(shí)也不塑性變形，在該預(yù)定溫度下發(fā)生與熱交換板材料有關(guān)的擴(kuò)散粘合，維持這樣的層疊條件并使相鄰板在從熱交換板突出的突起和周圍邊緣處彼此接觸；并使圍繞至少板接觸部分的空間處于真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)，在該狀態(tài)下僅存在內(nèi)部氣體大氣，使板保持在發(fā)生擴(kuò)散粘合的預(yù)定溫度下預(yù)定時(shí)間并擴(kuò)展粘合板僅彼此接觸且還沒有粘合在一起的部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括下列步驟在將熱交換板一塊置于另一塊上面地布置的步驟階段，在相鄰板的周圍邊緣進(jìn)行焊接，以形成焊接組件，在該組件中板之間的位置關(guān)系不發(fā)生變化；和將焊接組件處于真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)，在該狀態(tài)下僅存在內(nèi)部氣體大氣，使板保持在發(fā)生擴(kuò)散粘合的預(yù)定溫度下預(yù)定時(shí)間并擴(kuò)展粘合板僅彼此接觸且還沒有粘合在一起的部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中進(jìn)行焊接熱交換板的步驟以將這些板組合成焊接組件，使得第一和第二間隙部分中的每一個(gè)與外部隔離，除了與第一間隙部分相通的第一流體入口和出口部分及與第二間隙部分相通的第二流體入口和出口部分，且該方法進(jìn)一步包括下列步驟將第一供給管/排出管連接至第一入口和出口部分，其允許向第一間隙部分中供應(yīng)流體和/或從第一間隙部分排出流體，并將第二供給管/排出管連接至第二入口和出口部分，其允許向第二間隙部分中供應(yīng)流體和/或從第二間隙部分排出流體；通過(guò)第一供給管/排出管從第一間隙部分去除氣體，以在其中提供真空狀態(tài)或通過(guò)第一供給管/排出管向第一間隙部分提供惰性氣體同時(shí)去除其中的氣體，以提供低壓狀態(tài)，和通過(guò)第二供給管/排出管向第二間隙部分中提供具有預(yù)定高溫和預(yù)定壓力的惰性氣體同時(shí)去除其中的氣體，以提供比第一間隙部分更高的壓力狀態(tài)，然后使布置在每塊板熱傳遞區(qū)域中，并存在于第一間隙部分中的突起的接觸部分處于擴(kuò)散粘合發(fā)生了預(yù)定時(shí)間的預(yù)定溫度下，并擴(kuò)散粘合板的接觸部分；然后，通過(guò)第二供給管/排出管從第二間隙部分去除氣體，以在其中提供真空狀態(tài)或通過(guò)第二供給管/排出管向第二間隙部分提供惰性氣體同時(shí)去除其中的氣體，以提供低壓狀態(tài)，和通過(guò)第一供給管/排出管向第一間隙部分中提供具有預(yù)定高溫和預(yù)定壓力的惰性氣體同時(shí)去除其中的氣體，以提供比第二間隙部分更高的壓力狀態(tài)，然后使布置在每塊板熱傳遞區(qū)域中，并存在于第二間隙部分中的突起的接觸部分處于擴(kuò)散粘合發(fā)生了預(yù)定時(shí)間的預(yù)定溫度下，并擴(kuò)散粘合板的接觸部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括下列步驟將這樣組合的熱交換板置于至少在板的層疊方向上可彈性變形并具有進(jìn)氣和排氣部分的容器中，該容器提供了氣密特性，除了進(jìn)氣和排氣部分；在其層疊方向向板施加壓力并通過(guò)進(jìn)氣和排氣部分排出容器內(nèi)的氣體；然后封閉進(jìn)氣和排氣部分以使容器內(nèi)部處于真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)，容器內(nèi)部包括圍繞板接觸部分的空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括下列步驟將這樣組合的熱交換板置于至少在板的層疊方向上可彈性變形并具有進(jìn)氣和排氣部分的容器中，該容器提供了氣密特性，除了進(jìn)氣和排氣部分；在其層疊方向向板施加壓力并通過(guò)進(jìn)氣和排氣部分排出容器內(nèi)的氣體；然后封閉進(jìn)氣和排氣部分以使容器內(nèi)部處于真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)，容器內(nèi)部包括圍繞板接觸部分的空間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括下列步驟使位于這樣組合的熱交換板層疊方向中一個(gè)端部側(cè)上的熱交換板通過(guò)施加電流可與用于加熱的電源的一個(gè)電極可通電地相連，并使位于這樣組合的熱交換板層疊方向中另一個(gè)端部側(cè)上的熱交換板可與該電源的另一個(gè)電極可通電地相連；并向位于板層疊方向中相對(duì)端部側(cè)上的板施加電流，以通過(guò)流經(jīng)所有熱交換板的電流，同時(shí)使圍繞至少板接觸部分的空間保持在真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)，使板保持在預(yù)定溫度下預(yù)定時(shí)間，在該預(yù)定溫度下通過(guò)施加電流的熱量產(chǎn)生擴(kuò)散粘合，并擴(kuò)散粘合僅彼此接觸且還沒有粘合在一起的部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括下列步驟使位于這樣組合的熱交換板層疊方向中一個(gè)端部側(cè)上的熱交換板通過(guò)施加電流可與用于加熱的電源的一個(gè)電極可通電地相連，并使位于這樣組合的熱交換板層疊方向中另一個(gè)端部側(cè)上的熱交換板可與該電源的另一個(gè)電極可通電地相連；并向位于板層疊方向中相對(duì)端部側(cè)上的板施加電流，以通過(guò)流經(jīng)所有熱交換板的電流，同時(shí)使圍繞至少板接觸部分的空間保持在真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)，使板保持在預(yù)定溫度下預(yù)定時(shí)間，在該預(yù)定溫度下通過(guò)施加電流的熱量產(chǎn)生擴(kuò)散粘合，并擴(kuò)散粘合僅彼此接觸且還沒有粘合在一起的部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括下列步驟使位于這樣組合的熱交換板層疊方向中一個(gè)端部側(cè)上的熱交換板通過(guò)施加電流可與用于加熱的電源的一個(gè)電極可通電地相連，并使位于這樣組合的熱交換板層疊方向中另一個(gè)端部側(cè)上的熱交換板可與該電源的另一個(gè)電極可通電地相連；并向位于板層疊方向中相對(duì)端部側(cè)上的板施加電流，以通過(guò)流經(jīng)所有熱交換板的電流，同時(shí)使圍繞至少板接觸部分的空間保持在真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)，使板保持在預(yù)定溫度下預(yù)定時(shí)間，在該預(yù)定溫度下通過(guò)施加電流的熱量產(chǎn)生擴(kuò)散粘合，并擴(kuò)散粘合僅彼此接觸且還沒有粘合在一起的部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括下列步驟使位于這樣組合的熱交換板層疊方向中一個(gè)端部側(cè)上的熱交換板通過(guò)施加電流可與用于加熱的電源的一個(gè)電極可通電地相連，并使位于這樣組合的熱交換板層疊方向中另一個(gè)端部側(cè)上的熱交換板可與該電源的另一個(gè)電極可通電地相連；并向位于板層疊方向中相對(duì)端部側(cè)上的板施加電流，以通過(guò)流經(jīng)所有熱交換板的電流，同時(shí)使圍繞至少板接觸部分的空間保持在真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)，使板保持在預(yù)定溫度下預(yù)定時(shí)間，在該預(yù)定溫度下通過(guò)施加電流的熱量產(chǎn)生擴(kuò)散粘合，并擴(kuò)散粘合僅彼此接觸且還沒有粘合在一起的部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括下列步驟將這樣組合的熱交換板在熱交換板的層疊方向中保持在冷卻板之間，每塊冷卻板由在熱交換板的擴(kuò)散粘合條件下不擴(kuò)散粘合到熱交換板上的材料制成，且具有中空結(jié)構(gòu)，確保在冷卻板和熱交換板之間發(fā)生熱交換的狀態(tài)，并將冷卻管連接至冷卻板，從而使冷卻液能提供至冷卻板中并從冷卻板中排出；且在熱交換板之間的擴(kuò)散粘合完成之后，將冷卻液提供至冷卻板中以降低熱交換板的溫度，同時(shí)保持其中僅存在內(nèi)部氣體的真空狀態(tài)或低壓狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括下列步驟在將熱交換板組合到一起的過(guò)程或在其組合狀態(tài)中，在熱交換板的一對(duì)接觸邊和組合熱交換板相對(duì)側(cè)上的另一對(duì)接觸邊之間布置墊板，以向熱交換板的成對(duì)接觸邊施加均勻的壓力，所述墊板由在熱交換板的擴(kuò)散粘合條件下不擴(kuò)散粘合到熱交換板上的材料制成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括下列步驟在將熱交換板組合到一起的過(guò)程或在其組合狀態(tài)中，在熱交換板的一對(duì)接觸邊和組合熱交換板相對(duì)側(cè)上的另一對(duì)接觸邊之間布置墊板，以向熱交換板的成對(duì)接觸邊施加均勻的壓力，所述墊板由在熱交換板的擴(kuò)散粘合條件下不擴(kuò)散粘合到熱交換板上的材料制成。
全文摘要
通過(guò)施加到熱交換板上的壓力，層疊熱交換板，從而保持它們的平行，并防止它們?cè)跀U(kuò)散粘合過(guò)程中變形。維持層疊條件且相鄰板在突起和周圍邊緣彼此接觸。圍繞板接觸部分的空間被置于真空狀態(tài)或僅存在內(nèi)部氣體的低壓狀態(tài)中。將板保持在發(fā)生擴(kuò)散粘合的溫度下預(yù)定時(shí)間，以擴(kuò)散粘合板僅彼此接觸且還沒有粘合在一起的部分。
文檔編號(hào)B23K20/14GK101045269SQ20071009131
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者松崎豊明, 渡邊太郎 申請(qǐng)人:株式會(huì)社聚源