专利名称：热交换器制造方法
技术领域：
本发明涉及一种热交换器制造方法，在该热交换器中，多块均由金属薄板制成的热交换板彼此平行并一体地组合，尤其涉及一种用于制造这样的热交换器的方法，在该热交换器中，压力成型的热交换板一块置于另一块上面地布置并在其接触部分彼此一体地结合，以向热交换器提供承受高压力的强度。
背景技术：
如果要求增大传热系数以改善热交换效果，利用一个热交换器，通过该交换器在高温流体和低温流体之间产生热传递(即，热交换)，通常广泛采用板式热交换器。板式热交换器具有这样的结构，其中多个热传递板以规定间距一块置于另一块上面地平行放置从而形成流道，这些流道由各个热传递板分隔开。高温流体和低温流体在上述流道中交替流动，以通过各个热传递板进行热交换。
在传统板式热交换器中，由弹性材料形成的衬垫部件置于相邻两板之间，以使它们之间的间隔一致并形成流体流道。但是，在板之间流动的热交换流体的高压会造成密封部件变形，从而不能确保流体正确的隔离或者导致板之间距离不利的变化。在这种情况下，可能无法进行有效的热交换，从而导致故障。考虑到这些因素，传统热交换器具有这样的问题，即热交换流体仅能在衬垫部件能承受的压力范围内使用。
最近已经提出了一种热交换器，其具有这样的结构，其中以预定间隔布置的金属薄板，在它们的端部通过焊接，不使用任何衬垫部件地连接在一起，以将这些板组装成单个单元，从而在各板的相对侧上为热交换流体形成流道。日本专利临时公开2003-194490说明了这样的一种热交换器，作为由本发明人所提出发明的一个例子。
在采用诸如焊接的粘合方法的大多数传统热交换器情况中，由于诸如焊接操作的限制，一块置于另一块上面地布置的板通过仅施加在板周围的焊接结合。结果，沿着板各相对面流动的热交换流体之间的压力差变大，相邻板之间在诸如中心部分的非粘合部分上的间距会变化，不仅使热交换性能变差，而且还导致热交换器损坏。从而，这种热交换器无法在压力相对较高的情况下使用。
已经提出了其它类型的热交换器，采用施加到组装板全部接触部分上的扩散粘合。日本专利公开No.S54-18232和日本专利临时公开No.2003-262489公开了这样的热交换器。
传统热交换器具有上述现有技术文献中说明的结构。在日本专利公开No.S54-18232和日本专利临时公开No.2003-262489中所说明的热交换器中，层叠的板在全部接触部分上粘合，从而提供了较高的强度，由此热交换器不发生变形。但是，通常，在扩散粘合过程中，不仅向真空容器中的层叠板施加热，而且施加较高的压力。从而，日本专利公开No.S54-18232使用平板和波纹板的组合，该波纹板具有即使在施加压力时也能防止变形的优化形状。日本专利临时公开No.2003-262489使用具有特殊结构的板，其具有分隔壁区域和流动控制区域，这些区域通过使用作热传递区域的板表面经受蚀刻或机加工，或者将在单独的部件中预先形成的分隔壁区域和流动控制区域固定到平板上而获得。
从而，难以将日本专利公开No.S54-18232和日本专利临时公开No.2003-262489中说明的热交换器技术应用到其它类型的热交换器中，在这些专利公开文件中用作热交换器主要部分的板的形状受限制。该技术无法不经修改地应用到板式热交换器的板的粘合中，在该板式热交换器中，由于变形问题，所有的压力成型板一块置于另一块上面地布置，使得相邻板的突起以与日本专利临时公开No.2003-194490中所述相同的方式彼此接触。
发明概述本发明的一个目标是为了解决上述问题，因此提供一种热交换单元制造方法，其中热交换板通过热交换板的扩散粘合接触部分结合在一起，这些扩散粘合部分通过使热交换板一块置于另一块上面地布置而形成，以显著增大相邻板的整体粘合面积，以显著提高由热交换板组成的热交换器的耐压强度，从而允许应用于各种类型的热交换器。
为了获得上述目的，本发明的热交换器制造方法的第一方面，包括下列步骤将多块热交换板一块置于另一块上面地布置，每块热交换板由具有预定不规则花纹的金属板部件组成，并把这些板组合成热交换器，其中每块热交换板通过压力成型方法制成预定形状，使得每块热交换板至少在其一部分上包括具有不规则花纹的热传递区域及第一和第二相对表面，第一和第二热交换流体分别接触第一和第二相对表面，这样结合的热交换板至少在其周围部分彼此接触，且第一热交换流体流经的第一间隙部分和第二热交换流体流经的第二间隙部分交替地在热交换板之间提供，其中，该方法还包括下列步骤将预定数量的热交换板一块置于另一块上面地布置，以在其层叠方向上施加压力至这样的程度，即至少使这样布置的热交换板保持平行，且热交换板即使在其温度增大到预定温度时也不塑性变形，在该预定温度下发生与热交换板材料有关的扩散粘合，维持这样的层叠条件并使相邻板在从热交换板突出的突起和周围边缘处彼此接触；并使围绕至少板接触部分的空间处于真空状态或低压状态，在该状态下仅存在内部气体大气，使板保持在发生扩散粘合的预定温度下预定时间并扩展粘合板仅彼此接触且还没有粘合在一起的部分。
根据本发明的第一方面，热交换板一块置于另一块上面地布置，且仅在层叠方向上向层叠的板施加最小的压力，以在相邻板应该彼此接触的位置上保持接触状态，且层叠的板被置于这样的温度条件和大气条件下，在该条件下制成板的金属的扩散粘合适当地进行，以通过扩散粘合在其多个接触部分上将相邻板粘合在一起。从而可能制造热交换器，其中通过使用由压力成型方法获得的正常热交换板，层叠的板不仅在板的周围边缘，而且在其大量接触部分稳固第结合在一起，而不会损坏板的压力成型形状。因此，热交换器每部分的耐压强度可以显著提高以允许所引入的热交换流体压力升高或增大热交换流体之间的压力差，这样使得能够设定适当的条件，在该条件下进行有效的热交换。从而可以提供性能较高的热交换器。
在本发明的热交换器制造方法的第二方面中，该方法可以进一步包括下列步骤在将热交换板一块置于另一块上面地布置的步骤阶段，在相邻板的周围边缘进行焊接，以形成焊接组件，在该组件中板之间的位置关系不发生变化；和将焊接组件处于真空状态或低压状态，在该状态下仅存在内部气体大气，使板保持在发生扩散粘合的预定温度下预定时间并扩展粘合板仅彼此接触且还没有粘合在一起的部分。
根据本发明的第二方面，层叠的热交换板预先在板的周围边缘焊接，以准备焊接组件，然后焊接组件在其彼此接触但还没有粘合在一起的部分通过扩散粘合粘合到一起。从而板可以在扩散粘合以前，预先结合成焊接组件，以确保板合适的层叠状态，使得焊接组件易于操纵。该步骤可以在热交换器传统制造方法中用作后续步骤，其中仅板的周围边缘焊接在一起，从而使得根据热交换器传统制造方法结合的板能更稳固地结合在一起。从而，耐压强度可以显著提高，以允许向相邻板之间的间隙导入高压热交换流体。结果，热交换效率可以根据各种类型的热交换条件而提高。
在本发明的热交换器制造方法的第三方面中，可以进行焊接热交换板的步骤以将这些板组合成焊接组件，使得第一和第二间隙部分中的每一个与外部隔离，除了与第一间隙部分相通的第一流体入口和出口部分及与第二间隙部分相通的第二流体入口和出口部分，且该方法还进一步包括下列步骤将第一供给管/排出管连接至第一入口和出口部分，其允许向第一间隙部分中供应流体和/或从第一间隙部分排出流体，并将第二供给管/排出管连接至第二入口和出口部分，其允许向第二间隙部分中供应流体和/或从第二间隙部分排出流体；通过第一供给管/排出管从第一间隙部分去除气体，以在其中提供真空状态或通过第一供给管/排出管向第一间隙部分提供惰性气体同时去除其中的气体，以提供低压状态，和通过第二供给管/排出管向第二间隙部分中提供具有预定高温和预定压力的惰性气体同时去除其中的气体，以提供比第一间隙部分更高的压力状态，然后使布置在每块板热传递区域中，并存在于第一间隙部分中的突起的接触部分处于扩散粘合发生了预定时间的预定温度下，并扩散粘合板的接触部分；然后，通过第二供给管/排出管从第二间隙部分去除气体，以在其中提供真空状态或通过第二供给管/排出管向第二间隙部分提供惰性气体同时去除其中的气体，以提供低压状态，和通过第一供给管/排出管向第一间隙部分中提供具有预定高温和预定压力的惰性气体同时去除其中的气体，以提供比第二间隙部分更高的压力状态，然后使布置在每块板热传递区域中，并存在于第二间隙部分中的突起的接触部分处于扩散粘合发生了预定时间的预定温度下，并扩散粘合板的接触部分。
根据本发明的第三部分，将包括板要扩散粘合部分的间隙部分置于真空状态或其中仅存在内部气体大气的低压状态中，且具有高温的惰性气体被导入相邻间隙部分中，其相对于板要扩散粘合的部分被置于上述间隙部分的相对侧，以提供在板的接触部分易于发生扩散粘合的状态。在完成接触部分的扩散粘合后，相同的方法环境条件作用于另一个间隙部分，且板的接触部分在该另一个间隙部分中被扩散粘合在一起，结果由于相邻间隙部分之间的压力差，大致相同的压力施加到板的接触部分上，从而补足施加到板接触部分上的接触压力。从而可以确保板合适的接触面积，而不管板的不规则花纹如何，以允许有效地实现扩散粘合。在实现扩散粘合时，仅将相邻间隙部分之一置于真空或低压状态就足够了，结果承受排气过程以提供真空状态的空间可以减小，以降低泵负载，从而控制实现扩散粘合所需的能耗并降低热交换器的制造成本。
在本发明的热交换器制造方法的第四方面中，该方法可以进一步包括下列步骤将这样组合的热交换板置于至少在板的层叠方向上可弹性变形并具有进气和排气部分的容器中，该容器提供了气密特性，除了进气和排气部分；在其层叠方向向板施加压力并通过进气和排气部分排出容器内的气体；然后封闭进气和排气部分以使容器内部处于真空状态或低压状态，容器内部包括围绕板接触部分的空间。
根据本发明的第四方面，层叠的热交换板容纳在可弹性变形的容器中，使得通过从容器中去除气体，使该容器的内部空间处于真空或低压状态。该容器弹性变形并使围绕板接触部分的空间处于真空或低压状态，从而提高扩散粘合的可靠性并提供板经过改进的接触。
在本发明的热交换器制造方法的第五方面中，该方法可以进一步包括下列步骤使位于这样组合的热交换板层叠方向中一个端部侧上的热交换板通过施加电流可与用于加热的电源的一个电极可通电地相连，并使位于这样组合的热交换板层叠方向中另一个端部侧上的热交换板可与该电源的另一个电极可通电地相连；并向位于板层叠方向中相对端部侧上的板施加电流，以通过流经所有热交换板的电流，同时使围绕至少板接触部分的空间保持在真空状态或低压状态，使板保持在预定温度下预定时间，在该预定温度下通过施加电流的热量产生扩散粘合，并扩散粘合仅彼此接触且还没有粘合在一起的部分。
根据本发明的第五方面，电流施加到层叠的热交换板上以通过焦耳热直接提高板的温度，以提供扩散粘合正确发生的适当温度。不需要提高发生扩散粘合的整个空间的温度，从而加热板。实现扩散粘合所需的能量受到控制而热交换器的制造成本降低。
在本发明的热交换器制造方法的第六方面中，该方法可以包括下列步骤将这样组合的热交换板在热交换板的层叠方向中保持在冷却板之间，每块冷却板由在热交换板的扩散粘合条件下不扩散粘合到热交换板上的材料制成，且具有中空结构，确保在冷却板和热交换板之间发生热交换的状态，并将冷却管连接至冷却板，从而使冷却液能提供至冷却板中并从冷却板中排出；且在热交换板之间的扩散粘合完成之后，将冷却液提供至冷却板中以降低热交换板的温度，同时保持其中仅存在内部气体的真空状态或低压状态。
根据本发明的第六方面，这样层叠的热交换板在热交换板的层叠方向中保持在冷却板之间，且在扩散粘合完成之后，将冷却液提供至冷却板中以冷却冷却，使得组合热交换板能够快速冷却。从而，能够尽可能地缩短，当这样组合的板在扩散粘合完成后，被保持在会改变板材料特性的高温状态下的时间。从而，板的温度可以降低到室温，而不会造成板特性不必要的改变，从而允许在短时间制造没有变形和性能稳定的热交换器。
在本发明的热交换器制造方法的第七方面中，该方法还包括下列步骤在将热交换板组合到一起的过程或在其组合状态中，在热交换板的一对接触边和组合热交换板相对侧上的另一对接触边之间布置垫板，以向热交换板的成对接触边施加均匀的压力。
根据本发明的第七方面，垫板布置在热交换板的该对接触边和组合热交换板相对侧上的另一对接触边之间，以向热交换板的成对接触边施加均匀的压力，使得板的成对接触边通过垫板限制。以这种方式布置的垫板使板的成对接触边没有接触边变形的空间，这样即使在扩散粘合过程中将板的部分置于退火条件下，板的温度升高时，也能防止接触边不恰当的变形。从而，可以确保相邻板正确的接触状态，使扩散粘合正确地进行。
附图简述
图1是一个平面图，表示根据本发明第一实施例的热交换器制造方法制造的板组件；图2(A)和2(B)是表示在根据本发明第一实施例的热交换器制造方法中热交换板层叠状态的视图；图3是表示在根据本发明第一实施例的热交换器制造方法中盖板放置状态的视图；图4是表示在根据本发明第一实施例的热交换器制造方法中冷却板放置状态的视图；图5是表示在根据本发明第一实施例的热交换器制造方法中，冷却板和热交换板组合在一起的状态的视图；图6是表示在根据本发明第一实施例的热交换器制造方法中，热交换板容纳在用于粘合板的容器中的状态的视图；图7是表示在根据本发明第一实施例的热交换器制造方法中，表示用于粘合板的容器内部在扩散粘合过程中的视图；图8(A)和8(B)是表示在根据本发明第一实施例的热交换器制造方法中板扩展粘合状态的视图；图9(A)，9(B)和9(C)是表示在根据本发明第二实施例的热交换器制造方法中热交换板层叠状态的视图；图10是表示在根据本发明第二实施例的热交换器制造方法中，表示用于粘合板的容器内部在扩散粘合过程中的视图；图11(A)，11(B)和11(C)是表示在根据本发明第二实施例的热交换器制造方法中板扩展粘合状态的视图；而图12是表示由根据本发明其它实施例的方法制造的热交换板容纳在容器中的状态的视图。
优选实施例详细说明[本发明第一实施例]下面，将参考图1-8详细说明本发明的第一实施例。图1是一个平面图，表示根据本发明第一实施例的热交换器制造方法制造的板组件；图2(A)和2(B)是表示在根据本发明第一实施例的热交换器制造方法中热交换板层叠状态的视图；图3是表示在根据本发明第一实施例的热交换器制造方法中盖板放置状态的视图；图4是表示在根据本发明第一实施例的热交换器制造方法中冷却板放置状态的视图；图5是表示在根据本发明第一实施例的热交换器制造方法中，冷却板和热交换板组合在一起的状态的视图；图6是表示在根据本发明第一实施例的热交换器制造方法中，热交换板容纳在用于粘合板的容器中的状态的视图；图7是表示在根据本发明第一实施例的热交换器制造方法中，表示用于粘合板的容器内部在扩散粘合过程中的视图；而图8(A)和8(B)是表示在根据本发明第一实施例的热交换器制造方法中板扩展粘合状态的视图。
如上述附图中所示，根据本发明第一实施例的用于制造热交换器的方法包括将多块由具有矩形形状的金属板部件形成的热交换板10一块置于另一块上面地布置以准备一组层叠的板10，将盖板18和冷却板19分别布置在相对最外侧的板10上，将层叠的板10和盖板18和冷却板19以这样的层叠状态置于提供粘合空间的粘合容器60中，将每块板的温度升高到扩散温度以在整个接触面积上扩散粘合板，这样制造一个整体17，其中板在很多接触面积上稳固地粘合在一起。
利用所述的压力成型装置(图中未表示)，热交换板10具有这样的结构，其中具有不规则花纹的热传递区域11形成在矩形金属板的中央部分，而法兰12形成在板的周围，从而围绕热传递区域11。
热传递区域11是这样的区域，其具有优化的不规则花纹，使得高温热交换流体(即，第一热交换流体)与热交换区域11的一个表面接触，而低温热交换流体(即，第二热交换流体)与其另一个表面接触，以进行热交换，且更具体地具有多个以预定排列布置在金属板表面上的突起13和多个凹陷14，每一凹陷在金属板的表面上布置在突起13之间，从而在与突起13的突出方向相反的方向中凹陷。
热传递区域11的不规则花纹相对于板垂直方向(即，纵向)的中心以突起和凹陷之间的位置关系对称。当热交换板10布置在具有相同构造的另一块热交换板上时，使得它们的内表面彼此相对，而后者上下颠倒地放置，前者的突起和凹陷本别与后者的重合，而中间花纹部分的突起与该热传递部件周围花纹部分的突起分别与另一个热传递部件的紧密接触。不规则花纹具有已知的波纹形截面，其提供了优异的热交换性能，且冷凝水可以通过凹槽部分迅速排出。上述波纹形截面和凹槽部分是公知的，从而省略它们的说明。
形成在热传递区域11上表面上的突起13和凹陷14，分别在热传递区域11的下表面上形成凹陷部分和突起部分。包括凹陷14的热传递区域11的上表面构造和其包括与突起13相对应的凹陷部分的下表面构造可以是对称的，从而提供彼此相同的构造，且包括突起13的热传递区域11的上表面构造和其包括与凹陷14相对应的突起部分的下表面构造可以是对称的，从而提供相同的构造。相反，热传递区域11的上下表面构造可以是不对称的，从而提供彼此不同的构造。根据实际采用的热交换条件确定使用何种热传递区域构造。
法兰12由平面部分12a，其沿着矩形周围的两边连续地布置，和从热传递区域11沿着另外两边连续延伸的凸出部分12b组成。当板一块置于另一块上面地彼此平行布置时，相邻两块板在它们的平面部分和凸出部分上彼此接触。在这样的状态中，这两块板不接触的部分形成开口，其与在板之间形成的间隙部分30，40相通。
当热交换板10一块置于另一块上面地平行布置时，在其热传递区域11之间交替具有，第一热交换流体流经的第一间隙部分30和第二热交换流体流经的第二间隙部分40。一方面，一组这样层叠的热交换板10在其相对的长边上具有用于使第一热交换流体流入和流出第一间隙部分30的第一开口31，另一方面，在其相对的短边上具有用于使第二热交换流体流入和流出第二间隙部分40的第二开口41。第一和第二开口31，41的位置可以可选地通过改变法兰12平面部分12a和突起12b之间的位置关系而设定。在法兰12处接合板之后，第一和第二间隙部分以水密的方式彼此完全隔离，除了第一和第二开口31，41。
盖板18用作热交换器的外壳，且由具有足够强度的金属薄板制成。
冷却板19由厚板制成从而提供用作冷却介质的冷却水流经的中空部分，并提供防止其变形的足够强度。冷却板19用作引导部件，其由螺栓19a固定，以防止热交换板10的变形和偏移。
下面，将说明本发明第一实施例的热交换器制造方法的制造步骤。假设热交换板10由钛在上述制造步骤以前的步骤中制成，利用压力成型装置使钛薄板经历压力成型过程，且这样压力成型的热交换板被传递至如上所述制造步骤的阶段中。板下表面上的凹陷部分，其与板上表面上的突起13相对应，具有与板上表面上的凹陷14一样的形状，而板下表面上的突起部分，其与板上表面上的凹陷14相对应，具有与板上表面上的突起13一样的形状。
首先，热交换板10被一块置于另一热交换板10上面地布置，其上表面彼此接触以准备板的第一阶段组合。然后，另一对热交换板10被置于板基本组合的相对侧上，其下表面彼此接触以准备板的第二阶段组合。又一对热交换板10被布置在板第二阶段组合的相对侧上，其上表面彼此接触以准备板的第三阶段组合。重复这样的组合步骤。在这样的步骤中，例如在第三阶段组合步骤中要层叠的热交换板10被置于已经根据第二阶段组合步骤布置的其它热交换板10上，使得第三阶段组合步骤中的热交换板10内表面朝着第二阶段组合步骤中的热交换板10外表面，且后者上下颠倒布置，但第三阶段组合步骤中的热交换板10内表面朝着第一阶段组合步骤中的热交换板10内表面，且这些板具有相同构造朝向。层叠预定数量的板同时将板交替上下颠倒放置并将它们的内侧向外转。
在将热交换板10组合到一起的过程中，由在热交换板的扩散粘合条件下不扩散粘合到热交换板上的材料制成的垫板16布置在热交换板10的法兰12平面部分12a和相邻热交换板10法兰12的平面部分12a之间，以在即使当扩散粘合使板的平面部分12a置于退火条件的过程中板的温度升高，从而造成板平面部分12a不期望的变形时，也能向热交换板10平面部分12a的相对表面施加均匀的压力。从而，可以确保相邻板平面部分12a合适的接触状态，以使扩散粘合正确地进行。垫板可以在板10的粘合步骤完成后，塞入热交换板10平面部分之间的空间中。
在这样层叠的相邻热交换板10中，法兰12在平面部分12a或凸出部分12b上彼此接触，而相邻热交换板10热传递区域11上的突起13彼此接触。热交换板10的这种接触状态使热交换板10彼此间隔预定距离布置，除了接触区域以外。
在这样层叠的热交换板10中，相邻热交换板10上表面的热传递区域11之间的间隙用作第一间隙部分30，而纵向边(即，相对短的边)边缘上的法兰12凸出部分12b之间的间隙用作与上述第一间隙部分30相通的第一开口31(见图1)。
这样层叠的热交换板10中，相邻热交换板10下表面的热传递区域11之间的间隙用作第二间隙部分40，而横向边(即，相对长的边)边缘上的法兰12平面部分12a之间的间隙(其中布置垫板16)用作与上述第二间隙部分40相通的第二开口41(见图1)。
在预定数量的热交换板10层叠到板组件17中后，盖板18在层叠方向中布置在板组件17的每一端，而冷却板19布置在相应盖板18的外表面上。冷却板19通过使用螺栓19a和螺母19b固定到一起。相对较弱的压力(维持压力)在垂直于板的方向中施加到板上，从而使它们保持平行。压力设置为较小的压力(在板采用钛的情况中，大约为0.5MPa)，该压力小到即使当已经经历了压力成型过程的热交换板10温度升高到限于板材料发生扩散粘合的预定温度(在板采用钛的情况中，大约为800℃至900℃)时，也不发生塑性变形的程度。从而，扩散粘合不对热交换板10的压力成型形状造成损坏。施加至板的压力通过螺栓19a和螺母19b的拧紧力矩而调节。
此外，管形通道19c连接至每块冷却板19使得冷却水在其中流动。热交换板10，其在热交换板的层叠方向中布置在一个端部侧，而与该热交换板10接触的盖板18，连接至电源(图中未标示)的一个端子上，而热交换板10，其在热交换板的层叠方向中布置在另一个端部侧上，而与该热交换板10接触的盖板18连接至电源的另一个端子上，使得电流可以通过板的接触区域施加至所有热交换板10。热交换板10和附在其上的其它部件容纳在扩散粘合容器60中，其可以提供能够与外部空气隔绝的真空状态，在该真空状态中从内部空间去除空气，或者仅存在内部气体的低压状态。然后，容器的内部空间与外部空气隔绝，且容器内的压力降低以从其内部空间和板之间的每一间隙中去除空气，以提供真空状态，或者在压力降低操作过程中向容器内部空间提供诸如氩气的惰性气体，以用惰性气体代替空气，同时保持上述通道19c与外部空气的连通情况和板与电源的供电线15相连的情况。
当电源在这样的状态中开启以通过供电线15向层叠的板施加电流时，直接从板本身上产生焦耳热，以提供电流生热的情况，在该情况中板被加热。接触区域包括从板突出的突起13，该区域的温度升高到达到发生扩散粘合的预定温度(在板采用钛的情况中，大约为800℃至900℃)。板，其通过螺栓和螺母导致的预定压力彼此接触，保持在上述温度中大约一个小时，以将板的接触区域扩散粘合成整体。板在扩散粘合操作过程中，在包括突起13等的较小区域中彼此接触。结果，板之间的接触压力相对较高以提供板适当的接触状态，从而在板的接触区域允许扩散粘合过程，而不会导致任何问题。
随着板在扩散粘合前温度升高，板塑性变形所需的力逐渐减小，换句话说，板变得易于塑性变形。但是，将这样层叠和固定的板压向彼此的压力被设置成小到即使板被置于发生扩散粘合的预定温度下也不塑性变形的程度。从而，板的形状无变化，且能够保持适当的接触状态，在该状态中相邻板彼此接触。
当热交换板10在其接触区域的扩散粘合完成后，通过施加电流的加热步骤结束，且向冷却板19的中空部分提供冷却水以从其外部快速冷却这样粘合的热交换板10。在板的温度降低到对板的特性没有影响的温度后，即使当它们与空气接触时，内部空间和板之间的间隙部分从真空状态或低压状态恢复到压力降低操作前的原始状态。然后，将由热交换板10组成的整体板组件17从扩张粘合容器60中取出。从板法兰12的平面部分12a之间的空间中去除所有的垫板16。制造步骤以这种方式结束。
在热交换板10通过扩张粘合方法组合在一起的整体板组件17中，这些板在板的边缘和热传递区域11突起13的接触区域，通过扩散粘合方法一体地彼此相连，除了开口31，41，从而提供板10非常高的粘合强度。从而即使当使用具有较高压力的热交换流体或者第一和第二热交换流体之间具有较大压力差时，也可以在第一和第二热交换流体之间进行热交换而不会导致板10变形。
根据本发明的第一实施例，热交换板10一块置于另一块上面地布置，且仅在层叠方向中向层叠的板10施加最小的压力，以在相邻板应该彼此接触的区域确保接触状态，且层叠的板被置于这样的温度情况和大气情况下，即在该情况下板金属的扩散粘合正确地进行，以通过扩散粘合在它们的多个接触部分将相邻板粘合在一起。从而可以制造热交换器，其中层叠的板10不仅在板的周围边缘，而且在其大量接触部分，通过采用由压力成型方法获得的正常热交换板，稳固地粘合在一起，而不会损坏板的压力成型形状。因此，热交换器每部分的耐压强度可以显著提高，以允许这样导入的热交换流体压力升高或增大热交换流体之间的压力差，从而使得能够设定进行有效热交换的合适情况。从而可以提供高性能热交换器。
在本发明如上所述的第一实施例中，仅在扩散粘合过程完成后冷却板时向冷却板19提供冷却水。但是，本发明不仅限于这样的实施例。在通过冷却板19和盖板18向热交换板10施加电流的情况中，换句话说，电流还施加至冷却板19和盖板18，以从其形成焦耳热，即使在向热交换板10施加电流的过程中，冷却水也可以提供到冷却板19中。这使得能够冷却冷却板19，同时在扩散粘合过程中向板施加电流，以防止冷却板19和盖板18形状的变化(即，缠绕)，并维持冷却板19，盖板18和布置在它们中间的板10之间的正确位置关系，从而防止板10粘合中的副作用。垫板16可以具有冷却水流经的中空结构，以与冷却板19配合冷却这些板。
下面，将参考图9(A)-11(C)详细说明本发明的第二实施例。图9(A)，9(B)和9(C)是表示在根据本发明第二实施例的热交换器制造方法中热交换板层叠状态的视图；图10是表示在根据本发明第二实施例的热交换器制造方法中，表示用于粘合板的容器内部在扩散粘合过程中的视图；而图11(A)，11(B)和11(C)是表示在根据本发明第二实施例的热交换器制造方法中板扩展粘合状态的视图。
本发明的第二实施例与本发明第一实施例的相同之处在于层叠的热交换板20，盖板28和冷却板29容纳在扩散粘合容器60中，且它们在接触区域通过扩散粘合方法粘合在一起，但前者与后者的不同之处在于整体板组件27，其已经通过在热交换板20的边缘焊接热交换板而预先准备好，容纳在熔焊容器中，然后在高温大气中向板施加加热步骤以在热传递区域21的突起的接触区域上扩散粘合热交换板，热传递区域位于各板中央。
利用所述的压力成型装置(图中未表示)，以与本发明第一实施例相同的方式，热交换板20具有这样的结构，其中具有不规则花纹的热传递区域21形成在矩形金属薄板的中央部分上，而法兰22形成在板的周围从而围绕热传递区域21。热传递区域21和法兰22在形状和结构上与本发明第一实施例的相同。从而这里省略它们的说明。
当热交换板20一块置于另一块上面地平行布置时，在其热传递区域21之间交替具有，第一热交换流体流经的第一间隙部分30和第二热交换流体流经的第二间隙部分40。一方面，一组这样层叠的热交换板20在其相对的长边上具有用于使第一热交换流体流入和流出第一间隙部分30的第一开口31，另一方面，在其相对的短边上具有用于使第二热交换流体流入和流出第二间隙部分40的第二开口41。
下面，将说明本发明第二实施例的热交换器制造方法的制造步骤。假设在上述制造步骤以前的步骤中，利用压力成型装置使薄板经历压力成型过程，且这样压力成型的热交换板20被传递至如上所述制造步骤的阶段中。
热交换板20被置于另一块热交换板20上，其已经通过与前一块板相同的步骤准备，前一块板上下颠倒放置并将内侧向外转。
这些板不仅在其法兰22的平面部分22a上，而且在它们的热传递区域21上的突起处，彼此接触，从而除了这些接触区域在它们之间提供预定间隙。这样层叠的两块热交换板20在法兰22的平面部分22a的一部分上焊接在一起以准备一对焊接板26。该对焊接板26的热交换板20之间的间隙用作第一间隙部分30，而在其短边上的板法兰22凸出部分22b之间的另一个间隙用作第一开口31，其与上述第一间隙部分30相通。
该对焊接板26布置在另一对焊接板26上，其已经通过与前者相同的步骤准备，使得这些焊接板26不仅在热交换板20法兰22的凸出部分22b上，而且在热传递区域21的突起处，彼此接触，且这些焊接板26在除了接触区域以外的其它区域中彼此间隔预定距离。
这些层叠的焊接板26对在相邻热交换板20的凸出部分22b的边上焊接在一起，成为一个整体。在这样的焊接板26的整体中，该对焊接板26和另一对焊接板26之间的间隙用作第二间隙部分40，而彼此不接触的法兰22平面部分22a之间的间隙，用作第二开口41，其与上述第二间隙部分40相通。与焊接两对焊接板26相同的步骤在所需对的焊接板26上重复，以准备整体板组件27。
在整体板组件27的准备完成后，盖板28在层叠方向中布置在板组件27的每一端，而冷却板29布置在相应盖板28的外表面上。冷却板29通过使用螺栓和螺母固定到一起。相对较弱的压力(维持压力)在垂直于板的方向中施加到板上，从而使它们保持平行。
此外，管形通道29c连接至每块冷却板29使得冷却水在其中流动。用于压力降低/升高及用于第一间隙部分30和第二间隙部分40进气/排气的管道71，72连接至第一开口31和第二开口41。整体板组件27和附在其上的其它部件容纳在扩散粘合容器60中，其能够以与本发明第一实施例相同的方式提供真空状态或低压状态。然后，容器的内部空间与外部空气隔绝，且容器内的压力降低以从其内部空间中去除空气，以提供真空状态，或者在压力降低操作过程中向容器内部空间提供诸如氩气的惰性气体，以用惰性气体代替空气，同时保持上述通道与外部空气的连通情况。同时，从这些板之间的每一间隙部分中去除空气，以提供真空状态，或者向板之间的间隙部分中提供诸如氩气的惰性气体，以通过上述管道用惰性气体代替空气。
然后，通过第二开口41和管道72向第二间隙部分40中提供具有高温和预定压力的惰性气体，同时在第一间隙部分30中保持真空状态或低压状态，使得第二间隙部分40中的压力比第一间隙部分30中高大约20-100kPa。在这样的状态中，限定第一间隙部分30的板的温度升高，且向这些板施加压力以产生力，该力使这些板彼此靠近(见图11(A))。这些板稳固地固定使得板的热传递区域21的突起的接触区域，其位于第一间隙部分30中，以这种方式保持在2-5MPa的压力下，且其温度升高到发生扩散粘合的预定温度(在板采用钛的情况中，大约为800℃至900℃)。这样的温度保持预定时间以扩散粘合板的接触区域。
在突起接触区域的扩散粘合完成后，其位于第一间隙部分30中，通过第二开口41和管道72去除第二间隙部分40内的气体，以将第二间隙部分40处于真空状态或低压状态中。然后，通过第一开口31和管道71向第一间隙部分30中提供具有高温和预定压力的惰性气体，使得第一间隙部分30中的压力高于第二间隙部分40。在这样的状态中，限定第二间隙部分40的板的温度升高，且向这些板施加压力以产生力，该力使这些板彼此靠近(见图11(B))。这些板稳固地固定使得板的热传递区域21的突起的接触区域，其位于第二间隙部分40中，保持在与第二间隙部分40中的突起的接触区域的粘合情况中相同的压力下，且其温度升高到预定温度。这样的温度保持预定时间以扩散粘合板的接触区域。
在完成热交换板20的扩散粘合之后，去除高温气体，并将容器的内部空间和间隙部分置于真空或低压状态和非加热状态中，且向冷却板29的中空部分提供冷却水以从其外部快速冷却整体板组件27。在板的温度降到对板的特性没有影响的温度后，即使它们与空气接触，内部空间和板之间的间隙部分也从真空状态或低压状态恢复到压力降低操作以前的原始状态。然后，从扩散粘合容器60中取出整体板组件27。制造步骤以这种方式完成。
在热交换板20通过扩张粘合方法组合在一起的整体板组件27中，这些板不仅在板这样焊接的边缘，而且在热传递区域11突起13的接触区域中，通过扩散粘合方法一体地彼此相连，除了开口31，41，从而以与本发明第一实施例相同的方式提供板20非常高的粘合强度。从而即使当使用具有较高压力的热交换流体或者第一和第二热交换流体之间具有较大压力差时，也可以在第一和第二热交换流体之间进行热交换而不会导致板20变形。
根据本发明的第二实施例，层叠的热交换板20预先在板的周围边缘焊接以准备焊接组件，然后焊接组件在其彼此接触且还没有粘合到一起的部分上通过扩散粘合粘合在一起。从而这些板可以在扩散粘合以前预先组合成焊接组件，以确保板正确的层叠状态，使得焊接组件易于操纵。该步骤可以在传统热交换器的制造方法中用作后续步骤，其中仅板的周围边缘焊接在一起，从而使得根据热交换器传统制造方法组合的板更稳固地组合在一起。从而，耐压强度可以显著提高到允许将高压热交换流体导入相邻板之间的间隙中。结果，可以提高根据各种热交换条件而热交换效率。
在本发明如上所述的第二实施例中，热交换板20在其边缘上，在扩散粘合步骤以前焊接在一起。但是，本发明不仅限于这样的实施例。代替上述焊接方法，热交换板可以利用铜焊金属通过铜焊方法粘合，其中铜焊金属具有高于板在熔焊过程中在熔焊容器60内所达到最高温度的熔点。
在本发明的用于制造热交换器的第一和第二实施例中，没有孔的热交换板10，20用作层叠成整体板组件的板，从而适用于这样的热交换器结构，其中用于供应和排出热交换流体的开口31，41布置在板的周围部分。但是，本发明不仅限于这样的实施例。每块均具有孔的板可以用作要层叠的热交换板，热交换流体以与通过衬垫部件一块置于另一块上面布置的用于常用板式热交换器的传统板相同的方式流经该孔。在该情况中，当用作相邻板接触部分的突起位置连续地围绕该孔时，难以通过传统焊接方法焊接这些板，这些板以水密的方式在上述位置正确地熔焊。熔焊区域提供这样的水密特性以允许形成部分流道。从而，能够制造热交换器，而不会造成任何问题。
在上述用于制造热交换器的本发明第一实施例中，这些板通过向其上施加电流而加热，以扩散粘合板的全部接触区域，而在上述用于制造热交换器的本发明第二实施例中，高温气体用于加热这些板，以扩散粘合这些已经在其周围边缘临时焊接的板。但是，本发明不仅限于这些实施例。除了电流生热以外，可以应用诸如高温气体加热的其它加热方法，以扩散粘合板的全部接触区域，或者除了高温气体加热以外，可以应用诸如电流生热的其它加热方法，以扩散粘合这些已经在其周围边缘临时焊接的板。
在上述用于制造热交换器的本发明第一和第二实施例中，层叠的热交换板10，20容纳在扩散粘合容器60中，该容器具有可以与外界空气隔离的内部空间，扩散粘合容器60的内部空间保持在气体从内部空间去除的真空状态或仅存在内部气体的低压状态下，然后进行扩散粘合方法。但是，本发明不仅限于这样的实施例。本发明的方法可以包括下面的步骤将这样组合的热交换板50置于具有薄金属波纹的容器80中，其能在板的层叠方向中弹性变形，在其层叠方向向板施加压力，通过进气和排气部分排出容器中的气体；关闭进气和排气部分以使容器80的内部保持在真空状态或低压状态下，然后进行扩散粘合过程。在该情况下，随着容器80的变形，可以将围绕板接触部分的空间置于真空或低压状态，从而提高扩散粘合的可靠性并提供板改善的接触。此外，可以降低泵的负载，该泵用于排出容器80中的空气，以提供真空状态或低压状态，从而允许使用具有低输出和低成本的泵，并降低扩散粘合过程所需的制造成本。本发明的方法可以包括下面的步骤将冷却板39以与本发明第一实施例相同的方式布置在容器80的外部，管形通道39c连接至冷却板39以使冷却水在其中流动，以水密的方式提供供电线35，其连接至在层叠板50的层叠方向中布置在层叠板50的相对端部侧上，以向板50提供电流，使容器80的内部处于真空或低压状态，通过供电线35向板施加电流以加热板，从而造成扩散粘合。在扩散粘合完成后，通过施加电流进行的加热步骤结束，并向冷却板39的中空部分提供冷却水以从通过容器80从其外部快速冷却这样粘合的热交换板50。
在冷却板39在垂直层叠方向中布置在热交换板50的上侧和下侧的情况中，上部冷却板39可以用作向容器80内的层叠热交换板50施加压力的加压部件。在进行扩散粘合时板的层叠方向不仅限于这样的垂直方向。扩散粘合可以在热交换板50在水平方向中层叠的状态中进行。
权利要求
1.一种热交换器制造方法，包括下列步骤将多块热交换板一块置于另一块上面地布置，每块热交换板由具有预定不规则花纹的金属板部件组成，并把这些板组合成热交换器，其中每块热交换板通过压力成型方法制成预定形状，使得每块热交换板至少在其一部分上包括具有不规则花纹的热传递区域及第一和第二相对表面，第一和第二热交换流体分别接触第一和第二相对表面，这样结合的热交换板至少在其周围部分彼此接触，且第一热交换流体流经的第一间隙部分和第二热交换流体流经的第二间隙部分交替地在热交换板之间提供，其中，该方法还包括下列步骤将预定数量的热交换板一块置于另一块上面地布置，以在其层叠方向上施加压力至这样的程度，即至少使这样布置的热交换板保持平行，且热交换板即使在其温度增大到预定温度时也不塑性变形，在该预定温度下发生与热交换板材料有关的扩散粘合，维持这样的层叠条件并使相邻板在从热交换板突出的突起和周围边缘处彼此接触；并使围绕至少板接触部分的空间处于真空状态或低压状态，在该状态下仅存在内部气体大气，使板保持在发生扩散粘合的预定温度下预定时间并扩展粘合板仅彼此接触且还没有粘合在一起的部分。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下列步骤在将热交换板一块置于另一块上面地布置的步骤阶段，在相邻板的周围边缘进行焊接，以形成焊接组件，在该组件中板之间的位置关系不发生变化；和将焊接组件处于真空状态或低压状态，在该状态下仅存在内部气体大气，使板保持在发生扩散粘合的预定温度下预定时间并扩展粘合板仅彼此接触且还没有粘合在一起的部分。
3.根据权利要求2所述的方法，其中进行焊接热交换板的步骤以将这些板组合成焊接组件，使得第一和第二间隙部分中的每一个与外部隔离，除了与第一间隙部分相通的第一流体入口和出口部分及与第二间隙部分相通的第二流体入口和出口部分，且该方法进一步包括下列步骤将第一供给管/排出管连接至第一入口和出口部分，其允许向第一间隙部分中供应流体和/或从第一间隙部分排出流体，并将第二供给管/排出管连接至第二入口和出口部分，其允许向第二间隙部分中供应流体和/或从第二间隙部分排出流体；通过第一供给管/排出管从第一间隙部分去除气体，以在其中提供真空状态或通过第一供给管/排出管向第一间隙部分提供惰性气体同时去除其中的气体，以提供低压状态，和通过第二供给管/排出管向第二间隙部分中提供具有预定高温和预定压力的惰性气体同时去除其中的气体，以提供比第一间隙部分更高的压力状态，然后使布置在每块板热传递区域中，并存在于第一间隙部分中的突起的接触部分处于扩散粘合发生了预定时间的预定温度下，并扩散粘合板的接触部分；然后，通过第二供给管/排出管从第二间隙部分去除气体，以在其中提供真空状态或通过第二供给管/排出管向第二间隙部分提供惰性气体同时去除其中的气体，以提供低压状态，和通过第一供给管/排出管向第一间隙部分中提供具有预定高温和预定压力的惰性气体同时去除其中的气体，以提供比第二间隙部分更高的压力状态，然后使布置在每块板热传递区域中，并存在于第二间隙部分中的突起的接触部分处于扩散粘合发生了预定时间的预定温度下，并扩散粘合板的接触部分。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下列步骤将这样组合的热交换板置于至少在板的层叠方向上可弹性变形并具有进气和排气部分的容器中，该容器提供了气密特性，除了进气和排气部分；在其层叠方向向板施加压力并通过进气和排气部分排出容器内的气体；然后封闭进气和排气部分以使容器内部处于真空状态或低压状态，容器内部包括围绕板接触部分的空间。
5.根据权利要求2所述的方法，进一步包括下列步骤将这样组合的热交换板置于至少在板的层叠方向上可弹性变形并具有进气和排气部分的容器中，该容器提供了气密特性，除了进气和排气部分；在其层叠方向向板施加压力并通过进气和排气部分排出容器内的气体；然后封闭进气和排气部分以使容器内部处于真空状态或低压状态，容器内部包括围绕板接触部分的空间。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下列步骤使位于这样组合的热交换板层叠方向中一个端部侧上的热交换板通过施加电流可与用于加热的电源的一个电极可通电地相连，并使位于这样组合的热交换板层叠方向中另一个端部侧上的热交换板可与该电源的另一个电极可通电地相连；并向位于板层叠方向中相对端部侧上的板施加电流，以通过流经所有热交换板的电流，同时使围绕至少板接触部分的空间保持在真空状态或低压状态，使板保持在预定温度下预定时间，在该预定温度下通过施加电流的热量产生扩散粘合，并扩散粘合仅彼此接触且还没有粘合在一起的部分。
7.根据权利要求2所述的方法，进一步包括下列步骤使位于这样组合的热交换板层叠方向中一个端部侧上的热交换板通过施加电流可与用于加热的电源的一个电极可通电地相连，并使位于这样组合的热交换板层叠方向中另一个端部侧上的热交换板可与该电源的另一个电极可通电地相连；并向位于板层叠方向中相对端部侧上的板施加电流，以通过流经所有热交换板的电流，同时使围绕至少板接触部分的空间保持在真空状态或低压状态，使板保持在预定温度下预定时间，在该预定温度下通过施加电流的热量产生扩散粘合，并扩散粘合仅彼此接触且还没有粘合在一起的部分。
8.根据权利要求4所述的方法，进一步包括下列步骤使位于这样组合的热交换板层叠方向中一个端部侧上的热交换板通过施加电流可与用于加热的电源的一个电极可通电地相连，并使位于这样组合的热交换板层叠方向中另一个端部侧上的热交换板可与该电源的另一个电极可通电地相连；并向位于板层叠方向中相对端部侧上的板施加电流，以通过流经所有热交换板的电流，同时使围绕至少板接触部分的空间保持在真空状态或低压状态，使板保持在预定温度下预定时间，在该预定温度下通过施加电流的热量产生扩散粘合，并扩散粘合仅彼此接触且还没有粘合在一起的部分。
9.根据权利要求5所述的方法，进一步包括下列步骤使位于这样组合的热交换板层叠方向中一个端部侧上的热交换板通过施加电流可与用于加热的电源的一个电极可通电地相连，并使位于这样组合的热交换板层叠方向中另一个端部侧上的热交换板可与该电源的另一个电极可通电地相连；并向位于板层叠方向中相对端部侧上的板施加电流，以通过流经所有热交换板的电流，同时使围绕至少板接触部分的空间保持在真空状态或低压状态，使板保持在预定温度下预定时间，在该预定温度下通过施加电流的热量产生扩散粘合，并扩散粘合仅彼此接触且还没有粘合在一起的部分。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的方法，进一步包括下列步骤将这样组合的热交换板在热交换板的层叠方向中保持在冷却板之间，每块冷却板由在热交换板的扩散粘合条件下不扩散粘合到热交换板上的材料制成，且具有中空结构，确保在冷却板和热交换板之间发生热交换的状态，并将冷却管连接至冷却板，从而使冷却液能提供至冷却板中并从冷却板中排出；且在热交换板之间的扩散粘合完成之后，将冷却液提供至冷却板中以降低热交换板的温度，同时保持其中仅存在内部气体的真空状态或低压状态。
11.根据权利要求1-9中任意一项所述的方法，进一步包括下列步骤在将热交换板组合到一起的过程或在其组合状态中，在热交换板的一对接触边和组合热交换板相对侧上的另一对接触边之间布置垫板，以向热交换板的成对接触边施加均匀的压力，所述垫板由在热交换板的扩散粘合条件下不扩散粘合到热交换板上的材料制成。
12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括下列步骤在将热交换板组合到一起的过程或在其组合状态中，在热交换板的一对接触边和组合热交换板相对侧上的另一对接触边之间布置垫板，以向热交换板的成对接触边施加均匀的压力，所述垫板由在热交换板的扩散粘合条件下不扩散粘合到热交换板上的材料制成。
全文摘要
通过施加到热交换板上的压力，层叠热交换板，从而保持它们的平行，并防止它们在扩散粘合过程中变形。维持层叠条件且相邻板在突起和周围边缘彼此接触。围绕板接触部分的空间被置于真空状态或仅存在内部气体的低压状态中。将板保持在发生扩散粘合的温度下预定时间，以扩散粘合板仅彼此接触且还没有粘合在一起的部分。
文档编号B23K20/14GK101045269SQ20071009131
公开日2007年10月3日 申请日期2007年3月29日 优先权日2006年3月30日
发明者松崎豊明, 渡边太郎 申请人:株式会社聚源