專利名稱：用于制造熱交換器板束的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造熱交換器緊湊型板束的方法，其中該熱交換器在高壓和/或高溫條件下工作。本發(fā)明還涉及一種板式熱交換器，該板式熱交換器包括至少一個采用所述方法制造的板束。
背景技術：
用于該類型熱交換器的板束通常包含彼此平行的板的堆疊，且板之間限定有用于循環(huán)至少兩路獨立流體的回路。板之間的流體循環(huán)可以是具有交叉流或逆流的會聚型，每個回路都連接至流體的進入集流器及返回集流器。板束中的板具有多種增加流體之間熱交換系數(shù)的方式。關于這一點，已知平板組成的板束，其板和板之間插入由折疊薄金屬片制成并釬接在板上的肋片。對于高溫應用(例如溫度高于600°C )，使用金屬填充物和薄肋片可能會帶來問題。實際上，由于金屬填充物的熔點低于母材的熔點，板束的使用溫度是受到限制的； 并且使用具有與基材不同熱機械特性的金屬填充物，在接點處會出現(xiàn)缺陷。此外，當肋片非常薄時，例如其厚度不足0. 5mm，從機械性能的角度而言，釬接過程中的晶粒粗化是不利的。板束還可以由帶有刻蝕通路的板的堆疊構成。通過在板不需要刻蝕的部分設置保護性掩膜，然后對板進行化學刻蝕，以完成所述刻蝕。完成刻蝕后，通過焊接(尤其是通過擴散焊接)將各板組裝在一起。采用這種技術制造板束較復雜，且容易出現(xiàn)問題。對鎳基合金板進行化學刻蝕是非常困難的，生產(chǎn)者需采用費時長且成本高的機械加工技術，并且板上可刻制通路的幾何空間很少。此外，如果對鎳基合金進行擴散焊接的話，需要對材料進行高溫加熱。實際上，通過均衡熱壓或軸向均勻擠壓的方法，進行組裝的板的溫度都會升高到1000°c以上，這樣該熱處理會導致晶粒粗化，而與板材較薄的情況不兼容。因為在整個交換區(qū)域各板被焊接在一起，通過該技術得到的板束非常堅硬，由于這個原因板束對于熱瞬變的耐受性較低。這兩種板束的另外一個缺點在于焊接頭或釬接頭設置在通路之間的整個交換區(qū)域中，而所述通路較細，導致無論是在板束的制造還是使用過程中都無法對這些接頭進行檢查。例如FR-A-2 738 906中還提到一種由彼此平行的金屬熱交換板的堆疊組成的板束，該金屬熱交換板包括表面平滑的邊緣及設置有波紋的中心部位，并與相連的板形成兩個獨立流體的逆流式雙回路。
該類型板束中板的組裝有兩種方式，一種是將設置于各板邊緣上的一組墊片焊在一起，以獲得板之間必要的間隔；另一種是將發(fā)揮墊片作用的附加部件焊接到每塊板的縱邊上，然后將這些附加部件焊接在一起。在第一種情形中，墊片的使用使焊接次數(shù)增加，而在組裝后很難檢查焊接的情況； 另外，會在板束的側壁上形成一道焊點墻。在第二種情形中，使用附加部件也會導致焊接次數(shù)的增加，并且只能在板束制造過程中檢查位于板束內(nèi)部焊接點的情況。此外，焊接點的寬度可能是各板之間距離的下限， 因而限制了板束的緊湊性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于高溫熱交換器的緊湊板束；該板束避免了前面提到的缺點，并且可顯著減少將不同板組裝在一起的焊接次數(shù)。因此，本發(fā)明的目的是提供一種制造熱交換器緊湊板束的方法，其中，該板束由板的堆疊形成，在該板之間限定有兩路獨立流體的至少兩條循環(huán)回路，且該板包括設置有波紋的中心熱交換部位；該方法包括-通過加工減小該每塊板的初始厚度，同時在該板的邊緣和/或通管處設置至少一個連接包邊，該連接包邊的高度大于加工后該板的厚度；-在該每塊板的該中心部位形成波紋；-通過將該板的該包邊疊放在一起，使該板成對疊置；-通過密封焊縫將與該每對板接觸的該包邊連接起來；-通過將該成對的板該包邊疊放在一起，將該成對的板疊置在一起；以及-通過將該流體流入或流出的開口端或封閉端交替疊置，該密封焊縫將與該成對的板接觸的該包邊連接起來。根據(jù)本發(fā)明的其它特征-通過對所述板至少一面進行加工，減小該每塊板的初始厚度；-通過對所述板的兩面進行加工，減小該每塊板的初始厚度；-通過沖壓或成型工藝，在所述每塊板的中心部位形成所述波紋；-加工后，所述板的厚度介于0.2mm和3mm之間；-加工后，所述包邊的高度取決于所述波紋的擺動振幅，且該包邊的高度優(yōu)選介于 0. 5mm和5mm之間；以及-加工后，所述包邊的厚度介于Imm和6mm之間。此外，本發(fā)明的目的是提供一種板式熱交換器，該板式熱交換器包括抵抗內(nèi)部壓力的外殼，該外殼中設置至少一個板束，該板束由上述定義的方法制造得到。


通過以下作為實例并且參照附圖作出的說明，可更好地理解本發(fā)明。其中圖1由圖IA和圖IB組成，是示例性熱交換器的軸向剖面圖，其中包括根據(jù)本發(fā)明方法制造的板束；圖2是圖1熱交換器板束的示意性透視圖3是板束中一對板的示意圖；圖4由圖4A至圖4D組成，是板束中一塊板的示意性截面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明制造方法的第一實施例的不同步驟； 圖5由圖5A至圖5D組成，是板束中一塊板的截面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明制造方法的第二實施例的不同階段；圖6至圖9是示意性截面圖，示出了制造另一種板束的方法的不同步驟。
具體實施例方式圖1所示的熱交換器1作為實例，示出了一種設置有根據(jù)本發(fā)明制造方法制造的板束的非限制性實施例。熱交換器1用于高溫(一般高于600°C )核反應堆中，以實現(xiàn)第一流體和第二流體之間的熱交換。第一流體是核反應堆中的初級流體，在核反應堆中的閉合回路里循環(huán)。第一流體先后穿過核反應堆的堆芯(圖中未示出)和熱交換器1，最終返回堆芯的入口。初級流體在反應堆的堆芯中被加熱，然后以例如約850°C的溫度流出堆芯。初級流體將部分熱量傳給熱交換器1中的二級流體，并且以例如約400°C的溫度從熱交換器1中流出。第二流體是核反應堆中的二級流體，在核反應堆中的閉合回路里循環(huán)。第二流體先后穿過熱交換器1和燃氣渦輪機(圖中未示出)，以驅(qū)動發(fā)電機，然后返回熱交換器1的入口。二級流體以例如約350°C的溫度進入熱交換器1，以例如約800°C的溫度流出。熱交換器1包括-外殼2，具有基本垂直的中心軸X，且設置有初級流體的入口3和出口 4以及二級流體的四個入口 5和四個出口 6 ；-八個熱交換板束40，設置于外殼2中，并在熱交換板束40中實現(xiàn)初級流體和二級流體之間的熱交換；-環(huán)形集流器7，用于向板束40提供初級流體；-集流器8，用于向板束40提供二級流體；-環(huán)形集流器9，用于收集并排放流出板束40的初級流體；-中央集流器10，用于收集并排放流出板束40的二級流體；-輸入室11，將二級流體分配至集流器8；及輸出室12，將流出二級排放集流器10 的二級流體分配至出口 6 ；-較低的內(nèi)部設備11，一方面引導初級流體在集流器7和集流器9之間的流動，另一方面引導初級流體在入口 3和出口 4之間的流動；以及-風扇14，安裝在外殼2中，用于使初級流體循環(huán)。外殼2包括缸體20，缸體20內(nèi)設置有板束40和集流器7、集流器8、集流器9和集流器10。缸體20具有朝向頂部的孔21，以及用于密封孔21的可移除的蓋22。二級流體的入口 5位于缸體20的上部，并且規(guī)則分布在缸體20的同一圓周上。二級流體的出口 6位于缸體20的上部，但略低于入口 5，并且規(guī)則分布在缸體20 的同一圓周上。唯一的螺孔位于缸體20的下部，穿過該螺孔形成初級流體的入口 3和出口 4。入
5口 3和出口 4同軸，且出口 4環(huán)繞入口 3。通過凸狀底部，缸體20在底部閉合，凸狀底部具有圓形的以X軸為中心的中央孔， 中央孔中固定有風扇14。如圖2和圖3所示，板41的堆疊形成板束40，在板41之間設定有用于循環(huán)兩路流體的兩個回路，其中兩路流體即圖2中實心箭頭表示的第一流體A及中空箭頭表示的第二流體B。第一流體和第二流體在板的堆疊中的每兩塊板中的一塊板的兩側交替循環(huán)。每塊板41包括設置有波紋42的中央熱交換部，波紋與波紋之間形成促進流體之間進行熱交換的通路43。一般來說，通過圖案(例如襯墊、棱紋、嵌入物或其它圖案)形成波紋42，該圖案經(jīng)板變形得到。形成板束40的堆疊中，第一流體和第二流體在每兩塊板中的一塊板41兩側的通路43中交替循環(huán)。為了確定通路43的開口端46或封閉端47，每塊板41具有突出于各縱向邊41a和/或橫向邊41b的一個連續(xù)包邊45或多個非連續(xù)包邊45?？v向邊41a和/或橫向邊41b上的包邊45的設置取決于流體在板束40中板41之間的流動方向，同時還取決于流體流入集流器和流出集流器(圖中未示出)的設置。圖3顯示的縱向邊41a和/或橫向邊41b上包邊45的設置是一個示例性實施例， 當然還可以有其它設置方式。參考圖4和圖5，描述了制造板束40的方法的兩種實施例。如圖4A所示，最初板41是平的，并且是等厚度的。所述方法的第一步驟是(優(yōu)選通過機械加工)減小板30的初始厚度，并在板的邊緣，使包邊45位于板41的縱向邊41a和/或橫向邊41b上，從而獲得板41。在板41的至少一個面上進行機械加工，例如銑削。根據(jù)圖4所示的第一實施例，通過對板30的兩面進行機械加工減小板30的厚度， 這樣在去除外部區(qū)域46a和外部區(qū)域46b后保留了中間區(qū)域46，如圖4B所示。圖中非陰影區(qū)域表示已去除的材料。接著，所述方法的第二步驟包括在每塊板41的中心部位形成波紋42。用所述方法制成板41后，通過將包邊45疊放在一起，使板41成對疊置，并用密封焊縫50將與每對板41接觸的包邊45連接起來，如圖4D所示。接著，通過將成對的板的包邊45疊放在一起，將成對的板41再次疊置，并用密封焊縫50將相互接觸的包邊45連接起來。根據(jù)圖5所示的第二實施例，為了得到板41，通過對板30的一面進行機械加工，減小板30的初始厚度，如圖5A所示。圖中非陰影區(qū)域表示已去除的材料。在這種情況下，單一區(qū)域46a被去除，保留區(qū)域46位于包邊45的一側；而在前一個實施例中，包邊45在保留區(qū)域46的兩側延伸。在第二實施例中，所述方法的后續(xù)步驟與前一個實施例的步驟相同，包括在板41的中心部位形成波紋42，然后成對疊置板41，再通過密封焊縫50連接與每對板接觸的包邊45。然后通過將成對的板41的包邊45疊放在一起，使成對的板疊置起來，且通過密封焊縫50連接與對板41接觸的包邊45。每塊板41的加工可以是例如銑削的方式，每塊板41中心部位的波紋42可通過例如沖壓或成型工藝形成。作為示例，加工后，板41的厚度el介于0. 2mm和3mm之間，包邊45的高度hi介于 0. 5mm和5mm之間，而包邊45的厚度e2介于2mm和4mm之間。位于板41的兩側(圖4C) 或一側(圖5C)的包邊45的柱腳4 的高度h2介于0. 2mm和3mm之間?！闱闆r下，根據(jù)波紋的擺動幅度確定包邊的高度。不同包邊45的高度不必相等，而取決于包邊45位于板束的受冷側還是受熱側，或是位于兩路流體位于流入集流器和流出集流器的受冷側還是受熱側。優(yōu)選地，將板41兩兩組裝并焊接在一起，由此形成的對板具有相同的尺寸，然后將該對板組裝并焊接在一起，以形成最終的堆疊。通過該方法，能夠避免考慮焊接過程中發(fā)生的收縮問題。實際上，如果通過在已焊接的板的堆疊上逐一添加板，由于焊接引起的收縮，要焊接的新板與已經(jīng)焊接的板會具有不同的尺寸。與板束40相連的流體流入集流器和流出集流器(圖中未示出)，可直接集成到板束40中，或者可以具有額外形狀的任何形式焊接在對應的板束40上。圖6至圖9示出了板束40的另一個實例，其中每塊板41均根據(jù)本發(fā)明的方法制造得到。在該示例性實施例中，板束具有用于形成集流器的通管。該實例中，將板束40的板兩兩連接起來，該兩塊板包括上板61和下板62。此外在該實例中，機械加工每塊板61和板62的兩面，以去除部分材料，并保留具有確定厚度的部分(分別對應于得到的每快板61或板62的厚度)。在板61的縱向邊和/ 或橫向邊上形成有一個或多個包邊63，同時也在板62的縱向邊和/或橫向邊上形成有一個或多個包邊64。非陰影區(qū)域?qū)谝讶コ牟牧?。在該示例性實施例中，包?3和包邊64僅在對應板(分別是板61和板62)的一側延伸，即包邊63在板61下方，包邊64在板62上方。在每塊板61和板62上分別開有第二流體B的流入孔65和流出孔66，如圖6所示?？?5和孔66分別圍有包邊67和包邊68。流入孔65和流出孔66疊置在一起形成通管。接著，在每塊板61和板62的中心部位形成波紋69，將這些板成對疊置。通過密封焊縫70連接彼此接觸的包邊63和包邊64。疊置按照此方法形成的成對的板61和板62，通過密封焊縫70連接與疊置的成對的板61和板62接觸的包邊63和包邊64。如圖9所示，與每個孔65和孔66周圍接觸的包邊67和包邊68也由密封焊縫70 焊接在一起。由此形成的板61和板62的堆疊安裝在兩塊相對的厚板71和厚板72之間， 厚板71和厚板72平行于成對的板61和板62。圖9所示的示例性實施例中，板61和板62的堆疊在板束40的一個側面設置有第一流體A流入的區(qū)域Al，在相對側設置有第一流體A在流過板束40的對應回路后流出的區(qū)域A2。流體A在對板中兩個相鄰板61和板62之間的通路中進行循環(huán)。流入?yún)^(qū)域Al連接至第一流體A流入的集流器(圖中未示出)，流出區(qū)域A2連接至第二流體A流出的集流器 (圖中未示出)。位于板61和板62中的孔65設定了第二流體B兩個相對流入?yún)^(qū)域Bi，位于板61和板62中的孔66設定了第二流體B在流過板束40的對應回路后的兩個流出區(qū)域B2。第二流體B通過孔65進入，并且作為第一流體A的逆流，在對板中的板61和板62之間的通路中進行循環(huán)。每個區(qū)域Bl都連接至第二流體B的流入集流器(圖中未示出)，每個流出區(qū)域B2則連接至第二流體B在流過板束40后流出的集流器(圖中未示出)。流體A和流體B在板束40中對板的兩塊板之間交替循環(huán)。當然還可有其它設置。作為實例，制板的材料是鎳基鋼或不銹鋼。通過鎢極氬弧焊(TIG)法、或激光或電子束法進行焊接。通過使用本發(fā)明的制造方法，對板進行加工后，得到的尺寸精確性比包括附加部件或墊片的板束更高。通過焊接進行組裝，能夠消除在焊接區(qū)域和受熱影響的區(qū)域之外，影響材料微結構的任何風險。此外，焊接點只位于束板的邊緣或者第二流體B循環(huán)的管道中(如圖9所示的示例性實施例)。因此，由于可從外部查看位于邊緣的焊接點以及通過第二流體的管道(圖9 的實例)查看，增加了針對熱瞬變的靈活性，并方便對板束焊接點整體情況進行檢查。本發(fā)明中的方法可以消除焊接墻的設置以及額外部件的使用。因此該設置減少了焊接點的數(shù)量，增加了設備的可靠性，并且可以實現(xiàn)高質(zhì)量的焊接。最后，根據(jù)本發(fā)明的方法可以制造板間距小的板束，間距值可小于3mm。
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權利要求
1.一種制造熱交換器的緊湊板束GO)的方法，該板束由板Gl ；61,62)的堆疊形成， 在該板Gl ；61,62)之間限定有兩路獨立流體的至少兩條循環(huán)回路，且該板Gl ；61，62)包括設置有波紋(42 ；69)的中心熱交換部位；其特征在于通過加工減小該每塊板Gl ；61,62)的初始厚度，同時在該板Gl ；61,62)的邊緣和/ 或通管(65，66)處設置至少一個連接包邊(45 ；63，64 ；67，68)，該連接包邊(45 ；63，64 ；67， 68)的高度大于加工后該板(41 ；61，62)的厚度；在該每塊板(41 ；61,62)的中心部位形成波紋(42 ；69)；通過將該板(41 ；61，62)的該包邊(45 ；63，64 ；67，68)疊放在一起，使該板(41 ；61，62)成對疊置；通過焊縫(50 ；70)將與該每對板(41 ；61，62)接觸的該包邊(45 ；63，64 ；67，68)連接起來；通過將該成對的板Gl ；61,62)的該包邊05 ；63，64 ；67，68)疊放在一起，將該成對的板(41 ；61,62)疊置在一起；以及將該流體流入或流出的開口端或封閉端交替疊置，通過該密封焊縫(50 ；70)將與該成對的板(41 ；61，62)接觸的該包邊(45 ；63，64 ；67，68)連接起來。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，通過對所述板Gl；61,62)至少一面進行加工，減小該每塊板Gl ；61,62)的初始厚度。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，通過對所述板Gl；61,62)的兩面進行加工，減小該每塊板Gl ；61,62)的初始厚度。
4.根據(jù)權利要求1至3任一項所述的方法，其特征在于，通過沖壓或成型工藝，在所述每塊板(41 ；61,62)的中心部位形成所述波紋(42,69).
5.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的方法，其特征在于，加工后，所述板Gl；61,62)的厚度介于0. 2mm至6mm之間。
6.根據(jù)權利要求1至5任一項所述的方法，其特征在于，加工后，所述包邊05；63，64 ； 67，68)的高度取決于所述波紋02，69)的擺動幅度，且該包邊的高度優(yōu)選介于0. 5mm和 5mm之間ο
7.根據(jù)權利要求1至6任一項所述的方法，其特征在于，加工后，所述包邊05；63，64 ； 67,68)的厚度介于Imm和4mm之間。
8.一種板式熱交換器，其特征在于，該板式熱交換器包括抵抗內(nèi)部壓力的外殼，該外殼中設置有至少一個板束(40)，該板束00)由上述權利要求任一項所述的方法制造得到。
9.根據(jù)權利要求8所述的板式熱交換器，其特征在于，該板式熱交換器能夠用于高溫核反應堆。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造熱交換器的板束(40)的方法，其中板束(40)由板(41)的堆疊形成。所述方法包括通過加工減小各板的初始厚度；同時至少在板(41)的邊緣設置至少一個連接包邊(45)，且連接包邊(45)的高于加工后的板(41)的厚度；在板(41)的中心部位形成波紋(42)；將板(41)成對疊置，通過焊縫(50)將與每對板(41)接觸的包邊(45)連接起來；疊置成對的板(41)，通過密封焊縫(50)連接與成對的板(41)接觸的包邊(45)，且疊置所述流體交替流入或流出的開口端或封閉端。
文檔編號B21D53/02GK102575905SQ201080026504
公開日2012年7月11日 申請日期2010年5月17日 優(yōu)先權日2009年5月18日
發(fā)明者C·勞塞爾, G·弗朗索斯, O·諾爾-巴倫, P·托昌, P-X·比索內(nèi), 加布里埃爾·梅爾里, 弗蘭克·布萊, 阿蘭·布爾蓉 申請人:原子能和替代能源委員會, 阿法拉伐帕金諾克斯公司, 阿法拉伐維卡勃公司, 阿?，m核能公司