CN100548554C - 换热器 - Google Patents

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Abstract

可以利用多种方法制造换热器，每种方法都有其优点和缺点。一种制造整体式换热器的方法，该换热器具有多个穿过其的通道，该方法包括以下步骤：提供由要被重熔的材料构成的多个相继的层，并根据预定的设计对每一层的预定区域进行能量射束重熔。对每一层所进行的该能量射束重熔是在附加一相继的层之前进行的。每一层中受到能量射束重熔的区域形成该层中的刚性结构，然后对每一层所进行的该能量射束重熔使每一层的重熔区域熔合到前一层的重熔区域上。这样就制得了三维的整体式单元。所制造的换热器具有至少5000m2/m3的表面积密度和至少0.6的平均孔隙度。能量射束例如是激光束或电子束。

Description

换热器
技术领域
本发明涉及一种换热器和制造换热器的方法。本发明的优选实施例涉及适合于在斯特林(Stirling)发动机中使用的换热器和制造换热器的方法。
背景技术
斯特林发动机的加热器(该热交换器，热流体以及废热、来自太阳能和其它热源的热量通过该换热器将其部分热量传递给发动机内的增压原料气(charge gas)，该热流体通常是来自燃料燃烧过程的热气体)可由通常为由U形管构成的圆柱形阵列组装而成，燃烧气体通常从该阵列的中央上方向下且径向向外通过，或者在该阵列内部沿径向向外通过，首先在U形管的各内臂之间行进，然后在它们的外臂之间行进。所述管例如由不锈钢或耐热合金构成。此外，燃烧器通常与换热器物理隔离，并且需要相对大的燃烧室来容纳较长的火焰长度，以促进充分的混合并产生紊流。燃烧气体和管壁之间的热传递主要是对流。
在规定和设计斯特林加热器的结构时产生了许多问题，部分原因是由于需要平衡多种考虑因素，例如，期望通过加热器的管壁在燃烧气体和原料气之间进行高速热传递，期望这些管上有低的压降，期望有较小的管内部体积，期望低的成本以及热稳定性。为了改进斯特林发动机的功率输出和减小总体尺寸、重量和成本，就需要减小换热器的内部体积(原料气侧)，同时增大外部传热面积(燃烧气体侧)。这就要求加热器由大量的小口径管构成，而不是由较少数量的大口径管构成。为了保持可接受的气体速度和使压降保持在可接受的水平，短的、小口径管优于长的小口径管。此外，提供热量的流体是气体，其压力通常比发动机内部的原料气的压力低。由此，为了在提供热量的流体和可接受长度的管内的原料气之间获得高速的热传递，期望的是在管外和管内传热表面积之间形成较高的比率。通过使管子的壁厚增大到超过容纳原料气压力所需的程度可以获得这种高比率，但是这会增加重量和成本，导致较高的应力，并降低了通过管壁本身的传热率。一种技术方案是对于所有的或者部分U形管道——在上面描述的示例中其通常是接受流体的外部下游臂，该流体已经将其一部分热量传递给了内部上游臂——安装翅片，以增大其传热面积和使向管壁的热传递最大化。然而，这些翅片会增加重量和成本，难以制造且具有热脆性。
实际上在具有大量短的、小口径管的换热器或加热器的装配中涉及的花费和技术难题导致了一定的折衷，其中这些换热器或加热器由比期望数量少的较大较长的管子构成。商业应用的典型发动机可以使用20至200个口径为3mm至10mm的管道，其长度为200至500mm。这种加热器具有相对低的表面积密度，通常为小于200m2/m3，以及具有小于0.4的表面孔隙度。
表面积密度是换热器的每单位套壳体积的湿传热表面的度量。孔隙度是在换热器的总表面体积内湿流体通道体积占该总表面体积的比例。如上所述的斯特林发动机的换热器形式具有以下缺点：
(i)热脆性；
(ii)高的死区，这会减小功率输出和/或斯特林发动机的效率；
(iii)高温材料的高成本，以及制造和装配的高成本，特别是带翅片管子的高成本；
(iv)不均匀的管道加热，导致寿命缩短和减小传热效率；
(v)在换热器和燃烧器之间的接合处的应力和泄漏的危险；
(vi)体积大且重；
(vii)管道数量较少，长度过长和口径过大。
存在多种其它类型的已知换热器，但是没有一种可以匹配斯特林发动机的加热器的尺寸要求和性能要求。近年来，对“紧凑型”换热器的研制显示出满足初始尺寸要求的可能，这种换热器具有较小的流体管道和较高的超过300m2/m3的传热表面密度和超过0.8的孔隙度，其满足的要求是：具有大量较小水力直径的短管。然而，没有一种已知类型的紧凑换热器能够满足组合的高压和温度性能要求。
一种制造最接近性能要求和尺寸要求的换热器的方法是扩散接合的换热器。其包括装配多个平板，平板的一面或者两面被机械加工或蚀刻有导槽或凹槽(参见US-A-6695044和PCT/GB90/00675)。当平板堆叠在一起时，这些凹槽被封闭，由此形成流体可从其中流过、反应和/或传热的通道。这种凹槽在平板的平面内为锯齿形或者其它曲线形，以便提供紊流和加强传热。还可以在一个或多个凹槽或凹槽壁上提供小孔，以允许流体穿过一个凹槽到达同一平板中的相邻凹槽，或者到达另一个平板中的相邻凹槽。如果需要，催化剂可以包含在系统中，或者作为管壁的材料或者布置/涂覆在管道上或管道中。这种换热器允许若干种流体进行换热和/或反应。
这些换热器的主要优点在于，它们能够使管道的水力直径减小到1mm或者更小，能够获得等于或超过5000m2/m3的表面积密度，从而大大地减小总体尺寸和重量，例如和具有同等热传递负荷的壳管式换热器相比。当这些换热器由合适的材料构成时，其能够在超过400bar的高压或者在高达900℃的高温下工作。
然而，以这种方式制造的紧凑换热器还具有以下缺点。
1.每块板的制造都较为昂贵，其包括精密加工，光化学蚀刻和/或其它类似处理，以及扩散接合处理本身。
2.平板的使用限制了以三维的形式设计换热器的能力。
3.凹槽的使用对性能、孔隙度以及表面积密度具有一定的影响。通过使凹槽的纵向边缘与接近凹槽的相邻平板的平面连接而形成的纵向接合部形成了两个不可避免的纵向应力集中区。通过光化学蚀刻和类似处理获得的凹槽截面的通常形式为半圆形或圆的弦；但是在凹槽截面的形式为正方形或矩形或类似形状时，该类似形状具有拐角或者在凹槽的封闭端沿凹槽的周边方向具有突然的变化，如果凹槽被机械加工或者激光蚀刻就会出现上述情况，这些拐角也会形成附加的应力集中区。这意味着，尽管实现了由母材构成的扩散接合结构的结合强度，但是该换热器不能够在斯特林发动机中所需的组合的高温和高压下工作。
4.用来结合平板的极高压力会导致同一平板中每对相邻凹槽之间的区域发生变形，因此必需通过提供比所需的更宽的区域来留有余地。
5.在这种换热器的许多应用中，材料必须是不锈钢或类似的高温和/或高强度材料，其相对低的传热系数可能需要较厚的翅片，并在凹槽的封闭端需要一定量的平板厚度，该翅片在扩散接合的换热器中是相邻凹槽之间的台肩。
6.以上最后两个缺点的结果是，与孔隙度为0.6-0.7的铜焊不锈钢的板翅片紧凑换热器相比，以及与孔隙度超过0.8的高性能的铝或铜的板翅片紧凑换热器相比，这种换热器的孔隙度相对较低-大约为0.5-0.6。
7.由于该接合处理的压力要求，扩散接合的换热器的单元形状有必要将其截面限制为矩形或者近似矩形。这就对形状具有相当大的限制，因此除非对多余的材料进行了昂贵的机械加工，才能利用这种单元的潜在应用。
8.制造紧凑换热器的扩散接合方法不能够容易地增加翅片或其它表面加强装置。
发明内容
本发明寻求提供一种紧凑的换热器，其克服了扩散接合的紧凑换热器的这些问题，并改进了其它类型的紧凑换热器，例如焊接的或铜焊的板翅式紧凑换热器。
本发明的一个方面是提供一种制造换热器的至少一部分的方法，所述部分具有穿过其的多个通道，该方法包括以下步骤：
提供由要被重熔的材料构成的多个相继的层；
根据预定的设计对每一层的预定区域进行能量射束重熔，对每一层所进行的该能量射束重熔是在附加一相继的层之前进行的；
其中，每一层中受到能量射束重熔的区域形成该层中的刚性结构(solid structure)，并且，通过对每一层进行该能量射束重熔而将每一层的重熔区域熔合到前一层的重熔区域上；并且
其中，所述多个通道具有基本上连续弯曲的外截面。
一种换热器通过能量射束重熔(例如，选择性激光重熔SLR)形成，并且其所具有的通道具有基本上连续弯曲的截面(忽略各种障碍物，如凹入的突起、内翅片、用于其它通道的隔离物/支撑件以及与其它通道的接合部等等)，该换热器能够解决上面描述的问题，特别是允许紧凑换热器能同时在高温和高压下工作，同时获得增大的表面积密度和孔隙度。连续弯曲的非凹入的外截面可减小与其它系统中的应力集中相关的问题。能量射束重熔可以使用激光束、电子束或一些其它形式的能量射束。传统的烧结使用高温和高压通过摩擦和/或热而使微粒熔合在一起。“能量射束”烧结以精确的预定温度使微粒熔合在各层中，在该温度下可至少部分地熔化材料(也许是完全熔化)，使得材料熔合到重熔的前一层中，该过程是包含在本技术范围内的一种形式的能量射束重熔。能量射束重熔可以使用一个或多个不同形式的射束提供不同程度的重熔，以使材料(粉末)层熔合在一起。
根据特定实施例，本技术具有一般的和特殊的优点。并非所有的优点都应用于每一个实施例。在一般的优点中，首先，本技术适合于较低成本的生产，因为它是连续的和软件驱动的；其次，本技术能够建立三维结构——这样可以提供以往不可获得的设计自由度。其特殊优点将根据其所替代的传统换热器而变化。
如果以扩散接合板型换热器的形式来制造，其相比于该类型的换热器有下列特殊优点。
1.不会因在扩散接合中使用的极高压力而变形，可以减小相邻管道之间的区域，因此可以使用较少的材料，对于给定的管道水力半径，可以增大表面积密度和孔隙度。
2.能量射束重熔允许管道具有基本上连续弯曲的外截面(考虑到障碍物，如内翅片和用于内部另一个管道的隔离物/支撑件)。这样就减小或者甚至消除了应力集中的问题。而这将允许使用以往不可能的高温和/高压；可替换地或者另外地，它允许较薄的台肩和/或平板，并具有在上面的1中所描述的优点。通道截面可以具有多种形状，以及在单个换热器中具有多个形状，但是优选的形状是圆形或椭圆形。
3.对于给定的水力直径允许任意形状或结构的管道，能量射束重熔可在给定的平面尺寸中允许更多的管道，并具有给定的台肩厚度以及如在上面1中描述的优点。
4.通过消除在处理中使用高压的需要，能量射束重熔能够制造具有任何截面的换热器。
能量射束重熔法还可以用于制造传统的板翅型换热器，无论是真空铜焊、焊接或通过其它装置进行构造。在这种情况下，其优点如下：
1.在使用两个材料厚度进行接合的地方——例如在两个平板面对面焊接在一起的地方——能量射束重熔将仅使用一个材料厚度。这可以节约重量和成本，并且对于给定的管道水力直径可以稍微增大表面积密度和孔隙度。
2.通常在辅助表面或翅片结构是连续的地方，能量射束重熔使其能够被替代而使用针状翅片，无论是圆形或其它截面，例如椭圆形，并且截面几何形状和/或面积在针的长度上可变化，从而增大表面积密度和孔隙度，而不会影响结构的整体性。针状翅片可提供较大的表面积密度，并允许对边界层和各个针之间的紊流进行控制，由此能够提高性能。
能量射束重熔法还可以用于形成多种换热器，其设计不限于扩散接合的换热器的单元形式，该换热器由数量很多的小口径管道构成，该管道的形式优选为具有椭圆形或圆形截面的管。在这种情况下，其优点是：
1.管子的使用允许换热器在高压和高温下工作，如在斯特林发动机中所经受的那样。
2.该方法允许使用各种形式，例如使用同心的管，从而和现有的紧凑换热器相比，对于给定的水力半径进一步增大表面积密度和孔隙度，从而进一步减小体积、重量和成本。
换热器的一个或多个部分可以用能量射束重熔以及其它方式制造。例如，例如一些或者所有通道可以由传统的工艺如轧制和焊接、或无缝挤出进行制造。一些通道可以嵌入能量射束重熔的换热器的其它部件的预定位置中，并固定在合适的位置和/或通过多种不同的方式与能量射束重熔的换热器连接：例如，通过干涉配合或热配合；它们可以通过多种方式沿其所有或部分长度焊接或铜焊在合适的位置。该通道也可以通过对通道外壁上的部件进行另一次能量射束重熔而固定在合适的位置。能量射束重熔的集管通常可利用通道的端部作为开始该过程的基础而进行构造。可替换地，集管或通道外表面上的翅片可以仅仅是利用激光重熔制造的换热器的部件。
在至少一些优选的实施例中，本技术允许换热器的表面积密度超过5000m2/m3以及孔隙度大于0.6。具有这种表面积密度和平均孔隙度特征的整体式换热器在以前是不能通过现有的选择性能量射束重熔法获得的。用能量射束重熔构造换热器所用的当前设计是基于与其它制造技术(如扩散接合板)一起使用的现有换热器设计。这些设计保持了该扩散接合换热器的块状形式，并使用了矩形管道。因此它们不能在本技术能够工作的组合温度和压力下工作，并且其表面积密度和平均孔隙度较低。本发明认识到利用能量射束重熔制造的换热器不必受与其它制造方法中同样的限制。该方法还可以用于形成表面积密度至少为5000m2/m3且平均孔隙度至少为0.6的整体式换热器。
通道截面可以具有多种形状，以及在单个换热器内具有多个形状，但是优选的形状是圆形或椭圆形(至少在其非凹入的轮廓中)。
尽管应该理解，要重熔的材料的形式可以是凝胶、液体或材料片，要重熔的材料优选形式是粉末。粉末可以特别简单地从该重熔换热器中去除，例如在能量射束重熔过程已经完成后，通过施加增压空气或水通过该换热器。
为了减小重熔结构中的应力，在对每一层的能量射束重熔开始之前将该粉末层加热到其重熔点附近。这样就在该层内形成了较低的温度梯度，从而减小了当重熔结构冷却下来时破裂的情况。
通过改变该换热器一层中和/或各层之间的孔隙度，能够在换热器中对流体的混合进行精细控制。典型地，换热器中的管壁的孔隙度基本上为零，也就是说它们对于所设计换热器包含的任何流体来说是不可透过的。然而，在某些情况下，期望的是通道之间的壁或者通道的一部分是有渗透性的，以允许流体从相邻通道流入该通道或从该通道流出到相邻通道，从而促进这些分离通道中的流体的混合或反应。
通过使得由一个或多个相继的粉末层构成的一组可包括与由一个或多个相继的粉末层构成的另一组不同的材料，可以对换热器结构和热特性进行精细控制。因此，选择具有特定性质特别是热膨胀和收缩系数的材料以适合它们必须应对的温度和压差，因为这些参数随着在换热器内的位置的函数而变化。这样就例如能够建立换热器的某些区域，这些区域可以使用较为昂贵但更加坚固的材料经受较高的温度和压力，同时使换热器的其余部分由较为便宜但较不坚固的材料构成，或者可替换地由较轻的材料构成。
能量射束重熔法能够对现有的紧凑换热器的设计形式进行改进。通道可以具有基本上完全弯曲的截面，其中在弯曲(至少当考虑到非凹入的轮廓时)中没有突然的障碍物或方向的变化。优选地，基本上弯曲的截面基本上为圆形或椭圆形截面。由于平板的二维特性，这种布置不能够容易地在扩散接合的板式换热器中实现，这使其更容易成为分段形状的管道，其中所述弯曲在形成弯曲的平板和闭合该弯曲的相邻平板的接合处被中断，或者使其成为正方形或矩形管道。
提供优选具有圆形截面的通道有助于减小管道内的压降。反过来，这允许两个相邻通道之间的壁具有一定的厚度，该厚度不必大于具有与所述通道相同的水力直径的自由管所需的壁厚。该壁厚将小于(在许多情况下是远小于)具有相同的截面积的两段式正方形或矩形管道之间所需的最小距离。这可应用于相邻的管道上，该相邻管道在扩散接合形式中将是处于分离的相邻平板中，或者应用于任意两个凹槽之间，这两个凹槽在扩散接合形式中将是同一平板中的相邻凹槽。这样对于给定的水力半径来说，能够获得更大的孔隙度和表面积密度，从而减小换热器的尺寸、重量和成本。
能量射束重熔法还能够改进通道在换热器内定向的自由度。可以提供水平的、竖直的或对角的通道，或者提供上述三种通道的任意组合。例如，第一子组通道具有第一定向，第二子组通道具有第二定向，所述第二定向与所述第一定向不同。进一步地，第三子组通道具有第三定向，所述第三定向与所述第一或第二定向都不同。
通道可以是直的或弯的，其具有恒定的截面或者为锥形。弯曲的通道可以布置成交织在其它弯曲的或直的通道周围，从而减小相邻通道之间的间隔以及增大换热器的传热率和孔隙度。
用于分隔开两个或多个相邻通道的换热器区域包括通过能量射束重熔或者通过任何其它合适的工艺沉积的绝热体。该绝热体用于控制换热器内不同区域之间的热传递。
能量射束重熔法还允许通道形成在其它通道内。因此，一个或多个通道可以是外通道，该外通道具有沿其至少一部分长度布置在其内的内通道。外通道和内通道布置成接受相同或不同的流体，在内通道和外通道中流体流动的方向可以相同或者不同。内通道可在外通道内终止，或者在外通道的整个长度上延伸。如果内通道在外通道中终止，其可以终止于一封闭端部，或者可以留出开口以允许流体离开内通道并与外通道中的流体混合。也可以提供其它结构来终止该内通道，例如喷口、喷嘴、文丘里管或类似结构。
内通道的壁包括一个或多个小孔，以允许外通道中的流体和内通道中的流体之间的混合。这种小孔可以设计和定位成提供对混合程度的合适控制。内通道和外通道可以具有基本上公共的纵向轴线，或者可替换地，内通道的纵向轴线相对于外通道的纵向轴线偏移。还可以在通道彼此的内部提供多个通道层，使得内通道具有沿其至少一部分长度布置在其内的另一内通道。
任一通道的内表面可以涂覆有与通道壁的材料不同的材料，例如催化剂。进一步地，一个或多个通道的内表面或外表面具有一个或多个突起。该突起可以是流体引导结构，可以向流体或相邻通道提供热传递，或者向通道提供结构支撑。例如，突起可以采取翅片的形式，该翅片可以垂直于管道的纵向轴线或者是螺旋形的，或者突起可以采取和管道的轴线呈任意角度的针的形式。作为一个示例，通过在管道内提供“支柱(stay)”，对于所要包含的给定压力和水力直径来说，能够加强管道和减小壁厚。突起可以开有孔，以加强其功能，平衡流体压力或者减小重量。突起可以包括支柱，该支柱将内通道与外通道连接，或者将相邻的通道连接在一起，或者连接到换热器本体的其它部件上。为了帮助减小应力，突起可以在一个或多个任意平面中弯曲。为了提高换热速度，突起的厚度在其长度上可以变化。突起可以用于构造通道的轻质量“蜂巢”结构，该结构可结合热传递、结构粘聚力和稳定性所需的非常少量的金属或类似物。与例如由扩散接合提供的那些类实心块相比，这些结构更适合于应对由于高温和/或高压导致的应力和变形，以及能够更加快速地制造。这样就能够提供质量轻、成本低且能够快速制造的紧凑换热器，该换热器不容易受到不同温度梯度的应力。
通道可以由焊接管形成。通过轧制扁平的条带和焊接边缘可以制得焊接管。突起可以被激光重熔到条带的表面上，该表面是管道的内表面，然后以正常的方式完成管道。通过这种方式，能够将控制流体的突起布置在细小管道内，而其它方式是很困难的。
对于某些应用，期望的是提供具有用于产生热量的整体燃烧器的换热器。该燃烧器具有重熔的多孔材料的壁，例如陶瓷或高镍合金，并且该燃烧器容置在(并可能是密封在)一个腔室中，该腔室是在激光重熔法中形成的。通过激光重熔，燃烧器本身也可以与换热器分离地形成，或者与换热器形成为一个整体。为了控制燃烧器和/或换热器内的燃烧，提供一燃烧控制器，其例如包括电热塞、电阻丝点火器、火焰检测器、压力传感器和类似的结构。在制造工艺过程中燃烧控制器元件可以布置在合适的位置，或者在用于其随后嵌入的制造过程中可以提供多个小孔或附件。还可以控制在作为代替的一个或多个通道内或者在燃烧室内进行的燃烧。燃烧器可以布置成接受预混的燃料和燃烧空气，或者可替换地布置成分别接受燃料和燃烧空气，燃料和燃烧空气在换热器中混合。在后一种情况下，混合的燃料和燃烧空气在换热器内的预定位置燃烧。可以在燃烧室和/或通道的构造中提供多空的陶瓷材料或其它燃烧催化剂，以促进点火和燃烧。这种材料可以以层、涂层、嵌入件或网孔的形式提供，在重熔法的过程中或者在重熔法完成后在嵌入、流入或注入通道或燃烧室的过程中该材料布置在合适的位置。
换热器可以与整个系统的其它部件一体化，例如在斯特林发动机、蓄热器和/或冷却器的情况下。上述装置以和换热器相同的方式并且同时装配，从而消除三个装置之间的任何集管。可替换地，以相同的方式制造包括流体通道的集管。在斯特林发动机中，原料气布置成流过两个流体通道的内流体通道，而燃烧气体流过内通道和换热器主体之间在轴向上带翅片的环形部。
优选地，斯特林发动机由位于同一纵轴上的两个气缸和其活塞组成，加热器、蓄热器和冷却器在它们之间对准。优选地，在这种布置中，加热器由一束多个短直的小口径管组成。合适的燃烧器可提供横流或逆流换热。横流可以由环形的管道布置，该管道可在管子、支柱和翅片之间的不同路径上引导燃烧气体，以及该横流布置成分配不同管子或不同组的管子之间的燃烧气体通道，从而在柱形阵列的平面上平衡温度，该平面垂直于气缸的轴线。管子的分布在该平面上可以变化，以利于平衡温度分布，为此管子的直径、突起的数量以及形式可以变化。管道可以被分成多个不等的分段，以在特定的管子或一组管子之间引导合适量的燃烧气体。
逆流可以由入口和出口集管提供，该入口和出口均由能量射束重熔形成，其中一个形成用于热气缸的压力盖。每一集管本身被分成一系列管道，其尺寸和形状设计成在特定管或一组管之间引导总燃烧气体的特定比例，从而使每个管道内的传热平衡。应该清楚的是，每个管子必须穿过集管以接近气缸本身。
在气轮机的情况下，蓄热器和燃烧器可以一体化。在汽化气轮机的情况下，蓄热器、内部燃烧换热器和燃烧空间可以结合到一个整体单元中。
还提供用于使排出气体再循环回到燃烧器的通道，提供其它通道以将蒸汽注入换热器中，从而促进反应，或者当使用污染燃料如来自生物气化器的那些燃料时清洁换热器内的通道。
本发明的一个实施例提供一种利用根据上面的方法的激光重熔法形成的整体式换热器。
本发明的另一个方面提供一种换热器，其通过对多个相继的材料层的预定区域进行激光重熔而形成，通过对每一层进行该激光重熔而将每一层的重熔区域熔合到前一层的重熔区域上，该换热器包括：
整体式换热器本体，该本体具有多个穿过其的通道，并具有基本上连续弯曲的外截面。
附图说明
现在仅仅作为示例，参考附图描述本发明的实施例，其中：
图1A至1D示意性地示出了示例性激光重熔法，利用该方法可以构造一种换热器；
图2A至2C示意性地示出了用于重熔层的示例性设计；
图3A和3B示意性地示出了一种“交织”型通道布置，该布置可用于本发明的实施例中；
图4A和4B示意性地示出了示例性的通道布置；
图5示意性地示出了一种激光重熔法，其中提供了几种不同的材料以构造换热器的不同层；
图6示意性地示出了具有隔板的两种换热器通道，该隔板是多孔的以允许在两个通道中的流体之间进行一定程度的混合；
图7A至7D示意性地示出了换热器的通道布置，其中在外通道内提供了内通道；
图8示意性地示出了根据本发明的一个实施例的换热器和燃烧器组合的侧视图；
图9示意性地示出了图8中和燃烧器组合的底视图；
图10示意性地示出了图8至9中换热器和燃烧器组合的顶视图；
图11示意性地示出了图8至10中换热器和燃烧器组合的端视图；
图12示意性地示出了图8至12中换热器和燃烧器组合的第一截面；
图13示意性地示出了图8至12中换热器和燃烧器组合的第二截面；
图14示意性地示出了图8至12中换热器和燃烧器组合的第三截面；
图15A至15C示意性地示出了根据本发明的一个实施例的换热器的示例性的管道工作布置；
图16示意性地示出了根据本技术至少部分制造的用于水加热器的换热器；以及
图17示意性地示出了具有通过激光重熔制造的且具有预制导管的集管的换热器。
具体实施方式
参考图1A至1D，其示出了根据本发明实施例适合于制造换热器的激光重熔工艺。
在书籍快速制造中可以找到对这类制造工艺的描述，参考文献为：The Technologies and Applications of Rapid Prototyping andRapid Tooling，D.T.Pham.，S.S.Dimov，Springer-Verlag UK，2001年5月；Laser-Induced Materials and Processes for RapidPrototyping，作者为L.Lu，J.Fuh和Y.-S.Wong，Kluwer AcademicPublishers出版(2001)。
在图1A中，提供了两个分别包含粉末15、25的粉末供给室10和20，该粉末适合于重熔以根据给定规格形成换热器。粉末供给室10、20内粉末15、25的高度由活塞11、21控制在各室内。提供了重熔室30，粉末在该重熔室中可通过暴露于激光束下而重熔，以形成刚性结构。该激光束由激光器60产生，并利用方向控制镜70引导到重熔室30中粉末层的期望区域上。在该重熔室30中示出了未重熔的粉末32和重熔的结构33，该重熔的结构是在当前生产状态中的换热器。重熔室30内粉末32和重熔结构33的高度由活塞31控制。在需要在重熔室30内提供新的层的过程中的各阶段，粉末供给室10、20之一内的粉末15、16通过辊子80被分配至重熔室30。
参考图1B，开始在重熔室30内形成新的粉末层的过程。粉末供给室10内的活塞11使粉末供给室10内粉末15的高度升高到超过用于隔开粉末供给室10与重熔室30的隔板的高度。另外，重熔室30内的活塞31使该室内的粉末32以及重熔结构33的高度降低，以为该新的粉末层提供空间。
现在参考图1C，辊子80将粉末供给室10的粉末15的隆起顶部推入到重熔室30中，并使其均匀地分布在现有的粉末32和重熔结构33上，以便在重熔室30中形成新的粉末层。在本实施例中，辊子80一直前进到该装置的远右手侧。这就可以在随后使用来自右手侧粉末供给室20的粉末重复上面的过程，其中辊子80从右到左移动跨过该装置。因此，该粉末输送过程可在从左到右和从右到左的操作之间交替。本发明的其它实施例可以仅提供单个粉末供给室10或20，其中，该辊子在输送每一新层之前返回到其起始位置。
参考图1D，激光器60被接通并将一束激光施加到重熔室30中新的粉末层表面的预定区域。利用控制镜70可以控制激光束，该控制镜使得该激光束在重熔室30中粉末层的表面上进行扫描。该激光束可以是脉冲的或连续的波，并且其特性(如强度和波长)适合于重熔所选择的特定粉末。控制镜70由数据处理装置(未示出)控制，该数据处理装置根据描绘该待制造结构的三维设计中的二维切片而指定了当前粉末层中待重熔的预定区域。
优选地，在施加激光束之前，重熔室30内的粉末和重熔结构被加热到刚好低于粉末重熔点的温度。这样可减小在重熔结构中出现温差应力。重熔室30还可以填充有惰性气体(例如氮)，用于防止粉末材料在高温下被氧化。
可以设想其它的激光重熔法。例如，可以提供不同的粉末输送机构，如将粉末层作为材料“片”放下或者通过分配器将粉末层直接输送到重熔室30中。此外，如果在粉末输送机构向重熔室30的预定区域提供粉末的同时将激光束施加到该预定区域上，则可以基本同时执行该粉末输送过程和该重熔过程。术语“激光重熔”可用来表示用激光束有选择性地重熔或再重熔原材料而形成由该原材料构成的刚性结构的任何方法。
图2A示意性地示出了一个二维切片，其能够利用上文参考图1A至1D所描述的方法进行构造。穿过该切片的各孔表示粉末层中的未重熔区域，该切片的其余区域表示粉末层的重熔区域。在该示例中，这些小孔表示用于垂直穿过该换热器结构的通道的结构单元。当该重熔过程完成时，这些小孔将与该结构的若干层相交叉。
图2B示意性地示出了可被构造的另一个二维切片。在这种情况下，通道平行于切片平面而布置在该切片平面内。因此，由于通道的直径或口径比单个粉末层的厚度大，因此由粉末层的未重熔区域将粉末层的重熔区域彼此隔开。应该注意，在该示例性的实施例中，一个层是由激光重熔过程沿竖直方向提供的最小结构单元，因此不能构造比一个层还小的通道。尽管图2B中的重熔区域在层平面中彼此隔开，但是它们可通过其它层中的重熔材料而间接地彼此连接。
图2C示意性地示出了一个通道，该通道平行于该重熔结构的若干层所在的平面且在该平面内延伸。示出了17个层(221-237)，最上层221和最下层237未被未重熔区域212中断。其余15层全都被未重熔区域212中断，该未重熔区域212限定了延伸穿过该结构的通道。从图2C可以看出，由于激光重熔过程是在离散的层上进行的，因此在一些情况下，该激光重熔过程会导致在任何越过多于一个粉末层的重熔结构上形成“阶梯状”的表面(这在附图中被放大的形式示出)。在一些情况中，这些较尖锐的边缘可能是所期望的，以促进混合。在其它情况中，它们可能是不期望的，并因此在完成该重熔过程之后将被去除，在图2C的通道的情况中，这例如可通过使研磨液体或腐蚀液体流过该通道来进行。
应该理解，上面描述的选择性激光重熔法仅是可以使用的可能的能量射束重熔法的一个示例。作为一个示例，可以使用电子束重熔代替激光重熔，或者和激光重熔组合使用。
上面描述的激光重熔法能够实现复杂的三维设计。在换热器的情况下，其能够在穿过换热器本体的通道之间形成复杂的关系和相互作用。图3A示意性地示出了第一组弯曲通道310和第二组弯曲通道320的交织布置，该第二组弯曲通道的总体延伸方向与第一组弯曲通道310的总体方向成直角。这样一种布置可以用于减小相邻通道之间的间隔，和增大传热率和孔隙度。可以获得的其它优点是减小了换热器的尺寸、重量以及成本。图3B示意性地示出了与图3A类似的布置，但是其中一组弯曲通道330包括直的通道，而另一组弯曲通道310为两组要进行交织的通道提供了必要的曲率。
图4A和4B示意性地示出了示例性的通道布置，其中，该通道的长度沿具有竖直分量的方向延伸，该通道的长度越过大量的重熔层。在图4A中，示出了具有基本恒定截面或口径的通道。还可以看出，由于该重熔过程在竖直轴线上的离散性质，通道壁是不光滑的。在图4B中，示出了具有变化截面的通道，其再次越过很多个重熔层。使得通道的截面或形状有变化，则能够控制流动特性和热传递特性等等。
图5示意性地示出了一种方法，在该方法中，通过使得重熔室30内的不同层具有由不同材料构成的粉末，则重熔结构的材料特性可以随垂直位置(即利用一层或多层)而变化。在图5的示例中，这可以通过在包括不同材料的粉末供给室10内提供多个粉末层来实现。当要将新的粉末层分配到重熔室30中时，粉末供给室10内的活塞11将被升高，从而露出第一粉末类型519的顶部部分。粉末类型519将一直在随后重复该粉末输送过程时使用，直到该粉末类型519的供给被用尽。在这个阶段，将使用粉末类型518继续重复该粉末输送过程，直到粉末类型518被用尽。该过程将一直持续到粉末类型517和516，直到完成该激光重熔过程。用于控制重熔材料的特性的其它方法也是可以利用的。例如，该重熔法本身可以变化，例如通过改变激光束在层的给定区域上的停留时间，或者通过改变由激光束所引起的层内温度。
改变该结构的材料特性的效果的一个示例可以参考图6示出，该图示出了第一通道610和第二通道620。第一通道610和第二通道620由壁630隔开。该壁630制成为具有一定的孔隙度(具有离散的小孔或者一种总体上多孔的结构)，从而允许在第一通道610与第二通道620之间传递流体。通过使用上述过程改变该壁620的孔隙度，就能够规定通过壁630传递流体的容易程度。特别是，壁630的孔隙度越高，流体传递速度越快。以这种方式允许流体在两个通道之间传递就能够使得流体在这些通道内混合和/或反应。
有利地，利用激光重熔制造换热器允许将通道构造在其它通道内。这在图7A中示意性示出。参考图7A，外通道710布置在材料区域730以内，该材料区域730用作包围外通道710的壁。在外通道710内部有内通道720，该内通道720由空心管状结构740来限定。
该内通道720基本上在外通道710的整个长度上延伸。这种布置可以参见图7B，其中管状结构740a平行于外通道710a的外壁730a延伸，以形成内通道720a。在一种备选布置中，内通道720可以仅沿外通道710的长度的一部分延伸(并可在某个点(未示出)处穿过该外通道710)。这种备选布置的两个示例如图7C和7D示意性所示。在图7C中，内通道720b包括管状结构740b，该管状结构沿外通道710b的长度在中途终止。因此，超过该点，在外通道710b的外壁730b之间不存在任何结构。该管状结构740b以端部750b终止，该端部部分地限制或者完全防止流体通过该末端离开该内通道720b。
在图7D中，以和图7C类似的方式提供外通道710c的外壁730c和内通道720c的管状结构740c，但是不存在用来限制或者防止流体离开内通道720c的末端的端部750。因此，在该点处，沿内通道720c和外通道710c流动的流体会混合，并取决于流体的成分而可能发生反应。
在图7A至7D中，当在截面中观测时，内通道和外通道是同心的。在另一个通道内提供一个通道所获得的优点并不完全依赖于该同心性，因此内通道可以稍微偏心或者明显偏心，或者，该管状结构740甚至可以接触外通道710的壁730。另外，内通道和外通道的截面不必是圆形，而可以是椭圆形或者任何其它连续弯曲的形状。根据内通道720的长度，可能需要沿内通道720的长度连续地或者间歇地支撑。这些支撑的形式可以是支柱或承板(一种突起形式)，其在管状结构740和外壁730之间延伸。
这些通道可以在其壁上形成有突起，该突起伸入到该流体流中并用于多种功能，例如提供增大的传热面积、结构支撑、支柱、将层流变成紊流(为了更好的传热)以及形成气动阀，该气动阀用于引导流体流通过该换热器(通过沿一个方向提供更大的流体流阻)。
现在将参考图8至15描述根据本发明的实施例获得的换热器和燃烧器的组合的一个示例。该换热器和燃烧器包括矩形单元，其具有四个侧面、顶面和底面。首先参考图8，其示意性地示出了换热器和燃烧器组合的侧视图。在这种情况下，燃烧器是整体式多孔燃烧器单元802，其布置在换热器本体800的底部处的空腔中。当燃烧器单元802中具有空气/燃料混合物时，其可用来燃烧该空气/燃料混合物而产生热的排出气体。将该空气/燃料混合物通过一管道(未在图8中示出，但是后面将参考图15A至15C进行描述)供给到燃烧器单元802，该管道布置在换热器本体800和燃烧器单元802的下方，并联接至换热器本体800的底面。然后由燃烧器单元802产生的热排出气体将升高进入燃烧室804，该燃烧室就布置在燃烧器单元802的上方，并延伸大部分路途到达换热器本体800的顶部。
该换热器本体800除了包括燃烧室804和燃烧器单元802，还包括多个不同的区域。从图8的底部开始，换热器本体800包括底座部分812，该底座部分包括八排原料气通道813，其用正方形或矩形的小孔表示。该原料气通道813具有在图8示出的位置处进入换热器本体800的入口小孔，并延伸穿过换热器本体800，最终在换热器本体800的另一相对面中终止于出口小孔。由于在底座部分812的中央区域布置了燃烧器单元820，因此底座部分812中的各排原料气通道813并不是沿着换热器本体800的该表面的整个长度。
在底座部分812上方的是主体部分814，该主体部分包括29排原料气通道813。下文参考图14描述了贯穿图8的线C-C的截面，并进一步说明了主体部分814内原料气通道813的几何形状。与底座部分812相反，在换热器本体800的主体部分814中，各排原料气通道813沿竖直的方向交替，也就是说，每隔一层地交替，同时多排排气通道815垂直于原料气通道813从换热器本体800的表面841延伸到表面843。排气通道815的几何形状将在下面参考图11和图13进行描述，其中，图11示出了换热器本体800的侧视图，而图13示出了贯穿图8的线B-B的截面。各排原料气通道813在每一排的中央区域不会被中断，但是它们会在两个较小的区域内被中断，一个区域在各排的左侧，另一个区域在各排的右侧。这两个被中断的区域使在每一排的中央区域具有入口点的原料气通道813在其通过换热器本体800时包围燃烧室804。燃烧室804向上延伸到换热器本体800的主体部分814的顶部。
在换热器本体80的主体部分814的上方是顶部部分816，该顶部部分包括八排原料气通道813。通过与主体部分814类似的方式，各排原料气通道813沿垂直的方向交替，同时多排排气通道815垂直于原料气通道813从换热器本体800的表面841延伸到表面843。然而，与主体部分814相反地，各排原料气通道813基本上没有被中断，尽管在原料气通道的各入口点之间的间隔在每一行的中心区域(除了最顶行)内更大。贯穿图8的线A-A的截面将在下面参考图12描述，该截面说明了顶部部分814内的原料气通道813和排气通道815的几何形状。尽管燃烧室804没有延伸到换热器本体800的顶部部分816中，但是布置在顶部部分816中的垂直通道能够使燃烧室804内的气体进入中心顶部区域816，然后通过顶部部分816内的排气通道815离开。在这种情况下，与图8所示表面相对的换热器800的表面类似于所示出的表面，尽管在其它示例性实施例中该表面可以是不同的。
在工作过程中，在燃烧器单元802内进行燃烧以及热排出气体进入燃烧室804中时，原料气布置成进入原料气通道813的入口点，流过换热器本体800内的原料气通道813，然后经由与入口点相对应的出口点离开换热器本体800。该原料气可通过一管道供给到换热器本体800的入口点，从换热器本体800离开的原料气可以通过另一管道收集。该管道布置将在下面参考图15A至15C进行描述。当燃烧室804充有热排出气体时，燃烧室804内的压力将升高，并超过排气通道815内的压力。这将促使该热排出气体从燃烧室804排出，进而通过排气通道815离开换热器本体800。该排出气体将水平地从燃烧室804流到换热器本体800的主体部分814的排气通道815中，而且将竖直地流到换热器本体800的顶部部分816的中央区域中，然后，该排出气体在此处能够通过换热器本体800的顶部部分816内的排气通道815水平地排出。离开该换热器本体800的排出气体将由管道(未示出)收集，该管道与换热器本体800的端面841和端面843联接。这些管道的构造将在下面参考图15A和15C进行描述。
该热排出气体的温度比穿过换热器本体800的原料气的温度高。换热器的目的是提供两种通过换热器本体800的流体之间的热传递。在当前布置中，原料气通道813布置得靠近排气通道815，从而能够利用将原料气通道813与排气通道815隔开的壁而快速有效地将热量从该热排出气体传递到该原料气。
参考图9，其示意性地示出了图8的换热器和燃烧器组合的底视图。图9示出了在换热器本体800的底座中央处的燃烧器单元802的位置。该燃烧器单元802的剖面图显示出多个小孔803，空气/燃料混合物可喷射到该小孔中用于燃烧。布置在燃烧器单元802上方的燃烧室804的位置用虚线805表示。换热器本体800的底座部分812中的一个示例性原料气通道813的位置被示出，其包括入口点822和出口点824，其中原料气在入口点被注入换热器本体800，在换热器本体内的原料气被加热之后在出口点处从换热器本体800排出。原料气入口管道(未示出)通过法兰826与表面845连接，以将原料气供给到原料气入口822，原料气出口管道(未示出)通过法兰828与表面847连接，以从原料气出口824接纳所排出的原料气。
参考图10，其示意性地示出了图8和9的换热器和燃烧器组合的顶视图。如图10所示的换热器本体800的顶部包括平的金属表面830，该表面沿一个方向从表面847的顶部部分以及该法兰828延伸到表面845的顶部部分和法兰828，并且该表面沿另一方向从表面841的顶部部分和用于啮合排气管道的法兰844延伸到表面843的顶部部分和用于啮合另一排气管道的另一法兰846。
参考图11，其示意性地示出了图8、9和10的换热器和燃烧器组合的端视图。可以在中央下部区域看到燃烧器单元802，该下部区域相应于参考图8描述的换热器本体800的底部部分812。原料气通道813的侧面布置在图11的左下和右下区域。在其上方，在相应于如图8所示出的主体部分814和顶部部分816的区域中，换热器本体800的端面上开有排气出口。来自排气出口的排放物通过排气管道从换热器本体排出(永久排出或者要再进行循环)，该排气管道与换热器本体800的端面841和端面843连接。
所示出的原料气通道813在图11中水平地延伸，原料气在表面845进入换热器本体800，并从表面847离开换热器本体800。与换热器本体800的表面841和843连接的排气管道类似的装料管道(charge duct)与换热器本体800的表面845和847连接，以将原料气供给到换热器本体800的表面845，并从换热器本体800的表面847接纳原料气。
在这种情况下，与在图11中示出的表面相对的换热器800的该表面与所示出的表面是一致的，尽管在本发明的其它实施例中其可以是不同的。
图12示意性地示出了沿图8中的线A-A贯穿换热器本体的顶部部分816的水平截面。该截面示出了从燃烧室804上方延伸到换热器本体的表面841和表面843的排气通道815。排出气体通过垂直通道819进入燃烧室804上方的顶部部分816，该垂直通道用十字正方形表示。排出气体从垂直通道819到表面841和表面843的一般路径用排气通道815内的方向箭头表示。图12还示出了与排气通道815相关的原料气通道813的位置。该原料气通道813在相邻的层中垂直于排气通道815延伸。
图13示意性地示出了沿图8中的线B-B贯穿换热器本体的主体部分814的水平截面。在图13中示出的该截面相应于排气通道815的层。正如在图12中示出的截面一样，排气通道815在示出的截面平面内从燃烧室804延伸到换热器本体的表面841和表面843。离开燃烧室804的方向箭头说明了燃烧室804内热的排出气体的流动方向。
图14示意性地示出了沿图8中的线C-C贯穿换热器本体的主体部分814的水平截面。在图14中示出的该截面相应于原料气通道813的层。原料气通道813从表面845延伸到相对的表面847，原料气在表面845进入原料气通道813，并流过原料气通道813，然后在表面847离开换热器本体。通过示出的进入、横穿和离开原料气通道813的方向箭头，该流动方向说明了对原料气通道813的选择。中心原料气通道813通过采取间接路径从换热器本体的表面845延伸到表面847，围绕燃烧室804。
图15A至15C示意性地示出了管道布置，其用于供给和接受原料气，如用于供给燃料/空气混合物，和用于接受排出气体。首先参考图15A，换热器800的底部具有与其相连接的燃料/空气混合物管道884，该管道用于给燃烧器单元802提供燃料/空气混合物以便燃烧。两个排气管道886a和886b与换热器800的相对表面连接，并在换热器800上方汇合以形成单个排气管道886。由排气管道886a和886b收集的排出气体沿着用弯曲的方向箭头示出的路径行进。原料气入口管道880和原料气出口管道882也与换热器800连接。原料气入口管道880和原料气出口管道882的相对位置可以从图15B和15C中更加清楚地看到，其中示出的原料气入口管道880和原料气出口管道882与换热器800的其余两个侧面连接，这两个侧面不与排气管道886a、886b连接。
图16示意性地示出了利用SLR制造的水加热器中的换热器。如所示出的，该换热器具有复杂形式的管状矩阵结构，其具有交联的、一个布置在另一个中的通道。这种复杂的3D形式可获得高的效率，其根据以往已知的非SLR技术是不能获得的。
图17示意性地示出了具有入口集管1002和出口集管1004的换热器，两个集管都通过选择性的激光重熔形成。由预制的细小管子构成的通道1000与集管1002、1004连接，例如通过干涉配合，当形成集管时对集管激光重熔使其熔合到管子上，通过铜焊或者通过一些其它方式。这种部分预制可获得成本较低的预制管子1000，该管子用于庞大的换热器(可能具有同心管布置)，这种换热器具有复杂的且难以通过激光重熔形成的集管，由此获得以往不能实现的集管布置。
尽管已经相对排出气体和作为“气体”的原料气描述了上面的布置，但是实际上这些气体中的一种或两种可以是液体形式，并且混合相的实施例特别适合于某些应用。
尽管这里已经参考附图详细描述了本发明的说明性实施例，但是应该理解，本发明不限于这些精确的实施例，在不脱离随附的权利要求所限定的本发明的范围的条件下，本领域技术人员可以对此进行各种变化和修改。特别地，本发明还涉及重整器、反应器、燃烧器和其任意组合，并且在减小尺寸、重量和/或材料的用途、改进的反应和/或传热效率是重要的地方是特别相关的，或者在高温和/或高压应用的地方是特别相关的。应用可超越斯特林发动机，例如应用到准斯特林循环机、布雷顿循环机、锅炉、水或其它流体加热器、燃料电池、汽化器、低温装置、冷却装置、空调和冰箱，以及应用到在化学、制药和相关处理中使用的装置。在一般的术语中，本发明可应用于需要换热、重整、反应或燃烧的任何机械或处理。

Claims (53)

1.一种制造换热器的至少一部分的方法，所述部分具有穿过其的多个通道，该方法包括以下步骤：
提供由要被重熔的材料构成的多个相继的层；
根据预定的设计对每一层的预定区域进行能量射束重熔，对每一层所进行的该能量射束重熔是在附加一相继的层之前进行的；
其中，每一层中受到能量射束重熔的区域形成该层中的刚性结构，并且，通过对每一层进行该能量射束重熔而将每一层的重熔区域熔合到前一层的重熔区域上；并且
其中，所述多个通道具有连续弯曲的外截面。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个通道具有连续的圆形或椭圆形外截面。
3.如权利要求1所述的方法，其中，该整体式换热器形成有至少5000m2/m3的表面积密度以及至少0.6的平均孔隙度。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，该要被重熔的材料为粉末形式。
5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，还包括步骤：在能量射束重熔每一层之前，在该要被重熔的材料的重熔位置附近加热该层。
6.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，该换热器形成有至少8000m2/m3的表面积密度以及至少0.7的平均孔隙度。
7.如权利要求1-3中任一项所述的方法，还包括步骤：在一层中和/或在各层之间变化该换热器的孔隙度。
8.如权利要求7所述的方法，其中，用于在该换热器中分隔开两个或多个相邻通道的换热器区域对于流过一个或多个相邻通道的流体来说是可透过的。
9.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，由一个或多个相继的粉末层构成的一组可包括与由一个或多个相继的粉末层构成的另一组不同的材料。
10.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，第一子组通道具有第一方位，第二子组通道具有第二方位，所述第二方位不同于所述第一方位。
11.如权利要求10所述的方法，其中，第三子组通道具有第三方位，所述第三方位不同于所述第一或第二方位。
12.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，至少一部分通道是弯曲的。
13.如权利要求12所述的方法，其中，该弯曲通道交织在其它弯曲通道或直通道周围。
14.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，用于分隔开两个或多个相邻通道的换热器区域包括绝热体。
15.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，一个或多个通道的截面面积或形状在该通道的长度上变化。
16.如权利要求1所述的方法，其中，至少一个通道是外通道，并具有沿其至少一部分长度布置在其内的内通道。
17.如权利要求16所述的方法，其中，该外通道和该内通道布置成接受不同的流体。
18.如权利要求16所述的方法，其中，该内通道在该外通道内终止。
19.如权利要求18所述的方法，其中，该内通道终止于一封闭端部。
20.如权利要求18所述的方法，其中，该内通道终止于一开口端部。
21.如权利要求16至20中任何一项所述的方法，其中，该内通道的壁包括一个或多个孔，以允许外通道中的流体与内通道中的流体之间的混合。
22.如权利要求16至20中任何一项所述的方法，其中，该内通道的壁是多孔的，以允许外通道中的流体与内通道中的流体之间的混合。
23.如权利要求16至20中任何一项所述的方法，其中，该内通道和该外通道具有公共的纵向轴线。
24.如权利要求16至20中任何一项所述的方法，其中，该内通道的纵向轴线相对于该外通道的纵向轴线偏移。
25.如权利要求16至20中任何一项所述的方法，其中，该内通道具有沿其至少一部分长度布置在其内的另一内通道。
26.如权利要求16至20中任何一项所述的方法，其中，该内通道在一个或多个位置处穿过该外通道的壁。
27.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，任意一个或多个通道的内表面涂覆有与通道壁的材料不同的材料。
28.如权利要求27所述的方法，其中，该涂层材料是催化剂。
29.如权利要求1所述的方法，其中，一个或多个通道的内表面具有一个或多个突起。
30.如权利要求1所述的方法，其中，一个或多个通道的外表面具有一个或多个突起。
31.如权利要求29或30所述的方法，其中，至少一个突起是流体引导结构，该流体引导结构在正向上提供的流体流阻小于在反向上提供的流体流阻。
32.如权利要求29或30所述的方法，其中，至少一个突起向流体或相邻通道提供热传递。
33.如权利要求29或30所述的方法，其中，至少一个突起向该通道提供了结构支撑。
34.如权利要求29或30所述的方法，其中，至少一个突起用作该通道中的支柱。
35.如权利要求29或30所述的方法，其中，至少一个突起的形状构造成将通道内的流体流动从层流改变到紊流。
36.如权利要求1所述的方法，其中，该换热器包括容置燃烧器的室。
37.如权利要求36所述的方法，其中，一燃烧器设置在所述室中，并密封在该换热器中。
38.如权利要求36所述的方法，还包括步骤：用能量射束重熔来制造该燃烧器。
39.如权利要求38所述的方法，其中，该换热器和该燃烧器共同形成为单个单元。
40.如权利要求36至39中任何一项所述的方法，其中，该燃烧器包括燃烧控制器。
41.如权利要求36至39中任何一项所述的方法，其中，该换热器布置成使得能在一个或多个通道中进行燃烧。
42.如权利要求36至39中任何一项所述的方法，其中，该燃烧器布置成接受预混合的燃料和燃烧空气。
43.如权利要求36至39中任何一项所述的方法，其中，该换热器布置成分别地接受燃料和燃烧空气，所述燃料和燃烧空气在该换热器中混合。
44.如权利要求43所述的方法，其中，该混合的燃料和燃烧空气在该换热器的预定位置燃烧。
45.如权利要求37至39中任何一项所述的方法，其中，一个或多个通道使排出气体再循环回到该燃烧器。
46.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，再生器和/或冷却器与该换热器共同形成。
47.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，一个或多个通道可用于将蒸汽提供到该换热器中。
48.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述换热器由多个预制导管构成，所述多个预制导管连接至通过所述激光重熔形成的通道集管。
49.如权利要求48所述的方法，其中，所述预制导管通过干涉配合、激光重熔、焊接、铜焊以及收缩配合中的一种方式与所述通道集管连接。
50.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，该能量射束重熔是激光重熔。
51.如权利要求1至3中任何一项所述的方法，其中，该能量射束重熔是电子束重熔。
52.一种整体式换热器，其按照权利要求1至51中任何一项所述的方法而通过激光重熔法形成。
53.一种换热器，其通过对多个相继的材料层的预定区域进行激光重熔而形成，通过对每一层进行该激光重熔而将每一层的重熔区域熔合到前一层的重熔区域上，该换热器包括：
整体式换热器本体，该本体具有多个穿过其的通道，并具有连续弯曲的外截面。
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