本发明涉及一种用于通过使用熔化抑制剂成分来接合板式换热器的传热板的方法。还描述了由该方法制造的板式换热器。
背景技术
现今，带有耐久接合的板的板式换热器常常通过将板钎焊或焊接至彼此来制造。钎焊通过将钎焊材料施加在板上且通过加热板使得钎焊材料熔化且形成板之间的接头来完成。钎焊材料包括所谓的填充金属，且正是此金属形成将板接合的接头。关于此类型的所有钎焊技术，钎焊材料包括熔化抑制剂成分，其促使填充金属在低于接合至彼此的板的熔化温度的温度下熔化。
填充金属和熔化抑制剂组分典型地具有呈金属粉末的形式。为粘合金属粉末，钎焊材料典型地还包括粘合剂成分，粘合剂成分给予钎焊材料软膏或液体的形式，其可喷溅、涂敷或以另一种合适方式施加在板上。重要的是将钎焊材料以正确的量且在正确的地方合适地施加在板上。
存在用于制造板式换热器的其它技术，诸如采用熔化抑制剂成分的那些，其熔化板式换热器的传热板的表面层，其中熔化的表面层然后通过毛细作用流动至板之间的接触点，在该处容许它凝固且从而形成接头。此技术（常称为“自焊”技术）的示例在专利文献wo2013/144211中描述。对于自焊技术，重要的是将熔化抑制剂成分以正确的量且在正确的地方合适地施加在板上。
施加熔化抑制剂成分是涉及将错误和故障引入接合传热板的过程中的风险的操作。因此，估计需要改进自焊技术中施加熔化抑制剂成分的过程。
技术实现要素：
本发明的目标是关于如何施加熔化抑制剂成分改进自焊技术。特别地，目标是发现熔化抑制剂成分在施加于传热板上时的更优分布。
为解决这些目标，提供一种用于接合板式换热器的传热板的方法。该方法包括：将熔化抑制剂成分施加在金属片的表面上且以图案施加在金属片上，该图案包括其中施加熔化抑制剂成分的多个单独施加区域，每个施加区域包括中间区段以及位于中间区段的相应侧的第一端部区段和第二端部区段；在金属片中压制多个凸脊和凹槽，凸脊在从施加区域的第一端部区段延伸到第二端部区段的方向上延伸，使得施加区域位于凸脊之上且沿着凸脊。当金属片已压制时，其常常被称为传热板。使压制的金属片（传热板）与第二压制的金属片（传热板）接触，使得在片之间在施加区域的中间区段所位于之处形成接触点。然后使第一金属片和第二金属片加热，直到在片之间的接触点处，第一金属片的所述表面在施加熔化抑制剂成分的区域处熔化且形成熔化的金属。然后容许熔化的金属层凝固，使得在接触点处获得接头。
该方法的优点在于单独施加区域用熔化抑制剂成分施加，因为这促使熔化的金属仅在这些区域处形成，这继而防止其它区域潜在地变得较弱。结果，片之间的接头变得较强。
根据另一个方面，提供一种板式换热器，其包括根据上文描述的方法或其实施例中的任一者与第二传热板接合的第一传热板。
该方法和板式换热器的其它目标、特征、方面和优点将从随后的详细描述以及从附图显现。
附图说明
现在将参照附随的示意图通过示例来描述本发明的实施例，其中：
图1是板式换热器的侧视图，
图2是图1的板式换热器的顶视图，
图3是压制且切割的传热板（其为图1的板式换热器的部分）的顶视图，
图4是图3的传热板在其压制且切割之前的顶视图，
图5是图1的板式换热器的两个传热板在它们接合之前的放大的局部视图，
图6是图5的传热板在它们接合之后的放大的局部视图，
图7a-7e是其中施加熔化抑制剂成分的不同形状的施加区域的放大的顶视图，以及
图8是示出用于接合图3中所示类型的传热板的方法的流程图。
具体实施方式
参照图1和图2，示出板式换热器1。板式换热器1由金属制成，诸如不锈钢、钛或可用于板式换热器的任何其它金属。板式换热器1包括：传热板的堆叠2，以及布置在堆叠2的第一侧的第一端部板6和布置在堆叠2的第二侧的第二端部板7。端部板6,7具有与堆叠2中的传热板相同的形状和形式，但略微较厚以用于相对于外力提供保护。
传热板的堆叠2耐久地接合至彼此以形成板堆叠2，且具有用于在传热板之间流动的第一流体和第二流体的交错的第一流路和第二流路。板式换热器1具有第一流体入口10和第一流体出口11。第一流体入口10接收第一流体且将第一流体引导至板堆叠2中的传热板之间的第一流路。第一流体出口11从第一流路接收第一流体且容许流体离开板式换热器1。板式换热器1具有第二流体入口12和第二流体出口13。第二流体入口12接收第二流体且将第二流体引导至传热板之间的第二流路。第二流体出口13从第二流路接收第二流体且容许第二流体离开板式换热器1。
连接器8关于入口和出口中的每个布置，且每个连接器8具有呈管道的形式。用于两股流体的流体线路可然后经由连接器8连接至板式换热器1。任何合适的技术可用于实现此连接，且连接器8典型地由与堆叠2中的传热板相同的材料制成。用于流体中的一者的入口和出口可相反，使得存在流体的并流。
参照图3，示出用于板式换热器1的传热板201。传热板201也称为金属片201。除了较厚的端部板6,7外，堆叠2中所有的传热板可与图3的传热板201相同。传热板布置在彼此之上，其中每隔一个传热板围绕平行于传热板201的平面的法线方向转动180º。也可能使用两种不同的传热板，其中不同的传热板交错地堆叠在彼此上。传热板201具有四个通孔210-213（也称为端口开口），其与板式换热器1的入口和出口10-13对准。呈交错的顶部236和凹槽237的形式的图案234被压制到传热板201中。图案234形成传热板201的传热区域234。传热板201具有第一侧231或表面231以及与第一侧231相对的第二侧232或表面232。外围边缘233围绕传热板201延伸，且从第一侧231朝第二侧232折叠。边缘233邻接下面的传热板且向下面的传热板提供对外围的密封。
板式换热器1的形式和形状、用于流体的流体路径、传热板201和连接器8在本领域内本身是已知的且可根据已知技术实现。然而，通过使用带有有效接合堆叠2中的传热板的特殊性质的熔化抑制剂成分14，以新的方式生产板式换热器1。在压制图案234且形成传热板201的通孔210-213和边缘233之前，传热板201具有呈平的传热板201'或金属片201'的形式，如由图4所示的那样。传热板201'由金属制成，且在压制且切割传热板201'之前将熔化抑制剂成分14施加于传热板201'的表面231。参考标号201'指示与带有参考标号201的板相同但在其压制且切割之前的板。
详细地且参照图4，在金属片201'的第一侧231，将熔化抑制剂成分14施加在第一金属片201'的表面231上。将熔化抑制剂成分14以图案141施加在第一金属片201'上。如可看到的那样，图案141包括多个单独的施加区域142。详细地，图案141包括：边缘施加组1411，在该处熔化抑制剂成分刚好在金属片201'的外围边缘233内施加；四个端口施加组1412，在该处熔化抑制剂成分围绕端口开口210-213施加；以及传热施加组1413，在该处熔化抑制剂成分以所谓的鱼骨图案施加。在图4和图3中均可看到施加组1411,1412,1413，但在图3中仅示出传热施加组1413的一部分。每个施加组1411,1412,1413包括多个单独施加区域，诸如传热施加组1413的单独施加区域142。
传热施加组1413的单独施加区域142优选地与彼此物理地分开，且进一步参照图7a，单独施加区域142包括中间区段145、第一端部区段146和第二端部区段147。第一端部区段146和第二端部区段147位于中间区段145的相应侧。每个施加区域142具有在从第一端部区段146到第二端部区段147的方向d1上延伸的伸长形状。施加区域142在方向d1上具有它在中间区段145处的宽度的至少三倍大或甚至五倍大的长度。中间区段145的宽度在垂直于方向d1的方向上测量。端部区段146,147的宽度可大于中间区段145的宽度。区段145,146,147的各个宽度沿着垂直于方向d1的方向测量。单独的端部区段146,147的宽度可比中间区段145的宽度宽至少50%。
往回转到图3，图3的压制且切割的板201的凸脊236和凹槽237在从施加区域142的第一端部区段146延伸到第二端部区段147的方向d1上延伸。在所示的示例中，施加区域142以鱼骨图案布置，结果是存在从施加区域142的第一端部区段146延伸到第二端部区段147的两个方向d1,d1'。如相对于在端口开口210-213之间延伸通过板201的中心的轴线a所见，这些方向d1,d1'是彼此的镜像图像。完成板201'中的图案234的压制，使得凸脊236位于传热施加组1413的施加区域142所定位的地方。施加区域142然后位于凸脊236之上且沿着凸脊236。也可以说，在板201'中压制图案234之后，施加区域142位于凸脊236将位于的位置处。压制图案234以及切割片201'的边缘和端口开口210-213根据通常用于压制板式换热器的传热板的常规的压制和切割技术完成。
因此，施加区域142在片201'中压制之后凸脊将会位于的位置上被施加，且其中凸脊方向跟随施加区域142的纵向延伸d1和d1'。这造成：凸脊236从而在从施加区域142的第一端部区段146延伸到第二端部区段147的方向d1或d1'上延伸，且施加区域142然后位于凸脊236之上且沿着凸脊236。
凸脊236和凹槽237形成金属片201的传热区域234，且传热区域234的最多50%或最多40%由施加的熔化抑制剂成分14覆盖。在一个实施例中，传热区域234的至少（即，最少）10%或至少20%由施加的熔化抑制剂成分14覆盖。
熔化抑制剂成分14包括：包括至少25wt%硅或至少40wt%硅或至少60wt%硅或至少85wt%硅的熔化抑制剂组分，用于降低金属片201'的熔化温度；以及可选地，用于促进熔化抑制剂成分14在表面231上的施加的粘合剂组分。熔化抑制剂成分14的作用在于，当使片201'加热到刚好低于它的熔点的温度时，在施加熔化抑制剂成分14之处与片201'中的金属相互作用，且促使金属片201'中的表面层熔化。如下文将更详细描述的那样，熔化的金属然后用于形成接头。
合适的熔化抑制剂成分的示例以及可如何施加它们以及片201'可由哪种金属制成可在专利文献wo2013144211中找到。大体上，通过使用粘合剂成分给予熔化抑制剂成分14液体形式，且可由金属表面上常规的丝网印刷实现施加。典型地，熔化抑制剂成分14包括少于50wt%的金属元素或少于10wt%的金属元素。熔化抑制剂成分14中存在多少wt%金属元素的计算把可能使用的任何粘合剂组分的重量排除在外。该计算基于形成接头的部分的熔化抑制剂成分中的元素（即，在如蒸发的任何粘合剂成分之后保留在片201'上的）。
用于片201'的金属和熔化抑制剂成分的其它示例可在申请号为pct/ep2016/055296的国际专利申请中找到，其中金属片由钛制成且熔化抑制剂包括铜、镍和锆的各种组合。对于金属和熔化抑制剂成分的此组合，熔化抑制剂成分的施加可通过将它们放置在单独施加区域上且通过例如辊压该片来执行，使得熔化抑制剂成分变得附着至钛片。备选地，铜、镍和/或锆可具有呈粉末的形式，其用作熔化抑制剂成分的熔化抑制剂组分。此熔化抑制剂组分然后可与粘合剂组分混合，使得它可在单独施加区域上丝网印刷。
堆叠2中的传热板由类似图3的片201的金属片制成。每隔一个传热板围绕板的法线方向旋转180º（例如，如图3中所见，顺时针转动180º），且当板堆叠在彼此之上以形成堆叠2时，然后下面的板的凸脊236邻接上面的板的凹槽437。每个这样的邻接形成板之间的接触点。确切地，接触点所位于的地方取决于凸脊和凹槽的形式和形状，且单独施加区域142定位在金属片上接触点所位于的地方。
进一步参照图5和图6，当使一个压制的金属片201与第二压制的金属片401（它们形成堆叠2的部分）接触时，然后在金属片201,401之间在施加区域142所位于的地方形成接触点240。在所示的示例中，片401与片201相同，但如上文描述的那样旋转180º。优选地，施加区域142的中间区段145位于接触点240处。对于传热施加组1413中所有的施加区域142形成对应的接触点。
当使堆叠2加热到刚好在金属（片201,401由该金属制成）的熔化温度以下的温度时，然后熔化抑制剂成分14促使第一金属片201的表面231在施加熔化抑制剂成分14的区域142处（即，在片201,401之间的接触点240处）熔化且形成熔化的金属层210。熔化的金属然后通过毛细作用流到接触点240，在该处容许它在温度降低时凝固。然后形成接头241，其在接触点240的位置处获得。这对于施加熔化抑制剂成分14之处的所有接触点发生。因为接头241的金属从施加熔化抑制剂成分14之处的片201取得，小的凹陷242变得围绕接头241形成。接头241的一些金属可从另一片401取得，因为熔化抑制剂成分14也与此片401接触。然而，金属的大多数从其上施加熔化抑制剂成分14的片201取得。在任何情况下，接头241包括至少50wt%或至少70wt%或甚至至少80wt%的金属，其在使第一金属片201的表面231熔化的加热之前是第一金属片201和第二金属片401中任一者的部分。
熔化抑制剂成分14沿着凸脊的延伸的优点在于，其相比于金属从接触点周围均匀取得时较少地弱化片201，即，从强度观点而言从与凸脊的纵向方向一致的区域取出金属比从横向于凸脊的方向的区域更好。
参照图7a-7e，示出不同形状的单独施加区域142的一些示例。图7a示出与图3和图4中相同的形状，而图7b-7e示出单独施加区域142b,142c,142d和142e的其它形状。单独施加区域142,142b,142c,142d和142e中的每个包括中间区段145、第一端部区段146和第二端部区段147，且它们全部具有在从第一端部区段146到第二端部区段147的方向d1上延伸的伸长形状。
参照图8，示出用于接合图3中所示类型的金属片（即，传热板）的方法的流程图。
在第一步骤401中，将熔化抑制剂成分14以图案141施加在图4的金属片201'的表面231上，图案141具有限定施加熔化抑制剂成分14的区域的单独施加区域142。
在下一步骤402中，在第一金属片201'中压制多个凸脊236和凹槽237，其中凸脊236在从施加区域142的第一端部区段146延伸到第二端部区段147的方向d1上延伸。施加区域142然后位于凸脊236之上且沿着凸脊236。如描述的那样，也存在其它施加区域，诸如围绕端口开口和沿着片201'的周边。在片201'被压制之后，但也在压制之前，其典型地被称为传热板201。
在下一步骤403中，使压制的传热板201与第二压制的传热板401接触，其结果是，在凸脊236之上，在传热板201,401之间在施加区域142的中间区段145所位于的地方形成接触点240。
在下一步骤404中，使第一传热板和第二传热板201,401加热，直到第一传热板201的表面231在施加熔化抑制剂成分14的区域142处熔化且形成熔化的金属210。
在下一步骤405中，容许熔化的金属层210通过降低温度来凝固，结果是在接触点240处获得接头241。
当然，重复执行施加401熔化抑制剂成分和压制402片的步骤直到获得期望数量的传热板。重复执行使压制的金属片与彼此接触403的步骤直到期望数量的传热板堆叠在彼此之上。
熔化抑制剂成分的施加401、熔化抑制剂成分的成分、促使金属熔化的加热404以及随后的凝固405（冷却）可根据专利文献wo2013144211中或申请号为pct/ep2016/055296的国际专利申请中描述的技术（取决于哪种金属用于板式换热器1中的传热板201,401）执行。合适的金属在专利文献wo2013144211中和申请号为pct/ep2016/055296的国际专利申请中举例说明。
根据常规的技术和原理执行压制402片和使片与彼此接触403（堆叠传热板）的步骤。所示的实施例示出以鱼骨图案布置的凸脊236和施加区域142。可构思其它图案，其中施加区域142仍沿着凸脊且在凸脊之上延伸。施加区域142可与其它不同形状的施加区域一起使用，但施加区域中的至少一些应当如上文那样形成。
从上文的描述可见，虽然已描述和示出本发明的各种实施例，但本发明不限于此，而是也可在随后的权利要求中限定的主题的范围内以其它方式体现。特别地，权利要求不限于其中所有施加区域相同的范围。因此，“每个施加区域”是指成组施加区域中的每个施加区域，该组可为较大组的施加区域的部分。