CN111065875A

CN111065875A - 用于热交换器的铸造铝合金间隔件

Info

Publication number: CN111065875A
Application number: CN201880057853.5A
Authority: CN
Inventors: 哈基姆·马佐伊; 尼古拉斯·里歇; 马克·瓦格纳; 昆廷·萨尼斯
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2017-08-04
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2020-04-24
Also published as: FR3069919B1; FR3069919A1; WO2019025689A1

Abstract

本发明涉及一种用于钎焊板翅式热交换器的间隔件(22)，所述间隔件(22)被配置为当布置在该热交换器的两块板(2)之间时形成多个用于第一流体(F1)的流动的通道(26)。根据本发明，间隔件(22)是由第一铝合金形成的铸件。

Description

用于热交换器的铸造铝合金间隔件

本发明涉及一种用于板翅式热交换器的间隔件元件，涉及一种包括所述元件的热交换器，并且涉及一种用于制造这种交换器的方法。

本发明尤其适用于气体的低温分离领域，特别是空气的低温分离领域，即适用于所谓的用于产生加压气态氧的ASU(空气分离单元)。特别地，本发明可以应用于通过与气体的热交换而使液体流(例如氧、氮和/或氩)蒸发的热交换器。

本发明也可以应用于使至少一种气液混合物流、尤其是多组分混合物流(例如烃混合物流)通过与至少一种其他流体(例如天然气)进行热交换而蒸发的热交换器。

通常用于交换器的技术是铝钎焊板翅式交换器或波状翅式交换器的技术，这样可以获得高度紧凑的且提供较大交换表面积的装置。

这些交换器包括板，在这些板之间插入由一系列翅片或波纹支路形成的热交换结构(通常是波纹结构或波状翅片)，因此构成了用于使各种流体处于热交换关系的通路的堆叠。

这些通路包括被称为分配区的区域，这些区域根据所讨论的通路中的流体的流动方向被适当地布置在实际热交换区的上游和下游。分配区被流体地连接到半管状集管，这些集管被配置为选择性地将多种不同的流体分配到多个不同的通路并且从所述通路中移除所述流体。

以一种已知的方式，这些分配区包括分配器，该分配器分流来自交换器的入口集管的流体来使其散布在热交换区的宽度上，并且回收来自所述热交换区的流体。这些分配器包括以波纹片的形式布置在两块相继的板之间的分配波状翅片垫或“衬垫”。

分配波状翅片通常是压制成形、切割成三角形或梯形的形状并且随后去除毛边的具有方形波状几何形状的平直波纹翅片。然后通过钎焊将它们组装到交换器的板上。

热交换波状翅片和分配波状翅片还构成插入件，这些插入件放置在相继的板之间，在其通过钎焊进行组装的同时以及在加压流体循环通过通路的同时使交换器具有机械完整性。

当前分配区的配置所产生的问题之一是流体朝向热交换区的分配不佳。

首先，分配区通常被至少两个波状翅片垫占据，以便优化来自形状切割过程的碎料，从而增加了垫间的间隙的风险。垫的组装还可能导致沿着流体的流动路径发生意外，并且这样有助于增加分配区中的压降。由于分配区中的这些瑕疵，可能会出现幅度为10％数量级的流速方面的变化，这些不利于交换器的正确操作。在专用于对来自热交换区的流体进行回收的分配区中发现了相同类型的分配缺陷。

此外，基于平直波型垫的常规构型在空间使用方面不是最佳的，并且需要适形于分配区的最小尺寸，尤其是至少85mm的长度，以便使流体在热交换区的整个宽度上朝向热交换区或从热交换区正确分配。

为了克服这些缺点，一种解决方案是为分配区开发新的几何形状，特别是使区域具有形状更复杂的具有曲线型壁和/或可变尺寸或可变液压阻力的分配通道。

然而，利用常规成形技术，分配元件的几何形状由可用的压制工具的形状决定，并且这样极大地限制了可以制造的几何形状的类型。而且，数控机加工使得可以由实心零件来制造复杂形状的零件，但是制造成本通常太高而无法设想工业规模的实施。使用热喷涂或三维打印的增材制造方法也不理想，这是因为它们需要对昂贵的设备投资或者采用与用于制造板翅式热交换器的钎焊工艺不兼容的材料。

本发明的目的是解决上述问题中的所有或一些问题，尤其是提出一种用于钎焊板翅式热交换器的插入件，该插入件能够采用复杂的形状而同时保持合理的生产成本，并且该插入件还可以由与交换器的组装中所采用的钎焊工艺兼容的材料形成。

因此，根据本发明的解决方案是一种用于钎焊板翅式热交换器的插入件，所述插入件被配置为当布置在交换器的两块板之间时形成用于第一流体的流动的若干通道，其特征在于，所述插入件是由第一铝合金形成的铸件，该第一铝合金按其质量为100％计包含至少80wt％的铝。

视情况而定，本发明的插入件可以含有以下技术特征中的一个或多个：

-所述第一铝合金进一步含有从由锌、锰、镍、铁、钴和钛组成的组中选择的一种或多种成分或合金元素。

-所述第一铝合金含有84wt％至99wt％的铝，优选地，

-所述第一铝合金含有少于0.5wt％的镁、优选地少于0.3wt％的镁。

-所述第一铝合金含有铁和钴。

-铁和钴是主要合金元素。

-所述第一铝合金含有从1wt％至2wt％的铁以及从1wt％至3wt％的钴。

-所述第一铝合金进一步含有：

.至多0.3wt％的硅，

.至多0.3wt％的铜，

.至多0.3wt％的锰，

.至多0.3wt％的镁，

.至多0.3wt％的锌，

.至多0.3wt％的镍，

.至多0.5wt％的钛。

-所述第一铝合金含有锌。

-锌是主要合金元素。

-所述第一铝合金含有从5wt％至9wt％的锌、优选地从7wt％至8wt％的锌。

-所述第一铝合金进一步含有：

.从0.1wt％至0.3wt％的硅，

.从0.4wt％至1.5wt％的铁，

.从0.4wt％至1wt％的铜，

.从0.2wt％至1wt％的锰，

.从0.2wt％至0.5wt％的镁，

.至多0.2wt％的镍，

.至多0.5wt％的钛，

.至多0.4wt％的铬。

-所述第一铝合金含有锰和镍。

-锰和镍是主要合金元素。

-所述第一铝合金含有从2wt％至4wt％的锰以及从2wt％至4wt％的镍。

-所述第一铝合金进一步含有：

.至多0.3wt％的硅，

.从0.2wt％至1wt％的铁，

.至多0.3wt％的铜，

.至多0.3wt％的镁，

.至多0.3wt％的锌，

.至多0.5wt％的钛，

.至多0.1wt％的铬。

-所述第一铝合金含有至少0.07％的钛、优选地至少0.1％的钛、更优选地在0.2％与0.3％之间。

本发明还涉及一种由根据本发明的插入件以及由第二铝合金制成的板形成的组件，该插入件和该板通过钎焊进行组装。

根据另一方面，本发明涉及一种钎焊板翅式热热交换器，该热交换器包括多块板，这些板彼此平行地布置以便限定用于第一流体的流动的通路，该第一流体与至少一种第二流体处于热交换关系；以及至少一个插入件，该至少一个插入件布置在两块相继的板之间，以便在通路内形成用于所述第一流体的流动的若干通道，其特征在于，该热交换器包括根据本发明的插入件或组件。

优选地，流体集管布置在该通路的上游和/或下游，所述通路包括热交换区和分配区，该热交换区被配置为促进该第一流体与该第二流体之间的热交换，该分配区被定位在流体集管与热交换区之间，所述插入件是以在该流体集管与该热交换区之间引导该第一流体的方式布置在该分配区中的分配元件。

优选地，该插入件与至少一块板通过钎焊组装在一起。

该分配元件可以包括限定这些通道的多个分隔壁，所述分隔壁经由与至少一块相邻的板钎焊在一起的支撑件而彼此附接。

优选地，分隔壁从支撑件伸出到通路中。同样优选地，支撑件包括平坦的底部，这些分隔壁垂直于该底部伸出。

此外，本发明涉及一种用于组装根据本发明的热交换器的方法，其特征在于，该方法包括将插入件定位在相继的两块板之间的步骤以及将所述插入件钎焊到板上的步骤。

优选地，在钎焊步骤期间，插入件的至少一部分的温度升高到超过500℃、优选地超过590℃。

现在将通过以下描述更好地理解本发明，以下描述仅通过非限制性实例并参考附图给出，在附图中：

-图1是钎焊板翅式热交换器的三维示意图；

-图2是根据本发明的一个实施例的组装到交换器板上的插入件的局部示意图；

-图3展示了根据本发明的插入件的实例；

-图4A、图4B和图5展示了根据本发明的插入件的其他实例。

如图1中所见，热交换器1包括一叠板2，这些板分别在纵向方向z上和在横向方向y上以两个维度(即长度和宽度)延伸。板2被布置为彼此平行且上下间隔一定距离，并且因此形成若干组通路3、4、5以用于经由板2使流体F1、F2、F3处于间接热交换关系。横向方向y正交于纵向方向z并平行于板2。优选地，当交换器1运行时，纵向轴线是竖直的。

优选地，每个通路具有平坦的平行六面体形状。通路在纵向方向z上纵长延伸，并且在横向方向y上横宽延伸。与每块相继的板的长度和宽度相比，两块相继的板之间的间隔较小。

每个通路3、4、5在纵向方向z上被分为至少一个分配区20和一个热交换区21。流体在分配区内的流动总体上在纵向方向z上发生。分配区20和热交换区21优选地沿着纵向轴线z并置。

需要强调的是，在本发明的背景下，流体的流动在分配区20和交换区21中不一定在相同的方向上发生。因此，全部或部分的分配区20中的流体的流动方向可以相对于热交换区21中的流体的流动方向形成确定的角度。特别地，在分配区20和交换区21之间流动方向可以发生大约90°的变化。

根据图1中的描绘，特别地就其内部部分已经可见的通路3而论，在热交换区21的每一侧布置两个分配区20，一个分配区用于将流体F1带向热交换区21，并且另一个分配区用于将流体从所述区域中移除。

以本身已知的方式，交换器1包括半管状集管或高位槽7、9，其设置有开口10以用于将流体引入交换器1并将流体从交换器1中移除。这些集管或高位槽的开口不及通路宽。分配区20用于在通路的整个宽度上对通过集管中的开口引入的流体进分配、或者从所述通路收集流体。

分配区20和热交换区21设置有可以采用多种不同的形式的插入件8和22。以常规方式，插入件具有波纹形状，如图1所示。在这种情况下，使波纹部的相继的顶部和底部相连的波纹支路被称为“翅片”。插入件8和/或22也可以采用根据所期望的流体流动特性而限定的其他特定形状。更普遍地，术语“翅片”覆盖了叶片或从初级热交换表面(也就是说交换器的板)延伸到交换器的通路中的其他次级热交换表面。

插入件8或22通过钎焊连接到分隔板2。有利地，使用被称为焊料或钎焊材料的填料金属30通过真空钎焊来实现连接，通过将焊料30熔化和扩散到待钎焊部件中(即进入基底金属中)而不会使这些部件熔化来实现组装。在图2中示意性地描绘了这种组件，其中部分地描绘了插入件22和板2。

更具体地，板2优选地是包括共层压板，该共层压板具有中心片材40，该中心片材的每个面覆盖有焊料片材30。在钎焊工艺过程期间，将这种焊料片材30熔化，使得可以在冷却之后使部件2和22连结。

根据本发明，用作插入件的是由第一铝合金形成的铸件，该第一铝合金按其质量为100％计含有至少80wt％的铝。换句话说，插入件22是通过在模具中铸造液态合金而形成的部件，其内部形状复制了所期望的部件的形状。

通过铸造进行制造使得可以获得具有复杂几何形状的整体式部件，使得可以使沿流体的流动路径的事故最小化，并且与目前的比如添加制造等其他技术相比，这样做的成本相对较低。

优选地，所采用的铸造方法是消失模(砂型铸造)或永久模(壳型铸造)类型，通过在压力下进行模制而生产的部件由于此方法固有的脱气(“起泡”)现象而对于真空钎焊不太有利。

使用铝合金(即其主要成分是铝的合金)是有利的，这是因为其密度低，这样允许重量减轻，与良好的热传导、易于加工和良好的耐腐蚀性相关联。

有利地，第一铝合金含有从84wt％至99wt％、更优选地至少88wt％、有利地至少93wt％、并且优选地至多97wt％的铝(Al)，以及从由锌(Zn)、锰(Mn)、镍(Ni)、铁(Fe)、钴(Co)、钛(Ti)组成的组中选择的一种或多种合金元素。

这是因为，虽然期望由所谓的“铸造”铝合金形成根据本发明的插入件，但是考虑到其铸造能、尤其是铸造特有的比如铸造性、流动性等因素，已经发现需要谨慎选择铝合金，以便使其也与在热交换器制造过程中采用的钎焊循环兼容。典型地，这些钎焊循环具有较长的持续时间，持续二十个小时左右，并且峰值热循环温度可能达到600℃。

现在，许多铸造铝合金的固相线和液相线温度低于常规用于制造热交换器零件的铝合金的固相线和液相线温度。因此，由于硅的存在，某些合金的熔点低于板翅式交换器的钎焊温度，硅用于降低固相线和液相线温度并且因此改善合金的铸造性能。另外，某些铸造铝合金可能显示出难以进行真空钎焊，这是因为在固体金属中夹杂气穴、并且这些气穴可能在高温钎焊操作期间排出，从而对铸造合金造成损坏(在称为“起泡”的现象中)。

另外，已经注意到，即使在钎焊循环期间没有达到合金的固相线温度，持续保持处于高温下也会导致焊料(或钎焊材料)与待钎焊材料之间的扩散机制，从而导致组装好的部件、特别是最细长的部件溶解并且导致组件的机械性能受损。

因此，本发明的发明人已经证明，通过尤其是控制所选择的铝合金的成分(即其多种不同的合金元素的含量、特别是锌、锰、镍、铁、钴和/或钛的含量)，可以提高待钎焊铝合金的铸造能力。

“合金元素”指的是被加入铝中以形成第一铝合金的元素或组分。

在本申请中，合金的组分的含量被表示为按此合金质量为100％计的百分数(％)，即相对于合金的总质量以wt％计。根据本发明的第一实施例，第一铝合金含有铁和钴。

优选地，第一铝合金含有铁和钴作为主要合金元素。换句话说，在铝之后，铁和钴是所述第一合金(AlFeCo合金)中含量最高的两种合金元素。

有利地，第一铝合金含有0.7wt％至2wt％、优选地在1wt％与1.5wt％之间的铁，以及从1wt％至3wt％的钴、优选地在1.45wt％与1.75wt％之间的钴。

这种第一合金提供了具有通过铸造获得的部件的良好的铸造性能和良好的机械完整性的优点。使用铁作为合金元素使得第一铝合金被赋予良好的机械性能，特别是适合用于处于压力下的热交换器的弹性极限和断裂强度。使用钴使得可以提高第一合金的液相线和固相线温度。以这样的方式则实现了与真空钎焊工艺兼容的固相线-液相线范围(也称为“固化范围”)，同时使第一合金被赋予适合于形成具有复杂形状而没有铸造缺陷的部件的机械性能。插入件22的机械完整性也得到改善，从而允许它在交换器的通路中有效地执行其间隔件功能。此外，这种类型的合金提供了对永久模具不具有侵蚀性的优点，并且确保它们的使用期限较长。

优选地，所述第一铝合金含有上述含量的铁和钴，并且另外含有：

-至多0.3wt％、优选地至多0.15wt％的硅(Si)，

-至多0.3wt％、优选地至多0.1wt％的铜(Cu)，

-至多0.3wt％、优选地至多0.1wt％的锰，

-至多0.3wt％、优选地至多0.1wt％的镁(Mg)，

-至多0.3wt％，优选地至多0.1wt％的锌，

-至多0.3wt％，优选地至多0.1wt％的镍，

-至多0.5wt％，优选地至多0.3wt％的钛。

根据本发明的第二实施例，第一铝合金含有锌。优选地，第一铝合金含有锌作为主要合金元素。换句话说，在铝之后，锌是所述第一合金中含量最高的组分。有利地，第一铝合金含有从5wt％至9wt％、优选地从7wt％至8wt％的锌。有利地，第一铝合金是7XX族合金(标准ASME SB-108和SB-26，第2-B节)。这种类型的合金具有适中的铸造适应性以及良好的机械性能。

特别地，所述第一合金可以从合金712或713中选择。合金713是有利的替代物，因为它可以在砂模或金属壳模中铸造，使得其对于原型和大规模生产部件的形成都适合。

使用这些量的锌作为合金元素促进第一铝合金在给定静置时间(通常为三周)后自然成熟。因此，通过使部件在环境温度下静置，铸件的机械性能因此得到改善，而不需要进行热处理。

优选地，第一铝合金含有上述锌含量，并且另外含有：

-从0.1wt％至0.3wt％的硅，

-从0.4wt％至1.5wt％的铁，

-从0.4wt％至1wt％的铜，

-从0.2wt％至1wt％的锰，

-从0.2wt％至0.5wt％的镁，

-至多0.2wt％的镍，

-至多0.5wt％的钛，

-至多0.4wt％的铬(Cr)。

根据第三实施例，第一铝合金含有锰和镍。优选地，第一铝合金含有锰和镍作为主要合金元素。换句话说，在铝之后，锰和镍是所述第一合金(AlMn2Ni2合金)中含量最高的合金元素。有利地，第一铝合金含有从2wt％至4wt％、优选地从1.5wt％至2.5wt％的锰，以及从2wt％至4wt％、优选地从1.5wt％至2.5wt％的镍。

使用这种含量的锰可以确保合金具有良好的机械性能，而不会因此过度降低固相线/液相线温度。使用这种含量的镍作为合金元素可以改善机械性能、特别是在弹性极限和断裂强度方面的机械性能。插入件22的机械完整性因此得到改善，从而允许它在交换器的通路中有效地执行其间隔件功能。

优选地，第一铝合金除了上述含量的元素锰和镍之外还含有：

-至多0.3wt％的硅，

-从0.2wt％至1wt％的铁，

-至多0.3wt％的铜，

-至多0.3wt％的镁，

-至多0.3wt％的锌，

-至多0.5wt％的钛，

-至多0.1wt％的铬。

在本发明的背景下，第一铝合金有利地含有至少0.07％的钛、优选地至少0.1％的钛，更优选地还在0.2％与0.5％之间、并且有利地在0.2％与0.3％之间。钛被用作精炼剂。其可以对铸造插入件22的微观结构进行精炼，即减小粒径。这随后导致所述插入件22具有更好的机械加工性，从而有利于所需的任何加工矫正返工。

特别地，本发明的发明人已经证明，由于在AlFeCo类型的第一合金的成分中存在钛而导致机械加工性显著改善。

注意，可以等同地使用从钛(Ti)、锶(Sr)、钠(NA)和锑(Sb)中选择的至少一种元素作为精炼剂。

钛具有比其他精炼元素更容易获得并且成本更低的优点。此外，其使用在安全预防措施方面的需求更少。

优选地，根据本发明的第一铝合金含有少于0.5wt％的镁、优选地少于0.3wt％的镁。这样使得可以避免所述第一合金起泡，该起泡与镁在合金的真空钎焊过程中蒸发有关，这样本发明背景下将会使钎焊组件变弱。

特别地，AlFeCo型第一铝合金优选地具有670℃-654℃的固化范围。713型第一铝合金优选地具有638℃-593℃的固化范围。AlMn2Ni2型第一铝合金优选地具有650℃-638℃的固化范围。

要强调的是，针对固化范围提及的第一温度对应于合金的液相线，并且第二温度对应于合金的固相线。

根据本发明的插入件22有利地通过与至少一块板2钎焊在一起来进行组装，该至少一块板被设计成与另一块平行的板2一起限定交换器的通路3。

交换器的板2有利地由3XXX族(优选地3003型)第二铝合金形成(标准ASME SB-2019，第2-B节)。

应注意，3XXX系列铝合金展现出典型的654℃-643℃的固化范围。因此，将理解根据本发明的第一合金的益处在于其可能具有呈现出与3XXX型合金相同(在不是更高的情况下)数量级的数值的固化范围。因此，趋向于获得可与板式交换器中常用的铝合金的机械性能相当的机械性能。钎焊循环不会使第一铝合金降解，并且因此从机械的观点来看，在钎焊板式交换器的设计中，插入件22不会构成薄弱点。

插入件22和板2优选地在炉中进行真空钎焊。有利地，由第三铝合金制成的焊料30被定位在待组装的部件之间或其附近，此焊料被熔化而使得在其冷却之后使两个部件连结起来。优选地，焊料30是4XXX型合金(标准ASME SB-2019，第2-B节)，特别是4004型合金。这种类型的焊料提供了非常适合真空钎焊工艺的优点。焊料中所含的镁使得可以使待钎焊部件的表面处的氧化铝剥离，并且因此在待组装材料之间产生用于相互扩散的界面。

优选地，板2是共层压板，这些共层压板包括由3XXX系列铝制成的中心片材40，其两面都覆盖有焊料片材30。

优选地，根据本发明的插入件被容纳在热交换器的一个或多个通路的分配区中的若干(即便不是全部)分配区中。所述插入件在通路的在竖直方向x上测量的几乎所有(优选地所有)高度上延伸，以便与形成通路3的每块板2接触。

有利地，所述插入件是分配元件22，该分配元件布置在分配区20中，以便如图1所示在流体集管7与热交换区21之间引导第一流体F1。因此，通过铸造进行制造使得可以实现分配器的复杂形状，从而允许可能最为均匀的分配到热交换区或从热交换区进行收集。使用铸件形成整体式插入件还可以减少沿分配通道的压降，这些压降是分配通道的轮廓不均匀的结果。

根据图3、图4A和图4B所展示的一个特别有利的实施例，插入件22包括底部32(优选地是平坦的)、以及从底部32升起以形成多个流体分配通道26的壁25。通道26被配置为在横向方向y上均匀地分配流体F1，以便在热交换区21的整个宽度上获得均匀或接近均匀的分配。可选地，插入件22也可以包括附加隔板27。

在这种情况下，分配元件不是波纹制品。翅片形成壁25经由底部32连结在一起，从而使分配元件具有更大的刚性。此外，这种构型为分配元件提供了更大的设计自由度，并且为其通道提供了更大的几何自由度。还可以在通路中具有高度相对较大的壁25，通常至少为2mm，优选地至少为5mm，更优选地高达15mm或更高，对于其中壁是通过挤压分隔板而产生的换热器而言，情况并非如此。

壁25优选地在竖直方向x上竖立。壁25可以具有通常在2mm与15mm之间的高度h。优选地，对高度进行选择而使得壁25在竖直方向x上几乎在通路的全部(即便不是全部)高度上延伸。

有利地，插入件22通过将支撑件32钎焊到板2上而与板2组装在一起。优选地，支撑件或底部32包括至少一个覆盖有钎焊材料的面。可替代地或另外，板2完全地或部分地具有至少一个至少部分地涂覆有所述钎焊材料的面。

使用铸造来形成插入件使得可以制造复杂形状的插入件，以适合所期望的分配特性。因此，通过使用根据本发明的铸造合金，壁25可以在纵向截面上具有任何所期望的特定轮廓、尤其是平直轮廓(图3)或曲面轮廓(图4A和图4B)，曲面壁25可以包括一个或多个拐点，从而使得对流体进行快速分配，即在相对短的距离L1上(典型地在50mm与200mm之间)、在较大的通路宽度L2上(典型地在500mm与1500mm之间)进行分配。

记住，流体的流动在分配区20和交换区21中不一定在相同的方向上发生。因此，流体可以经历方向上的变化，其流动方向在全部或部分的分配区20中相对于热交换区21中的流体的流动方向形成确定的角度，例如90°。因此，插入件22可以呈现出通道26，该通道的壁形成直角。因此，流体集管7、插入件22和交换区21不必如图所示沿轴线z对齐，可以将集管7布置在交换器的与所展示的侧面不同的侧面上。

使分配区的体积减小提高了交换器的坚固性，这是因为被称为交换器的“薄弱”区的区域的紧凑性增加了。这样还提供了使分配元件22的第一端23的宽度减小的可能性，并且因此使集管7的宽度减小，该集管是相对昂贵的部件。优选地，形成分配元件22的入口或出口的第一端23在侧向方向y上的宽度L3在50mm与1000mm之间。

注意，根据本发明的插入件22也可以布置在交换器的至少一个通路3的热交换区21中，并且因此形成二次热交换表面8。

为了证明根据本发明的分配元件22的可钎焊性，用三种类型的铸造合金713、AlMn2Ni2和AlFeCo进行了钎焊试验，这些铸造合金的化学成分通过火花发射光谱仪进行测量并归纳在以下表1中。各种元素的含量均以wt％表示，其余为铝。

表1

将每种合金浇铸到模具中，并且通过加工获得测量为200mm×140mm×3mm的平行六面体形状的样品。

确定表示交换器的钎焊的两个钎焊热循环，以便观察铸造合金在实际交换器中将会经历的冶金变化。如图6中所见，第一热循环T1(浅灰色曲线)由在2h 30min持续时间内与温度逐渐升高至565℃相对应的第一温度梯度以及与温度从565℃逐渐变化至585℃相对应的第二温度梯度组成。这个第二梯度指示实际热交换器内的保持温度和持续时间。

第二热循环T2(深灰色曲线)具有与循环T1大致相同的第一温度梯度，并且与该循环不同的是第二温度梯度更长且更热，在565℃与595℃之间保持4h 30min。这个第二梯度指示所记录的在实际交换器的表面上、在交换器的外壁上以及角部中的保持温度和持续时间，这些是钎焊过程期间达到的温度最高的区域。

一旦形成样品，它们被定位成重叠构型，重叠区域的宽度为20mm。对于每种类型的第一合金，通过放置板来制备组件，该板是由3003合金制成的1mm厚的中心片材所形成的，在每个面上覆盖由4004合金制成的0.1mm厚的焊料片材，夹在第一铝合金的两个样品之间。

将这些组件定位在钎焊夹具中以在2.7psi(0.19巴)的载荷下对其进行压缩。然后使用两次热循环T1和T2对组件进行钎焊。在光学显微镜下研究钎焊组件以便评估其微观结构，并且在扫描电子显微镜下研究钎焊组件以便评估焊料中含有的硅的扩散机制。

对于第一铝合金713、AlMn2Ni2和AlFeCo中的每一种，焊料片材与所述第一合金之间的界面的研究显示出良好的钎焊行为(即钎焊接头中的较低水平的孔隙率、焊料到第一铝合金中的受控迁移)，从而确保组件具有更好的内聚力并且铸造部件不会变形或熔化。根据所用的热循环，合金的微观结构没有显示出变化。

根据美国标准ASME第IX节——QB 462.1(c)(“焊接和钎焊资质”)，通过从钎焊组件中获取试样并且对这些试样实行拉伸试验，还对组件的机械性能进行研究。所进行的试验显示出焊料在重叠钎焊试样的拉伸试验期间的良好行为。使用AlFeCo型第一铝合金是特别有利的，因为它在铸造之后具有最大坚固性，这组试样证明了在基底金属中和测试样品的颈部部分中(即在试样的截面最小的部分中)出现断裂，这在期望值处出现，即在仅在针对基底金属给定的参考值处出现。这特别是由于钴的存在引起的，这样使得第一合金的固相线和液相线温度显著升高，并且因此提高了基底金属承受钎焊热循环的能力。

由此获得的结果显示可以制造一种用于热交换器的、由与所使用的真空钎焊工艺兼容的铸造铝合金制成的插入件。

当然，本发明不限于本申请中描述和展示的特定实例。在不脱离本发明的范围的情况下，也可以考虑本领域技术人员能力范围内的其他替代形式或实施例。通过举例的方式，在不脱离本发明的范围的情况下，当然可想到交换器中的流体的流动的其他方向和意义。因此，根据本发明的插入件可以布置在交换器的任何分配区中、在交换器的一个或多个系列通路3、4、5中、在交换器的集管中的一个或多个集管的上游和/或下游。还应当注意，交换器的通路3、4、5可以在两块相继的板2之间与在交换器的封闭杆6与紧邻的板2之间同样地很好地形成。

Claims

1.一种钎焊板翅式热交换器，该热交换器包括多块板(2)，这些板彼此平行地布置以便限定用于第一流体的流动的通路(3)，该第一流体与至少一种第二流体处于热交换关系；以及至少一个插入件(22)，该至少一个插入件布置在两块相继的板(2)之间，以便在通路(3)内形成用于该第一流体的流动的若干通道(26)，其特征在于，所述插入件(22)是由第一铝合金形成的铸件，该第一铝合金按其质量为100％计包含至少80wt％的铝。

2.如权利要求1所述的交换器，其特征在于，所述第一铝合金进一步含有从由锌、锰、镍、铁、钴和钛组成的组中选择的一种或多种合金元素。

3.如权利要求2所述的交换器，其特征在于，所述第一铝合金含有铁和钴作为主要合金元素。

4.如权利要求3所述的交换器，其特征在于，所述第一铝合金含有从1wt％至2wt％的铁以及从1wt％至3wt％的钴。

5.如权利要求4所述的交换器，其特征在于，所述第一铝合金含有从1.45wt％至1.75wt％的钴。

6.如权利要求3至5之一所述的交换器，其特征在于，所述第一铝合金进一步含有：

-至多0.3wt％的硅，

-至多0.3wt％的铜，

-至多0.3wt％的锰，

-至多0.3wt％的镁，

-至多0.3wt％的锌，

-至多0.3wt％的镍，

-至多0.5wt％的钛。

7.如权利要求2所述的交换器，其特征在于，所述第一铝合金含有锌作为主要合金元素。

8.如权利要求7所述的交换器，其特征在于，所述第一铝合金含有从5wt％至9wt％的锌、优选地从7wt％至8wt％的锌。

9.如权利要求7和8之一所述的交换器，其特征在于，所述第一铝合金进一步含有：

-从0.1wt％至0.3wt％的硅，

-从0.4wt％至1.5wt％的铁，

-从0.4wt％至1wt％的铜，

-从0.2wt％至1wt％的锰，

-从0.2wt％至0.5wt％的镁，

-至多0.2wt％的镍，

-至多0.5wt％的钛，

-至多0.4wt％的铬。

10.如权利要求2所述的交换器，其特征在于，所述第一铝合金含有锰和镍作为主要合金元素。

11.如权利要求10所述的交换器，其特征在于，所述第一铝合金含有从2wt％至4wt％的锰以及从2wt％至4wt％的镍。

12.如权利要求10和11之一所述的交换器，其特征在于，所述第一铝合金进一步含有：

-至多0.3wt％的硅，

-从0.2wt％至1wt％的铁，

-至多0.3wt％的铜，

-至多0.3wt％的镁，

-至多0.3wt％的锌，

-至多0.5wt％的钛，

-至多0.1wt％的铬。

13.如前述权利要求之一所述的交换器，其特征在于，所述第一铝合金进一步含有至少0.07％的钛、优选地至少0.1％的钛、更优选地还在0.2％与0.3％之间。

14.如前述权利要求之一所述的交换器，其特征在于，所述第一铝合金进一步含有少于0.5wt％的镁、优选地少于0.3wt％的镁。

15.如前述权利要求之一所述的交换器，其特征在于，该插入件(22)与至少一块板(2)通过钎焊组装在一起。

16.如前述权利要求之一所述的交换器，其特征在于，流体集管(7)布置在该通路(3)的上游和/或下游，所述通路(3)包括热交换区(21)和分配区(20)，该热交换区被配置为促进该第一流体与该第二流体之间的热交换，该分配区被定位在该流体集管(7)与该热交换区(21)之间，所述插入件是以在该流体集管(7)与该热交换区(21)之间引导该第一流体的方式布置在该分配区(20)中的分配元件(22)。

17.如前述权利要求之一所述的交换器，其特征在于，该分配元件(22)包括限定这些通道(26)的多个分隔壁(25)，所述分隔壁(25)经由与至少一块相邻的板(2)钎焊在一起的支撑件(32)而彼此附接。

18.如权利要求17所述的交换器，其特征在于，这些分隔壁(25)从该支撑件(32)伸出到该通路(3)中。

19.如权利要求18所述的元件，其特征在于，该支撑件(32)包括平坦的底部(32)，这些分隔壁(25)垂直于该底部(32)突出。