CN112648725A - 连续流加热器及用于制造连续流加热器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种连续流加热器及用于制造连续流加热器的方法。该连续流加热器包括：壳体(1)，所述壳体由铝基合金制成，在所述壳体内设置有从入口(2)延伸到出口(3)的用于待加热流体的流体通道；加热板(6)，所述加热板设置在壳体(1)内，所述加热板包括由钢制成的基板，所述基板承载有加热导体轨道；以及框架(4)，所述框架嵌设在所述壳体(1)的壁内；其中，所述加热板形成所述壳体()1中的流体通道的壁部，并焊接在所述框架(4)上。

Description

连续流加热器及用于制造连续流加热器的方法
技术领域
本发明涉及一种连续流加热器，包括由铝基合金制造的壳体，在该壳体内设置有从入口延伸到出口的用于待加热流体的流体通道，在该壳体内还设置有加热板，其具有由钢制成的基板，该基板承载有加热导体轨道并形成壳体内的流体通道的一个壁部。
背景技术
对于连续流加热器来说，必须在加热板和壳体之间确保密封。由于加热板会遭受非常大的温度波动，因此提供可靠的密封是很复杂的工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方案，通过该方案可以更加成本高效地制造这种连续流加热器。
该目的可通过如下连续流加热器来实现。本发明提出了一种连续流加热器，包括：壳体，所述壳体由铝基合金制成，在所述壳体内设置有从入口延伸到出口的用于待加热流体的流体通道；加热板，所述加热板设置在壳体内，所述加热板包括由钢制成的基板，所述基板承载有加热导体轨道；以及框架，所述框架嵌设在所述壳体的壁内；其中，所述加热板形成所述壳体中的流体通道的壁部，并焊接在所述框架上。
优选地，所述框架通过包覆成型工艺嵌设在所述壳体的壁内。
优选地，所述框架的材料的热膨胀系数处于所述壳体的铝基合金的热膨胀系数与所述加热板的基板的钢的热膨胀系数之间。
优选地，所述框架由钢制成，优选地由高合金钢制成。
优选地，所述框架由镍含量为至少5重量％的钢制成。
优选地，所述框架由热膨胀系数至少为17ppm/K的材料制成。
优选地，所述框架由热膨胀系数小于铝基合金的热膨胀系数但差异不超过2ppm/K的材料制成。
优选地，所述框架具有用于定位销的孔。
本发明还提出了一种用于制造连续流加热器的方法，其中，将框架插入到模具中；在所述模具中浇注由铝基合金制成的壳体部分，使得所述壳体嵌设在所述壳体部分内；将加热板焊接到所述框架上，所述加热板具有钢制基板，所述基板承载有加热导体轨道。
优选地，所述框架具有孔，在浇注过程中，模具中的定位销与所述孔相接合。
根据本发明，加热板焊接在嵌设于壳体壁内的框架上，从而能省去用于在加热板与壳体之间形成密封的密封圈等。加热板与壳体壁之间的材料直接结合的连接部是困难的，并且通常是不可能的，这是因为加热板的钢制基板不能被焊接到由铝基合金(即，主要由铝组成的合金)制成的壳体上。但是，通过将框架嵌入壳体壁中，可以在框架与壳体壁之间形成密封连接部，然后可以将框架焊接到加热板上。
例如，框架可通过以下方式嵌设在壳体内：在制造壳体部分的过程中，通过用于制造壳体部分的铝基合金对框架进行包覆成型。也就是说，通过将框架插入用于通过浇注工艺(尤其是注射成型)制造壳体部分的模具来将框架嵌设到壳体内。
嵌设在壳体内的框架能形成环状条或边缘条，其从壳体部分的壁处向内延伸。然后，可以通过防泄漏的方式(即，焊接)将加热板连接到框架上。框架优选地由钢制成，但也可由镍合金或任何可焊接到钢上的材料制成。
在本发明的一个有利的改进方案中，制造框架的材料的热膨胀系数处于铝基合金的热膨胀系数与用于制造加热板的基板的钢的热膨胀系数之间。由此，可以降低可能由壳体与基板的热膨胀系数不同而产生的可能会导致泄漏的机械应力。
热膨胀系数的差异会给框架与壳体之间的连接部施加应力，在加热时这会导致间隙的形成，并因此导致流动通道的泄漏。铝基合金的热膨胀系数通常会超过20ppm/K，而钢的热膨胀系数通常在11至13ppm/K之间。在本文中，缩写ppm代表百万分之一，即1ppm＝10-6。
然而，也存在具有较低热膨胀系数(尤其是热膨胀系数低于20ppm/K)的铝基合金，例如合金A132，其热膨胀系数为19.0ppm/K。在本发明的某些实施例中，可使用热膨胀系数低于20ppm/K的铝基合金来制造壳体。
优选地，使用不锈钢来制造框架，尤其是热膨胀系数至少为17ppm/K的钢。热膨胀系数至少为19ppm/K、尤其是20ppm/K或以上的钢是特别有利的。高合金钢(即，具有至少5重量％的合金元素的钢)是优选的。
奥氏体钢通常具有比铁素体钢更高的热膨胀系数，因此是优选的。镍钢也有利地具有较高的膨胀系数，例如镍含量为5重量％或以上、特别是10重量％或以上、优选为至少15重量％的钢。
例如，钢种302、302、304、305和308均具有17.3ppm/K的膨胀系数。镍含量为20重量％的镍钢(20Ni)的热膨胀系数为19.5ppm/K。含锰的钢种具有特别高的膨胀系数，例如，NiMn 20 6钢的热膨胀系数为20.0ppm/K。
特别地，如果使用具有较高热膨胀系数的铝基合金，例如热膨胀系数为25ppm/K的铝基合金220，那么具有非常高的热膨胀系数的钢种(例如，锰钢MnNi10Cu18，其热膨胀系数为26.0ppm/K)也是适用的。
在本发明的另一有利的改进方案中，嵌设有框架的壳体部分的铝基合金的热膨胀系数与框架的钢的热膨胀系数之差在0到2ppm/K之间，优选在0至1ppm/K之间。由于框架在通过浇注工艺嵌入时、尤其是在对其进行包覆成型时被熔融物所包围，因此壳体部分在热状态下制造，然后冷却。如果在此过程中框架的收缩程度大于壳体部分的收缩程度，那么可能会形成间隙，之后流体会穿过该间隙。如果框架的收缩程度小于用于支撑的壳体部分的收缩程度，即如果框架的材料的膨胀系数小于壳体部分的材料的膨胀系数，就可以避免这种情况。然而，如果膨胀系数之间的差异过大，则会导致在壳体部分中产生应力，这会导致壳体部分损坏，尤其是因开裂而损坏。
在本发明的另一有利的改进方案中，框架具有用于定位销的孔。在壳体部分的制造过程中，定位销可以与该孔接合，由此将框架固定在模具中。
框架优选地形成环，例如矩形环。
附图说明
下面将参考附图并通过实施方案的示例来详细解释本发明的其他细节和优势。在本文中：
图1显示了富有创造性的连续流加热器的壳体的一部分；
图2显示了壳体部分和加热板。
具体实施方式
图1所示的连续流加热器的壳体部分1由铝基合金制成，并具有用于待加热流体的入口2和出口3。框架4嵌设在壳体部分1内，该框架形成向内延伸的条，优选为边缘条。在所示的实施例中，框架4为矩形环，然而在壳体形状不同的情况下，该框架也可具有相应地不同的形状。
框架4通过包覆成型工艺嵌设在壳体部分1内。在制造过程中，将框架插入到模具中，然后通过浇注工艺(例如，注射成型)在该模具中形成壳体部分1。壳体4可设置有孔5，在浇注壳体部分时，定位销可与该孔接合。
图2显示了图1中的壳体部分1以及设置在框架4上的加热板6，该加热板形成从入口2导向出口3的流体通道的一个壁部。因此，加热板6可非常高效地将热量传递给流动通过连续流加热器的流体。加热板6具有由钢制成的基板，该基板的背向流体通道的侧面由隔热层所覆盖，在该基板上设置有加热导体轨道。在图2中未示出加热导体轨道。仅显示出了接触区域7，加热导体轨道的连接线可连接(例如，焊接)到该接触区域。
加热板6的基板焊接到框架4上，由此可以免去加热板6的基板与框架4之间以及框架4与壳体部分1之间的任何密封件。
其他的壳体部分(未示出)例如可以设置在上述壳体部分上，使得由加热板6产生的热量能散发到流体通道中的大部分流体中去，而不会未利用地流失。
壳体部分1、框架4和加热板6的材料在热膨胀系数方面彼此匹配。如果壳体部分1的铝基合金的热膨胀系数大于或等于框架4的材料的热膨胀系数，那么通常可以避免由于热膨胀系数不同而导致的间隙形成。然而，热膨胀系数的大差异是不利的，这是因为不同的热膨胀会导致严重的机械应力，在极端情况下，这会导致损坏。例如，有利的是，框架4由热膨胀系数小于铝基合金的热膨胀系数的钢制成，但差异不超过2ppm/K。
含有5重量％或更多的镍和/或锰的钢合金特别适合于框架4和加热板6的基板。镍含量为10重量％或更多的钢合金甚至更加合适。例如，可以将镍钢NiMn 20 6(膨胀系数为20.0ppm/K)用于框架4，将铝基合金A13(膨胀系数为20.4ppm/K)用于壳体部分1。加热板6的基板可由与框架4相同的材料制成，或者例如由具有与框架4的材料的膨胀系数相差10％或更小、优选地相差5％或更小的膨胀系数的钢制成。
附图标记列表
1 壳体部分
2 入口
3 出口
4 框架
5 孔
6 加热板
7 接触区域

Claims (10)

1.一种连续流加热器，包括：
壳体(1)，所述壳体由铝基合金制成，在所述壳体内设置有从入口(2)延伸到出口(3)的用于待加热流体的流体通道；
加热板(6)，所述加热板(6)设置在壳体(1)内，所述加热板包括由钢制成的基板，所述基板承载有加热导体轨道；以及
框架(4)，所述框架嵌设在所述壳体(1)的壁内；
其中，所述加热板(6)形成所述壳体(1)中的流体通道的壁部，并焊接在所述框架(4)上。
2.根据权利要求1所述的连续流加热器，其特征在于，所述框架(4)通过包覆成型工艺嵌设在所述壳体(1)的壁内。
3.根据上述权利要求中任一项所述的连续流加热器，其特征在于，所述框架(4)的材料的热膨胀系数处于所述壳体(1)的铝基合金的热膨胀系数与所述加热板(6)的基板的钢的热膨胀系数之间。
4.根据上述权利要求中任一项所述的连续流加热器，其特征在于，所述框架(4)由钢制成，优选地由高合金钢制成。
5.根据权利要求4所述的连续流加热器，其特征在于，所述框架(4)由镍含量为至少5重量％的钢制成。
6.根据上述权利要求中任一项所述的连续流加热器，其特征在于，所述框架(4)由热膨胀系数至少为17ppm/K的材料制成。
7.根据上述权利要求中任一项所述的连续流加热器，其特征在于，所述框架(4)由热膨胀系数小于铝基合金的热膨胀系数但差异不超过2ppm/K的材料制成。
8.根据上述权利要求中任一项所述的连续流加热器，其特征在于，所述框架(4)具有用于定位销的孔(5)。
9.一种用于制造连续流加热器的方法，其中，
将框架(4)插入到模具中；
在所述模具中浇注由铝基合金制成的壳体部分(1)，使得所述壳体(4)嵌设在所述壳体部分(1)内；
将加热板(6)焊接到所述框架(4)上，所述加热板具有钢制基板，所述基板承载有加热导体轨道。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述框架(4)具有孔(5)，在浇注过程中，模具中的定位销与所述孔相接合。
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