CN113664312A - 用于制造包括温度探测器的热交换器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于制造钎焊的板翅式热交换器的方法,包括以下步骤:a)间隔地层叠彼此平行且位于纵向上的一组板,以便在板之间限定适于待与第二流体进行热交换的第一流体沿纵向流动的多个通道,板以在纵向上延伸的一对纵向边缘和在垂直于纵向的横向上延伸的一对横向边缘为边界;b)通过沿垂直于纵向和横向的层叠方向将第一和第二扁平产品彼此叠置而形成板,第一和第二扁平产品中至少一者包括平行于板并经横向或纵向边缘的至少一个开口通向层叠件外部的凹槽;c)在凹槽中布置可拆卸垫片;d)对板钎焊包括将第一扁平产品钎焊到第二扁平产品;e)经开口将垫片从凹槽移除;f)将温度探测器引入凹槽中。本发明还涉及钎焊的板翅式热交换器。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造钎焊板式热交换器的方法,该热交换器包括至少一个温度探测器,该温度探测器允许在热交换器内部进行温度和/或热流量的测量,本发明还涉及一种允许执行这些测量的热交换器。
本发明特别适用于在用于生产加压气态氧气的、称为ASU(空气分离单元)的装置中进行中的气体的低温分离的领域,特别是空气的低温分离的领域。特别地,本发明可应用于热交换器的制造,该热交换器通过与气态流例如空气或氮气进行热交换而蒸发液态流,例如液态的氧、氮和/或氩。
本发明还可应用于这样的热交换器,该热交换器通过与至少一种其他流体例如天然气进行热交换而蒸发至少一个液-气混合物流,特别是多成分混合物例如烃混合物的流。
背景技术
热交换器通常采用的技术是钎焊板式热交换器的技术,该技术允许获得高度紧凑的构件,从而提供大的交换表面积和低的压力损失。这些热交换器由一组平行板形成,通常在这些平行板之间插入间隔元件,例如形成翅片热交换结构的瓦楞状或波状结构。堆叠的板一起形成平坦通道的堆叠,以使不同的流体进入热交换关系。
在制造热交换器时,将形成热交换器的板、翅片间隔元件和其他元件彼此压在一起,随后通过在真空炉中以在550℃至900℃的范围内的温度下进行钎焊将它们连接在一起。
由于它们的紧凑性和它们的整体结构,很难在这些钎焊式热交换器的内部执行温度或热流量的局部测量。因此,在所实施的绝大多数方法中,操作者仅能借助在每种流体的输入和输出之间实现的能量平衡来获得在流体之间交换的总热能。
这使得很难表征这些热交换器,并且例如不允许针对这些通道中的每个通道单独地测量热交换系数。
在使用期间,缺少局部数据限制了该方法的控制可能性。特别地,热交换器内部可能发生的某些特定的物理现象如相变或化学反应通过热流量或温度的局部变化来表示,热流量或温度的局部变化也取决于热交换器中所考虑的位置。
温度或热流量的局部测量将允许现场检测热交换器的不良运行状况:流体分配不良;由于例如阻塞或局部蒸馏现象而导致热交换器某些区域的性能下降。还非常有益处的是,对温度或热流量进行局部测量以在板翅式热交换器的使用寿命期间对该板翅式热交换器的性能变化进行监测。
面对这些要求,已经注意到,现有的温度测量方案并不完全令人满意,特别是由于所使用的保持部件的复杂性或由于它们的实施/实现。
存在“现场/原位”温度测量方法,但目前仅允许测量流体内部的温度。它们也是侵入性的,因为它们改变了交换通道内的流体的流动。此外,由于它们不是在构造热交换器时提供的,所以它们的实施/实现相对复杂、昂贵并且不是很可靠。
存在用于测量热流量的方法,但是它们涉及在热交换器的通道之间插入探测器。不再可能将热交换器作为一个整体钎焊,这意味着它失去了大部分优点。此外,探测器还代表了明显的额外成本,并且必然会增加与所考虑的热交换器的典型热交换系数不兼容的热阻。最后,一旦热交换器具有大量通道,则特别是会由于组装的困难而使该方案难以在工业规模上考虑。
此外,从文献JP-A-2014169809中已知一种热交换器,该热交换器包括插入到管中的温度探测器,该管本身插入到在热交换器的板上制成的凹槽中。将管钎焊在两个板之间,然后将探测器引入管中。该方法带来若干问题。管的存在必定会增加要测量其温度的板与探测器之间的热阻,从而降低测量精度。该管还增加了引入探测器所需的空间,这增加了该方法的侵入性。
发明内容
本发明的特定目的是通过提出一种用于制造钎焊板式热交换器的方法来克服所有或一些上述问题,该方法允许在测量的值和在热交换器中的位置两个方面以更精确的方式测量热交换器内部的局部温度和/或热流量,而不会破坏热交换器的操作并且也不会增加热交换器的空间需求。
为此,本发明的主题是一种用于制造钎焊的板翅式热交换器的方法,该方法包括以下步骤:
a)间隔开地层叠彼此平行且位于纵向方向上的一组板,以便在所述板之间限定出多个通道,所述多个通道适合于待与至少一种第二流体进行热交换的第一流体沿所述纵向方向的流动,所述板以在所述纵向方向上延伸的一对纵向边缘和在垂直于所述纵向方向的横向方向上延伸的一对横向边缘为边界;
b)通过沿垂直于所述纵向方向和所述横向方向的层叠方向将至少第一扁平产品和第二扁平产品彼此上下叠置而形成在步骤a)中被层叠的至少一个板,所述第一扁平产品和所述第二扁平产品中的至少一者包括至少一个凹槽,所述至少一个凹槽平行于所述板延伸并经由横向边缘的或纵向边缘的至少一个开口通向层叠件的外部;
c)在所述凹槽中布置至少一个可拆卸的垫片;
d)对该组板进行钎焊,包括将所述第一扁平产品钎焊到所述第二扁平产品上;
e)经由所述开口将所述可拆卸的垫片从所述凹槽移除;
f)将至少一个温度探测器引入所述凹槽中。
视情况而定,根据本发明的热交换器可包括以下特征中的一者或多者:
-所述第一扁平产品包括第一对相对表面,所述第二扁平产品包括第二对相对表面,所述第一扁平产品包括至少一个凹槽,所述第一扁平产品的所述至少一个凹槽在所述第一对相对表面的、朝向所述第二扁平产品取向的相对表面处露出;
-所述第二扁平产品包括至少一个凹槽,所述第二扁平产品的所述至少一个凹槽面向所述第一扁平产品的所述至少一个凹槽布置并且在所述第二对相对表面的朝向所述第一扁平产品取向的相对表面处露出;
-在步骤b)中,所述至少一个板通过将第一扁平产品、第二扁平产品和至少一个附加的扁平产品彼此上下叠置而形成,所述第二扁平产品布置在所述第一扁平产品和所述附加的扁平产品之间;
-所述第二扁平产品包括至少一个凹槽,所述第二扁平产品的所述至少一个凹槽一方面在所述第二对相对表面中的、朝向所述第一扁平产品取向的相对表面处露出,另一方面在所述第二对相对表面中的、朝向所述附加的扁平产品取向的相对表面处露出;
-所述第二扁平产品包括沿所述层叠方向布置在不同高度处的至少两个凹槽,所述两个凹槽中的一者在所述第二对相对表面中的、朝向所述第一扁平产品取向的表面处露出,所述两个凹槽中的另一者在所述第二对相对表面中的、朝向所述附加的扁平产品取向的表面处露出;
-该对凹槽在平行于所述板的平面上相对于彼此偏移/错位;
-于所述至少一个凹槽的两侧在所述第一扁平产品和/或所述第二扁平产品中形成凹部;
-在所述至少一个凹槽的内壁上设有凸起,以局部减小所述凹槽的横截面;
-所述至少一个凹槽一方面经由一纵向边缘的或一横向边缘的开口露出,并且另一方面经由相对的纵向边缘或相对的横向边缘的开口露出,优选地,所述开口布置在相对的两个纵向边缘上;
-所述第一偏平产品和所述第二扁平产品中的至少一者包括至少多个凹槽,所述至少多个凹槽在相对的纵向边缘或横向边缘处汇合,以便经由公共的开口露出,优选地,所述至少多个凹槽具有作为在平行于所述板的平面中的纵向截面的轮廓,所述轮廓具有至少一个曲线形部分;
-所述第一扁平产品和所述第二扁平产品在其相对表面中的至少一者上包括由具有预定熔化温度的钎焊材料构成的涂层或片,所述可拆卸的垫片完全地或部分地由第一材料制成,所述第一材料的熔化温度高于所述预定温度的熔化温度,或者所述可拆卸的垫片完全地或部分地由涂层产品覆盖,所述涂层产品构造成在步骤d)中形成所述钎焊材料在所述可拆卸的垫片的第一材料中的扩散阻挡层;
-步骤e)包括以下子步骤中的至少一者:i)向所述可拆卸的垫片施加牵引力,以便使所述可拆卸的垫片上朝向所述层叠件的外部进行平移运动;ii)使所述可拆卸的垫片发生扭曲运动,以便引起所述可拆卸的垫片的至少一部分变形;iii)加热或冷却所述可拆卸的垫片;
-在步骤f)之后或与步骤f)同时地,将第二材料引入所述凹槽中,然后使所述第二材料熔化,以填充在温度探测器周围的空间的至少一部分,优选地,所述第二材料的熔化温度小于或等于500℃,优选小于或等于200℃,更优选小于或等于100℃。
此外,本发明涉及一种钎焊的板翅式热交换器,其包括一组板,该组板彼此平行并且位于纵向方向上,以便在所述板之间限定出多个通道,所述多个通道适合于待与至少一种第二流体进行热交换的第一流体的流动,所述板以在所述纵向方向上延伸的一对纵向边缘和在垂直于所述纵向方向的横向方向上延伸的一对横向边缘为边界,至少一个所述板至少由第一扁平产品和第二扁平产品形成,所述第一扁平产品和第二扁平产品钎焊在一起并且沿层叠方向彼此上下叠置,所述层叠方向垂直于所述纵向方向和所述横向方向,所述第一扁平产品和所述第二扁平产品中的至少一者包括至少一个凹槽,所述至少一个凹槽平行于所述板延伸并经由横向边缘的或纵向边缘的至少一个开口---优选地经由纵向边缘的至少一个开口---通向层叠件的外部,其中,在所述凹槽中布置有至少一个温度探测器,围绕所述温度探测器的至少一部分布置有第二材料,所述第二材料的熔化温度小于或等于500℃,优选地小于或等于200℃,更优选地小于或等于100℃,所述凹槽中不存在用于将所述温度探测器保持在所述凹槽中的任何其他机构。
特别地,所述至少一个板通过将第一扁平产品、第二扁平产品和至少一个附加的扁平产品彼此上下叠置而形成,所述第二扁平产品布置在所述第一扁平产品和所述附加的扁平产品之间,所述第二扁平产品包括至少一个凹槽,所述第二扁平产品包括沿所述层叠方向布置在不同高度处的至少两个凹槽,其中,每个凹槽均包括至少一个探测器,所述两个凹槽中的一者在第二对相对表面中的、朝向所述第一扁平产品取向的表面处露出,所述两个凹槽中的另一者在第二对相对表面中的、朝向所述附加的扁平产品取向的表面处露出。
此外,所述第一扁平产品和所述第二扁平产品中的至少一者可包括在相对的横向边缘或纵向边缘上露出的至少两个凹槽,每个凹槽相对于所述凹槽在其上露出的横向边缘或纵向边缘以在0°至90°的范围内、优选地在10°至80°的范围内的角度倾斜。
附图说明
现通过以下描述来使本发明变得更加易于理解,以下描述仅通过非限制性的示例性方式并参考附图提供,其中:
图1是可使用根据本发明的方法制造的钎焊板式热交换器的三维视图;
图2示意性地示出了根据本发明的扁平产品和凹槽的各种实施方式;
图3示意性地示出了根据本发明的扁平产品和凹槽的其他实施方式;
图4示意性地示出了根据本发明的扁平产品和凹槽的其他实施方式;
图5示意性地示出了根据本发明的扁平产品和凹槽的其他实施方式;
图6示意性地示出了根据本发明的一个实施例的包括多个凹槽的扁平产品;
图7示意性地示出了根据本发明的另一实施例的扁平产品。
具体实施方式
图1示出了钎焊的板翅式热交换器1,其包括由板2构成的层叠件,板2分别沿纵向方向z和横向方向x在长度和宽度两个维度上延伸。板2彼此平行且间隔开地彼此上下叠置。因此,它们一起形成多组通道3,其中一些通道设置用于第一流体F1的流动,并且其他通道设置用于至少一种其他流体F2,F3的流动,该至少一种其他流体F2,F3将经由板2与第一流体F1进行间接热交换。横向方向x正交于纵向方向z并且平行于板2。流体优选地沿热交换器的平行于纵向方向z的长度而流动。
优选地,每个通道具有平坦且平行六面体的形状。与每个相继的板的长度和宽度相比,在两个相继的板2之间的间隙较小,该间隙对应于在板2的层叠方向y上测量的通道的高度。层叠方向y正交于板。
通道3由封闭杆6界定,该封闭杆6不会完全阻塞通道,而是留出自由的开口,以用于相应流体的输入/进入或输出/离开。板2由优选成对地平行的外围边缘4划界。外围边缘4包括在纵向方向z上延伸的一对纵向边缘4a和在横向方向x上延伸的一对横向边缘4b。
热交换器1包括半管状歧管7、9,其设置有用于将流体引入热交换器1中以及用于将流体从热交换器1中排出的入口和出口10。这些歧管具有比所述通道更窄的开口。布置在入口歧管下游和出口歧管上游的分配区用于将流体均匀地引导至通道的整个宽度或从通道的整个宽度引出。
优选地,通道3的至少一部分包括带翅片的间隔元件8,其有利地沿热交换器的通道的宽度和长度地平行于板2延伸。在所示的示例中,间隔元件8包括呈波纹片形式的热交换波状件。在这种情况下,“翅片”是指连接波状件的相继的峰值/顶部和波谷/底部的波状支腿。间隔元件8还可采取根据期望的流体流动特征限定的其他特定形状。更一般地,术语“翅片”涵盖叶片或其他辅助的热交换表面,其从主热交换表面即热交换器的板延伸到热交换器的通道中。
在制造热交换器1时,设置有一组板2,这些板彼此平行且平行于纵向方向z地堆叠/层叠。板2通过封闭杆6彼此间隔开。在组装热交换器的其他组成元件,特别是交换波状件、分配波状件等之后,将层叠件钎焊以将热交换器的元件固定在一起。优选地,热交换器的板和全部或一些其他组成元件由铝或铝合金制成。
根据本发明,热交换器的板2中的至少一个是通过将至少第一扁平产品21和第二扁平产品22彼此上下叠置而形成的。第一扁平产品21和第二扁平产品22被钎焊在一起,并且还与其他板2钎焊在一起,这些其他板也被钎焊在一起。优选地,将通过叠加扁平产品而形成的板2和热交换器的其他板2同时钎焊。还可想到将扁平产品钎焊在一起,然后将它们与其他板2层叠在一起,并对该层叠件进行钎焊。
从图2的示例中可以看出,第一扁平产品21和第二扁平产品22中的至少一者包括至少一个凹槽12。凹槽也被理解为是在板2的厚度中开设的沟槽、狭缝或凹部。凹槽12平行于板2延伸,并且取决于凹槽设置在哪个扁平产品上而经由位于第一扁平产品或第二扁平产品的横向边缘4b或纵向边缘4a上的至少一个开口5通向层叠件的外部。当第一扁平产品和第二扁平产品重叠时,凹槽12形成位于由产品21、22形成的板2的内部的腔室,该腔室构造成随后容纳至少一个温度探测器14。应注意,图2至图5示出了布置在热交换器的位于板2的两侧的通道中的穿孔的直波状件8。当然,可以想到任何类型的波状件,特别是无孔的直波状件、也称为“波浪形”波状件的“人字形”波状件、部分偏移的波状件等。
在本发明的范围内,温度探测器14可以是配置为通过接触进行温度测量的任何探测器。特别地,温度探测器14可以是电阻温度探测器,例如电阻探测器,特别是PT100类型的铂电阻探测器,或者甚至可以是热电偶或热敏电阻温度探测器。要注意的是,引入到凹槽中的探测器14至少指代传感器系统的热敏部件,特别是在电阻测量的情况下的电阻电路或热电偶的两条导线之间的测量结点,该结点也称为热焊缝。进行测量所需的传感器的其他元件(特别是电源设备、电压测量设备)布置在层叠件的外部,并通过合适的导线如铜线、热电偶、或延伸/补偿电缆连接到探测器14。在使用热电偶温度探测器14的情况下,探测器14可包括两条导电线,这两条导电线在一个端部处被钎焊,以形成测量结点,其中,导电线以裸露状态或以位于保护套中的形式布置在凹槽12中,该保护套通常呈圆筒形。
在钎焊期间,通过使用具有预定熔化温度的被称为钎料或钎焊材料30的填充金属/焊料通过钎焊来连接热交换器的组成元件。优选地,预定熔化温度为550℃至900℃,更优选为550℃至650℃。
该组件/组装是通过使钎焊材料30熔化或扩散(而不使它们熔化)在待钎焊的部件的内部而获得。钎焊材料30可呈通常通过共层压而沉积的涂层的形式,或者可选地呈通过手动而沉积在板的表面上的液体涂层或凝胶的形式,或者呈设置在板之间的片或条带的形式。板、翅片间隔元件、和热交换器的其他组成元件通过压缩装置相互挤压,该压缩装置向板2施加压缩力,该压缩力通常在20,000N/m2至40,000N/m2的范围内。将该层叠件引入真空炉中并可在550℃至900℃的温度范围内,优选地可在550℃至650℃的温度范围内进行钎焊。
为了防止钎焊材料30在熔化期间填充凹槽12,在凹槽12中布置至少一个可拆卸的垫片11。要注意的是,可在将扁平产品叠置之前或在将扁平产品叠置之后经由开口5将可拆卸的垫片11放置在凹槽12中。优选地,考虑到层叠件的随后的钎焊处理,在扁平产品已被叠置并且通过压缩力保持彼此夹紧之后,将垫片11放置在凹槽中。这将确保扁平产品在引入垫片之前充分地相互接触,并且这避免了在垫片11插入过程中移动层叠元件,移动层叠元件可能会损害钎焊基体的完整性,从而损害热交换器的操作。这也使得可以验证垫片的尺寸相对于凹槽的尺寸是否过大。
应当注意的是,如果有多个凹槽12,则每个凹槽12可设置至少一个可拆卸的垫片11。可拆卸的垫片可以彼此分离,或甚至所有或一些垫片可连接在一起,例如,像梳子一样,其齿将形成垫片,连接齿的公共部分布置在层叠件的外部。
在可拆卸的垫片11放置在凹槽12中的情况下进行板2的钎焊。优选地,可拆卸的垫片11完全或部分地由第一材料制成,该第一材料的熔化温度高于所述预定温度。因此,可拆卸的垫片11不与扁平产品钎焊,并且随后可以容易地移除,这降低了可拆卸的垫片插入其间的扁平产品被损坏或发生变形的风险。例如,第一材料可以是铁合金如不锈钢。钎焊材料30优选是铝或铝合金。
替代地或附加地,可拆卸的垫片11可以完全地或部分地覆盖有涂层产品,该涂层产品构造成在步骤d)中形成钎焊材料30在可拆卸的垫片11的第一材料中的扩散阻挡层。这允许通过限制焊料的附着/附着力来有利于垫片的移除。因此,该方法可包括其中用诸如或氮化硼的产品覆盖垫片11的步骤,以在钎焊阶段期间阻止或限制焊料。
还可以想到这样的可拆卸的垫片11,其包括由第二材料形成的内部部分和由第一材料形成的外部部分,其中第二材料的熔化温度低于第一材料的熔化温度。外部部分用作用于防止该内部部分钎焊到相邻的扁平产品上的绝热体。因此,关于内部部分的材料的选择,可获得更大的自由度,该内部部分的材料可选地可具有小于或等于预定熔化温度的熔化温度。例如,外部部分可由铁合金特别是不锈钢形成/制成。内部部分可由铝或铝合金形成/制成。
可拆卸的垫片11可以是呈杆或管的形式的实心的或中空的部件,并且可具有不同的横截面形状,特别是圆形、正方形、六边形等。
在通过钎焊组装层叠件之后,经由开口5将可拆卸的垫片11从凹槽12中移除,并且将温度探测器14引入已通过移除垫片11清空了其空间的凹槽12中。温度探测器14可直接插入凹槽中,而无需在探测器与第一和第二扁平产品之间使用中间保持部件。这样可以最大程度地减少探测器和扁平产品之间的热阻,从而显著提高测量精度。此外,将第一和第二扁平产品钎焊在一起,从热的角度来看,可确保优秀的接触,并使这两个元件之间的热阻最小,从而避免了在操作过程中不利地影响热交换器的性能。温度探测器非侵入式地引入热交换器中。探测器包含在热交换器的板2中,这允许在热交换器中测量局部温度。设备的空间需求也被最小化。
图2示出了扁平产品和凹槽的多种不同的实施例。特别地,凹槽12可具有正方形、矩形、或半圆形的横截面,该横截面为在与纵向方向z正交的平面中的横向截面。
可根据待容纳的探测器14的形状来调整凹槽的形状。也可以调整凹槽12的深度和/或扁平产品的厚度,以适应探测器14的尺寸,并将探测器14放置在板2内的预定高度处,其中,该高度是平行于层叠方向y测量的。
扁平产品一起形成板2,并且间隔元件8布置在形成于板2的两侧上的流体通道中。第一扁平产品21包括第一对相对表面21a,21b,第二扁平产品22包括第二对相对表面22a,22b。为简单起见,这些表面仅在图2(a)中标出。
优选地,在板2之间以及在扁平产品之间布置有钎焊材料30。
优选地,扁平产品的至少朝向间隔元件8的表面和扁平产品的至少一个朝向另一扁平产品的表面包括钎焊材料30。还可行的是,两个扁平产品的面向彼此布置的两个表面包括钎焊材料30。
图2(a)示出了第一扁平产品21在其朝向第二扁平产品22的表面21a处露出凹槽12的情况。钎焊材料30设置在第二扁平产品22的朝向凹槽12取向的表面22b上。根据图2(b)所示的另一种可能性,钎焊材料30设置在凹槽12在其上露出的表面21a上。在这种情况下,优选地要避免在凹槽12附近具有钎焊材料30,以便限制在钎焊期间进入凹槽12中的钎焊材料的量。如果在第一平面部件上涂有钎焊材料,则在该表面上加工出凹槽允许除去钎焊材料。如果钎焊材料为置于两个扁平产品之间的片的形式,则该片布置成确保其不对着凹槽12延伸。
图2(e)展示了正方形或圆形截面的垫片11。
根据一种可能性,如图2(d)所示,第二扁平产品22也可包括至少一个凹槽12,该第二扁平产品22的至少一个凹槽12面对第一扁平产品21的所述至少一个凹槽12布置,并且在第二对相对表面中的朝向第一扁平产品21取向的相对表面22b处露出。有利地,两个凹槽12具有半圆形的横截面。这种配置特别适合于圆柱形探测器14的安装。
在图2(c)示出的情况中,在其中进行温度测量的板2通过将第一扁平产品21、第二扁平产品22和附加的扁平产品23彼此上下叠置而形成。第二扁平产品22布置在第一扁平产品21和附加的扁平产品23之间。
根据一个实施例,第二扁平产品22包括贯通的槽12。当希望测量板2的中心处的温度时,这允许精确地控制探测器在板中的对称定位。
根据图4所示的另一实施例,第二扁平产品22包括至少两个凹槽12,其中一个凹槽在第二对相对表面的朝向第一扁平产品21取向的相对表面22b处露出,而另一个凹槽在第二对相对表面的朝向附加的扁平产品23取向的相对表面22a处露出。这允许将两个温度探测器14安装在板2内的不同高度处。基于这些探测器中的每个探测器测得的温度的差异,可以推断出通过板2的热流量,其中,板2起热阻作用。优选地,这两个凹槽12设置在两侧上并且离板2的中间平面的距离相等,该中间平面即为与层叠件的板2平行并且在层叠方向y上布置在由扁平产品21、22、23构成的层叠件形成的板2的中央处的平面。随后布置的探测器也以这种方式定位。这允许测量通过板产生的温度差,该温度差直接或间接导致通过板的热流量被确定。
可选择在其中插入探测器的第二扁平产品22的厚度、探测器之间的距离及其精度,以便与所需的测量位置和灵敏度相对应。
根据一种可能性,如图4(a)所示,该对凹槽中的凹槽12彼此叠置地布置,但在板2内的高度不同。因此,随后插入的探测器14定位成彼此面对。于是,两个探测器之间的温差是垂直于中间平面的热流量的函数。
根据另一种可能性,如图4(b)所示,凹槽12在平行于板2的平面中相对于彼此偏移/错位。这允许使用更薄的第二扁平产品,并因此允许限制第二扁平产品的热阻,并避免对热交换器性能的任何影响。
根据另一种可能性,如图4(c)所示,可在使用多个附加的扁平产品的由扁平产品形成的板的内部的不同高度处布置多于两个的探测器14。实际上,可向层叠件中加入与所需的附加的探测器的数量一样多的附加的扁平产品。这允许使用多于两个的测量点来测量热梯度,从而进一步提高测量精度。这种布置也更加可靠,并且使得可以检测探测器之一是否有故障。
因此,在图4(c)的示例中,两个附加的扁平产品23、24叠置在第二扁平产品22上。附加的扁平产品23、24之一包括至少一个凹槽12,附加的扁平产品之一的该至少一个凹槽12朝着另一个附加的扁平产品23、24露出。这种叠置的模式允许将三(3)个探测器一个位于另一个的顶部上地布置。
图3示意性地示出了扁平产品的其他可能的布置,这些扁平产品被叠置以形成根据本发明的板2。如图3(b)和(c)所示,可在所述至少一个凹槽12的两侧上在第一扁平产品21和/或第二扁平产品22中形成凹部120如切口或狭槽。这允许在钎焊阶段期间收集任何多余的钎料,并因此允许维持为探测器提供的壳体/壳腔的完整性。
在钎焊材料未共层压在扁平产品上的情况下,钎焊材料只能布置在距凹槽12的一定距离处,如图3(a)所示。如果扁平产品已经被钎焊材料覆盖,则凹槽12的开设可包括移除凹槽两侧上的在一定距离内的钎焊材料的步骤。
图5示意性地示出了这样的实施例,其中在凹槽12的内壁上设置有凸起121,以局部减小凹槽12的横截面。这通过减小探测器和凹槽的内壁之间的接触面而使得探测器在其引入期间更容易滑动。这也有助于在钎焊之后移除可拆卸的垫片11。应当注意,还可以考虑内壁的至少一个表面部分具有表面微凸体/粗糙度。
由于这些局部收缩部会减少探测器和板之间的热接触,因此可使必须测量温度的区域中不含/去除局部收缩部,以提高测量的代表性。例如,由于板2在优选要隔热的区域中和在要测量的区域中具有非常不同的温度的事实,在优选要隔热的区域中的凸起也可更大/增大。
应当注意,所述至少一个凹槽12可经由位于板2的边缘上的单个开口露出,或者所述至少一个凹槽12可一方面经由一纵向边缘4a或横向边缘4b的开口5露出,并且另一方面经由相对的纵向边缘4a或横向边缘4b的开口5露出。优选地,所述开口5布置在两个相对的纵向边缘4a上。因此,凹槽12穿过具有基本相等的温度的区域,这避免了由于探测器自身增加的热量而局部破坏温度场。
也可以在凹槽12中布置两个垫片11,每个垫片通过开口5之一移出,和/或将两个探测器14放置在凹槽12中,每个探测器通过开口5之一插入。
如果一个和/或另一个扁平产品包括多个凹槽,则每个凹槽可通过单独的相应开口而在热交换器的至少一个边缘上露出。所述多个凹槽12也可在相对的纵向边缘4a或横向边缘4b处汇合,以便通过公共的开口5露出。这在图6中示出。这些凹槽可在板2的内部停止(在板的左手侧上)或者可通过沿相对边缘(在板的右手侧上)设置的多个不同的相应开口5露出。
图6示意性地示出了凹槽12的作为在平行于板2的平面中的纵向截面的可能轮廓。优选地,每个凹槽包括一直线部分。每个凹槽可包括多个直线部分和可选地至少一个曲线形部分,所述多个直线部分在它们之间形成角度。这允许在同一开口5处合并多个凹槽。这些凹槽12可至少局部地彼此平行。多个凹槽的这种布置允许在热交换器的长度上的不同位置处测量温度和热流量,以便特别是用于确定在何处发生不同的反应或相变。因此,获得了可能在热交换器中发生的物理化学现象的图。
在移除可拆卸的垫片11的步骤e)期间,优选地在垫片11上施加牵引力,以在其上施加朝向层叠件的外部的平移运动。优选地,牵引力沿基本上平行于板2并且垂直于开口5布置在其上的边缘的延伸方向的方向定向。
可选地,可拆卸的垫片11可布置在凹槽12中,使得垫片11的一部分朝层叠件的外部超出开口5。因此,延伸超过所考虑的边缘的部分形成有助于移除的手动或机械抓握部分。
还可将扭曲运动施加到可拆卸的垫片11上,以引起可拆卸的垫片11的至少一部分的变形。垫片的变形允许横截面减小并且因此有助于其被拉出。优选使用中空管形式的垫片11。
可拆卸的垫片11可以是可变形的,这有利于平移运动和移除,从而降低了垫片插入其中的板2的损坏或变形的风险。
优选地,可拆卸的垫片11构造成完全或部分地经历塑性变形,即不可逆的变形。这进一步有利于支承构件的移除,因为这样就不必连续施加扭矩。
移除步骤还可包括加热可拆卸的垫片11的步骤。特别地,可通过使电流循环通过垫片来对垫片进行显著且局部的加热。热量导致垫片膨胀,随后冷却垫片,该冷却导致在凹槽12中产生用于移动垫片所需的游隙。热量还可能使已在钎焊期间滞留在垫片上的钎料局部再熔化。
移除步骤还可包括冷却可拆卸的垫片11的步骤,这通过差别收缩而在凹槽12中产生用于移动垫片所需的游隙。
还可以考虑在步骤d)中使垫片11与构造成溶解垫片的构成材料的产品接触。然而,所述产品构造成不溶解形成板2的材料。
应当注意,优选地,垫片11在移除步骤之前的高度使得其延伸到凹槽12在层叠方向y上的几乎整个高度,甚至整个高度,从而在垫片11和相邻的板2之间没有或几乎没有游隙。这允许钎料在钎焊期间至凹槽12中的引入被限制。
可选地,在将温度探测器14插入凹槽12中之后或同时,可在凹槽中引入至少一个元件如线,该元件由第二材料制成,该第二材料具有相对低的熔化温度,即具有小于或等于500℃,优选小于或等于200℃,更优选小于或等于100℃的熔化温度。第二材料可选自以下金属或包含以下金属中的至少一种的金属合金:铟、铋、锡、铅、镉、镓。更一般地,第二材料可以是任何导热材料,因此可以考虑使用导热胶。
随后加热元件并使其围绕探测器熔化,这允许即使使用不规则形状的探测器,或者当探测器由连接在一起的裸线形成时,也可以在热交换器和探测器之间提供良好的热接触。换句话说,在探测器和凹槽的内壁之间的存留空间的至少一部分被第二材料填充。
还可考虑在探测器14的周围位置将液态的第二材料倒在凹槽12中。
图7示意性地示出了这样一个实施例,其中第一和第二扁平产品中的一者包括在相对的横向边缘4b或纵向边缘4a上露出的至少两个凹槽12。图7示出了这样的情况,其中,凹槽朝向扁平产品的中央延伸并且在热交换器的长度中的相同位置z1处停止。还可想到,凹槽12可在不同的高度处停止。凹槽12各自相对于凹槽12在其上露出的横向边缘4b或纵向边缘4a以0°至90°范围内的角度A倾斜。因此,可行的是,一次性将第二材料布置、然后熔化或直接倒入位于每个相对边缘上的所有凹槽12中,而无需转动扁平产品并且一个接一个地填充凹槽。这促进了第二材料流入凹槽中。优选地,角度A为至少5°,优选地在10°至80°的范围内,更优选地在20°至60°的范围内。
本发明允许测量局部热流量和/或局部温度,并且因此允许确定局部热交换系数,这提供了与热交换器的局部运行条件有关的信息。组装探测器的方法相对简单且非侵入式。
当然,本发明不限于在本申请中描述和示出的特定示例。在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下,本领域技术人员还可想到落入范围内的其他变型或实施例。特别地,应当注意,热交换器1的多个板2可由扁平产品形成并且可具有根据本发明的至少一个凹槽12,这些板可具有不同的构造,特别是具有不同的数量和/或不同的凹槽形状、不同数量的开口、开口布置在不同边缘上。
Claims (15)
1.一种用于制造钎焊的板翅式热交换器(1)的方法,该方法包括以下步骤:
a)间隔开地层叠彼此平行且位于纵向方向(z)上的一组板(2),以便在所述板(2)之间限定出多个通道(3),所述多个通道适合于待与至少一种第二流体进行热交换的第一流体沿所述纵向方向(z)的流动,所述板(2)以在所述纵向方向(z)上延伸的一对纵向边缘(4a)和在垂直于所述纵向方向(z)的横向方向(x)上延伸的一对横向边缘(4b)为边界;
b)通过沿垂直于所述纵向方向(z)和所述横向方向(x)的层叠方向(y)将至少第一扁平产品(21)和第二扁平产品(22)彼此上下叠置而形成在步骤a)中被层叠的至少一个板(2),所述第一扁平产品(21)和所述第二扁平产品(22)中的至少一者包括至少一个凹槽(12),所述至少一个凹槽平行于所述板(2)延伸并经由横向边缘(4b)的或纵向边缘(4a)的至少一个开口(5)通向层叠件的外部;
c)在所述凹槽(12)中布置至少一个可拆卸的垫片(11);
d)对该组板(2)进行钎焊,包括将所述第一扁平产品(21)钎焊到所述第二扁平产品(22)上;
e)经由所述开口(5)将所述可拆卸的垫片(11)从所述凹槽(12)移除;
f)将至少一个温度探测器(14)引入所述凹槽(12)中。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一扁平产品(21)包括第一对相对表面(21a,21b),所述第二扁平产品(22)包括第二对相对表面(22a,22b),所述第一扁平产品(21)包括至少一个凹槽(12),所述第一扁平产品的所述至少一个凹槽在所述第一对相对表面中的、朝向所述第二扁平产品(22)取向的相对表面(21a)处露出。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述第二扁平产品(22)包括至少一个凹槽(12),所述第二扁平产品的所述至少一个凹槽面向所述第一扁平产品(21)的所述至少一个凹槽(12)布置并且在所述第二对相对表面中的、朝向所述第一扁平产品(21)取向的相对表面(22b)处露出。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,在步骤b)中,所述至少一个板(2)通过将第一扁平产品(21)、第二扁平产品(22)和至少一个附加的扁平产品(23、24)彼此上下叠置而形成,所述第二扁平产品(22)布置在所述第一扁平产品(21)和所述附加的扁平产品(23)之间。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述第二扁平产品(22)包括至少一个凹槽(12),所述第二扁平产品的所述至少一个凹槽一方面在第二对相对表面的、朝向所述第一扁平产品(21)取向的相对表面(22b)处露出,并且另一方面在所述第二对相对表面的、朝向所述附加的扁平产品(23)取向的相对表面(22a)处露出。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述第二扁平产品(22)包括沿所述层叠方向(y)布置在不同高度处的至少两个凹槽(12),两个凹槽中的一者在第二对相对表面中的、朝向所述第一扁平产品(21)取向的相对表面(22b)处露出,所述两个凹槽中的另一者在所述第二对相对表面中的、朝向所述附加的扁平产品(23)取向的相对表面(22a)处露出。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述两个凹槽(12)在平行于所述板(2)的平面中相对于彼此偏移。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,于所述至少一个凹槽(12)的两侧在所述第一扁平产品(21)和/或所述第二扁平产品(22)中形成凹部(120)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,在所述至少一个凹槽(12)的内壁上设置有凸起(121),用于局部减小所述凹槽(12)的横截面。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述至少一个凹槽(12)一方面经由一纵向边缘(4a)的或一横向边缘(4b)的开口(5)露出,并且另一方面经由相对的纵向边缘(4a)的或相对的横向边缘(4b)的开口(5)露出,优选地,在相对的两个纵向边缘(4a)上布置有所述开口(5)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,步骤e)包括以下子步骤中的至少一者:
i)向所述可拆卸的垫片(11)施加牵引力,以便使所述可拆卸的垫片朝向所述层叠件的外部进行平移运动;
ii)使所述可拆卸的垫片(11)发生扭曲运动,以便引起所述可拆卸的垫片(11)的至少一部分变形;
iii)加热或冷却所述可拆卸的垫片(11)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,在步骤f)之后,将第二材料引入所述凹槽(12)中,然后使所述第二材料熔化,以填充在所述温度探测器(14)周围的空间的至少一部分,优选地,所述第二材料的熔化温度小于或等于500℃,优选小于或等于200℃,更优选小于或等于100℃。
13.一种钎焊的板翅式热交换器,其包括一组板(2),该组板彼此平行并且位于纵向方向(z)上,以便在所述板(2)之间限定出多个通道(3),所述多个通道适合于待与至少一种第二流体进行热交换的第一流体的流动,所述板(2)以在所述纵向方向(z)上延伸的一对纵向边缘(4a)和在垂直于所述纵向方向(z)的横向方向(x)上延伸的一对横向边缘(4b)为边界,至少一个所述板(2)至少由第一扁平产品(21)和第二扁平产品(22)形成,所述第一扁平产品和所述第二扁平产品钎焊在一起并且沿层叠方向(y)彼此上下叠置,所述层叠方向垂直于所述纵向方向(z)和所述横向方向(x),所述第一扁平产品(21)和所述第二扁平产品(22)中的至少一者包括至少一个凹槽(12),所述至少一个凹槽平行于所述板(2)延伸并经由横向边缘(4b)的或纵向边缘(4a)的至少一个开口(5)通向层叠件的外部,优选地,所述至少一个凹槽经由纵向边缘(4a)的至少一个开口通向层叠件的外部,其中,在所述凹槽(12)中布置有至少一个温度探测器(14),围绕所述温度探测器(14)的至少一部分布置有第二材料,所述第二材料的熔化温度小于或等于500℃,优选地小于或等于200℃,更优选地小于或等于100℃,所述凹槽(12)中不存在用于将所述温度探测器(14)保持在所述凹槽(12)中的任何其它机构。
14.根据权利要求13所述的钎焊的板翅式热交换器,其特征在于,所述至少一个板(2)通过将第一扁平产品(21)、第二扁平产品(22)和至少一个附加的扁平产品(23、24)彼此上下叠置而形成,所述第二扁平产品(22)布置在所述第一扁平产品(21)和所述附加的扁平产品(23)之间,所述第二扁平产品(22)包括沿所述层叠方向(y)布置在不同高度处的至少两个凹槽(12),其中,每个凹槽(12)均包括至少一个探测器(14),两个凹槽中的一者在第二对相对表面中的、朝向所述第一扁平产品(21)取向的相对表面(22b)处露出,所述两个凹槽中的另一者在第二对相对表面中的、朝向所述附加的扁平产品(23)取向的相对表面(22a)处露出。
15.根据权利要求13或14所述的钎焊的板翅式热交换器,其特征在于,所述第一扁平产品(21)和所述第二扁平产品(22)中的至少一者包括在相对的横向边缘(4b)或纵向边缘(4a)上露出的至少两个凹槽(12),每个凹槽(12)相对于在其上露出所述凹槽(12)的横向边缘(4b)或纵向边缘(4a)以一角度(A)倾斜,所述角度在0°至90°的范围内、优选地在10°至80°的范围内。
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