CN113906268A - 板式热交换器、工艺设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有热交换器块(2)的用于工艺设备(27)的板式热交换器(1)，所述热交换器块包括多个交替布置的加热表面元件(3)和分离板(4)，其中所述分离板(4)借助设置在所述分离板(4)处的焊料层(32)与所述加热表面元件(3)钎焊，并且其中在所述分离板(4)的至少一部分中，所述焊料层(32)包括至少两个在其合金成分方面彼此不同的焊料区(35至37)。

Description

板式热交换器、工艺设备和方法
本发明涉及一种用于工艺设备的板式热交换器、一种具有此类板式热交换器的工艺设备和一种生产此类板式热交换器的方法。
板式热交换器包括热交换器块，该热交换器块由交替布置的加热表面元件，特别是所谓的翅片或传热翅片，和分离板构造而成。加热表面元件由波纹铝板或带肋铝板制成，反之分离板由光滑铝板制成。热交换器块的上述部件借助铝焊料在钎焊炉中互相钎焊，特别是硬钎焊。在钎焊这些部件之前将铝焊料施加在分离板上。
通常使用具有相对窄和高的熔化范围的铝焊料合金来钎焊板式热交换器的部件。为了可将热交换器块的单个部件可靠地互相钎焊，因此有必要既在该热交换器块的核心中又在该热交换器块的边缘处达到所使用的铝焊料的熔化温度。因为热交换器块在钎焊炉中从其边缘到其核心缓慢加热，在该热交换器块的边缘处的铝焊料位于熔融区几小时。而在核心中，铝焊料只位于熔融区几分钟。
由此，可导致过长的钎焊时间。在经济生产的意义上应避免这种情况。另外，由于在热交换器块的边缘处的过长的钎焊时间，可造成分离板和加热表面元件之间的不利影响和反应。特别地，应避免局部形成低熔点的铝硅共晶，这些铝硅共晶可通过侵蚀现象对加热表面元件造成消极影响。其中，可将加热表面元件烧出孔和/或缺口，这些孔和/或缺口可通过相比加热表面元件的鉴定更低的爆破压力或操作压力来表现。特别地，在热交换器块的更高和更宽的设计中，这可表示为强限制性的因素。也应避免这种情况。
在此背景下，本发明的任务在于，提供一种经过改进的用于工艺设备的板式热交换器。
因此，提供一种用于工艺设备的板式热交换器。该板式热交换器具有热交换器块，所述热交换器块包括多个交替布置的加热表面元件和分离板，其中所述分离板借助设置在所述分离板处的焊料层与所述加热表面元件钎焊，并且其中在所述分离板的至少一部分中，所述焊料层包括至少两个在其合金成分方面彼此不同的焊料区。
由于焊料层包括至少两个在其合金成分方面彼此不同的焊料区，可行的是，就这些焊料区的熔化范围而言这样调整单个分离板的焊料层，使得在钎焊炉中加热热交换器块时，即使热交换器块在其核心中具有与在其边缘处不同的温度，所有焊料区也同时熔化。由此，一方面可减少钎焊时间并且另一方面可防止形成低熔点的铝硅共晶。由此，可实现较高的爆破压力并且可消除热交换器块设计中的尺寸限制。
特别地，板式热交换器为所谓的板翅式换热器(英语：Plate Fin HeatExchanger，PFHE)或者可被称为板翅式换热器。加热表面元件为所谓的翅片，特别是所谓的传热翅片(英语：Heat Transfer Fin)或者可被称为翅片。加热表面元件可被设计为波纹板或带肋板，例如铝板。分离板为分离板或者可被称为分离板。同样地，分离板可由铝制成。加热表面元件的数目和分离板的数目各自为任意的。特别地，加热表面元件和分离板“交替布置”应理解为，在每种情况下，在两个加热表面元件之间布置有一个分离板并且在两个分离板之间布置有一个加热表面元件。
热交换器块优选地具有方形几何形状，该方形几何形状具有宽度方向或x方向、高度方向或y方向和深度方向或z方向。在高度方向上，热交换器块优选地具有比在宽度方向和深度方向上更大的尺寸，使得得到伸长的方形几何形状。加热表面元件和分离板优选地在深度方向上重叠堆放。每个分离板，特别是每个分离板的正面，优选地跨越由宽度方向和高度方向限定的平面。
加热表面元件优选地借助边条，特别是铝边条镶边，这些边条同样是热交换器块的部分。边条与分离板和/或加热表面元件钎焊。热交换器块可具有盖板，这些盖板在深度方向上朝前和朝后封闭热交换器块。盖板可为外置的分离板。盖板与最外层的加热表面元件钎焊。
焊料层“设置”在分离板处可意味着，焊料层与分离板牢固连接，例如镀在这些分离板上。然而，也可以任何其他合适的方式方法将焊料层施加在这些分离板上。因而，焊料层优选地为分离板的部分。“钎焊连接”应理解为材料锁合的连接，其中借助焊料，在本发明中借助铝焊料将加热表面元件和分离板互相连接。在材料锁合的连接中，通过原子力或分子力将连接配套件固定在一起。材料锁合的连接为不可拆分的连接，这些不可拆分的连接只能通过破坏连接件和/或连接配套件来分离。在钎焊中产生表面合金，待连接的部件，即加热表面元件和分离板然而在深度上不熔化。在本发明中，加热表面元件和分离板优选地互相硬钎焊。
可将焊料层看作平面或表面，该焊料层被划分为几个焊料区。也就是说，焊料区并排且非重叠地定位。不同的焊料区的数目为任意的。然而，至少设置有两个不同的焊料区。相反，分离板的至少一个“部分”各自具有带几个彼此不同的焊料区的焊料层意味着，也可设置有多个分离板，这些分离板各自具有带均质合金成分的焊料层。
特别地，焊料层的其合金成分或冶金成分方面不同的焊料区具有不同的熔化范围。在本发明中，“熔化范围”应理解为用于相应的焊料区的焊料的凝固温度和液态温度之间的温度区间。即，熔化范围为温度范围，在该温度范围中相应的焊料区熔化。凝固温度表示焊料的温度，在该温度或低于该温度下，焊料完全处于固相。液态温度表示焊料的温度，从低于该温度起，混合物从均质的液相开始凝固。在凝固温度和液态温度之间，合金的混合物为糊状的，固相和液相共存。
根据一种实施方式，焊料区具有彼此不同的熔化范围。
优选地，至少设置有第一焊料区，该第一焊料区具有第一焊料，特别是第一铝焊料。另外，至少设置有第二焊料区，该第二焊料区具有第二焊料，特别是第二铝焊料。第一焊料和第二焊料在其合金成分方面如此不同，即第一焊料具有比第二焊料更高的熔化范围，或反之。焊料区的数目和由此所使用的焊料的数目基本上为任意的。
根据一种进一步的实施方式，焊料区这样布置，使得熔化范围的温度梯度如此设计，使得该熔化范围从热交换器块的外表面出发向热交换器块的核心递减。
在本发明中，热交换器块的“核心”应理解为该热交换器块的在热交换器块内部中布置在离外表面最远处的区域。例如，该核心可为方形或球形的。在将热量引入到热交换器块的外表面中时，该核心最后加热。优选地，设置有六个外表面，这些六个外表面限定热交换器块的方形形状。在本发明中，“温度梯度”应理解，熔化范围在其温度范围方面从外表面出发向核心连续递减。也就是说，核心中的焊料区开始熔化的温度低于靠近外表面的焊料区。
根据一种进一步的实施方式，热交换器块具有宽度方向、高度方向和深度方向，其中在这些方向中的每个方向上从外表面出发向核心设置有熔化范围的温度梯度。
换句话说，因而从外表面出发向核心实现三维温度梯度。
根据一种进一步的实施方式，在包括具有至少两个在其合金成分方面彼此不同的焊料区的焊料层的分离板中，焊料区并排放置在相应的分离板上。
因而焊料区在分离板上形成焊料层的平坦部分，这些平坦部分并排布置。因而焊料层被划分为几个焊料区。如前所述，每个焊料区中分配有一种焊料，特别是铝焊料，该焊料区在其合金成分并且由此在其熔化范围方面与相邻的焊料区不同。
根据一种进一步的实施方式，设置有第一焊料区和第二焊料区，其中第一焊料区具有比第二焊料区更高的熔化范围，并且其中第二焊料区由第一焊料区包围。
例如，第二焊料区可居中地放置在相应的分离板处或相应的分离板上，并且具有矩形几何形状。然后，第一焊料区优选地以框架形状环绕第二焊料区并且特别地在宽度方向上和在高度方向上包围第二焊料区。
根据一种进一步的实施方式，设置有第三焊料区，其中第二焊料区具有比第三焊料区更高的熔化范围，其中第三焊料区由第二焊料区包围。
优选地，第三焊料区居中地放置在相应的分离板处或相应的分离板上，并且具有矩形几何形状。然后，第二焊料区优选地以框架形状环绕第三焊料区并且包围第三焊料区。第一焊料区优选地以框架形状环绕第二焊料区并且包围第二焊料区。
根据一种进一步的实施方式，分离板各自具有铝板，在该铝板上施加有相应的焊料层。
例如，焊料层可作为焊料镀层施加在铝板上。然而，焊料层也可以任何其他合适的方式方法施加在铝板上。
根据一种进一步的实施方式，在铝板上单侧或两侧地施加有焊料层。
特别地，铝板具有正面和背离正面的背面。正面和背面均可各自设置有焊料层。也可仅正面或仅背面具有焊料层。
另外，提供一种具有此类板式热交换器的工艺设备。
该工艺设备可包括多个此类板式热交换器。该工艺设备可为例如空气分离设备、液态气体生产设备、运用于石油化工行业的设备等等。
进一步地，提供一种用于生产工艺设备的板式热交换器的热交换器块的方法。该方法包括以下步骤：a)提供多个加热表面元件，b)提供多个分离板，c)在这些分离板处设置焊料层，其中在这些分离板的至少一部分中，该焊料层包括至少两个在其合金成分方面彼此不同的焊料区，d)交替布置这些加热表面元件和这些分离板，以及e)将热量引入到这些加热表面元件和这些分离板中，以便借助焊料层将这些加热表面元件和这些分离板钎焊到热交换器块。
在步骤a)中，例如可使铝板带波纹或肋条。在步骤b)中，例如将铝板剪裁成合适的尺寸。可同时或依次执行步骤a)和b)。可与步骤b)一起，在其之前或之后执行步骤c)。在步骤c)中，例如将焊料层镀上。然而，也可以任何其他合适的方式方法将焊料层施加在这些分离板上或施加在这些分离板处。在步骤d)中，特别地如此交替布置加热表面元件和分离板，使得在两个加热表面元件之间布置一个分离板，反之亦然。其中，也可在步骤d)中添加盖板和边条。在步骤e)中，优选地借助钎焊炉将热量引入到加热表面元件和分离板中，以便借助焊料层将这些加热表面元件和这些分离板钎焊，特别是硬钎焊到热交换器块。
根据一种实施方式，在步骤c)中，在分离板的该部分，即在其中焊料层包括至少两个在其合金成分方面彼此不同的焊料区的分离板的部分中，如此设置焊料区，使得在热交换器块中形成从该热交换器块的外表面出发向该热交换器块的核心递减的焊料区的熔化范围的温度梯度。
换句话说，从外表面出发向核心的不同焊料区熔化的温度越来越低。也就是说，布置在核心中的焊料区的熔化温度低于布置在外表面的区域中的焊料区。因此“递减的”温度梯度应理解为，熔化范围从外表面出发向核心变小。
根据一种进一步的实施方式，在步骤e)中，将热量如此引入，使得形成从外表面出发向核心递减的温度梯度。
也就是说，并非在整个过程中使热交换器块达到同一温度。这降低了钎焊时间。
根据一种进一步的实施方式，在步骤c)中，在分离板的该部分，即在其中焊料层包括至少两个在其合金成分方面彼此不同的焊料区的部分中，如此设置焊料区，使得这些焊料区并排放置在相应的分离板上。
可同时或依次将不同的焊料区施加在相应的分离板上。如前所述，每个分离板跨越平面，不同的焊料区并排放置在该平面中或在该平面上。
根据一种进一步的实施方式，在步骤c)中，在分离板的该部分，即在其中焊料层包括至少两个在其合金成分方面彼此不同的焊料区的部分中，设置第一焊料区和第二焊料区，其中第一焊料区具有比第二焊料区更高的熔化范围，并且其中如此设置第二焊料区，使得第二焊料区由第一焊料区包围。
如前所述，不同的焊料区的数目为任意的。例如，可设置有第三焊料区，该第三焊料区具有比第二焊料区更低的熔化范围。其中，可如此布置第三焊料区，使得第二焊料区包围第三焊料区，特别地以框架形状。
针对板式热交换器阐述的实施方式和解释对应地适用于工艺设备和方法，反之亦然。
“一个”在此并非必须理解为精确地限制为一个元素。相反地，还可设置多个元素，例如两个、三个或更多个。此处所使用的所有其他计数词也不应理解为限制为精确提及的元素数目。相反地，向上和向下的数字偏差是可行的，除非另有说明。
板式热交换器、工艺设备和/或方法的其他可行的实现方式还包括前述或下面关于实施例描述的特征或实施方式的未明确提及的组合。其中，本领域专业人士也会添加个别方面作为对板式热交换器、工艺设备和/或方法的相应基本形式的改进或补充。
板式热交换器、工艺设备和/或方法的其他有利的实施方案和方面是从属权利要求以及板式热交换器、工艺设备和/或方法的下面所述的实施例的内容。下面根据优选实施方式参照附图进一步阐述板式热交换器、工艺设备和/或方法。
图1示出了板式热交换器的一种实施方式的示意性透视图；
图2示出了用于根据图1的板式热交换器的热交换器块的示意性透视图；
图3示出了根据图2的热交换器块的高度示意性侧视图；
图4示出了用于根据图2的热交换器块的分离板的一种实施方式的示意性剖视图；
图5示出了根据图4的分离板的示意性顶视图；
图6示出了用于根据图2的热交换器块的分离板的另一种实施方式的示意性剖视图；
图7示出了根据图6的分离板的示意性顶视图；并且
图8示出了用于生产根据图2的热交换器块的方法的一种实施方式的示意性框图。
在这些图中，如未另作说明，那么相同的或功能一样的元素用相同的附图标号表示。
图1示出了板式换热器或板式热交换器1的一种实施方式的示意性透视图。图2示出了用于根据图1的板式热交换器1的热交换器块2的一种实施方式的示意性透视图。下面同时参照图1和图2。
借助图1中所示的板式热交换器1可实现几种不同的流体A至E之间的热交换。流体A至E也可被称为工作介质或介质。特别地，板式热交换器1为板翅式换热器(英语：PlateFin Heat Exchanger，PFHE)或者可被称为板翅式换热器。优选地，板式热交换器1由部件构造而成，这些部件由铝制成并且互相钎焊，特别是硬钎焊。因此，板式热交换器1也可被称为硬钎焊的铝板翅式热交换器(英语：Brazed Aluminum Plate Fin Heat Exchanger)。
热交换器块2构造成方形或块形并且包括多个通道或加热表面元件3以及多个分离板4。加热表面元件3为所谓的翅片，特别是所谓的传热翅片(英语：Heat Transfer Fin)或者可被称为翅片。加热表面元件3可被设计为波纹板或带肋板，例如铝板。分离板4为分离板或者可被称为分离板。同样地，分离板4可由铝制成。加热表面元件3的数目和分离板4的数目各自为任意的。
为热交换器块2分配有一个具有第一空间方向或宽度方向x、第二空间方向或高度方向y和第三空间方向或深度方向z的坐标系。方向x、y、z彼此垂直定向。宽度方向x也可被称为热交换器块2的x方向。高度方向y也可被称为热交换器块2的y方向。深度方向z也可被称为热交换器块2的z方向。
加热表面元件3和分离板4交替布置。也就是说，在两个加热表面元件3之间各自定位有一个分离板4并且在两个分离板4之间各自定位有一个加热表面元件3。其中，加热表面元件3和分离板4可通过材料锁合的方式互相连接。在材料锁合的连接中，通过原子力或分子力将连接配套件固定在一起。材料锁合的连接为不可拆分的连接，这些不可拆分的连接只能通过破坏连接件和/或连接配套件来彼此分离。特别地，加热表面元件3和分离板4可互相钎焊，特别是硬钎焊。
进一步地，热交换器块2包括盖板5、6，在这些盖板之间布置有多个加热表面元件3和多个分离板4。其中，盖板5、6可构造成与分离板4相同。其中，盖板5、6在外侧定位在各自最外侧的加热表面元件3上，并且在图1和图2的定向上朝前和朝后封闭热交换器块2。进一步地，热交换器块2包括所谓的边缘条或边条7、8，它们侧向限制加热表面元件3。边条7、8可与分离板4和/或加热表面元件3材料锁合地连接，例如钎焊，特别是硬钎焊。之前提及的热交换器块2的部件为例如由材料3003(AlMn1Cu)制成。
借助加热表面元件3和分离板4，板式热交换器1设计为多个平行的传热通道，流体A至E可在这些平行的传热通道中流动并且可间接将热量传递到在相邻的传热通道中传导的流体A至E上。可借助连接装置9至18将相应的流体A至E施加到单个传热通道并且可借助此类连接装置9至18将该相应的流体A至E从板式热交换器1导出。连接装置9至18为所谓的头部(英语：Header)或者可被称为头部。连接装置9至18也可视功能而定被称为分配器或收集器。
例如，连接装置11、13、15适合将流体A、B、D送入板式热交换器1，并且连接装置9、10、12、14适合将流体A、C、D、E从板式热交换器1排出。每个连接装置9至18被分配有一个连接套管19至25，可借助该连接套管将对应的流体A至E施加到相应的连接装置9至18或者可将该对应的流体A至E从连接装置9至18导出。连接装置9至18与热交换器块2材料锁合地连接。特别地，连接装置9至18与热交换器块2焊接。连接装置9至18也可与热交换器块2钎焊。
热交换器块2包括几个，特别是六个表面或外表面26，它们中在图2只有一个标注有附图标号。例如，连接装置9至18各自与外表面26中的一个外表面焊接。例如，在图2中标注有附图标号的外表面26处可设置有连接装置9至11。
板式热交换器1可为工艺设备27的部分。工艺设备27可为例如空气分离设备、液态气体(英语：Liquefied Natural Gas，LNG)生产设备、运用于石油化工行业的设备等等。工艺设备27可包括多个此类板式热交换器1。
如前所述，板式热交换器1的部件优选地由铝合金制成。出于强度原因，对于连接装置9至18而言，优选地应用高镁铝合金，例如材料5083(AlMg4.5Mn)或类似的材料。此类高镁铝合金具有约4％至5％的镁含量。此类铝合金具有高强度。
为了生产热交换器块2，在真空条件下在钎焊炉中使用铝焊料将热交换砌块的单独零件，即加热表面元件3、分离板4、盖板5、6以及边条7、8互相钎焊，特别是硬钎焊。其中，在分离板4上可单侧或两侧地施加有铝焊料作为焊料层，特别是作为焊料镀层。
其中，通常使用具有相对窄和高的熔化范围的铝焊料合金。为了可将热交换器块2的单个部件可靠地互相钎焊，有必要既在热交换器块2的核心中又在该热交换器块的边缘处达到所使用的铝焊料的熔化温度。因为热交换器块2在钎焊炉中从其边缘到其核心缓慢加热，在热交换器块2的边缘处的铝焊料位于熔融区几小时。而在核心中，铝焊料只位于熔融区几分钟。
由此，可导致过长的钎焊时间。在经济生产的意义上应避免这种情况。另外，由于在热交换器块2的边缘处的过长的钎焊时间，可造成分离板4和加热表面元件3之间的不利影响和反应。特别地，应避免局部形成低熔点的铝硅共晶，这些铝硅共晶可通过侵蚀现象对加热表面元件3造成消极影响。其中，可将加热表面元件3烧出孔和/或缺口，这些孔和/或缺口可通过相比加热表面元件3的鉴定更低的爆破压力或操作压力来表现。特别地，在热交换器块2的更高和更宽的设计中，这可表示为强限制性的因素。
图3高度示意性地示出了热交换器块2的一种实施方式，其中避免了之前提及的影响。如前所述，热交换器块2包括多个互相钎焊的加热表面元件3和分离板4，它们中在图3只各自有一个标注有附图标号。在图3中只示出上层28、中层29和下层30，它们各自具有多个加热表面元件3和分离板4。在深度方向z上如此重叠地布置有层28至30，使得在层28、30之间布置有中层29。在层28至30之间，可设置有各自具有多个加热表面元件3和分离板4的进一步的层。然而，上述层在图3中未示出。
图4示出了布置在层28、30中的一层中的分离板4的一种实施方式的非按比例的剖视图。分离板4包括铝板31，在该铝板上，如图4所示，单侧或也两侧地(未示出)施加有焊料层32，特别是铝焊料。铝板31包括正面33和背离正面33的背面34，在该正面处设置有焊料层32。背面34也可设置有此类焊料层32。
焊料层32包括第一焊料区35以及第二焊料区36。焊料区35、36在其合金成分或其冶金成分方面不同。也就是说，对于焊料区35、36而言，使用具有不同的合金成分的铝焊料。
其中如图5所示，第一焊料区35可在宽度方向x上和在高度方向y上环绕第二焊料区36。然而不必强制如此设置。对于第一焊料区35而言，应用具有相对窄和高的熔化范围的铝焊料合金。对于第一焊料区35而言，运用具有575℃至630℃的熔化范围的铝焊料。
例如，对于第一焊料区35而言，可使用铝硅类型的铝焊料合金，例如Al105、Al107或Al112。在图3中，热交换器块2的这些区域，即在其中分离板4具有第一焊料区35的这些区域用虚线镶边。每个分离板4，特别是其正面33，在宽度方向x上和在高度方向y上跨越平面EB。在该平面EB中并排放置有焊料区35、36。
第二焊料区36相比于第一焊料区35具有铝焊料合金，该铝焊料合金在较低的温度下熔化。对于第二焊料区36而言，运用具有555℃至595℃的熔化范围的铝焊料。例如，对于第二焊料区36而言，可使用铝硅镁类型的铝焊料合金，例如Al310或Al311。在图3中，热交换器块2的这些区域，即在其中分离板4具有第二焊料区36的这些区域用虚线镶边。
图6示出了布置在中层29中的分离板4的一种实施方式的非按比例的剖视图。如前所述，分离板4包括铝板31，在该铝板上单侧或也两侧地(未示出)施加有焊料层32。在中层29中，焊料层32除了第一焊料区35和第二焊料区36包括第三焊料区37。焊料区35、36、37在其合金成分或其冶金成分方面不同。也就是说，对于焊料区35、36、37而言，使用具有不同的合金成分的铝焊料。
其中如图7所示，第一焊料区35和第二焊料区36可如此环绕第三焊料区37，使得第二焊料区36在宽度方向x上和在高度方向y上看来布置在第一焊料区35和第三焊料区37之间。然而不必强制如此设置。在前述的平面EB中并排放置有焊料区35至37。
第三焊料区37相比于第二焊料区36具有铝焊料合金，该铝焊料合金在较低的温度下熔化。对于第三焊料区37而言，运用具有520℃至585℃或595℃的熔化范围的铝焊料。例如，对于第三焊料区37而言，可使用铝硅镁类型或铝硅铜类型的铝焊料合金，例如Al319、Al210或Al410。在图3中，热交换器块2的这些区域，即在其中分离板4具有第三焊料区37的这些区域用虚线镶边。
具有其不同组成的焊料层32的分离板4的功能性将在下面阐述。在图3中只部分示出的钎焊炉38中加热交替重叠堆放的加热表面元件3和分离板4，其中将热量W引入到热交换器块2的这些部件中。为了简化图示，在图3中未示出盖板5、6和边条7、8。
借助所引入的热量W，从热交换器块2的外表面26(图2)向该热交换器块的核心39的方向缓慢加热还未钎焊的热交换器块2。如前已述的，方形热交换器块2包括六个外表面26，它们中在图2只有一个标注有附图标号。在本发明中，热交换器块2的“核心”39应理解为热交换器块2的布置在离六个外表面26最远处的区域。即，核心39居中地设置在热交换器块2中。在图3中极其简化地示出具有圆形或球形几何形状的核心39。然而，核心39可具有任意其他三维几何形状。核心39，和热交换器块2本身一样，可为方形的。
形成从外表面26向核心39的方向的温度梯度，直到热交换器块2完全热透为止，也就是说，直到外表面26和核心39均具有相同的温度为止。其中应理解的是，温度从外表面26向核心39的方向下降或者温度从核心39出发向外表面26的方向上升。由于焊料区35至37的不同的熔化范围，可利用该温度梯度，以便几乎同时熔化焊料区35至37，其中不需要如此热透热交换器块2，使得核心39和外表面26具有相同的温度。
焊料区35至37也在其熔化范围方面如此具有温度梯度，使得相应的焊料区35至37的熔化温度从外表面26出发向核心39的方向下降。如前所述，靠近外表面26布置的第一焊料区35具有最高的熔化范围，并且靠近核心39布置的第三焊料区37具有最低的熔化范围。第二焊料区36的熔化范围在焊料区35、37的熔化范围之间。因而，焊料区35至37的熔化范围的温度梯度与加热热交换器块本身时热交换器块2内部的温度梯度一致。
因而可行的是，在加热热交换器块2时如此利用温度梯度，使得即使热交换器块2还未完全热透，所有的焊料区35至37由于其不同的熔化范围而几乎同时熔化。由此，可无需完全热透热交换器块2。这缩短了钎焊时间，特别地在具有大尺寸的热交换器块2中。另外，可在热交换器块2的边缘处，即外表面26的区域中防止分离板4和加热表面元件3之间的前述的不良影响和反应。特别地，可由此避免局部形成低熔点的铝硅共晶。
因而，分离板4的焊料层32的熔化范围的温度梯度可在所有三个方向x、y、z上实现。这样，可调整分离板4使其适应相应的应用情况。因而，可生产和使用“定制的”分离板4(英语：Tailored Brazing Sheets)，这些分离板视相应的分离板4在热交换器块2中的位置而定具有不同的焊料层32，这些焊料层具有不同组成的焊料区35至37。
图8概括性地示出了生产热交换器块2的方法的一种实施方式的示意性框图。在该方法中，在步骤S1中提供多个加热表面元件3。在此例如可使铝板带波纹或肋条。在步骤S2中提供多个分离板4。在此例如将铝板31剪裁成合适的尺寸。可同时或依次执行步骤S1和S2。
在步骤S3中将焊料层32设置在分离板4处，其中，如前所述，在分离板4的至少一部分中，焊料层32包括至少两个在其合金成分方面彼此不同的焊料区35至37。可与步骤S2一起，在其之前或之后执行步骤S3。
随后在步骤S4中，如此交替布置加热表面元件3和分离板4，使得在两个加热表面元件3之间布置一个分离板4，反之亦然。其中，也可添加盖板5、6和边条7、8。在最后的步骤S5中，借助钎焊炉38将热量W引入到加热表面元件3和分离板4中，以便借助钎焊层32将这些加热表面元件和这些分离板钎焊，特别是硬钎焊到热交换器块2。
优选地，在步骤S3中，在分离板4的该部分，即在其中焊料层32包括至少两个在其合金成分方面彼此不同的焊料区35至37的部分中，如此设置焊料区35至37，使得在热交换器块2中形成从热交换器块2的外表面26出发向该热交换器块的核心39递减的焊料区35至37的熔化范围的温度梯度。其中，“递减”是指熔化范围在其温度方面从外表面26向核心的方向递减。对应地，在步骤S4中，将热量W如此引入，使得形成从外表面26出发向核心39递减的温度梯度。可无需如此热透热交换器块2，使得该热交换器块既在外表面26处又在核心39中具有相同的温度。
在步骤S3中，优选地在分离板4的该部分，即在其中焊料层32包括至少两个在其合金成分方面彼此不同的焊料区35至37的部分中，如此设置焊料区35至37，使得焊料区35至37并排放置在相应的分离板4上或在平面EB上或在平面EB中。不同的焊料区35至37的数目基本上为任意的。
另外，在步骤S3中，在分离板4的该部分，即在其中焊料层32包括至少两个在其合金成分方面彼此不同的焊料区35至37的的部分中，设置第一焊料区35和第二焊料区36，其中第一焊料区35具有比第二焊料区36更高的熔化范围。其中，如此设置第二焊料区36，使得该第二焊料区由第一焊料区35包围。在步骤S3中，也还可设置第三焊料区37。
有利的是，因而可在热交换器块2中或凭借该方法实现钎焊时间的减少。另外，可在没有之前提及的缺点的情况下钎焊具有较大尺寸的热交换器块2。可防止形成铝硅共晶，这伴随着爆裂压力的增加。
尽管根据实施例描述了本发明，但可通过多种方式对本发明进行修改。
所用的附图标号
1 板式热交换器
2 热交换器块
3 加热表面元件
4 分离板
5 盖板
6 盖板
7 边条
8 边条
9 连接装置
10 连接装置
11 连接装置
12 连接装置
13 连接装置
14 连接装置
15 连接装置
16 连接装置
17 连接装置
18 连接装置
19 连接套管
20 连接套管
21 连接套管
22 连接套管
23 连接套管
24 连接套管
25 连接套管
26 外表面
27 工艺设备
28 层
29 层
30 层
31 铝板
32 焊料层
33 正面
34 背面
35 焊料区
36 焊料区
37 焊料区
38 钎焊炉
39 核心
A 流体
B 流体
C 流体
D 流体
E 流体
EB 平面
S1 步骤
S2 步骤
S3 步骤
S4 步骤
S5 步骤
W 热量
x 宽度方向
y 高度方向
z 深度方向

Claims (15)

1.一种具有热交换器块(2)的用于工艺设备(27)的板式热交换器(1)，所述热交换器块包括多个交替布置的加热表面元件(3)和分离板(4)，其中所述分离板(4)借助设置在所述分离板(4)处的焊料层(32)与所述加热表面元件(3)钎焊，并且其中在所述分离板(4)的至少一部分中，所述焊料层(32)包括至少两个在其合金成分方面彼此不同的焊料区(35至37)。
2.根据权利要求1所述的板式热交换器，其中所述焊料区(35至37)具有彼此不同的熔化范围。
3.根据权利要求2所述的板式热交换器，其中所述焊料区(35至37)这样布置，使得所述熔化范围的温度梯度如此设计，使得所述熔化范围从所述热交换器块(2)的外表面(26)出发向所述热交换器块(2)的核心(39)递减。
4.根据权利要求3所述的板式热交换器，其中所述热交换器块(2)具有宽度方向(x)、高度方向(y)和深度方向(z)，并且其中在所述方向(x,y,z)中的每个方向上从所述外表面(26)出发向所述核心(39)设置有所述熔化范围的所述温度梯度。
5.根据权利要求1至4所述的板式热交换器，其中在包括具有至少两个在其合金成分方面彼此不同的所述焊料区(35至37)的所述焊料层(32)的所述分离板(4)中，所述焊料区(35至37)并排放置在所述相应的分离板(4)上。
6.根据权利要求5所述的板式热交换器，其中设置有第一焊料区(35)和第二焊料区(36)，其中所述第一焊料区(35)具有比所述第二焊料区(36)更高的熔化范围，并且其中所述第二焊料区(36)由所述第一焊料区(35)包围。
7.根据权利要求6所述的板式热交换器，其中设置有第三焊料区(37)，其中所述第二焊料区(36)具有比所述第三焊料区(37)更高的熔化范围，其中所述第三焊料区(37)由所述第二焊料区(36)包围。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的板式热交换器，其中所述分离板(4)各自具有铝板(31)，在所述铝板上施加有所述相应的焊料层(32)。
9.根据权利要求8所述的板式热交换器，其中在所述铝板(31)上单侧或两侧地施加有所述焊料层(32)。
10.一种具有根据权利要求1至9中的一项所述的板式热交换器(1)的工艺设备(27)。
11.一种用于生产工艺设备(27)的板式热交换器(1)的热交换器块(2)的方法，包括以下步骤：
a)提供(S1)多个加热表面元件(3)，
b)提供(S2)多个分离板(4)，
c)在所述分离板(4)处设置(S3)焊料层(32)，其中在所述分离板(4)的至少一部分中，所述焊料层(32)包括至少两个在其合金成分方面彼此不同的焊料区(35至37)，
d)交替布置(S4)所述加热表面元件(3)和所述分离板(4)，以及
e)将热量(W)引入(S5)到所述加热表面元件(3)和所述分离板(4)中，以便借助所述焊料层(32)将所述加热表面元件和所述分离板钎焊到所述热交换器块(2)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在所述步骤c)中，在所述分离板(4)的所述部分，即在其中所述焊料层(32)包括至少两个在其合金成分方面彼此不同的焊料区(35至37)的所述部分中，如此设置所述焊料区(35至37)，使得在所述热交换器块(2)中形成从所述热交换器块(2)的外表面(26)出发向所述热交换器块(2)的核心(39)递减的所述焊料区(35至37)的熔化范围的温度梯度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述步骤e)中，将所述热量(W)如此引入，使得形成从所述外表面(26)出发向所述核心(39)递减的温度梯度。
14.根据权利要求11至13中的一项所述的方法，其中在所述步骤c)中，在所述分离板(4)的所述部分，即在其中所述焊料层(32)包括至少两个在其合金成分方面彼此不同的焊料区(35至37)的所述部分中，如此设置所述焊料区(35至37)，使得所述焊料区(35至37)并排放置在所述相应的分离板(4)上。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在所述步骤c)中，在所述分离板(4)的所述部分，即在其中所述焊料层(32)包括至少两个在其合金成分方面彼此不同的焊料区(35至37)的所述部分中，设置第一焊料区(35)和第二焊料区(36)，其中所述第一焊料区(35)具有比所述第二焊料区(36)更高的熔化范围，并且其中如此设置所述第二焊料区(36)，使得所述第二焊料区由所述第一焊料区(35)包围。
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WO2017059959A1 (de) * 2015-10-08 2017-04-13 Linde Aktiengesellschaft Lamelle für einen plattenwärmetauscher und verfahren zu deren herstellung

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