本發(fā)明涉及一種金屬熱交換器基體，其包括部件的堆垛，特別是蝕刻板或波紋件的堆垛、分隔片和條的堆垛，或者是這兩種類(lèi)型堆垛的組合，所述部件相對(duì)于彼此通過(guò)釬焊材料層保持，由此確保基體的機(jī)械完整性，該基體中包括有流體循環(huán)通路，每個(gè)流體循環(huán)通路都具有設(shè)置為徑向地完全容納所述流體的內(nèi)壁。

背景技術(shù)：

這種基體是已知的，并且在圖1中示出了一個(gè)示例。

具有蝕刻板的熱交換器具有基體，通過(guò)已經(jīng)提前在一面上進(jìn)行了蝕刻的板的堆垛獲得該基體。這種蝕刻限定了液體在其中流動(dòng)的通路。板的未蝕刻面覆蓋有釬焊涂層，其允許通過(guò)釬焊爐中的單一操作來(lái)組裝，以獲得基體。

圖1示出了熱交換器1的基體2的示例，其具有波紋件4、條6和分隔片5。其由一組波紋件4(也稱(chēng)為“波紋墊”)、條6和分隔片5的堆垛構(gòu)成。分隔片5在每個(gè)面9上都涂覆有釬焊材料層3，其通過(guò)交叉線示出。分隔片5的面9因此可適于作為被設(shè)置為提供基體2的部件之間的機(jī)械連接的區(qū)域9。片5被堆放、通過(guò)在周邊具有矩形條6的波紋墊被隔開(kāi)，以形成基體。

參考圖2，分隔片5之間的空隙e構(gòu)成了液體在其中循環(huán)的通路10。每個(gè)液體循環(huán)通路10都具有內(nèi)壁11，該內(nèi)壁11限定通路10并且被設(shè)置為在通路10內(nèi)容納所述液體。內(nèi)壁11覆蓋通路10的整個(gè)內(nèi)周，并且優(yōu)選地也覆蓋條的內(nèi)表面。

所述堆垛接下來(lái)在釬焊爐中的單一操作中被組裝，以獲得基體。

基體大體上包括比蝕刻板或分隔片5具有更大厚度的第一板和最后板。

液體供給接頭被附加于基體，以形成交換器?？墒褂没w與供給接頭之間的中間連接件。

交換器1中通路10的數(shù)量和設(shè)計(jì)適合于必須通過(guò)該設(shè)備實(shí)現(xiàn)的性能水平。

通過(guò)機(jī)械完整性和耐久性的考慮來(lái)對(duì)用于制造這種設(shè)備的材料進(jìn)行選擇。針對(duì)經(jīng)受腐蝕性環(huán)境的設(shè)備，有必要使材料解決方案適合于環(huán)境，這經(jīng)常需要使用昂貴的材料，這些材料的形式并非總是適合于制造具有分隔片、條和波紋件或蝕刻板的交換器。僅可在防腐蝕的情況下考慮使用容易得到所需形式或形狀的低成本材料。此外，防止設(shè)備受到腐蝕能夠在保證其良好壽命的同時(shí)擴(kuò)大其使用領(lǐng)域。

能夠針對(duì)這種設(shè)備考慮釬焊后防腐蝕處理，但是由于釬焊結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)并且由于位于分隔片之間的波紋墊所形成的網(wǎng)格的彎度，所以這是較困難的。尤其是在這種設(shè)備在高溫下操作時(shí)，很少有技術(shù)能夠潛在地產(chǎn)生這種類(lèi)型的防護(hù)。僅可在這種設(shè)備的操作溫度不超過(guò)200℃的情況下考慮自催化電沉積，超過(guò)該溫度，這些涂層的防腐蝕性失效?；瘜W(xué)處理(固體滲碳)可以替代電化學(xué)方法，但是除了在起始元件的基體的結(jié)構(gòu)中控制創(chuàng)建防腐蝕涂層的引入和分布之外，需要通常在高溫下完成的額外熱處理。在接近釬焊合金熔化溫度的溫度下完成熱處理會(huì)損害組件的冶金質(zhì)量，特別是釬焊材料開(kāi)始過(guò)早老化。此外，在這種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)中使用釬焊后防腐蝕涂層不能保證由此獲得的涂層的質(zhì)量。

僅可在不損害后續(xù)釬焊操作的情況下考慮在釬焊蝕刻板或波紋墊、分隔片和條之前進(jìn)行防腐蝕處理。反之，在釬焊操作過(guò)程中必須不能損害防腐蝕涂層的質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明能夠消除這些缺陷。本發(fā)明的一個(gè)目的特別是提出一種熱交換器基體，以及一種相關(guān)制造方法，其在橫貫有一種或多種腐蝕性流體、特別是高溫下(例如，超過(guò)200℃)的應(yīng)用中確?；w的良好防腐蝕性。根據(jù)本發(fā)明的基體必須還能夠用在包含有鹽水(例如，海水)的熱交換器中。

上述目的通過(guò)如上所限定的熱交換器基體來(lái)實(shí)現(xiàn)，其特征在于每個(gè)內(nèi)壁都被防腐蝕涂層完全覆蓋。

通過(guò)使用防腐蝕涂層完全覆蓋流體通道的內(nèi)壁，橫貫基體的腐蝕性流體不再能腐蝕基體的內(nèi)部。

根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的基體基于所有技術(shù)上可行的組合包括如下內(nèi)容的一種、多種或全部：

-防腐蝕涂層具有小于或等于100μm的厚度；

-所有流體循環(huán)通路的每個(gè)內(nèi)壁都被防腐蝕涂層完全覆蓋；

-防腐蝕涂層由與釬焊材料相同的材料構(gòu)成，特別是基于鎳和鉻的合金，優(yōu)選為鎳、鉻、硼和硅的合金(nicrbsi)；

-釬焊材料由第一合金構(gòu)成，并且防腐蝕涂層由第二合金構(gòu)成，該第二合金不同于第一合金并且具有與第一合金相差不超過(guò)50℃的熔化溫度；

-第二合金屬于與第一合金相同的合金系，特別是基于鎳和鉻的合金系，第二合金優(yōu)選為鎳、鉻和硅的合金(nicrsi)或鎳、鉻、硅和磷的合金(nicrsip)。

還通過(guò)一種用于制造釬焊金屬基體的方法實(shí)現(xiàn)了上述目的，該基體適用于腐蝕性流體在其中循環(huán)的熱交換器，基體包括部件的堆垛，特別是蝕刻板的堆垛，或波紋件、分隔片和條的堆垛，或這兩種類(lèi)型堆垛的組合，所述部件中的一些限定了用于輸送所述腐蝕性流體的通道，所述方法包括下列連續(xù)的步驟：

a)提供基體的所述部件；

b)將釬焊材料層沉積在所述部件的用于確保部件之間的機(jī)械連接的區(qū)域上；

c)使用防腐蝕層覆蓋所述通道，并且優(yōu)選地覆蓋條；

d)堆放部件，由此形成基體；

e)將堆放好的基體放置在釬焊爐中；以及

f)使基體經(jīng)受熱循環(huán)，由此在單一操作中釬焊基體并且使用防腐蝕涂層覆蓋其流體通路。

根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的方法基于所有技術(shù)上可行的組合包括如下內(nèi)容的一種、多種或全部：

-釬焊材料層和防腐蝕層由相同產(chǎn)品構(gòu)成；

-釬焊材料層和防腐蝕層由熔化溫度差不超過(guò)50℃的兩種不同產(chǎn)品構(gòu)成；

-防腐蝕層是懸浮液，其包括液體溶劑、潤(rùn)濕劑和金屬合金粉末，該金屬合金粉末特別是基于鎳和鉻的合金粉末；

-通過(guò)使具有通道的所述部件在防腐蝕產(chǎn)品池中淬火隨后從池中移出部件來(lái)進(jìn)行步驟c)；

-存在于池中的防腐蝕產(chǎn)品處于分散顆粒的形態(tài)，其具有5至100μm范圍內(nèi)的尺寸，優(yōu)選為大約20至65μm，池中的顆粒負(fù)載率大約在20vol％與60vol％之間，在大約在5mm/s與30mm/s之間的速度下完成移出；

-根據(jù)步驟f)的熱循環(huán)開(kāi)始于將堆放好的基體加熱至預(yù)定干燥溫度的第一階段，隨后第二階段用于在預(yù)定的干燥持續(xù)時(shí)間期間將基體保持于干燥溫度，由此干燥防腐蝕層。

-第二階段之后為用于將堆放好的基體加熱至比干燥溫度更高的預(yù)定釬焊溫度的第三階段，隨后第四階段用于在預(yù)定的釬焊持續(xù)時(shí)間期間將基體保持于釬焊溫度，并由此釬焊基體并且由此合成防腐蝕涂層；

-步驟c)在剝?nèi)ニ鐾ǖ赖谋砻嬷皥?zhí)行。

附圖說(shuō)明

在參考附圖研究了僅提供作為示例和非限制性的下述詳細(xì)說(shuō)明之后，將更好地理解本發(fā)明，在附圖中：

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的熱交換器基體的分解立體圖；

圖2是在釬焊基體之前的、圖1的基體的流體通道的細(xì)節(jié)圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的熱交換器基體的分解立體圖；

圖4是在釬焊基體之前的、根據(jù)本發(fā)明的圖3的基體的流體通道的細(xì)節(jié)圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參考圖3。在下文中，為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的描述，將參考基體2由波紋件4、條6和分隔片5的堆垛構(gòu)成的交換器1，同時(shí)理解本發(fā)明還適用于由蝕刻板的堆垛構(gòu)成的基體或包含有這兩種堆垛的組合的基體。

應(yīng)注意的是，這些類(lèi)型的基體的波紋件4和蝕刻板(未示出)限定了用于輸送液體的通道8。

根據(jù)本發(fā)明，防腐蝕涂層在堆放基體之前、并因此在釬焊之前被沉積在要被組裝的零件上(特別是在波紋件4和條6上)。

根據(jù)本發(fā)明的第一示例實(shí)施方式，在條6上通過(guò)交叉線表示并且在波紋件4上通過(guò)粗線表示的防腐蝕涂層7由與釬焊合金相同的合金構(gòu)成?？稍趫D4所示的細(xì)節(jié)圖中更好地區(qū)分波紋件4上的防腐蝕涂層7。針對(duì)每個(gè)液體循環(huán)通路10，防腐蝕涂層7設(shè)置在由波紋件部分構(gòu)成的內(nèi)壁11的三個(gè)表面上。針對(duì)由分隔片部分5構(gòu)成的、內(nèi)壁11的第四表面，由釬焊材料3制成防腐蝕涂層。防腐蝕涂層還設(shè)置在條6的與橫貫基體2的液體接觸的內(nèi)面上。

根據(jù)一個(gè)替代實(shí)施方式，防腐蝕涂層7由與釬焊合金同系的合金構(gòu)成，其具有接近釬焊材料3的熔化溫度。

合金系指的是它們的主成分元素大致上相同。例如，針對(duì)主要由鎳、鉻、硼和硅(nicrbsi)構(gòu)成的釬焊合金，防腐蝕涂層7可由不同比例的鎳、鉻和硅(nicrsi)或鎳、鉻、硼和硅(nicrbsi)構(gòu)成，或由鎳、鉻、硅和磷(nicrsip)構(gòu)成。

防腐蝕涂層7呈現(xiàn)薄層的形式，其優(yōu)選地具有約為或小于100μm的厚度。

例如，可通過(guò)將基體2的部件4、5、6浸于液池中然后將它們從其中移出(浸涂)來(lái)設(shè)置防腐蝕涂層7。其隨后由有機(jī)溶劑或水溶劑、潤(rùn)濕劑和防腐蝕合金粉末構(gòu)成的懸浮液發(fā)展而成，該防腐蝕合金粉末的晶粒粒徑被選擇為5μm與100μm之間，并且更有利地在20μm與65μm之間。

粉末可具有與釬焊材料3不同的成分，只要合成的防腐蝕涂層7的熔化溫度保持接近于釬焊材料的融化溫度。針對(duì)鎳、鉻、硼和硅(nicrbsi)的合金粉末，可能需要添加活性劑，例如四硼酸鈉(na2b4o7)。

有利地，釬焊材料3與合成的防腐蝕涂層7之間的熔點(diǎn)的溫度偏差小于50℃。

在浸入池中之后，通過(guò)沉積在部件4、5、6表面上的混合物或?qū)觼?lái)獲得防腐蝕涂層7?；阝F焊合金的性質(zhì)和防腐蝕層所包含的合金粉末的顆粒尺寸，可通過(guò)分散劑或粘合劑來(lái)完成該防腐蝕層。

在浸入池中之前，可能需要預(yù)處理基體2的部件4、5、6的表面，以確保防腐蝕涂層的質(zhì)量。

根據(jù)另一個(gè)替代方式，可在池中添加活性劑，以在一方面允許所涂覆的表面的原位脫氧(剝離)，并且在另一方面改進(jìn)涂層的構(gòu)造。為此，將優(yōu)選地選擇氟化物，例如氟鋁酸鉀(kaif4)，或者是具有高蒸汽壓的氯化物，或者是熔化溫度接近釬焊材料3的熔化溫度的硼化合物，例如四硼酸鈉(na2b4o7)。

調(diào)節(jié)從池中提取基體2的部件4、5、6的速度以及該池中的固體填料水平能夠調(diào)節(jié)防腐蝕層沉積的厚度。有利地，基體2的部件4、5、6以大致上垂直的狀態(tài)從池中被移出，或者在它們從池中被移出之后被臨時(shí)放置為大致上垂直的狀態(tài)，以允許過(guò)量液體從其上流下。被移出的部件4、5、6還可通過(guò)噴氣來(lái)干燥。有利地，針對(duì)上述粒徑以及包含在5mm/s與30mm/s之間的提取速度，池中的固體填料水平將被選擇為包含在30vol％與60vol％之間。

在釬焊爐中，防腐蝕層首先在溫度升高期間被干燥。在釬焊循環(huán)過(guò)程中進(jìn)行的這種干燥步驟允許有機(jī)溶劑或水溶劑從防腐蝕層中蒸發(fā)，以形成初期防腐蝕涂層。優(yōu)選地，干燥步驟包括使基體2在350℃與500℃之間進(jìn)行的大致上等溫的干燥溫度下保持預(yù)定的干燥時(shí)間?；谝惶幚淼幕w2的尺寸和重量來(lái)調(diào)整干燥時(shí)間。針對(duì)對(duì)應(yīng)于測(cè)量為25cm×30cm×200cm的部件的、重幾百公斤的基體2，該干燥時(shí)間例如包含于2小時(shí)與6小時(shí)之間。

接下來(lái)在釬焊溫度下合成防腐蝕涂層7，即，釬焊合金的熔化溫度，基于所使用的合金的性質(zhì)，該熔化溫度優(yōu)選地在950℃與1200℃之間。

金屬相在釬焊溫度下熔化，其可隨后擴(kuò)散，以形成防腐蝕涂層7，在冷卻之后，其會(huì)變?yōu)閳?jiān)硬的、貼合的以及防腐蝕的層。在圖3中，該涂層7在條6上通過(guò)交叉線示出，并且在波紋件4上通過(guò)粗線示出。

釬焊循環(huán)能夠在一方面熔化防腐蝕層的金屬相并因此通過(guò)潤(rùn)濕而使其在基體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散，以確保防腐蝕性，并且在另一方面在波紋件4/片5與條6/片5的連接部之間形成釬焊彎月面，以確?；w2的密封性和機(jī)械完整性。

在防腐蝕層熔化期間，在波紋件4、片5和條6的表面上形成了致密的和保護(hù)性的涂層7，其將基底與環(huán)境隔離開(kāi)。因此提升了防腐蝕性，特別是針對(duì)由碳鋼制成的基體2。

本發(fā)明還涉及包括上述基體2的熱交換器。通過(guò)在堆放基體2之后向基體2添加分配頭來(lái)獲得這種熱交換器。由基體2和分配頭形成的組件被放置在釬焊爐中，以在單一操作中進(jìn)行熱交換器的組裝和基體2的腐蝕防護(hù)。如果分配頭的材料不足以防腐蝕，則至少它們與腐蝕性流體接觸的內(nèi)表面被提前涂覆有上文限定的防腐蝕懸浮液。

根據(jù)另一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的熱交換器的替代實(shí)施方式，中間分配頭連接件被放置于分配頭與基體2之間。由波紋件4、條6、分隔片5和中間件的堆垛形成的組件被放置于釬焊爐中，以在單一操作中進(jìn)行單元的組裝和其中基體2的腐蝕防護(hù)。中間件可在它們的材料不足以防腐蝕的情況下被提前涂覆有上文限定的防腐蝕懸浮液。

分隔片5傳統(tǒng)上在它們的兩面上都涂覆有釬焊材料3。為了通過(guò)鞏固其部件之間的附著來(lái)加強(qiáng)被釬焊的基體2的機(jī)械完整性，有利于釬焊的大量防腐蝕合金可通過(guò)上文限定的防腐蝕懸浮液層的形式被置于分隔片5的釬焊涂層3上。這種額外的量或雙層(釬焊材料層加上防腐蝕層)能夠加強(qiáng)分隔片5與波紋件4之間的連接。

根據(jù)另一個(gè)替代方式，也用作防腐蝕的釬焊材料3可通過(guò)傳統(tǒng)的沉積方式被沉積在分隔片5的表面9或蝕刻板上。當(dāng)需要使用大于100μm左右厚度的釬焊材料3以確?；w2的機(jī)械完整性時(shí)，使用該替代方式是有利的。

針對(duì)具有蝕刻板的熱交換器基體，本發(fā)明的替代實(shí)施方式包括蝕刻沒(méi)有涂覆釬焊材料的板，隨后通過(guò)防腐蝕層覆蓋所有板(例如像上述那樣浸入池中)。防腐蝕涂層7隨后提供兩種功能，即，防腐蝕，以及釬焊材料以用于組裝。

還可通過(guò)在堆放基體2之前蒸發(fā)且隨后將金屬相冷凝在要被涂覆的元件表面上來(lái)沉積防腐蝕涂層，或如滲碳工藝那樣化學(xué)地沉積防腐蝕涂層。

本發(fā)明尤其有利于部件由碳鋼或不銹鋼構(gòu)成的熱交換器基體。