CN1246118C - 板式换热器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种板式换热器，将被层叠的多个板和翅片的各接触部或者是被层叠的多个板的各接触部，钎焊而构成热交换部的板式换热器中，其特征在于，至少把与流体接触的板表面和翅片表面，用以重量比计，铬为25～35%，磷为5～7%，硅为3～5%，选自铝、钙、钇以及铈合金构成的组中的至少一种为0.001～0.1%，余部的主要成分为镍的合金所覆盖。另外，该合金可以含有铁15%以下和/或钼10%以下。所述板式换热器的耐压强度高，并且耐蚀性也优异。

Description

板式换热器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种通过将多个板和翅片(fin)层叠或者将多个板层叠，并相互钎焊，而构成热交换部的板式换热器及其制造方法。
背景技术
板式换热器是，例如将多个板和翅片交替层叠，并钎焊各板和翅片的接触部，而构成热交换部。另外，也可以在板平面上形成隔板或搅拌用的凹凸部，而去掉翅片，这种场合下板之间的接触部被钎焊。
作为用于钎焊的材料，一直以来大多使用在各领域已有使用实际效果的铜钎焊料，目前，在要求高温特性或耐蚀性的换热器中也在使用上述这些特性通常比铜钎焊料优异的镍钎焊料。
因为加工性差，所以当把以粉末状使用的镍钎焊料适用于板式换热器中时，首先在板上形成的凸部或凸缘部等的钎焊部或者使用翅片的情况下是在与翅片相接触的板面上，附着粉末状钎焊料后，再通过加热，而完成钎焊。
以往以来，作为象上述的向板面附着粉末状钎焊料的方法，已知有，使预先混合成糊膏状的钎焊料和固定钎焊料用的液体状粘合剂的混合物，利用网板印刷附着的方法或者使用配合器附着糊膏状钎焊料的方法或者是同时喷射钎焊料和粘合剂而附着的方法。另外，作为粘合剂，考虑到安全性或环境问题，大多使用水性粘合剂。
最近，为了进一步提高可靠性，要求一种耐蚀性或强度特性更加优异的换热器，并且为了相应这一需求，期望一种耐蚀性优异的钎焊强度高的镍钎焊料。
但是，作为镍钎焊料而广泛使用的镍-铬-硼-硅合金钎焊料(例如JIS Z 3265 BNi-2)，虽然钎焊强度高，但存在耐蚀性差的问题，并且因流动性差，所以在钎焊料和钎焊部件之间边界附近的腐蚀成为问题。
在特开2000-171188号公报中，提出了用流动性优异的镍-铬-磷合金钎焊料进行了钎焊的板式换热器。另外，在特开2000-190069号公报中提出了，使用镍-铬-磷合金钎焊料的板式换热器的制造方法。但是，在JIS规格中规定的BNi-7作为典型的镍-铬-磷合金钎焊料，与其它的镍钎焊料相比，通常钎焊强度低，并且也存在耐蚀性差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种，耐压强度高、并且耐蚀性优异的板式换热器及其制造方法。
本发明的板式换热器是，将被层叠的多个板和翅片的各接触部或者是被层叠的多个板的各接触部，钎焊而构成热交换部，其特征在于，至少是与流体接触的板表面和翅片表面，被以重量比计，铬为25～35％，磷为5～7％，硅为3～5％，选自铝、钙、钇以及铈合金构成的组中的至少一种为0.001～0.1％，镍为27.9～66.999％的合金所覆盖。另外，该合金可以含有铁15％以下和/或钼10％以下。
另外，本发明的板式换热器的操作性良好的制造方法，其特征在于，在板或翅片的至少一方喷涂粘合剂，在该粘合剂涂布面上附着由上述合金构成的粉末状的钎焊料，然后将其多级层叠、加热而进行钎焊。
将本发明的镍合金作为钎焊料来使用时，因钎焊强度高，所以能够得到耐压强度高的板式换热器。并且，因流动性优异，在钎焊熔融时，也流出到构成热交换部的板或翅片的表面上，能够覆盖与流体接触的板表面或翅片表面。由此，在钎焊料流出的前端部附近，能够防止由钎焊料和板或者翅片之间的腐蚀电位差等的原因而引起的腐蚀。
因此，本发明的板式换热器，因为其腐蚀成为问题的、与流体接触的板表面和翅片表面，被腐蚀性优异的镍合金所覆盖，所以能够适用于腐蚀性流体。
下面，说明限定包含于本发明的镍合金中的各成分量的理由。
铬是，固溶于镍而成为镍-铬固溶体，是提高耐蚀性和耐氧化性所必须的元素，如果小于25％，则提高对硫酸等的耐蚀性或强度的效果少，相反，如果大量含有，则润湿性下降，所以使其含量为25～35％。
磷，如果少于5％，则合金的熔点上升，相反如果超过7％；则强度下降，所以使其含量为5～7％。
硅，如果少于3％，则耐蚀性变差，强度下降，相反，如果超过5％，则熔点上升，所以使其含量为3～5％。
钼和铁都是提高有效于提高合金强度的元素，但如果大量含有，则强度提高效果小，耐蚀性变差，所以使它们的含量分别为10％以下、15％以下。
铝、钙、钇以及铈合金是，有效地提高润湿性所需的元素，如果含量少于0.001％，则效果小，但如果超过0.1％，则因润湿性和强度下降，所以使其含量为0.001～0.1％。另外，特别理想的是使用铝。
另外，本发明中使用的镍合金，可以用钴取代镍的一部分。这时，钴的使用量，以合金的10％以下为理想。
本发明中，作为用于在板等上附着粉末状钎焊料的粘合剂，可以使用有机溶剂系粘合剂和水性粘合剂中的任意一种，理想的是使用安全性优异的水性粘合剂。以往，通常水性粘合剂的润湿性差，粘接力弱，所以把粉末状钎焊料难以可靠地附着在钎焊部件上，但在本发明中，通过喷涂粘合剂然后在粘合剂涂布面上散上粉末状钎焊料等的方法进行附着，由此，能够均匀、可靠地固定钎焊料，可迅速地处理。
作为水性粘合剂，可以例举聚乙酸乙烯树脂、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、聚乙二醇等的水性乳浊液或水溶液。
本发明中，为了得到钎焊料优异的耐蚀性或者流动性，理想的是使钎焊热处理气氛为，比10-3torr高的真空气氛或者是非氧化性气氛。
另外，只是在流过换热器的一侧流体上存在腐蚀性问题时，可以只在该流体流过的管路侧，把板表面和翅片表面用本发明的镍合金覆盖。
本发明可以适用于，交替地层叠板和翅片，并钎焊各板和翅片的接触部之间而构成的热交换部，也可以适用于，在板平面上形成隔板或搅拌用的凹凸部，省去翅片，并钎焊板之间的接触部间而构成的热交换部，还可以适用于，只是在一侧流体，***翅片，钎焊接触部之间而构成的热交换部。
附图说明
图1是，表示本发明的板式换热器的板和翅片的状态的组合概念图。
具体实施方式
下面，说明本发明的实施例。
实施例中，如图1所示，通过在板1上附着粉末状钎焊料，然后与翅片2和垫片(burr)3层叠，做成给定的形状之后，再进行钎焊的方法来制造，将多个板和翅片交替地层叠，并相互钎焊而构成的板式换热器。
实施例1
将由表1所示的成分构成的合金A溶解，用气体喷雾法(gas atomize)制作粉末钎焊料。
然后，用喷雾(spray)法，在SUS304制的板1的两面上喷涂粘合剂(聚乙烯醇水溶液)，然后再把制作的粉末钎焊料附着在粘合剂上，接着把上述这些板1和翅片2以及垫片3层叠，然后在1100℃，于10-4torr的真空中，钎焊10分钟，而完成板式换热器。
对于完成的换热器，进行耐压试验的结果，耐压强度为63kg/cm2。另外，切断耐压试验后的换热器，调查钎焊料的流动性的结果，可知钎焊料覆盖了板和翅片的表面。
由溶解合金A，铸造成为壳铸型的铸件，制作10×10×5mm的试验片，将该试验片浸渍于5％硫酸溶液中，进行了腐蚀试验。其结果，腐蚀减少量为0.0001mg/m2s。
实施例2
将由表1所示的成分构成的合金B溶解，用气体喷雾法制作粉末钎焊料。
然后，与实施例1同样地，在SUS304制的板上附着该粉末钎焊料，接着把它和翅片以及垫片层叠，然后在1090℃，于10-4torr的真空中，钎焊10分钟，而完成板式换热器。
对于完成的换热器，进行耐压试验的结果，耐压强度为59kg/cm2。另外，切断耐压试验后的换热器，调查钎焊料的流动性的结果，可知钎焊料覆盖了板和翅片的表面。
对于合金B，与实施例1同样地进行腐蚀试验的结果，腐蚀减少量为0.0003mg/m2s。
实施例3
将由表1所示的成分构成的合金C溶解，用气体喷雾法制作粉末钎焊料。
然后，除了作为粘合剂，使用聚醋酸乙烯酯乳胶以外，用与实施例1相同的方法，在SUS304制的板上附着该粉末钎焊料，接着把它和翅片以及垫片层叠，然后在1080℃，于10-4torr的真空中，钎焊10分钟，而完成板式换热器。
对于完成的换热器，进行耐压试验的结果，耐压强度为61kg/cm2。另外，切断耐压试验后的换热器，调查钎焊料的流动性的结果，可知钎焊料覆盖了板和翅片的表面。
对于合金C，与实施例1同样地进行腐蚀试验的结果，腐蚀减少量为0.0002mg/m2s。
实施例4
将由表1所示的成分构成的合金D溶解，用气体喷雾法制作粉末钎焊料。
然后，除了作为粘合剂，使用聚醋酸乙烯酯乳胶以外，用与实施例1相同的方法，在SUS304制的板上附着该粉末钎焊料，接着把它和翅片以及垫片层叠，然后在1080℃，于10-4torr的真空中，钎焊10分钟，而完成板式换热器。
对于完成的换热器，进行耐压试验的结果，耐压强度为58kg/cm2。另外，切断耐压试验后的换热器，调查钎焊料的流动性的结果，可知钎焊料覆盖了板和翅片的表面。
对于合金D，与实施例1同样地进行腐蚀试验的结果，腐蚀减少量为0.0003mg/m2s。
实施例5
将由表1所示的成分构成的合金E溶解，用气体喷雾法制作粉末钎焊料。
然后，除了作为粘合剂，使用聚醋酸乙烯酯乳胶以外，用与实施例1相同的方法，在SUS304制的板上附着该粉末钎焊料，接着把它和翅片以及垫片层叠，然后在1090℃，于10-4torr的真空中，钎焊10分钟，而完成板式换热器。
对于完成的换热器，进行耐压试验的结果，耐压强度为60kg/cm2。另外，切断耐压试验后的换热器，调查钎焊料的流动性的结果，可知钎焊料覆盖了板和翅片的表面。
对于合金E，与实施例1同样地进行腐蚀试验的结果，腐蚀减少量为0.0004mg/m2s。
实施例6
将由表1所示的成分构成的合金F溶解，用气体喷雾法制作粉末钎焊料。
然后，除了作为粘合剂，使用聚乙烯吡咯烷酮水溶液以外，用与实施例1相同的方法，在SUS304制的板上附着该粉末钎焊料，接着把它和翅片以及垫片层叠，然后在1090℃，于10-4torr的真空中，钎焊10分钟，而完成板式换热器。
对于完成的换热器，进行耐压试验的结果，耐压强度为59kg/cm2。另外，切断耐压试验后的换热器，调查钎焊料的流动性的结果，可知钎焊料覆盖了板和翅片的表面。
对于合金F，与实施例1同样地进行腐蚀试验的结果，腐蚀减少量为0.0003mg/m2s。
比较例1
将由表1所示的成分构成的合金G溶解，用气体喷雾法制作粉末钎焊料。
然后，除了作为粘合剂，使用聚乙烯吡咯烷酮水溶液以外，用与实施例1相同的方法，在SUS304制的板上附着该粉末钎焊料，接着把它和翅片以及垫片层叠，然后在1080℃，于10-4torr的真空中，钎焊10分钟，而完成板式换热器。
对于完成的换热器，进行耐压试验的结果，耐压强度为34kg/cm2。另外，切断耐压试验后的换热器，调查钎焊料的流动性的结果，可知钎焊料覆盖了板和翅片的表面。
对于合金G，与实施例1同样地进行腐蚀试验的结果，腐蚀减少量为0.0002mg/m2s。
比较例2
将合金BNi-7溶解，用气体喷雾法制作粉末钎焊料。
然后，用与实施例1相同的方法，在SUS304制的板上附着该粉末钎焊料，接着把它和翅片以及垫片层叠，然后在1080℃，于10-4torr的真空中，钎焊10分钟，而完成板式换热器。
对于完成的换热器，进行耐压试验的结果，耐压强度为31kg/cm2。另外，切断耐压试验后的换热器，调查钎焊料的流动性的结果，可知钎焊料覆盖了板和翅片的表面。
溶解合金BNi-7，与实施例1同样地进行腐蚀试验的结果，腐蚀减少量为0.015mg/m2s。
将实施例1～7和比较例1～2的试验结果与使用材料一同表示在表2中。
表1
                               成分比率(重量％)
  Cr   P   Si   Al   Ca   Mo   Fe   Co   Ni
  合金A合金B合金C合金D合金E合金F合金GBNi-7   2928293029282413   666.16.25.869.510   4.544.34.54.54--   0.03-0.020.030.020.002--   -0.02---0.02--   35---5--   7--8.11.20.1--   ----8---   余量余量余量余量余量余量余量余量
表2
  使用材料   试验结果
  合金   粘合剂   耐压强度(kg/cm2)   腐蚀减少量(mg/m2s)
 实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6比较例1比较例2   合金A合金B合金C合金D合金E合金F合金GBNi-7   聚乙烯醇聚乙烯醇聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯聚乙烯吡咯烷酮聚乙烯吡咯烷酮聚乙烯醇   6359615860593431   0.00010.00030.00020.00030.00040.00030.0020.015
如上所述，在根据本发明的实施例中得到的板式换热器，耐压强度和耐腐蚀性非常优异。
另外，本说明书中，如没有特别的限定，％表示重量％。

Claims (5)

1.一种板式换热器，是将被层叠的多个板和翅片的各接触部或者将被层叠的多个板的各接触部，钎焊而构成热交换部，其特征在于，至少是与流体接触的板表面和翅片表面，被以重量比计，铬为25～35％，磷为5～7％，硅为3～5％，选自铝、钙、钇以及铈合金构成的组中的至少一种为0.001～0.1％，镍为27.9～66.999％的合金所覆盖。
2.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，上述合金中铁含量是15％以下。
3.根据权利要求1或2所述的板式换热器，其特征在于，上述合金中钼含量是10％以下。
4.根据权利要求1～4的任意一项中所述的板式换热器的制造方法，其特征在于，在板或翅片的至少一方，用喷雾法涂布粘合剂后，在该粘合剂涂布面上附着由上述镍合金构成的粉末状的钎焊料，然后将其多级层叠、加热而进行钎焊。
5.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，所述镍的一部分被钴取代，并且钴量是前述合金的10％以下。
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