結合的熱交換器基體以及相應的結合方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬(特別是鋁)熱交換器領域，該金屬熱交換器為蝕刻板的類型，隔離金屬板、塊和散熱片的類型，或者包括這兩種類型的組合。
【背景技術】
[0002]由于這些熱交換器具有非常好的能量性能、在非常低的溫度下的非常好的機械強度和輕質，因此，目前在從空氣中分離氣體的方法以及液化天然氣的方法中使用這些熱交換器。
[0003]在已知的方式中，這些熱交換器的基體通過銅焊來組裝，而它們的流體分配頭被焊接在該銅焊的基體上。
[0004]由此形成的熱交換器具有純金屬的性質，并且對腐蝕敏感。因此，它們的應用范圍僅限于清潔以及不是非常有腐蝕性的環境。值得注意的是，它們既不適用于海水，也不適用于海洋性氣氛。
[0005]這種不兼容性的起因源自于交換器的構成組件和銅焊的構成組件的界面處產生的擴散現象，該擴散現象導致初始材料的金屬改性。冷卻后，金屬間沉淀物的存在被認為是產生腐蝕坑的主要原因之一，該腐蝕坑隨后形成有助于蝕刻相近金屬基的電化學電池。
[0006]盡管存在抗蝕涂層，但是將它們涂覆到這些類型的設備上仍然是一個問題。抗蝕涂層既可在組裝和銅焊之前涂覆在各個部件上，又可在銅焊之后涂覆在成品的基體上。
[0007]第一種方法的缺點是只能使用在銅焊溫度下保持穩定且不影響該銅焊的抗蝕涂料。而由于在銅焊的基體上包括許多難以接近的縫隙，第二種方法不能在整個銅焊的基體上均勻地沉積抗蝕涂層。
【發明內容】
[0008]因此，本發明的目的是制造具有較好耐腐蝕性且同時保持致密以及良好熱導性的熱交換器金屬基體。這種基體應當特別適于海洋性應用。
[0009]根據本發明，該目的通過一種熱交換器金屬基體來實現，所述熱交換器金屬基體的特征在于組件的疊體，特別是蝕刻板的疊體，或者為散熱片、隔離金屬板和塊的疊體，或兩種類型疊體的組合，其中，所述組件的至少一部分通過基于環氧樹脂的結構性粘合劑的層結合在一起，所述層優選地具有介于20μπι和150μπι之間的厚度，所述結構性粘合劑含有阻蝕劑，并且填充有以質量計20%至60%的導熱體，以確保所述粘合劑的熱導率為2W/m/K至5W/m/K0
[0010]通過利用所述粘合劑使所述基體的組件的至少一部分結合，從而能夠不進行銅焊且不使用對腐蝕敏感的傳統焊料。通過所選定的粘合劑制劑，保護所述基體免受腐蝕并且使其保留其機械性能和熱性能。
[0011]根據本發明的基體特別有利地應用至處于腐蝕性環境(特別是海洋介質)中的熱交換器中的應用，無論該熱交換器是否浸漬在水中或海洋性氣氛中。
[0012]根據優選的實施方式，以任何技術可能的組合，根據本發明的基體包括以下特征中的一個、多個或全部:
[0013]所述粘合劑的導熱體基于金屬和/或陶瓷；
[0014]所述粘合劑的阻蝕劑基于鋅氧化物；
[0015]所述組件涂覆有粘合保持物，尤其是轉化層和/或粘合保持底漆的層；
[0016]所述轉化層具有介于Ιμ??和50μηι之間，并且優選介于5μηι和20μηι之間的厚度；
[0017]所述組件由鋁或鋁合金制成，所述轉化層由氧化鋁制成；
[0018]所述組件的一部分銅焊在一起。
[0019]本發明還涉及一種熱交換器，所述熱交換器包括如上所限定的基體；以及優選地，特別通過所述粘合劑粘附至所述基體的用于流體分配的至少一個頭。
[0020]本發明的另一目的是實現一種用于組裝適用于腐蝕性環境的熱交換器金屬基體的方法。
[0021 ]根據本發明，該目的通過一種用于組裝熱交換器金屬基體的方法來實現，所述方法的特征在于以下步驟:
[0022]a)提供所述基體的組件；
[0023]b)在所述組件的至少一部分上沉積基于環氧樹脂的結構性粘合劑，所述結構性粘合劑含有阻蝕劑，并且填充有以質量計20%至60%的導熱體以確保粘合劑的熱導率為2W/m/K至5W/m/K;
[0024]c)疊置所述組件，以得到疊體；以及
[0025]d)烘烤所述疊體以使所述粘合劑固化，從而形成所述基體。
[0026]根據優選的實施方式，以任何技術可能的組合，根據本發明的方法包括以下特征中的一個、多個或全部:
[0027]在步驟b)之前，在所述組件上施加粘合保持物的步驟；
[0028]施加所述粘合保持物包括:陽極化處理或磷化處理的第一步驟和/或通過將所述組件浸漬在保持底漆中或在所述組件上噴射所述保持底漆來施加所述保持底漆的第二步驟；
[0029]在介于50°C和200°C之間的溫度下，對覆蓋有保持底漆的組件干燥和加熱介于30分鐘至120分鐘的時段，以使所述保持底漆結合至所述組件的步驟。
[0030]步驟b)包括:
[0031 ] i)以漿料提供所述粘合劑，利用刮漿刀使所述粘合劑在所述組件上鋪展;或
[0032]?)將所述粘合劑共層壓在所述組件上；
[0033]所述步驟d)包括:第一階段，使所述疊體在介于50°C和120°C之間的溫度下維持最短30分鐘的時段;隨后，第二階段，使所述疊體在介于150°C和250°C之間的溫度下維持最短I小時的時段；
[0034]步驟d)包括在高于10kPa的壓力下，維持對所述疊體的壓制。
【附圖說明】
[0035]除了上述布置之外，本發明還包括在將在下文中以更清楚的方式討論的參照后附附圖所描述的示例性實施方式的一定數目的其它布置，但是這些都不是意味著對本發明的限制。在附圖中:
[0036]圖1示出了根據本發明示例性實施方式的基體在疊置期間的立體分解圖；
[0037]圖2為圖1的基體的細節7，示出了基體的各組件的粘合劑結合；
[0038]圖3至圖6示出了根據本發明的組裝方法對圖1的基體的金屬隔離片的處理；以及
[0039]圖7至圖9示出了根據本發明的組裝方法對圖1的基體的散熱片的處理。
【具體實施方式】
[0040]在下文中，為了簡化本發明的描述，在本發明中應當意識到，對具有金屬隔離片、塊和散熱片的熱交換器基體的介紹也適用于具有蝕刻板的交換器或包括金屬隔離片、塊和散熱片以及蝕刻板的組合的交換器。此外，下文將描述鋁基體。然而，本發明還涵蓋由其它金屬(例如特別是鋼)組成的基體。
[0041 ]參照圖1，可看到示意性示出的所制成的基體2的疊體。以已知的方式，基體2由各個組件，即，散熱片4、金屬隔離片5以及鋁塊6的疊體3組成。
[0042]圖2中可見基體2的特性。在圖2中，放大示出的圖1中標出的基體2的區域7是醒目的。散熱片4位于兩個金屬隔離片5之間并且結合至金屬隔離片。金屬隔離片5均具有兩個相對的面8和9，并且散熱片4具有兩個相對的面10和11。
[0043]根據本發明，在金屬隔離片5和散熱片4的兩組相對的面8和9以及10和11上覆蓋有粘合保持物12。該粘合保持物12由兩層，即在表面8、9、10、11上延伸的轉化層13以及沉積在轉化層13上的粘合保持底漆層14構成。轉化層13由氧化鋁組成。底漆層14由來自環氧樹脂家族的、其中并入有阻蝕劑(例如鋅鹽)的樹脂組成。轉化層13具有介于Ιμπι和50μπι，并且優選介于5μηι和20μηι之間的厚度I。底漆層14優選地具有幾微米的厚度d。
[0044]沉積在金屬隔離片5的兩個相對表面8、9上的粘合劑層15確保了該金屬隔離片5與散熱片4之間的連接。優選地，粘合劑層15的厚度e介于20μπι和I OOym之間。
[0045]粘合劑15為來自環氧樹脂家族的結構性粘合劑。粘合劑15包含阻蝕成分，例如鋅的鹽或氧化物。粘合劑15還填充有以質量計20%至60%的額外的成分，該額外的成分(例如金屬或陶瓷源)明顯地提高該粘合劑的熱導率。從而，粘合劑15的熱導率在2W/m/K至5W/m/K之間。
[0046]參照圖3至圖9，現將描述用于組裝基體2的方法。
[0047]在第一步驟中，基體2的金屬隔離片5、散熱片4以及塊6由鋁制成，金屬隔離片5的實例示出在圖3中，而散熱片4的實例示出在圖7中。
[0048]在第二步驟中，對金屬隔離片的相對的面8、9，散熱片4的相對的面10、11，以及塊6進行陽極化以產生氧化鋁(Al2O3)的轉化層13。該陽極化優選地為硫酸陽極化或鉻酸陽極化。該結果示于圖4和圖8中。
[0049]如果由鋼組件組裝基體2時，則陽極化將用磷化操作來代替。
[0050]在第三步驟中，轉化層13覆蓋有保持底漆層14。優選地，該步驟通過將塊6、散熱片4和金