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TW201905411A - 板式熱交換器、用於板式熱交換器之隔離板及隔離板製造方法 - Google Patents

板式熱交換器、用於板式熱交換器之隔離板及隔離板製造方法

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TW201905411A TW106121103A TW106121103A TW201905411A TW 201905411 A TW201905411 A TW 201905411A TW 106121103 A TW106121103 A TW 106121103A TW 106121103 A TW106121103 A TW 106121103A TW 201905411 A TW201905411 A TW 201905411A
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Abstract

一種用於板式熱交換器之隔離板包括：一耐蝕用金屬板材；一導熱用金屬板材；以及一焊接用金屬板材；其中該耐蝕用金屬板材、該導熱用金屬板材及該焊接用金屬板材根據一預定順序被接合為三層複合結構之隔離板，且該隔離板被成形為具有特定剖面之隔離板。

Description

板式熱交換器、用於板式熱交換器之隔離板及隔離板製造方法
本發明有關於一種板式熱交換器，特別是關於一種用於板式熱交換器之隔離板及隔離板製造方法，該隔離板具有三層複合結構。
參考圖1a及1b，板式熱交換器8主要是應用在流體84對流體85之熱交換。該板式熱交換器8包括：一底板81、一蓋板82及多個隔離板83。在這種板式熱交換器8中，由於流體沿隔離板83表面流動的熱傳效果差，因此通常會在隔離板83上增加波紋結構831，使兩種流體84、85在隔離板83之波紋結構831附近作螺旋狀運動來增強熱傳效果。
參考圖2，台灣專利(證書號M525434)揭示一種板式熱交換器，其包括：一底板91、一蓋板92及多層夾板93。蓋板92設有第一流體入口921、第一流體出口922、第二流體入口923與第二流體出口924。多層夾板93設於底板91與蓋板92之間，其連結方式配合硬銲填料以硬銲製程為之，並於多層夾板內形成第一流道及第二流道。第一流道及第二流道均不互通，可進行兩種獨立流體熱交換之用。該底板、蓋板及多層夾板均為不銹鋼。
目前應用於能源、水資源與石化產業之板式熱交換器由於需要有良好的耐腐蝕性，因此常使用鈦或鎳基合金作為隔離板材料，不過其製造困難點如下：第一、雖然鈦或鎳基合金材料其耐蝕能力很好，但成形性比一般不銹鋼差，因此在隔離板上成形波紋結構時，容易在彎曲處產生裂 紋，甚至產生開裂，使材料報廢率提高。第二、鈦或鎳基合金材料其熱傳導率低，因此該板式熱交換器之熱傳交換效率差。
另外，鈦或鎳基合金之板式熱交換器之組裝目前主要是使用硬焊方式將隔離板進行焊接組裝，其製造困難點如下：焊料使用粉末狀的焊粉時，將焊粉與粘合劑混合後進行噴霧塗佈，但是要將與粘合劑混合的焊粉塗佈成均勻的濃度有其難度。因此，為了確保牢固的焊接，要使用更多量的焊料，如此將導致製造成本增加。
有鑑於此，便有需要提供一種板式熱交換器，來解決前述的問題。
本發明的主要目的在於提供一種用於板式熱交換器之隔離板，其具有三層複合結構。
為達成上述目的，本發明提供一種用於板式熱交換器之隔離板，該隔離板包括：一耐蝕用金屬板材；一導熱用金屬板材；以及一焊接用金屬板材；其中該耐蝕用金屬板材、該導熱用金屬板材及該焊接用金屬板材根據一預定順序被接合為三層複合結構之隔離板，且該隔離板被成形為具有特定剖面之隔離板。
本發明之隔離板由高耐蝕金屬板材(如鈦或鎳基合金)與高導熱金屬板材(如銅或銅合金)以及焊接用金屬板材以複合方式使其接合後再進行成形，其優點歸納如下：第一、使用高導熱材料(如銅或銅合金)作為中間層，由於銅材料其延性佳，因此在隔離板成形時可避免材料於彎曲處開裂，提高隔離板成材率。第二、高導熱材料(如銅或銅合金)作為中間層也可提升隔離板的熱傳性能，因此能使整體板式熱交換器熱轉換效率提高。第三、由於本發明之焊接用金屬板材可 取代粉末狀的焊粉，因此本發明之隔離板在硬焊時不需要再額外塗佈焊料，因此能避免焊料不均勻導致焊接失敗的問題，且能精準控制焊料的使用量，使其生產效率提高。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。
1a‧‧‧板式熱交換器
1b‧‧‧板式熱交換器
11‧‧‧底板
12‧‧‧蓋板
13‧‧‧隔離板
13a‧‧‧第一隔離板
13b‧‧‧第二隔離板
130‧‧‧特定剖面
131‧‧‧耐蝕用金屬板材
132‧‧‧導熱用金屬板材
133‧‧‧焊接用金屬板材
133a‧‧‧焊接用金屬板材
133b‧‧‧焊接用金屬板材
8‧‧‧板式熱交換器
81‧‧‧底板
82‧‧‧蓋板
83‧‧‧隔離板
831‧‧‧波紋結構
84‧‧‧流體
85‧‧‧流體
91‧‧‧底板
92‧‧‧蓋板
921‧‧‧第一流體入口
922‧‧‧第一流體出口
923‧‧‧第二流體入口
924‧‧‧第二流體出口
93‧‧‧多層夾板
圖1a及1b為習知板式熱交換器之立體分解及組合示意圖；圖2為另一習知板式熱交換器之剖面示意圖；圖3為本發明之第一實施例之用於板式熱交換器之隔離板之剖面示意圖；圖4及5為本發明之隔離板製造方法之剖面示意圖；圖6為本發明之第一實施例之板式熱交換器之剖面示意圖；圖7為本發明之第二實施例之用於板式熱交換器之隔離板之剖面示意圖；以及圖8為本發明之第二實施例之板式熱交換器之剖面示意圖。
請參考圖3，其顯示本發明之第一實施例之用於板式熱交換器之多個隔離板13。每個隔離板13包括：一耐蝕用金屬板材131、一導熱用金屬板材132及一焊接用金屬板材133。該耐蝕用金屬板材131、該導熱用金屬板材132及該焊接用金屬板材133根據一預定順序被接合為三層複合結構之 隔離板13，且該隔離板13被成形為具有特定剖面130之隔離板13。該特定剖面130是指圖1a所示的隔離板83上之波紋結構831，可使流體84、85在隔離板83之波紋結構831附近作螺旋狀運動來增強熱傳效果，惟圖1a所示波紋結構831之式樣僅用於說明，本發明之波紋結構並不以圖1a所示為限。
在本實施例中，該預定順序為該耐蝕用金屬板材131、該導熱用金屬板材132及該焊接用金屬板材133依序被接合，即該導熱用金屬板材132疊置於該耐蝕用金屬板材131與該焊接用金屬板材133之間。該耐蝕用金屬板材131可為鈦或鎳基合金材料。該導熱用金屬板材132可為銅金屬或銅合金材料。該焊接用金屬板材133為用於該耐蝕用金屬板材131與該導熱用金屬板材132之間硬焊時的焊接材料，例如銅合金材料，該銅合金材料可選擇為BCuP-3、BCuP-4等銅合金焊料。
本發明之隔離板製造方法包括：提供一耐蝕用金屬板材131、一導熱用金屬板材132及一焊接用金屬板材133(如圖4所示)；將該耐蝕用金屬板材131、該導熱用金屬板材132及該焊接用金屬板材133根據一預定順序接合為三層複合結構之隔離板(如圖5所示)；以及將該隔離板成形為具有特定剖面130之隔離板13(如圖3所示)。舉例，以一軋延複合製程(roll bonding process)，將該耐蝕用金屬板材、該導熱用金屬板材及該焊接用金屬板材根據該預定順序接合為三層複合結構之隔離板；以及以一金屬板件成形製程(sheet metal forming process)，將該隔離板成形為具有特定剖面之隔離板。該軋延複合製程是指一種塑性加工方式，將多個工作件(例如多層金屬板材)置於兩工作輥輪(work roll)之間輥軋，使多個工作件厚度變薄或截面積縮小而產生接合的。該金屬板件成形製程可選擇為，但不限於，一沖壓製程(stamping process)，該沖壓製程是指一種冷沖壓加工方式，藉助於常規 或專用沖壓設備的動力重擊工作件(例如接合後之多層金屬板材)，將其塑造成模具所規範的成品形狀與尺寸。此外，該金屬板件成形製程可選擇為一彎折製程(bending process)，彎折製程是利用一常規或專用彎折設備於一金屬板沿一直軸成形一V字形或U字形，同樣可使該隔離板成形為具有特定剖面之隔離板。
參考圖6，其顯示本發明之第一實施例之板式熱交換器1a。該板式熱交換器1a包括：一底板11、一蓋板12及多個隔離板13。該些隔離板13堆疊接合在該蓋板12與該底板11之間。舉例，該些隔離板13藉由一硬焊製程(brazing process)而堆疊接合在該蓋板與該底板之間。該硬焊製程是指一種焊接方式，其將添加於欲連接兩工作件(例如兩層金屬板材)之間的焊料加熱至高於焊料熔點，使焊料具有足夠的流動性，利用毛細作用充分填充於該兩工作件之間(稱為浸潤)，並待焊料凝固後將該兩工作件接合起來，其中，焊料的熔點分別低於兩工作件之熔點。依據美國銲接學會(AWS)之定義，加熱溫度高於450℃者，稱為硬焊。
在第一實施例中，本發明之隔離板由高耐蝕金屬板材(如鈦或鎳基合金)與高導熱金屬板材(如銅或銅合金)以及焊接用金屬板材(如BCuP-3、BCuP-4等銅合金)以複合方式使其接合後再進行成形，其優點歸納如下：第一、使用高導熱材料(如銅或銅合金)作為中間層，由於銅材料其延性佳，因此在隔離板成形時可避免材料於彎曲處開裂，提高隔離板成材率。第二、高導熱材料(如銅或銅合金)作為中間層也可提升隔離板的熱傳性能，因此能使整體板式熱交換器熱轉換效率提高。第三、由於本發明之焊接用金屬板材可取代粉末狀的焊粉，因此本發明之隔離板在硬焊時不需要再額外塗佈焊料，因此能避免焊料不均勻導致焊接失敗的問題，且能精準控制焊料的使用量，使其生產效率提高。
參考圖7，其顯示本發明之第二實施例之用於板式熱交換器之多個隔離板。第二實施例之多個隔離板大體上類似第一實施例之多個隔離板，其中相同元件標示相同的標號。第二及第一實施例之差異在於第二實施例之多個隔離板包括多個第一及第二隔離板13a、13b。該第一隔離板13a之三層複合結構的預定順序為一耐蝕用金屬板材131、一導熱用金屬板材132及一焊接用金屬板材133a。該第一隔離板13a之焊接用金屬板材133a為用於該導熱用金屬板材132與該導熱用金屬板材132之間硬焊時的焊接材料，例如鎳基合金材料。該第二隔離板13b之三層複合結構的預定順序為一導熱用金屬板材132、一耐蝕用金屬板材131及一焊接用金屬板材133b。該第二隔離板13b之焊接用金屬板材133b為用於該耐蝕用金屬板材131與該耐蝕用金屬板材131之間硬焊時的焊接材料，例如鎳基合金材料。前述之鎳基合金材料可進一步選擇為BNi-6、BNi-7此系列之焊接材料。
參考圖8，其顯示本發明之第二實施例之板式熱交換器1b。該板式熱交換器1b包括：一底板11、一蓋板12及多個隔離板。該些隔離板包括多個第一及第二隔離板13a、13b。該些第一及第二隔離板13a、13b交錯堆疊接合在該蓋板12與該底板11之間。舉例，該些第一及第二隔離板13a、13b藉由一硬銲製程而交錯堆疊接合在該蓋板12與該底板11之間。
在第二實施例中，本發明之隔離板由高耐蝕金屬板材(如鈦或鎳基合金)與高導熱金屬板材(銅或銅合金)以及焊接用金屬板材(鎳基合金材料)以複合方式使其接合後再進行成形，其優點歸納如下：第一、使用高導熱材料(銅或銅合金)作為中間層或外層，由於銅材料其延性佳，因此在隔離板成形時可避免材料於彎曲處開裂，提高隔離板成材率。第二、高導熱材料(銅或銅合金)作為中間層或外層也可提升隔離 板的熱傳性能，因此能使整體板式熱交換器熱轉換效率提高。第三、由於本發明之焊接用金屬板材可取代粉末狀的焊粉，因此本發明之隔離板在硬焊時不需要再額外塗佈焊料，因此能避免焊料不均勻導致焊接失敗的問題，且能精準控制焊料的使用量，使其生產效率提高。第四、若流體具有腐蝕性，則可使該腐蝕性流體通過兩個隔離板之耐蝕金屬板材所形成的通道，如此以增加板式熱交換器之壽命。
綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

Claims (13)

  1. 一種用於板式熱交換器之隔離板，包括：一耐蝕用金屬板材；一導熱用金屬板材；以及一焊接用金屬板材；其中該耐蝕用金屬板材、該導熱用金屬板材及該焊接用金屬板材根據一預定順序被接合為三層複合結構之隔離板，且該隔離板被成形為具有特定剖面之隔離板。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於板式熱交換器之隔離板，其中該預定順序為該耐蝕用金屬板材、該導熱用金屬板材及該焊接用金屬板材依序被接合。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用於板式熱交換器之隔離板，其中該預定順序為該導熱用金屬板材、該耐蝕用金屬板材及該焊接用金屬板材依序被接合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之用於板式熱交換器之隔離板，其中該耐蝕用金屬板材為鈦或鎳基合金材料。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之用於板式熱交換器之隔離板，其中該導熱用金屬板材為銅金屬或銅合金材料。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之用於板式熱交換器之隔離板，其中該焊接用金屬板材為銅合金材料。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之用於板式熱交換器之隔離板，其中該焊接用金屬板材為鎳基合金材料。
  8. 一種板式熱交換器，包括：一蓋板；一底板；以及多個隔離板，如申請專利範圍第1項所述之隔離板，並堆疊接合在該蓋板與該底板之間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之板式熱交換器，其中該預定順序為該耐蝕用金屬板材、該導熱用金屬板材及該焊接用金屬板材依序被接合。
  10. 如申請專利範圍第8或9項所述之板式熱交換器，其中該預定順序為該導熱用金屬板材、該耐蝕用金屬板材及該焊接用金屬板材依序被接合。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之板式熱交換器，其中多個隔離板包括多個第一及第二隔離板，該些第一及第二隔離板交錯堆疊接合在該蓋板與該底板之間。
  12. 一種隔離板製造方法，包括：提供一耐蝕用金屬板材、一導熱用金屬板材及一焊接用金屬板材；將該耐蝕用金屬板材、該導熱用金屬板材及該焊接用金屬板材根據一預定順序接合為三層複合結構之隔離板；以及將該隔離板成形為具有特定剖面之隔離板。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之隔離板製造方法，其中：以一軋延複合製程，將該耐蝕用金屬板材、該導熱用金屬板材及該焊接用金屬板材根據該預定順序接合為三層複合結構之隔離板；以及以一金屬板件成形製程，將該隔離板成形為具有特定剖面之隔離板。
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