WO2008083971A2 - Heat exchanger tubes, and method for producing heat exchanger tubes - Google Patents

Heat exchanger tubes, and method for producing heat exchanger tubes Download PDF

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WO2008083971A2 PCT/EP2008/000166 EP2008000166W WO2008083971A2 WO 2008083971 A2 WO2008083971 A2 WO 2008083971A2 EP 2008000166 W EP2008000166 W EP 2008000166W WO 2008083971 A2 WO2008083971 A2 WO 2008083971A2
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Abstract

The invention relates to a method for producing heat exchanger tubes comprising a structural steel tube (8) through which a medium flows and which is provided with a number of cooling ribs (2) arranged on an outer wall (10). According to said method, the tube (8) is provided with a surface coating (4, 5) on the inner wall (9) and on the outer wall (10), said surface coating consisting of copper, nickel, cobalt, chrome, a nickel alloy, a chrome alloy, a copper alloy, a cobalt alloy or stainless steel, for directly soldering the number of cooling ribs (2) to the outer wall (10) and for resistance of corrosion of the inner wall (9) by a fluid medium in the tube (8).

Description

Wärmetauscherrohre und Verfahren zur Herstellung von Wärmetauscherrohren Heat exchanger tubes and method for the production of heat exchanger tubes
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Thermodynamik. Sie betrifft Wär- metauscherrohre, umfassend ein durchströmtes Rohr mit einer Anzahl an einer Aussenwand angeordneten Kühlrippen und ein Verfahren zur Herstellung solcher Wärmetauscherrohre.The present invention relates to the field of thermodynamics. It relates to heat exchanger tubes, comprising a flow-through tube with a number of arranged on an outer wall cooling fins and a method for producing such heat exchanger tubes.
Technologischer Hintergrund und Stand der TechnikTechnological background and state of the art
Wärmetauscherrohre werden unter anderem bei luftgekühlten Kondensatoren in Kraftwerken, Kehrichtverbrennungsanlagen, Heizkraftwerken und Industrieanlagen mit Energierück- gewinnung eingesetzt. Solche bekannten, luftgekühlten Kondensatoren -im folgenden auch lediglich Kondensatoren genannt- erfüllen eine ähnliche Funktion wie wassergekühlte Kondensatoren, das heisst, sie verflüssigen den Abdampf einer Dampfturbine, welcher energetisch nicht mehr genutzt werden kann, und führen das entstehende Kondensat in den geschlossenen Wasser-Dampf-Kreislauf zurück. Im Gegensatz zu Kühltürmen wird dem Abdampf bei Kondensatoren die thermische Energie mittels Luftkühlung (Ventilatoren) entzogen. Kondensatoren kommen somit ohne jegliches Kühlwasser aus. Heute besteht eine gesteigerte Nachfrage nach so genannten „trocken kühlenden Kondensatoren" wegen der zunehmenden Wasserknappheit und höheren Anforderungen bzw. behördlichen Auflagen für die Bewilligung von Kraftwerken oder Industrieanlagen. Hier spielen die ökologische Be- trachtung des Wasserverbrauchs und der Erwärmung von fliessenden Gewässern eine wesentliche Rolle.Heat exchanger tubes are used, inter alia, in air-cooled condensers in power plants, waste incineration plants, cogeneration plants and industrial plants with energy recovery. Such known, air-cooled capacitors - hereinafter also referred to as capacitors only - perform a similar function as water-cooled capacitors, that is, they liquefy the exhaust steam of a steam turbine, which can no longer be energetically used, and lead the resulting condensate in the closed water vapor Cycle back. In contrast to cooling towers, the thermal energy is removed from the exhaust steam in the case of condensers by means of air cooling (fans). Capacitors thus do without any cooling water. Today there is an increasing demand for so-called "dry cooling condensers" due to the increasing shortage of water and higher requirements or official requirements for the approval of power plants or industrial plants, where the ecological consideration of water consumption and warming of flowing waters plays an essential role ,
Bekannt ist, Wärmetauscherrohre für Kondensatoren in einer A-förmigen Konfiguration zu erstellen. Die DE 690 33 556 T2 zeigt derart gefertigte Wärmetauscherrohre und ein Herstellungsverfahren dazu. Dabei gelangen beispielsweise berippte Rundrohre, berippte Oval- röhre oder berippte Flachrohre zum Einsatz. Bei der Berippung von Rohren aus Stahl und beliebiger, aufgezeigter Geometrie werden zunächst die Rohre schraubenförmig genutet und anschliessend werden flache Aluminiumbleche eingezogen. Eine andere Methode sieht vor, Rohre mit Aluminiumblechen mechanisch schraubenförmig aufzuwickeln.It is known to create heat exchanger tubes for capacitors in an A-shaped configuration. DE 690 33 556 T2 shows heat exchanger tubes manufactured in this way and a production method for this purpose. For example, ribbed round tubes, finned oval tubes or finned flat tubes are used. When ribbing steel pipes and any indicated geometry, the pipes are first grooved helically and then flat aluminum sheets are drawn in. Another method is to wind pipes with aluminum sheets mechanically helical.
Insbesondere bei der Berippung von Ovalrohren aus Stahl werden flache, mit Distanzhaltern versehene Stahlrippen aufgesteckt und anschliessend gemeinsam mit dem Ovalrohr aussen- seitig und oberflächig verzinkt und verbunden.In particular, when ribbing oval steel pipes made of steel, flat steel ribs provided with spacers are plugged on and then galvanized and joined together with the oval pipe on the outside and on the surface.
Die heutige Herstellung von berippten Flachrohren erfolgt, indem zuerst ein mit Aluminium plattiertes Flachrohr aus Stahl geformt, geschweisst und an der Schweissnaht mit Aluminium nachbeschichtet wird, nachfolgend eine Rippe aus einer mit Lot plattierten Aluminium- Legierung geformt wird, ein Flussmittel appliziert und die geformte Rippe beidseitig auf das Flachrohr befestigt wird und diese Rippe dann in einem Ofen mit kontrollierter Atmosphäre bei ungefähr 6000C auf das Flachrohr hartgelötet wird. Flachrohre geniessen gegenüber berippten Rundrohren oder Ovalrohren den Vorteil, dass sie resistenter sind gegenüber Durchfrierung und einen tieferen luftseitigen Druckverlust aufweisen.Today's production of ribbed flat tubes is accomplished by first forming an aluminum clad flat steel tube, welding and post-coating aluminum at the weld, then forming a rib of a solder-plated aluminum alloy, applying a flux, and forming the rib is attached to both sides of the flat tube and this rib is then brazed in a controlled atmosphere oven at about 600 0 C to the flat tube. Flat tubes enjoy the advantage over ribbed round tubes or oval tubes that they are more resistant to freezing and have a lower air-side pressure loss.
Ein weiterer wichtiger Aspekt von luftgekühlten Kondensatoren ist die lange Lebensdauer. Die Kondensatoren müssen eine Lebensdauer von mehr als 30 und teilweise sogar mehr als 40 Jahren oder darüber haben. Da derartige Kondensatoren den Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, müssen sie sehr korrosionsbeständig sein. Darüber hinaus sind die Kondensatoren entlang ihrer Innenwandung auch einer Kontamination ausgesetzt, die durch Verunreinigungen des sie durchströmenden Fluids hervorgerufen werden. Diese Verunreinigungen sind dabei bereits bei der Inbetriebnahme vorhanden oder sie entstehen aufgrund von Oxidation bzw. Korrosion im gesamten Wasser-Dampf-Kreislauf eines Kraftwerks.Another important aspect of air-cooled capacitors is the long life. The capacitors must have a lifetime of more than 30 and sometimes even more than 40 years or more. Since such capacitors are exposed to the environmental influences, they must be very resistant to corrosion. In addition, the capacitors along their inner wall are also exposed to contamination, which are caused by contamination of the fluid flowing through them. These impurities are already present during commissioning or they arise due to oxidation or corrosion in the entire water-steam cycle of a power plant.
Die Innenwandung eines Flachrohres für Kondensatoren besteht bekanntermassen aus ungeschütztem Baustahl ohne Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit. Die innere Oberfläche eines luftgekühlten Kondensators ist aber zusammen mit dem Kessel im Wasser-Dampf- Kreislauf eines Kraftwerks die mit Abstand grösste Fläche, welche dem prozessseitigem Fluid ausgesetzt ist. Dies führt zwangsweise zu einer betriebsbedingt entsprechend hohen Konditionierung der Wasser-Dampf-Chemie u. a. auf einem basischen pH-Wert, um die Wärmetauscherrohre gegen massive Oxidation, Korrosion oder sogar Durchrostung zu schützen.The inner wall of a flat tube for capacitors is known to consist of unprotected structural steel without oxidation and corrosion resistance. The inner surface of an air-cooled condenser is, however, together with the boiler in the water-steam Circuit of a power plant by far the largest surface which is exposed to the process-side fluid. This inevitably leads to a conditionally correspondingly high conditioning of the water-steam chemistry, inter alia, to a basic pH in order to protect the heat exchanger tubes against massive oxidation, corrosion or even rusting.
Vor Inbetriebnahme bedeutet das auch, dass der Kondensator mit einem zeit- und kostenintensiven Verfahren gereinigt und gespült werden muss und das dabei verwendete deionisierte Wasser verworfen werden muss. Ein gleiches Verfahren muss ebenfalls nach Reparaturen und vor einer Wiederinbetriebnahme angewendet werden mit dem gleichen Verwerfen „verbrauchten" Wassers. Betriebliche und ökologische Aspekte rufen hier nach einer Ver- besserung.Before start-up, this also means that the condenser must be cleaned and rinsed with a time-consuming and expensive process and the deionized water used must be discarded. A similar procedure must also be used after repairs and before recommissioning with the same rejection of "used up" water, with operational and ecological aspects calling for improvement.
Des Weiteren bedarf es während des laufenden Kraftwerksbetriebs einer Ausfiltrierung entstehender Rostpartikel und einer aufwendigen Polisher-Anlage. Bei normalem betrieblichem Stillstand besteht die Gefahr von Lochfrasskorrosion und Durchrostung. Selbst beim Transport zum Installationsort und bei der Montage vom Kondensator bedürfen die ungeschütz- ten Oberflächen der Wärmetauscherrohre einem Schutz mittels Abdeckungen, Schutzgas und/oder Trocknungsgeräten.Furthermore, during the ongoing operation of the power plant, a filtering out requires the formation of rust particles and a complex polishing plant. At normal operational standstill there is a risk of pitting corrosion and rust through. Even during transport to the installation site and during installation of the condenser, the unprotected surfaces of the heat exchanger tubes require protection by means of covers, protective gas and / or drying devices.
Bei der Herstellung von aus mit Aluminium einseitig plattiertem Blech muss nach Umformen und dem Schweissen zum Flachrohr entlang der Schweissnaht mit Aluminium nachbeschichtet werden. Hierfür wird Aluminium typischerweise mittels Flammspritzen als 30mm breiter Streifen aufgebracht. Dieser zusätzliche Produktionsschritt kann zur Folge haben, dass sich in einer durch das Schweissen entstandenen, spröden Eisen-Aluminium-Zwischenschicht Verunreinigungen einstellen oder Materialdefekte auftreten. Die aufgespritzte Aluminiumschicht weist zudem eine Rauhigkeit auf, die beim nachfolgenden Hartverlöten des Rohrs mit Kühlrippen zu Qualitätseinbussen der Lötverbindung führen kann, was wiederum den Wärmewirkungsgrad der Cesamtanlage beeinträchtigt. Qualitativ eingeschränkte Lötverbindungen können ebenfalls Grund für ein Abplatzen von Kühlrippen sein.In the production of sheet metal coated with aluminum on one side, after forming and welding to the flat tube along the weld seam, aluminum must be recoated. For this purpose, aluminum is typically applied by means of flame spraying as a 30mm wide strip. This additional production step can have the result that contaminants or material defects occur in a brittle iron-aluminum intermediate layer that has been formed by welding. The sprayed aluminum layer also has a roughness, which can lead to loss of quality of the solder joint during subsequent brazing the tube with cooling fins, which in turn the Thermal efficiency of the total plant affected. Qualitatively limited solder joints may also be a cause of chipping of cooling fins.
Bekannt ist auch, dass Verbindungen zwischen Aluminium und Eisen vergleichsweise spröde sind und sich somit eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber betriebsbedingten thermi- sehen/mechanischen Spannungen einstellt; dies gilt zudem gegen Schlag- und/oder Torsionsbeaufschlagung bei Transport oder Montage. Es besteht eine geringe Bruchzähigkeit und Duktilität der Eisen-Aluminium-Zwischenschicht verbunden mit einer hohen Defektempfindlichkeit in Bezug auf Poren, Sandstrahlmittel, Oxide und Einschlüssen. Diese tiefe Defekttoleranz der Eisen-Aluminium-Zwischenschicht bedingt einen entsprechend hohen Aufwand bei der Produktion und der Qualitätskontrolle.It is also known that compounds between aluminum and iron are comparatively brittle and thus set an increased sensitivity to operational thermal / mechanical stresses; this also applies to impact and / or Torsionsbeaufschlagung during transport or installation. There is a low fracture toughness and ductility of the iron-aluminum intermediate layer associated with a high defect sensitivity in terms of pores, sandblasting agents, oxides and inclusions. This deep defect tolerance of the iron-aluminum intermediate layer requires a correspondingly high expenditure in production and quality control.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION
Es ist darum die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Wärmetauscherrohre und ein Verfahren zur Herstellung von Wärmetauscherrohren zu schaffen, womit die Nachteile der bekannten Wärmetauscherrohre und der Verfahren zu ihrer Herstellung überwunden werden.It is therefore the object of the present invention to provide heat exchanger tubes and a method for the production of heat exchanger tubes, whereby the disadvantages of the known heat exchanger tubes and the process for their preparation are overcome.
Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Wärmetauscherrohre und ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu schaffen, womit eine gegenüber dem Stand der Technik massgeblich verbesserte Defekttoleranz und Korrosionsbeständigkeit der Aussenwandung und der Innenwandung von Wärmetauscherrohren erzielbar ist und zudem eine einfachere und kostengünstigere Herstellung ermöglicht wird.In particular, it is the object of the present invention to provide heat exchanger tubes and a method for their production, whereby with respect to the prior art significantly improved defect tolerance and corrosion resistance of the outer wall and the inner wall of heat exchanger tubes can be achieved and also a simpler and more cost-effective production is possible.
Die der Erfindung für das Verfahren zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen für das Verfahren sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 6. Der Kern der Erfindung ist darin zu sehen, dass ein aus Baustahl bestehendes Rohr eines Wärmetauscherrohrs auf einer Innenwand und auf der Aussenwand mit einer Oberflächenvergütung aus Kupfer, Nickel, Kobalt, Chrom, einer Nickellegierung, einer Chromlegierung, einer Kupferlegierung oder rostfreiem Stahl versehen wird, zwecks direkten Verlötens einer Anzahl Kühlrippen mit dem Rohr und zwecks Korrosionsbeständigkeit der Innenwand gegenüber fluiden Medien.The problem underlying the invention for the method is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the method are the subject of the dependent claims 2 to 6. The essence of the invention is to be seen in that a pipe made of structural steel of a heat exchanger tube is provided on an inner wall and on the outer wall with a surface finish of copper, nickel, cobalt, chromium, a nickel alloy, a chromium alloy, a copper alloy or stainless steel, for direct soldering of a number of cooling fins to the pipe and for corrosion resistance of the inner wall to fluid media.
Als besonders vorteilhaft ist hier herauszustellen, dass durch die Oberflächevergütung - bestehend aus den genannten Materialien- zum einen eine qualitativ hervorragende Löt- barkeit des Rohrs mit den Kühlrippen auf der Aussenwand gegeben ist und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit der Innenseite des Rohr bei Beaufschlagung mit der Wasser-Dampf- Chemie eines Kraftwerks signifikant erhöht werden kann. Somit kann erstmalig durch einen Beschichtungs- bzw. Plattierungsvorgang ein Rohr für ein Wärmetauscherrohr bereitgestellt werden, dass hinsichtlich der Verarbeitbarkeit und des Verschleisses/der Alterung eine erheblich verbesserte Ausgestaltung gegenüber dem aufgezeigten Stand der Technik zeigt.It is particularly advantageous here to emphasize that, due to the surface coating - consisting of the materials mentioned, on the one hand a qualitatively excellent solderability of the pipe with the cooling fins on the outer wall is given, and at the same time the corrosion resistance of the inside of the pipe when exposed to the water. Steam chemistry of a power plant can be significantly increased. Thus, for the first time by a coating or plating process, a tube for a heat exchanger tube can be provided which, with regard to the processability and the wear / aging, exhibits a considerably improved design compared with the cited prior art.
Nicht nur bezüglich der Herstellung können Vereinfachungen herausgestellt werden, auch in Bezug auf den laufenden Kraftwerksbetrieb und die zugehörige Inbetriebnahme bzw. Wiederinbetriebnahme nach Stillstand zeigt die Erfindung eine hervorzuhebende ökologische Verträglichkeit gegenüber Bekanntem.Simplifications can be pointed out not only with regard to production, but also with regard to the ongoing operation of the power plant and the associated commissioning or recommissioning after standstill, the invention shows an outstanding ecological compatibility with respect to what is known.
Die Hartlötverbindung zwischen den Kühlrippen und dem Rohr zeigt sich besonders duktil und zäh, so dass betriebsbedingte oder montagebedingte Beanspruchungen dem erfin- dungsgemässen Wärmetauscherrohr unschädlich gegenüberstehen; Standzeiten können somit erhöht werden, Unterhalts- und Überwachungsarbeiten minimiert werden.The brazed joint between the cooling fins and the tube is particularly ductile and tough, so that operational or assembly-related stresses are harmless to the heat exchanger tube according to the invention; Service life can thus be increased, maintenance and monitoring work can be minimized.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das die Beschichtung bzw. die Plattierung des Rohrs auf der Innenwand und der Aussenwand mit ein und demselben Material erfolgt, womit nur ein Arbeitsgang nötig ist, um dem Rohr die erfindungswesentli- chen Merkmale zu verschaffen. Mit Vorteil wird ein Rohr aus einem erfindungsgemäss beidseitig beschichteten bzw. plattieren Blech -beispielsweise aus einfachem Baustahl- zu einem Flachrohr geformt und anschliessend direkt entlang der Stossfläche verschweisst. Die dabei entstehende Schweissnaht ist dabei frei von jeglicher Eisen-Aluminium-Zwischenschicht und das Flachrohr ist unmittelbar hartverlötbar mit entsprechend dimensionierten Kühlrippen. Diese Kühlrippen können zwecks gutem Wärmewirkungsgrad aus Aluminium bestehen oder damit beschichtet sein oder aus einer Aluminiumlegierung gefertigt sein; beim Hartverlöten entsteht jedenfalls keine durchgehende Eisen-Aluminium-Zwischenschicht, so dass das Wär- metauscherrohr nach der Erfindung im Wesentlichen weiterhin die Duktilität und Zähigkeit des Rohrbasismaterials aufweist.A particularly advantageous embodiment of the invention provides that the coating or the plating of the tube on the inner wall and the outer wall with one and the same Material takes place, which only one operation is necessary to provide the pipe essential features of the invention. Advantageously, a tube made of a sheet metal coated or plated on both sides according to the invention, for example of simple structural steel, is shaped into a flat tube and then welded directly along the abutting surface. The resulting weld is free of any iron-aluminum interlayer and the flat tube is directly brazeable with appropriately sized cooling fins. These cooling fins may be made of or coated with aluminum or made of an aluminum alloy for good thermal efficiency; In any case, during brazing, there is no continuous iron-aluminum intermediate layer, so that the heat exchanger tube according to the invention substantially continues to have the ductility and toughness of the tube base material.
Mit Vorteil ist bei einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass einer sich beim Hart- lötprozess ausbildenden Zwischenschicht mittels Zugabe von Bor duktilisiert wird.In an embodiment of the invention, it is advantageously provided that an intermediate layer forming during the brazing process is ductilised by adding boron.
Die der Erfindung für das Wärmetauscherrohr zugrunde Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 7. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des abhängigen Anspruchs 8.The problem underlying the invention for the heat exchanger tube is solved by the features of claim 7. A further advantageous embodiment of the invention is the subject of the dependent claim 8.
Da sämtliche Vorteile, die für das Wärmetauscherrohr Gültigkeit haben, bereits ihre Würdigung beim Verfahren zur Herstellung eines solchen erfindungsgemässen Wärmetauscherrohrs erfuhren, wird an dieser Stelle auf eine Wiederholung zugunsten der Textökonomie verzichtet.Since all the advantages that are valid for the heat exchanger tube have already received their appreciation in the process for producing such a heat exchanger tube according to the invention, a repetition in favor of the text economy is dispensed with at this point.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemässes Wärmetauscherrohr vor einem Hartlötprozess, und dieIn the drawing, an embodiment of the invention is shown in simplified form, and that shows Fig. 1 is a sectional view through an inventive heat exchanger tube before a brazing process, and the
Fig. 2 die Schnittdarstellung aus Fig. 1 nach dem Hartlötprozess.Fig. 2 shows the sectional view of Fig. 1 after the brazing process.
Wege zur Ausführung der Erfindung Die Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung des erfindungsgemässen Wärmetauscherrohrs 8 vor einem Lötprozess, der eine Rohrwand 1 mit einer Kühlrippe 2 hartlötend verbindet. Die Rohrwand 1 weisst an einer Innenwand 9 und einer Aussenwand 10 jeweils eine äussere Oberflächenvergütung 4 und eine innere Oberflächenvergütung 5 auf, welche zur Rohrwand 1 hin benachbart angeordnet ist. Die Kühlrippe 2 ist mit einer Rippenbeschichtung 3 verse- hen und weist mit der äusseren Oberflächenvergütung 4 der Rohrwand 1 einen Berührungskontakt auf.1 shows a sectional view of the inventive heat exchanger tube 8 before a soldering process, which connects a tube wall 1 with a cooling fin 2 brazing. The pipe wall 1 on an inner wall 9 and an outer wall 10 each have an outer surface coating 4 and an inner surface coating 5, which is arranged adjacent to the pipe wall 1. The cooling rib 2 is provided with a ribbed coating 3 and has a physical contact with the outer surface coating 4 of the tube wall 1.
In der Fig. 2 ist das Wärmetauscherrohr 8 nach dem Hartlötprozess gezeigt, wobei zwischen der Kühlrippe 2 und der Rohrwand 1 nun eine feste Verbindung mittels einer Zwischenschicht 6 und Hartlot 7 besteht.2, the heat exchanger tube 8 is shown after the brazing process, wherein between the cooling fin 2 and the tube wall 1 is now a solid connection by means of an intermediate layer 6 and brazing 7.
Das Herstellverfahren für die erfindungsgemässen Wärmetauscherrohre 8 sieht die folgenden Schritte vor:The manufacturing method for the heat exchanger tubes 8 according to the invention provides the following steps:
1. Ein Kernband, der Stahlsorte DCOl (EN 10130) beispielsweise, wird beidseitig durch Walzenpressen mit Auflagebändern versehen. Das Kernband stellt später die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Rohrwand 1 dar und die Auflagenbänder die äussere und innere Oberflächenvergütung 4, bzw. 5.1. A core band, the steel grade DCOl (EN 10130), for example, is provided on both sides by roller presses with support bands. The core band later represents the tube wall 1 shown in FIGS. 1 and 2 and the support bands the outer and inner surface coating 4, and 5, respectively.
2. Das Kernband mit den Auflagenbändern wird minutenlang rekristallisationsgeglüht und das Cefüge wieder in den Ausgangszustand versetzt. 3. Ein anschliessendes Endwalzen versetzt das Kernband mit den Auflagebändern in den gewünschten Endzustand, bevor2. The core tape with the support belts is recrystallized for several minutes and the Cefüge is returned to its original state. 3. A subsequent finish rolling puts the core band with the support bands in the desired final state before
4. die drei Bänder in einem Diffusionsglühverfahren metallurgische miteinander verbunden werden. Dabei entsteht unmittelbar zum Kernband hin eine feste und duktile Diffusionsschicht, die in den Fig. 1 und 2 als innere Oberflächenvergütung4. The three strips are joined together in a metallurgical diffusion annealing process. In this case, directly to the core band towards a solid and ductile diffusion layer, which in Figs. 1 and 2 as an inner surface finish
5 gezeigt ist.5 is shown.
5. Das vorliegende, plattierte Flachband aus Kernband und Auflagebändern wird zu einem Flachrohr gebogen und mittels Schweissen entlang einer Rohrlängsnaht geschlossen. Diese Schweissnaht wird einer Glättung unterzogen, eine weitere Be- handlung ist nicht notwendig.5. The present, plated ribbon of core band and support bands is bent into a flat tube and closed by welding along a longitudinal tube seam. This weld is smoothed, no further treatment is necessary.
6. Für die Fertigung der Kühlrippe 2 steht ein plattiertes Band bereit, bestehend aus einem Kernband einer Aluminiumlegierung, das zumindest einseitig mit einer A- luminiumlotlegierung versehen ist. Das so lotplattierte Kaltband wird in eine dreidimensionale Kühlrippenform kalt umgeformt.6. For the production of the cooling fin 2 is a plated band ready, consisting of a core band of an aluminum alloy, which is provided at least on one side with an aluminum-braze alloy. The solder-plated cold strip is cold-formed into a three-dimensional cooling rib form.
7. Nach einem Bestreichen des Flachrohres und der Kühlrippe mit einem handelsüblichen Aluminium-Flussmittel werden beide durch einen kontinuierlichen Hartlöt- prozess zu einem Wärmetauscherrohr 8 miteinander verbunden, womit eine feste, spalt- und porenfreie Lötverbindung zwischen der Kühlrippe 2 und der Rohrwand 1 entsteht.7. After brushing the flat tube and the cooling fin with a commercially available aluminum flux both are connected to one another by a continuous brazing process to a heat exchanger tube 8, whereby a solid, gap-free and pore-free solder joint between the cooling fin 2 and the tube wall 1 is formed.
Zwischen der Rohrwand 1 und der Kühlrippe 2 besteht nun eine Schicht mit Hartlot 7 und eine Zwischenschicht 6, die auch Reaktionszone genannt wird. Diese Reaktionszone besteht aus einer geordneten Phase und zeichnet sich durch eine gute Festigkeit aus und sehr hohe Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit. Erfindungsgemäss zeigen sich die hervorragenden Eigenschaften hinsichtlich der Lötbar- keit und der Korrosionsbeständigkeit gegenüber fluiden Medien (in den Fig. nicht dargestellt) im Wärmetauscherrohr 8, wenn das Kernband beidseitig eine Plattierung mittels der Auflagebänder aufweist und wenn diese Auflagebänder aus Kupfer, Nickel, Kobalt, Chrom, einer Nickellegierung, einer Chromlegierung, einer Kupferlegierung, einer Kobaltlegierung oder rostfreiem Stahl bestehen.Between the tube wall 1 and the cooling fin 2 there is now a layer with brazing material 7 and an intermediate layer 6, which is also called a reaction zone. This reaction zone consists of an ordered phase and is characterized by good strength and very high oxidation and corrosion resistance. According to the invention, the outstanding properties in terms of solderability and corrosion resistance to fluid media (not shown in the figures) in the heat exchanger tube 8, when the core band has a plating on both sides by means of the support bands and if these support strips made of copper, nickel, cobalt, Chromium, a nickel alloy, a chromium alloy, a copper alloy, a cobalt alloy or stainless steel.
Beispielhaft zeigt sich anhand einer Nickellegierung Inconel Alloy 825 (IN 825) für die Auflagebänder die folgende Materialverteilung bei der Herstellung der Wärmetauscherrohre 8. Nach der Diffusionsglühbehandlung des Kernbands mit der beidseitigen plat- tierten Auflagebändern aus Inconel Alloy besteht die Diffusionsschicht - die innere O- berflächenvergütung 5 des Wärmetauscherrohrs 8 - aus einer kristallin ungeordneten Mischstruktur, in welcher sich vor allem die Elemente Eisen, Nickel und Chrom gleich- massig der jeweils plattierten Legierung anpassen. Die äussere Oberflächenvergütungsschicht 4 besteht weiterhin aus Inconel Alloy.The following material distribution for the production of the heat exchanger tubes 8 is shown by way of example in the form of a nickel alloy Inconel Alloy 825 (IN 825). After the diffusion annealing treatment of the core band with the double-sided coated support strips made of Inconel Alloy, there is the diffusion layer - the inner surface compensation 5 of the heat exchanger tube 8 - from a crystalline disordered mixing structure, in which adjust especially the elements iron, nickel and chromium equal mass of each clad alloy. The outer surface coating layer 4 further consists of Inconel Alloy.
Beim Hartverlöten der Kühlrippe 2 mit der Rohrwand 1 entsteht die Reaktionszone mit einer geordneten Phase aus Al-Ni-Fe-Si-Cr. Diese Reaktionszone Al-Ni-Fe-Si-Cr steht nach dem Hartlöten und während des Betriebs aufgrund der bewusst verschieden gewählten Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Legierungen unter einer leichten Druckspannung, womit sich die mechanische Integrität der gesamten Lötverbindung erhöht.When brazing the cooling fin 2 with the tube wall 1, the reaction zone is formed with an ordered phase of Al-Ni-Fe-Si-Cr. This reaction zone Al-Ni-Fe-Si-Cr is under a slight compressive stress after brazing and during operation due to the deliberately different coefficients of expansion of the alloys involved, which increases the mechanical integrity of the entire solder joint.
Ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen zeigen alle weiteren, aufgezeigten Materialien für die Plattierung mittels Auflagebändern entsprechend herauszustellende Eigenschaften hinsichtlich der guten Lötbarkeit zwischen Kühlrippe 2 und Rohrwand 1 und der Korrosionsbeständigkeit auf der Innenseite des Wärmetauscherrohrs 8 zu einem fluiden Medium hin. BezugszeichenlisteWithout departing from the spirit of the invention, all other materials shown for plating by means of support strips show corresponding properties to be exhibited with respect to the good solderability between the fin 2 and the tube wall 1 and the corrosion resistance on the inside of the heat exchanger tube 8 to a fluid medium. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Rohrwand1 pipe wall
2 Kühlrippe2 cooling rib
3 Rippenbeschichtung3 rib coating
4 äussere Oberflächenvergütung4 outer surface finish
5 innere Oberflächenvergütung5 inner surface coating
6 Zwischenschicht6 interlayer
7 Hartlot7 brazing clay
8 Wärmetauscherrohr8 heat exchanger tube
9 Innenwand 10 Aussenwand 9 inner wall 10 outer wall

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von Wärmetauscherrohren, umfassend ein durchströmtes Rohr (8) mit einer Anzahl an einer Aussenwand (10) angeordneten Kühlrippen (2), dadurch gekennzeichnet, dass das aus Baustahl bestehende Rohr (8) auf einer Innenwand (9) und auf der Aussenwand (10) mit einer Oberflächenvergütung (4, 5) aus Kupfer, Nickel, Kobalt, Chrom, einer Nickellegierung, einer Chromlegierung, einer Kupferlegierung, einer Kobaltlegierung oder rostfreiem Stahl versehen wird, zwecks direkten Verlötens der Anzahl Kühlrippen (2) mit der Aussenwand (10) und zwecks Korro- sionsbeständigkeit der Innenwand (9) gegenüber einem fluiden Medium im Rohr (8).1. A method for producing heat exchanger tubes, comprising a flow-through tube (8) with a number on an outer wall (10) arranged cooling fins (2), characterized in that the existing of mild steel tube (8) on an inner wall (9) and on the outer wall (10) is provided with a surface coating (4, 5) of copper, nickel, cobalt, chromium, a nickel alloy, a chromium alloy, a copper alloy, a cobalt alloy or stainless steel, for direct soldering of the number of cooling fins (2) with the Outer wall (10) and for the purpose of corrosion resistance of the inner wall (9) against a fluid medium in the tube (8).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenvergütung (4, 5) als Beschichtung oder Plattierung ausgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the surface coating (4, 5) is carried out as a coating or plating.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenvergütung (4, 5) auf der Innenseite (9) und der Aussenseite (10) -aus demselben Materi- al bestehend- in einem Arbeitsgang aufgebracht wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the surface coating (4, 5) on the inside (9) and the outside (10) - consisting of the same material al - applied in a single operation.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung des Rohrs (8) ein Blechband aus Baustahl in einem ersten Verfahrensschritt beidseitig mit der Oberflächenvergütung (4, 5) versehen wird, zu einem Flachrohr geformt wird und verschweisst wird, wobei eine entstehende Schweissnaht frei bleibt von einer Eisen- Aluminium-Zwischenschicht.4. The method according to claim 3, characterized in that for the production of the tube (8) a sheet metal strip of structural steel in a first process step on both sides with the surface finish (4, 5) is provided, is formed into a flat tube and is welded, wherein a emerging weld remains free of an iron-aluminum interlayer.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl Kühlrippen (2) aus Aluminium, aus einer Aluminiumlegierung, aus Stahl, aus beschichtetem Stahl oder aus legiertem Stahl bestehen und der Lötprozess so durchführbar ist, dass eine Verbindung der Kühlrippen (2) mit dem oberflächenvergü- teten Rohr (8) frei ist von einer durchgängigen Eisen-Aluminium-Zwischenschicht bis zur Rohrwand (1 ) hin.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the number of cooling fins (2) made of aluminum, an aluminum alloy, steel, coated steel or alloy steel and the soldering process is feasible so that a connection of the cooling fins ( 2) with the surface treatment Teten tube (8) is free of a continuous iron-aluminum intermediate layer to the pipe wall (1) out.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, eine sich beim Lötprozess ausbildende Zwischenschicht (6) mittels Zugabe von Bor duktili- siert wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an intermediate layer (6) forming during the soldering process is ductilised by the addition of boron.
7. Wärmetauscherrohr, umfassend ein durchströmtes Rohr (8) mit einer Anzahl Kühlrippen (2), dadurch gekennzeichnet, dass das aus Baustahl bestehende Rohr (8) auf einer Innenwand (9) und auf einer Aussenwand (10) mit einer Oberflächenvergütung (4, 5) aus Kupfer, Nickel, Kobalt, Chrom, einer Nickellegierung, einer Chromlegierung, ei- ner Kupferlegierung oder rostfreiem Stahl versehen ist, zwecks direkter Lötbarkeit der7. heat exchanger tube, comprising a flow-through tube (8) with a number of cooling fins (2), characterized in that the existing structural steel tube (8) on an inner wall (9) and on an outer wall (10) with a surface finish (4, 5) is made of copper, nickel, cobalt, chromium, a nickel alloy, a chromium alloy, a copper alloy or stainless steel, for direct solderability
Anzahl Kühlrippen (2) mit der Aussenwand (10) und zwecks Korrosionsbeständigkeit der Innenwand (9) gegenüber einem fluiden Medium im Rohr (8).Number of cooling fins (2) with the outer wall (10) and for the purpose of corrosion resistance of the inner wall (9) against a fluid medium in the tube (8).
8. Wärmetauscherrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenvergütung als Beschichtung oder Plattierung auf der Innenseite (9) und der Aussensei- te (10) aus demselben Material besteht. 8. Heat exchanger tube according to claim 7, characterized in that the surface coating as a coating or plating on the inside (9) and the outer side (10) consists of the same material.
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