CZ285218B6

CZ285218B6 - Způsob výroby tepelného výměníku

Info

Publication number: CZ285218B6
Application number: CS904009A
Authority: CZ
Inventors: Andrew John Cottone; Zalman Philip Saperstein
Original assignee: Modine Manufacturing Company A Wisconsin Corporation
Priority date: 1989-09-12
Filing date: 1990-08-16
Publication date: 1999-06-16
Also published as: SK400990A3; KR910006685A; EP0417894B1; JP2883698B2; BR9004131A; JPH03138076A; CA2021476C; ES2149154T3; EP0417894A3; KR0154979B1; DE69033556D1; SK279951B6; CA2021476A1; CZ400990A3; PL286558A1; EP0417894A2; IE902647A1; AU6099090A; DE69033556T2; US4949543A

Abstract

Způsob výroby tepelného výměníku, sestávajícího z trubek s žebry, kdy jedna ze součástí je zhotovena ze zelezného materiálu a druhá z hliníku, spočívá v ton, že součást ze železného materiálu se opatří povlakem obsahujícím hliník a součást z hliníku se opatří krycí vrstvou obsahující hliník, součásti se přiloží k sobě do požadované polohy a nanese se na ně tavidlo, načež se součásti ohřejí na teplotu, dostatečnou pro alespoň částečné roztavení krycí vrstvy a povlaku, přičemž ohřev se ukončí před přeměnou krycí vrtvy a povlaku na intermetalickou sloučeninu železa s hliníkem.ŕ

Description

Způsob výroby tepelného výměníku

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby tepelného výměníku, sestávajícího z trubek s žebry, kdy jedna ze součástí je zhotovena ze železného materiálu a druhá z hliníku.

Dosavadní stav techniky

Vzduchem chlazené kondenzátory se ve velkých elektrárnách používají již více než třicet let. Elektrárny nyní v celosvětovém měřítku používají vzduchem chlazené kondenzátoiy jako alternativu k dalším typům chlazení, a to i tehdy, jestliže je k dispozici chladicí voda, protože 15 náklady na chladicí vodu se stále více stávají jedním z určujících kritérií při volbě stanoviště elektrárny. Použití vzduchem chlazené kondenzační soustavy například umožnilo, aby 330— megawattová elektrárna ve Wyodaku, vybudovaná v blízkosti Gillete ve stále Wyoming v USA, byla umístěna v suché oblasti bohaté na uhlí. Elektrárna byla umístěna v podstatě na vrcholu sloje uhlí s nízkým obsahem síry, a to bez nároků na velký provozní přívod vody. Provoz 20 spotřebovává pouze asi 900 litrů na minutu, převážně pro doplňování napájecí vody pro parní kotle.

Takováto soustava tedy snadno vyhovuje předpisům týkajícím se životního prostředí, pokud jde o šetření vodou, a současně nedochází k nepřípustnému nebo nežádoucímu zvyšování teploty řek 25 nebo jezer. Kromě toho je rovněž zamezeno vytváření oblaků z vodních kapiček a jejich roznášení do okolí vodních chladicích věží.

Známé vzduchem chlazené tepelné výměníky, označované též jako kondenzátory, jsou často opatřeny takzvanou konstrukcí z A-trubek, což jsou protáhlé trubky eliptického průřezu 30 uspořádané v rozestavení odpovídajícím tvaru písmene A. Na trubkách jsou uspořádána plechová žebra a jak trubky, tak žebra jsou zhotovena z oceli nebo podobného materiálu. Příležitostně jsou používána šroubovité vinutá hliníková žebra nebo žebra z plechu s obsahem hliníku.

Eliptický průřez je opatřením k ochraně proti zamrzání kondenzátoru uvnitř trubek v zimních 35 podmínkách, zatímco ocelová konstrukce zajišťuje potřebnou pevnost, která umožňuje použití trubek o délkách 4,8 metru i více.

Aby se však dosáhlo dobré účinnosti přestupu tepla, je nutné, aby každá větev písmene A zahrnovala nejméně dvě, a často až čtyři řady trubek, přičemž tyto trubky bývají obecně 40 uspořádány střídavě ob jednu řadu. Netřeba podotýkat, že čím větší je počet řad trubek, tím větší je ztráta tlaku vzduchu během provozu a tím větší je potřeba energie pro ventilátory, které jsou nezbytné k tomu, aby hnaly vzduch vzduchově chlazeným kondenzátorem. U konstrukcí s více řadami se dále obtížně dosahuje stejnoměrného rozdělování páry mezi řadami, což má za následek sníženou tepelnou účinnost.

Dalším důležitým hlediskem je u vzduchem chlazených kondenzátorů jejich životnost. Je nezbytné, aby kondenzátory měly předpokládanou životnost vyšší než 30, s výhodou 40 let i více. Protože takovéto kondenzátory jsou vystaveny účinkům okolí, je nutné, aby byly vysoce odolné vůči korozi. Je známo použití ocelových trubek s ocelovými žebry, které jsou za účelem 50 zabránění korozi zinkovány ponorem za tepla. To ovšem je velmi nákladný postup, vezme-li se v úvahu, že nádrže obsahují galvanizační lázeň a musí být delší než trubky, jejichž délka činí, jak je uvedeno výše, často 4,8 metru a více. Při tomto postupu jsou používány pouze takové soustavy žebrových trubek, které obsahují středovou trubku šroubovité ovinutou žebrem z měkkého čistého hliníku, nebo protlačované hliníkové a ocelové díly, nebo jakýkoli další typ hliníkového

-1 CZ 285218 B6 žebra, a jsou opatřeny plastovým povlakem za účelem dosažení odolnosti proti korozi. To však zabraňuje tomu, aby hliník mohl působit na ostatních částech zařízení katodickým ochranným účinkem.

Přes možnost podstatného snížení jak nákladů na materiály používané při výrobě žebrovaných trubek, tak i nákladů na výstavbu vzduchem chlazených tepelných výměníků v terénu, bylo zatím vynaloženo jen malé úsilí k využití všech výhod, které skýtá použití hliníku při výrobě žebrovaných trubek, zejména těch, které mohou být používány v elektrárnách. Použití hliníkových žeber přitom vede k dosažení vyšší tepelné účinnosti, která doprovází použití hliníku ve výměnících tepla vzhledem kjeho vysoké tepelné vodivosti. Tento vynález je zaměřen na vyřešení výše uvedených problémů.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob výroby tepelného výměníku, sestávajícího z trubek s žebry, kdy jedna ze součástí je zhotovena ze železného materiálu a druhá z hliníku, podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá vtom, že součást ze železného materiálu se opatří povlakem obsahujícím hliník a součást z hliníku se opatří krycí vrstvou obsahující hliník, součásti se přiloží k sobě do požadované polohy a nanese se na ně tavidlo, načež se součásti ohřejí na teplotu, dostatečnou pro alespoň částečné roztavení krycí vrstvy a povlaku, přičemž ohřev se ukončí před přeměnou krycí vrstvy a povlaku na intermetalickou sloučeninu železa s hliníkem.

Podle výhodných provedení je železným materiálem ocel a povlakem a/nebo krycí vrstvou je slitina na bázi hliník-křemík.

Hlavní výhodou je zcela neočekávaně to, že je vytvořena vysoce korozivzdomá vrstva hliníku, který je vystaven okolnímu prostředí, v němž může rychle oxidovat a pomocí zoxidované povrchové vrstvy tak zajišťovat obvyklou ochranu proti korozi, a to i přesto, že soustava byla vystavena teplotám, které byly dostatečně vysoké pro pájení hliníku. Není třeba se obávat ztráty ochranné vrstvy způsobené oloupáním nebo jiným způsobem, k jaké dochází u nechráněné vrstvy z poměrně křehké intermetalické sloučeniny železa a hliníku nebo intermediální fáze. Rovněž získané spojení žebra a trubky je pevné, což je nečekané vzhledem ke známé křehké povaze produktů reakcí železa s hliníkem.

Přehled obrázků na výkresech

Další výhody způsobu podle vynálezu budou vysvětleny s odkazy na přiložené výkresy, kde obr. 1 znázorňuje schéma elektrárny, která v sobě zahrnuje žebrované tepelné výměníky, vyrobené způsobem dle vynálezu. Obr. 2 znázorňuje schéma alternativního provedení elektrárny s tepelnými výměníky, zhotovenými způsobem podle vynálezu. Obr. 3 znázorňuje v částečném řezu vzduchem chlazený tepelný výměník, vyrobený způsobem dle vynálezu. Obr. 4 znázorňuje v částečném perspektivním pohledu jedno zmožných provedení výměníku s pouze jedním připevněným žebrem. Obr. 5 znázorňuje řez žebrem opatřeným žaluziemi, přičemž řez je veden přibližně podél přímky 5 - 5 z obr. 4. Obr. 6 znázorňuje zjednodušený schematický pohled na možné vytvoření spoje mezi žebrem a trubkou před pájením. Obr. 7 je obdobou obr. 6, avšak znázorňuje spoj po pájení. Obr. 8 znázorňuje postupový diagram objasňující příklad jednotlivých kroků způsobu podle vynálezu používaného při výrobě tepelného výměníku.

-2CZ 285218 B6

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 a 2 jsou znázorněny příklady vytvoření elektráren, u kterých lze použít výměníky vyrobené způsobem podle vynálezu. Obr. 1 znázorňuje takzvanou přímou vzduchem chlazenou kondenzační soustavu, zatímco obr. 2 znázorňuje takzvanou nepřímou vzduchem chlazenou kondenzační soustavu. Obě soustavy jsou znázorněny ve zjednodušené podobě, přičemž vyznačeny jsou pouze ty součásti, které jsou potřebné k pochopení soustavy.

Obr. 1 znázorňuje parní turbínu 10, která zahrnuje výstupní hřídel 12 připojený k elektrickému generátoru 14 pro výrobu elektrické energie. Turbína 10 je poháněna párou přiváděnou potrubím 16 z parního kotle 18. Expandovaná nebo výfuková pára vystupuje z turbíny 10 potrubím 20 a je poté vedena do kondenzační jednotky 22 z takzvaných trubek tvaru A. Kondenzační jednotka 22 zahrnuje společný sběrač 24, ke kterému je připojeno pravé rameno 26 a levé rameno 28. jež jsou sestaveny vždy z jediné řady tepelných výměníků vyrobených způsobem podle vynálezu. Tyto výměníky jsou tvořeny žebrovanými trubkami. Každá z větví je ukončena ve sběrači 30. Oba sběrače 30 jsou rovnoběžně spojeny se zpětným vedením 32 kondenzátoru, které vede k parnímu kotli 18. Mezi rameny 26 a 28 kondenzační jednotky 22 je známým způsobem umístěn nejméně jeden větrák 34. který kondenzační jednotkou 22 žene vzduch.

Je patrno, že takováto soustava se bude správně nazývat přímo vzduchem chlazenou kondenzační soustavou, jelikož výfuková nebo odpadní pára z turbín prochází kondenzační jednotkou 22, která je chlazena vzduchem, a poté je jímána ve zpětném potrubí 32, kterým se vrací do parního kotle 18. kde je opětovně odpařována.

Na obr. 2 jsou shodné součásti označeny shodnými vztahovými značkami jako na obr. 1 a v zájmu stručnosti nebudou znovu popisovány. U tohoto provedení je potrubí 20, odvádějící výfukovou páru, připojeno k povrchovému kondenzátoru 36, ke kterému je napojeno zpětné potrubí 32. Potrubí 20 a 32 jsou navzájem známým způsobem propojena, přičemž uvnitř kondenzátoru 36 se za účelem výměny tepla nachází druhé průtokové vedení 38, které je připojeno jednak ke sběračům 30, jednak k čerpadlu 40. Čerpadlo 40 je pak připojeno ke sběrači 24. Soustava může být opatřena vypouštěcím systémem obvyklé konstrukce, který je jako celek označen vztahovou značkou 42, a odvzdušňovacím systémem, který je jako celek označen vztahovou značkou 44. Po bocích ramen 26 a 28 jsou oproti větráku 34 uspořádány nastavitelné žaluzie 46, kterými je regulován průtok vzduchu. Je-li soustava v činnosti, je výfuková pára ochlazována výměnou tepla a chladnou vodou nebo jiným chladivém obíhajícím vedením 38 uvnitř povrchového kondenzátoru 36 pomocí čerpadla 40.

Obr. 3, 4 a 5 znázorňují konstrukční detaily typické pro představitele jednoho z ramen 26 nebo 28. Každé rameno sestává ze středové zploštěné trubky 50, která má protilehlé ploché boky 52 a 54. K trubce 50 jsou připájena hadovitá žebra 56, obecně jedno hadovité žebro 56 na každém z boků 52 a 54. To znamená, že vrcholy 58 každého z hadovitých žeber jsou uvedeny do styku s odpovídajícím bokem 52 nebo 56 a jsou kněmu připájeny, přičemž pájené kouty 60 jsou vytvořeny jako spoj žeber 56 s příslušným bokem 52 nebo 54.

Jak je zřejmé z obr. 3, jsou trubky 50 s připájenými žebry 56 sestaveny rovnoběžně vedle sebe, přičemž vrcholy 62, které jsou naproti vrcholům 58 připájeným k trubkám 50, se nacházejí v těsném vzájemném sousedství. Typická mezera mezi dvěma sousedními vrcholy 62 činní řádově 1,6 mm.

V některých případech jsou hadovitá žebra 56 opatřena žaluziemi. To znamená, že povede-li se řez jedním z úsekům kteréhokoli z žeber 56 mezi dvěma sousedními vrcholy 58 a 62, bude na jedné straně žebra umístěna řada žaluzií 68 otvírajících se jedním směrem a na druhé straně žebra řada žaluzií 70 otevírajících se opačným směrem. Žaluzie 68 a 70 mohou být zhotoveny po

-3CZ 285218 B6 celé délce každého z hadovitých žeber 56. Další možností jsou žebra 56 bez žaluzií, která jsou plochá nebo opatřená záhyby.

Konstrukce žebrovaných trubek je známa z patentu US č. 4 256 177. Je však třeba poznamenat, že zamýšlený směr proudění vzduchu soustavou je obecně rovnoběžný s vrcholy 58 a 62, jak je znázorněno na obr. 4 pomocí šipky 72. Dále je třeba poukázat na to, že trubky 50 jsou vyráběny v poněkud odlišném tvaru tak, jak bude podrobněji popsáno dále.

Trubky 50 jsou obvykle několik metrů dlouhé, přičemž jejich délka často dosahuje 4,8 metru i více. Trubky jsou vytvořeny zocelí, aby se zajistila jejich potřebná pevnost, zejména tehdy, jestliže jsou částečně naplněny kondenzátem nebo zcela naplněny kapalným chladivém. Kruhové trubky o vnějším průměru 76 mm a tloušťce stěny 1,65 mm jsou zplošťovány na hydraulickém lisu na tvar znázorněný na obr. 4. Před zploštěním je trubka obvyklým způsobem pokovena vrstvou hliníku. Hliníkový povlak s výhodou obsahuje asi 9 % křemíku, jinak je však prost nečistot v normálních mezích. Povlak je podle vynálezu nanášen v množství 0,076 gramu na čtverečný centimetr povrchové plochy, výsledkem čehož je typická tloušťka povlaku 0,013 mm.

Na obr. 6 je ocelový podklad, z něhož je vytvořena trubka, znázorněn vztahovou značkou 80 a hliníkový povlak vztahovou značkou 82. Důsledkem nanesení hliníkového povlaku 82 na ocelový podklad 80 je obvykle vytvoření tenké vrstvičky 84, která je tvořena intermetalickou sloučeninou železa s hliníkem nebo intermediální fází. Zebra 56 jsou zhotovena z hliníkového podkladu nebo jádra 86, vytvořeného přednostně z hliníku 3003. Podklad nebo jádro 86 je po obou stranách opatřeno pájecím plátováním tvořeným vrstvou z hliníku 4343 obsahujícího 6,8 až 8,2 % hmotn. křemíku. Plátování 88 může s výhodou obsahovat 1 až 1,5 % hmotn. zinku, což však není nezbytné.

Odborníci vdaném oboru rozpoznají ve výše uvedeném materiálu tvrdou pájku č. 12 podle Aluminum Standards and Data firmy Aluminum Association, lne. Mohou být použity i jiné obsahy křemíku.

Podle obr. 8 je prvním krokem při výrobě takovýchto tepelných výměníků, tvořených žebrovanými trubkami, zploštění trubky s hliníkovým povlakem, jak již bylo popsáno dříve. Tento krok je na obr. 8 schematicky označen vztahovou značkou 90.

Výsledná zploštěná trubka je pak podrobena běžné odmašťovací operaci 92 a poté na ni může být naneseno tavidlo, což je znázorněno pod vztahovou značkou 94. Použito je tavidlo prodávané pod obchodní značkou Nocolok a známé jako Nocolok 100 Flux. Tavidlo Nocolok 100 Flux je jemný bílý prášek, kteiý je tvořen eutektickou směsí různých komplexů z fluorohlinitanu draselného. Tavidlo se nanáší na vnějšek trubek 50 nástřikem směsi obsahující 69 % hmotn. deionizované vody, 6 % hmotn. izopropanolu a 25 % hmotn. tavidla Nocolok 100 Flux. Mohou však být použity i jiné směsi. Tavidlo se nanáší v množství přibližně 30 až 40 gramů na čtvereční metr vnější povrchové plochy.

Žebra 56 jsou vytvářena běžným způsobem zvýše popsaných materiálů, což je na obr. 8 znázorněno rámečkem 96.

Výsledné žebro je pak podrobeno běžné odmašťovací operaci znázorněné rámečkem 98 a poté na něj může být ve stejném množství jako v předchozím případě naneseno stejné tavidlo, což je znázorněno pod vztahovou značkou 100. Je-li však přidávání tavidla prováděno dle varianty, označené v postupovém diagramu rámečkem 100. je tavidlo nanášeno pouze na jednu stranu žebra, aby se dosáhlo jeho úspory.

Po nanesení tavidla se jak trubka 50 tak i žebro 56 suší. Mohou být sušeny například v horkovzdušné peci při teplotě 140 až 150 °C po dobu přibližně pěti minut.

-4CZ 285218 B6

Žebro 56 se pak připevní k trubce 50, což obecně znamená, že ke každému z boků 52 a 54 se přiloží jedno žebro, jak je znázorněno rámečkem 102. Toto může být provedeno za použití vhodných přípravků nebo jiných upínadel tak, aby se zajistilo dosednutí všech vrcholů 58 každého z žeber 56 na příslušný plochý bok 52 nebo 54, jak je znázorněno na obr. 6.

Druhá možnost spočívá vtom, že připevnění žeber 56 ktrubce 50 může následovat bezprostředně po odmaštění znázorněném rámečky 92 a 98. Je-li tomu tak, nanese se na smontovaná žebra a trubku tavidlo tak, jak je znázorněno rámečkem 104. Používá se stejné tavidlo a stejná intenzita nanášení jako v předchozím případě. Není třeba podotýkat, že při nanesení tavidla v krocích 94 a 100 může být krok 104, následující pro připevnění žeber 56 k trubce 50, vynechán.

Sestava trubky 50 a žeber 56 s naneseným tavidlem se pak umístí v pájecí peci a její teplota se nechá vzrůst na příslušnou teplotu pájení, což je znázorněno rámečkem 106. Jestliže ovšem pájecí pec umožňuje provádění pájení ve vakuu, přidá se k soustavě hořčík a všechny kroky nanášení tavidla mohou být vynechány. Teplota soustavy je zvýšena na hodnotu, která se nachází nad teplotou solidu hliníkového plátování 88 a pod bodem tavení hliníkového podkladu nebo jádra 86. Druhou možností je přednostní zvýšení teploty soustavy na hodnotu přesně pod teplotou likvidu hliníkového plátování 88, která se ještě bude nacházet pod bodem tavení hliníkového podkladu nebo jádra 86.

Tato teplota je udržována pouze po tak dlouhou dobu, která je nezbytná ktomu, aby plátování mohlo dostatečně téci a vytvořit tak kout 60.

Tato také obecně způsobí, že materiál plátování 88 obalí, přeteče nebo bude rozprostřen po povlaku 82 na vnějšku trubky a vytvoří tak na trubce ochrannou vrstvu.

Dodávání pájecího tepla do soustavy se při splnění předchozích kritérií ukončí co nejrychleji, jak je znázorněno rámečkem 108, a to před vytvořením jakékoli patrné intermetalické sloučeniny železa s hliníkem nebo intermediální fáze na vnějšku každé z trubek 50. Výsledný spoj bude obecně vypadat tak, jak je znázorněno na obr. 7, kde pouze ocelový podklad 80 a hliníkový podklad 86 zůstávají v podstatě beze změny vzhledem ke svému uspořádání před pájením.

Při zevrubnějším pohledu se v bezprostředním sousedství ocelového podkladu 80 nachází, místo poměrně tenké vrstvy 84 intermetalické sloučeniny železa s hliníkem nebo intermediální fáze, silnější první vrstva 110 z intermetalické sloučeniny železa s hliníkem nebo intermediální fáze, která je poměrně bohatá na hliník a je opět tvořena intermetalickou sloučeninou železa a hliníku nebo intermediální fází. První vrstva 110 je bohatší na ocel než druhá vrstva 112.

Druhá vrstva 112 bude konečně pokryta vrchní vrstvou 114, která je pokládána za vrstvu tvořenou převážně hliníkovým pájecím plátováním, může však obsahovat i část z hliníkového povlaku, který se původně nacházel na trubkách 50. Kouty 60 jsou tvořeny materiálem z vrchní vrstvy.

První vrstva 110 je považována za velmi podobnou vrstvě 84 a její tloušťka nečiní více než obnáší zesílení vrstvy 84, které nastane při zvyšování teploty během procesu pájení. Druhá vrstva 112 je tvořena jako výsledek reakce na rozhraní sílící vrstvy 84, která se stává první vrstvou 110. a pájecím plátováním 88 a nebo zbývající části povlaku 82, a to jakmile je dosaženo teploty solidu pájecího plátování. Druhé vrstvě 112, tvořené intermetalickou sloučeninou železa a hliníku nebo intermediální fází, je poskytována ocel z vrstvy 84, která má nižší koncentraci oceli než podklad 80.

Odolnost vůči korozi, která se projevuje u výsledné žebrované trubky, je zcela neočekávaná.

-5CZ 285218 B6

Vytváření intermetalické sloučeniny železa a hliníku nebo intermediální fáze při ohřevu oceli potažené hliníkem je známé a rovněž je známé to, že intermetalická sloučenina nebo intermediální fáze je poměrně křehká. Zatímco tedy odolnost intermetalické sloučeniny nebo intermediální fáze vůči korozi může být pro řadu účelů dostatečná, zvyšuje jejich křehkost pravděpodobnost vzniku lámavé vrstvy, která se může z chráněného ocelového podkladu snadno odloupávat. Podklad je pak vystaven účinkům okolí, čímž je umožněno působení koroze a není zajištěna pevná vazba.

Hliníková vrstva 114 vytvořená podle tohoto vynálezu pokrývá vrstvy 110 a 112 z intermetalické sloučeniny nebo intermediální fáze zcela neočekávaně i v oblasti mezi vrcholy 58, kde zabraňuje výskytu odlupování, poskytuje dobrou odolnost vůči korozi spojenou se vznikem oxidu hlinitého a zajišťuje dobrou vazbu mezi žebry a trubkou o nečekané pevnosti.

Skutečná odolnost vůči korozi, která je uvedena v následujících tabulkách, je znázorněna výsledky zkoušek porovnávajících odolnost vůči korozi: A) oceli potažené hliníkem, která obsahuje vrstvy 80, 82 a 84 a nebyla tepelně zpracována, B) jinak shodného vzorku s vrstvami 80, 82 a 84, který byl ohřát na teploty odpovídající běžnému cyklu pájení, avšak bez tavidla, C) vzorku obsahujícího vrstvy 80, 110, 112 a 114, přičemž tento vzorek byl zhotoven způsobem podle vynálezu, a D) vzorku shodného se vzorem C s výjimkou toho, že obsahuje 1-1,5 % zinku v pájecím plátování. Tento vzorek D je vyroben rovněž způsobem podle vynálezu.

U vzorků uvedených v tabulce č. 1 byly použity hliníkované trubky typu I- 25, jejichž hliníkový povlak obsahoval přibližně 9 % křemíku a byl nanesen v množství asi 0,076 gramů na čtverečný centimetr. Konce všech trubek byly uzavřeny zavařením a poté zaexpodovány. Vzorky byly dlouhé přibližně 152 milimetrů. Byly použity vždy dva vzorky každého typu, z nichž jeden byl opatřen vnitřním přetlakem a druhý ne. Výsledky testů neukázaly žádné rozdíly, pokud jde o korozi vzorků stejného typu s přetlakem a bez přetlaku.

Tabulka č. 1 znázorňuje počet hodin do vzniku prvních znaků jak červené tak bílé koroze při normalizované zkoušce pomocí solné sprchy ASTMB117. Tabulka č. 2 znázorňuje tytéž výsledky pro takzvanou zkoušku cass, tj. normalizovanou zkoušku pomocí roztoku okyselené měďné soli, ASTM B368. Tato zkouška prokazuje, že zinek je v pájecím plátování velmi vhodnou přísadou.

-6CZ 285218 B6

Tabulka 1

vzorek číslo	počet hodin do prvního příznaku koroze
červená	bílá
A3	792	144
A4	792	144
B3	120	-
B4	120	168
C3	/bez červené rzi po 3 312 h/	792
C4	/bez červené rzi po 3 312 h/	792
D3	/bez červené rzi po 3 312 h/	792
D4	/bez červené rzi po 3 312 h/	792
Tabulka 2
vzorek číslo	počet hodin do prvního příznaku koroze
	červená	bílá
Al	120	24
A2	120	24
B1	24	120
B2	24	-
Cl	192	-
C2	192	-
Dl	840	216

Požadovaného pájení a ukončení dodávání tepla se podle popisovaného příkladu provedení 10 vynálezu dosahuje za použití průchozí pájecí pece s ochrannou dusíkovou atmosféru následujícím pracovním postupem.

Sestavené žebro a trubka nejprve procházejí zónami s poměrně nízkými teplotami za účelem vysušení. Jsou použity tři zóny a doba průchodu může v každé z nich činit 3 až 4 1/2 minuty.

Zóny mají postupně vzrůstající teploty 93, 120 a 150 °C. Poté je trubka s žebry podrobena předehřevu v pěti zónách, jejichž teploty se postupně zvyšují od 343 °C přes 450 a 513 °C po 546 °C a v poslední zóně 538 °C. Doba průchodu každou z těchto zón je v rozmezí 2,0 až 3,2 minuty.

Pájení se uskutečňuje v pěti zónách, jejichž teploty činí postupně od počátku do ukončení 593, 603, 610, 610 a 600 °C. Doby průchodů příslušnými zónami jsou v následujících rozmezích: 5 2/3 až 8 1/2 minuty, 3 1/4 až 4 5/6 minuty, 2 3/4 až 4,2 minuty, 2 3/4 až 4,2 minuty a 2 1/2 až 3,8 minuty.

Je použito průtoku dusíku 90,5 m³ za hodinu, takže rosný bod pece činí —40 °C a obsah kyslíku je menší než 0.01 promile.

Druhou možností je provádění postupu pájením po jednotlivých vsázkách v programově řízené vakuové pájecí peci, jako je například vakuová pec Ipsen. Nejprve je vytvořeno hrubé vakuum o tlaku 5,33288 Pa (tj. 40 mikrometrů rtuťového sloupce). Poté se běžnou difuzní vývěvou dosáhne během dvou minut vysokého vakua o tlaku 3,99966.10^-2 Pa (tj. 3.10^-4 torru, přičemž tlak vakua o velikosti 1 torru (=1,33 3 22.10² Pa) odpovídá tlaku 1000 mikrometrů rtuťového sloupce). Během vysokovakuového cyklu se teplota uvnitř pece zvyšuje rychlostí 10 °C za minutu, dokud není dosaženo teploty 38 °C. Po dosažení této teploty je difuzní vývěva uzavřena a vysokovakuový cyklus se ukončí.

Bezprostředně na to se pec naplní dusíkem o tlaku 1,01325.10⁵ Pa (tj. 1 atm). Když je plnění ukončeno, udržuje se stálý průtok dusíku činící přibližně 0,27 m³ za minutu. Během této doby je teplota v peci zvyšována rychlostí 55 °C za minutu, dokud není dosaženo teploty přibližně 520 °C. Pro tento úsek nárůstu teploty je zapotřebí doby přibližně 8,7 minuty.

Dále se teplota zvyšuje z 520 na 593 °C při rychlosti 10 °C za minutu. Při 593 °C následuje pětiminutová prodleva k vyrovnání teploty, výsledkem čehož je nárůst teploty pájené trubky a žeber na přibližně 526 °C.

Nakonec se teplota zvýší z 593 °C na maximální hodnotu 630 °C při rychlosti 4 °C za minutu. Jestliže je dosaženo teploty 630 °C, je zapotřebí závěrečné, přibližně osmiminutové prodlevy, aby se teplota trubky s žebry zvýšila přibližně na 605 °C. V tomto okamžiku je zahájen obvyklý cyklus ochlazování plynným dusíkem.

Během tohoto cyklu činí rosný bod v peci asi -40 °C.

Nečekaná odolnost proti korozi, dosažená tímto pochodem, je tedy zřejmá z údajů obsažených v tabulce č. 1. Další zkoušky prokázaly, že odolnost proti korozi dosažená tímto procesem u trubek opatřených hliníkovým povlakem, naneseným v množství 0,076 gramu na čtverečný centimetr, je rovna nebo je větší než odolnost proti korozi jinak shodných trubek potažených hliníkem v množství 0,12 nebo dokonce 0,20 gramu na čtverečný centimetr.

Má se za to, že pevnost spojení a odolnost proti korozi jsou částečně důsledkem vzniku povrchové vrstvy v podstatě z té části celkové struktuiy, která se nachází v blízkosti žeber a která je výsledkem tečení pájecího plátování z žeber na vnější povrch trubky. Rovněž se předpokládá, že katodická ochrana oceli se zajistí použitím hliníkového žebra bez povlakové vrstvy.

Jelikož se k trubce připojuje jedna strana žebra, je v souvislosti s výše uvedeným možno použít pájecí plátování jen na této jedné straně, tj. použít pájecí plech č. 11. To však sníží množství plátování, které je k dispozici k přetékání z žeber na trubku. V této souvislosti se předpokládá, že při použití žeber opatřených žaluziemi zvyšuje přítomnost těchto žaluzií schopnost tečení pájecího plátování z odvrácené strany žebra směrem k trubce. To znamená, že plátování protéká

-8CZ 285218 B6 ze strany žebra, která je odvrácená od trubky, žaluziemi na přivrácenou stranu žebra a odtud na trubku.

Očekává se, že použití tepelných výměníků, vyrobených podle vynálezu, jako parních kondenzátorů, prokáže třicetiprocentní nárůst odvodu tepla oproti celoocelovým konstrukcím, trubkám s žebry z pozinkovaného plechu nebo trubkám s vinutými hliníkovými žebry. V důsledku toho mohou být kondenzátory, které využijí tepelné výměníky zhotovené podle vynálezu, vyráběné spíše s jednou nežli se dvěma nebo více řadami trubek, což snižuje náklady na montáž v terénu. Použití jediné řady žeber dále zmenšuje pokles tlaku vzduchu, čímž se snižují energetické náklady na provoz větráků, jako je například větrák 34.

Ačkoliv byl vynález popsán na příkladu zploštělých trubek a hadovitých žeber, je zřejmé, že mohou být použity také kruhové nebo tvarované trubky a desková nebo vinutá žebra, u nichž se rovněž dosáhne překvapivé odolnosti proti korozi a nečekaně pevných pájených spojů mezi ocelí a hliníkem, zhotovených podle vynálezu.

Závěrem je třeba poznamenat, že tepelné výměníky podle vynálezu mohou být použity v mnoha odlišných zařízeních, vyžadujících výměníky tepla odolné vůči korozi, a neomezují se tedy na použití v elektrárnách.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby tepelného výměníku, sestávajícího z trubek s žebry, kdy jedna ze součástí je zhotovena ze železného materiálu a druhá z hliníku, vyznačující se tím, že součást ze železného materiálu se opatří povlakem obsahujícím hliník a součást z hliníku se opatří krycí vrstvou obsahující hliník, součásti se přiloží k sobě do požadované polohy a nanese se na ně tavidlo, načež se součásti ohřejí na teplotu, dostatečnou pro alespoň částečné roztavení krycí vrstvy a povlaku, přičemž ohřev se ukončí před přeměnou krycí vrstvy a povlaku na intermetalickou sloučeninu železa s hliníkem.
2. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že železným materiálem je ocel.
3. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že povlakem a/nebo krycí vrstvou je slitina na bázi hliník-křemík.