SK279951B6 - Spôsob výroby tepelného výmenníka - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby tepelného výmenníka, pozostávajúceho z rúrok s rebrami, keď jedna zo súčastí je zhotovená zo železného materiálu a druhá z hliníka.

Doterajší stav techniky

Vzduchom chladené kondenzátory sa vo veľkých elektrárňach používajú už viac než tridsať rokov. Elektrárne teraz v celosvetovej mierke používajú vzduchom chladené kondenzátory ako alternatívu k ďalším typom chladenia, a to aj vtedy, ak je k dispozícii chladiaca voda, pretože náklady na chladiacu vodu sa stále viac stávajú jedným z určujúcich kritérií pri voľbe stanovišťa elektrárne. Použitie vzduchom chladenej kondenzačnej sústavy napríklad umožnilo, aby 330-megawattová elektráreň vo Wyodaku, vybudovaná v blízkosti Gillette v štáte Wyoming v USA, bola umiestnená v suchej oblasti bohatej na uhlie. Elektráreň bola umiestnená v podstate na vrchole sloja uhlia s nízkym obsahom síry, a to bez nárokov na veľký prevádzkový prívod vody. Prevádzka spotrebováva iba asi 900 litrov na minútu, prevažne na dopĺňanie napájacej vody pre parné kotly.

Takáto sústava teda ľahko vyhovuje predpisom týkajúcim sa životného prostredia, pokiaľ ide o šetrenie vodou, a súčasne nedochádza k neprípustnému alebo nežiaducemu zvyšovaniu teploty riek alebo jazier. Okrem toho je tiež zamedzené vytváranie oblakov z vodných kvapôčok a ich roznášanie do okolia vodných chladiacich veži.

Známe vzduchom chladené tepelné výmenníky, označované tiež ako kondenzátory, sú často vybavené takzvanou konštrukciou z „A-rúrok“, čo sú pretiahnuté rúrky eliptického prierezu usporiadané v rozostavení zodpovedajúcom tvaru písmena A. Na rúrkach sú umiestnené plechové rebrá a tak rúrky ako aj rebrá sú zhotovené z ocele alebo podobného materiálu. Príležitostne sú používané skrutkovito vinuté hliníkové rebrá alebo rebrá z plechu s obsahom hliníka.

Eliptický prierez je vybavením na ochranu proti zamŕzaniu kondenzátora vnútri rúrok v zimných podmienkach, zatiaľ čo oceľová konštrukcia zaisťuje potrebnú pevnosť, ktorá umožňuje použitie rúrok s dĺžkami 4,8 metra aj viac.

Aby sa však dosiahla dobrá účinnosť prestupu tepla, je nutné, aby každá vetva písmena A zahrnovala najmenej dva. a často až štyri rady rúrok, pričom tieto rúrky bývajú všeobecne umiestnené striedavo v každom druhom rade. Netreba podotýkať, že čím väčší je počet radov rúrok, tým väčšia je strata tlaku vzduchu počas prevádzky a tým väčšia je potreba energie pre ventilátory, ktoré sú nevyhnutné na to, aby hnali vzduch vzduchovo chladeným kondenzátorom. Pri konštrukciách s viac radmi sa ďalej ťažko dosahuje rovnomerné rozdeľovanie pary medzi radmi, čo má za následok zníženú tepelnú účinnosť.

Ďalším dôležitým hľadiskom je pri vzduchom chladených kondenzátoroch ich životnosť. Je nevyhnutné, aby kondenzátory mali predpokladanú životnosť vyššiu než 30, výhodne 40 rokov aj viac. Pretože takéto kondenzátory sú vystavené účinkom okolia, je nutné, aby boli vysoko odolné proti korózii. Je známe použitie oceľových rúrok s oceľovými rebrami, ktoré sú na účely zabránenia korózii zinkované ponorením za tepla. To je však veľmi nákladný postup, ak sa vezme do úvahy, že nádrže obsahujú galvanizačný kúpeľ a musia byť dlhšie než rúrky, ktorých dĺžka je, ako je uvedené, často 4,8 metra a viac. Pri tomto postupe sú používané iba také sústavy rebrových rúrok, ktoré obsahujú stredovú rúrku skrutkovito ovinutú rebrom z mäkkého čistého hliníka, alebo pretláčané hliníkové a oceľové diely, alebo akýkoľvek ďalší typ hliníkového rebra, a sú vybavené plastovým povlakom na účely dosiahnutia odolnosti proti korózii. To však zabraňuje tomu, aby hliník mohol pôsobiť na ostatných častiach zariadenia katódickým ochranným účinkom.

Napriek možnosti podstatného zníženia tak nákladov na materiály používané pri výrobe rebrovaných rúrok, ako aj nákladov na výstavbu vzduchom chladených tepelných výmenníkov v teréne, bolo zatiaľ vynaložené iba malé úsilie na využitie všetkých výhod, ktoré poskytuje použitie hliníka pri výrobe rebrovaných rúrok, hlavne tých, ktoré môžu byť používané v elektrárňach. Použitie hliníkových rebier pritom vedie k dosiahnutiu vyššej tepelnej účinnosti, ktorá sprevádza použitie hliníka vo výmenníkoch tepla vzhľadom na jeho vysokú tepelnú vodivosť. Tento vynález je zameraný na vyriešenie uvedených problémov.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje spôsob výroby tepelného výmenníka, pozostávajúceho z rúrok s rebrami, keď jedna zo súčastí je zhotovená zo železného materiálu a druhá z hliníka, podľa tohto vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že súčasť zo železného materiálu sa vybaví povlakom obsahujúcim hliník a súčasť z hliníka sa vybaví krycou vrstvou obsahujúcou hliník, súčasti sa priložia k sebe do požadovanej polohy a nanesie sa na ne tavivo, načo sa súčasti ohrejú na teplotu dostatočnú na aspoň čiastočné roztavenie krycej vrstvy a povlaku, pričom ohrev sa ukončí pred premenou krycej vrstvy a povlaku na intermetalickú zlúčeninu železa s hliníkom.

Podľa výhodných uskutočnení je železným materiálom oceľ a povlakom a/alebo krycou vrstvou je zliatina hliník-kremík.

Hlavnou výhodou je úplne neočakávane to, že je vytvorená vysoko korózii vzdorná vrstva hliníka, ktorý je vystavený okolitému prostrediu, v ktorom môže rýchlo oxidovať a pomocou zoxidovanej povrchovej vrstvy tak zaisťovať obvyklú ochranu proti korózii, a to aj napriek tomu, že sústava bola vystavená teplotám, ktoré boli dostatočne vysoké na spájkovanie hliníka. Netreba sa obávať straty ochrannej vrstvy spôsobenej olupovaním alebo iným spôsobom, k akej dochádza pri nechránenej vrstve z pomerne krehkej intermetalickej zlúčeniny železa a hliníka alebo intermediálnej fázy. Tiež získané spojenie rebra a rúrky je pevné, čo je nečakané vzhľadom na známu krehkú povahu produktov reakcií železa s hliníkom.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Ďalšie výhody spôsobu podľa vynálezu budú vysvetlené s odkazmi na priložené výkresy, kde obr. 1 znázorňuje schému elektrárne, ktorá v sebe zahrnuje rebrované tepelné výmenníky, vyrobené spôsobom podľa vynálezu. Obr. 2 znázorňuje schému alternatívneho uskutočnenia elektrárne s tepelnými výmenníkmi, zhotovenými spôsobom podľa vynálezu. Obr. 3 znázorňuje v čiastočnom reze vzduchom chladený tepelný výmenník, vyrobený spôsobom podľa vynálezu. Obr. 4 znázorňuje v čiastočnom perspektívnom pohľade jedno z možných uskutočnení výmenníka s iba jedným pripevneným rebrom. Obr. 5 znázorňuje rez rebrom vybaveným žalúziami, pričom rez je vedený približne pozdĺž priamky 5 - 5 z obr. 4. Obr. 6 znázorňuje zjednoduše ný schematický pohľad na možné vytvorenie spoja medzi rebrom a rúrkou pred spájkovaním. Obr. 7 je obdobou obr. 6, ale znázorňuje spoj po spájkovaní. Obr. 8 znázorňuje postupový diagram objasňujúci príklad jednotlivých krokov spôsobu podľa vynálezu používaného pri výrobe tepelného výmenníka.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr. 1 a 2 sú znázornené príklady vytvorenia elektrární, pri ktorých možno použiť výmenníky vyrobené spôsobom podľa vynálezu. Obr. 1 znázorňuje takzvanú priamu vzduchom chladenú kondenzačnú sústavu, zatiaľ čo obr. 2 znázorňuje takzvanú nepriamu vzduchom chladenú kondenzačnú sústavu. Obe sústavy sú znázornené v zjednodušenej podobe, pričom vyznačené sú iba tie súčasti, ktoré sú potrebné na pochopenie sústavy.

Obr. 1 znázorňuje parnú turbínu 10, ktorá zahrnuje výstupný hriadeľ 12 pripojený k elektrickému generátoru 14 na výrobu elektrickej energie. Turbína 10 je poháňaná parou privádzanou potrubím 16 z parného kotla 18. Expandovaná alebo výfuková para vystupuje z turbíny 10 potrubím 20 a je potom vedená do kondenzačnej jednotky 22 z takzvaných rúrok tvaru A. Kondenzačná jednotka 22 zahrnuje spoločný zberač 24, ku ktorému je pripojené pravé rameno 26 a ľavé rameno 28, ktoré sú zostavené vždy z jediného radu tepelných výmenníkov vyrobených spôsobom podľa vynálezu. Tieto výmenníky sú tvorené rebrovanými rúrkami. Každá z vetiev je ukončená v zberači 30. Oba zberače 30 sú rovnobežne spojené so spätným vedením 32 kondenzátora, ktoré vedie k parnému kotlu 18. Medzi ramenami 26 a 28 kondenzačnej jednotky 22 je známym spôsobom umiestnený najmenej jeden vetrák 34, ktorý kondenzačnou jednotkou 22 ženie vzduch.

Je zrejmé, že takáto sústava sa bude správne nazývať priamo vzduchom chladenou kondenzačnou sústavou, nakoľko výfuková alebo odpadová para z turbín prechádza kondenzačnou jednotkou 22, ktorá je chladená vzduchom, a potom je zachytávaná v spätnom potrubí 32, ktorým sa vracia do parného kotla 18, kde je opätovne odparovaná.

Na obr. 2 sú zhodné súčasti označené zhodnými vzťahovými značkami ako na obr. 1 a v záujme stručnosti nebudú znovu opisované. Pri tomto uskutočnení je potrubie 20, odvádzajúce výfukovú paru, pripojené k povrchovému kondenzátoru 36, ku ktorému je napojené spätné potrubie 32. Potrubia 20 a 32 sú navzájom známym spôsobom prepojené, pričom vnútri kondenzátora 36 sa na účely výmeny tepla nachádza druhé prietokové vedenie 38, ktoré je pripojené jednak ku zberačom 30, jednak k čerpadlu 40. Čerpadlo 40 je potom pripojené ku zberaču 24. Sústava môže byť vybavená vypúšťacím systémom obvyklej konštrukcie, ktorý je ako celok označený vzťahovou značkou 42, a odvzdušňovacím systémom, ktorý je ako celok označený vzťahovou značkou 44. Po bokoch ramien 26 a 28 sú oproti vetráku 34 umiestnené nastaviteľné žalúzie 46, ktorými je regulovaný prietok vzduchu. Keď je sústava v činnosti, je výfuková para ochladzovaná výmenou tepla a chladnou vodou alebo iným chladivom obiehajúcim vedením 38 vnútri povrchového kondenzátora 36 pomocou čerpadla 40.

Obr. 3, 4 a 5 znázorňujú konštrukčné detaily typického predstaviteľa jedného z ramien 26 alebo 28. Každé rameno pozostáva zo stredovej sploštenej rúrky 50, ktorá má protiľahlé ploché boky 52 a 54. K rúrke 50 sú prispájkované hadovité Tebrá 56, všeobecne jedno hadovité rebro 56 na každom z bokov 52 a 54. To znamená, že vrcholy 58 každého z hadovitých rebier sú uvedené do styku so zodpovedajú cim bokom 52 alebo 54 a sú k nemu prispájkované, pričom spájkované kúty 60 sú vytvorené ako spoj rebier 56 s príslušným bokom 52 alebo 54.

Ako je zrejmé z obr. 3, sú rúrky 50 s prispájkovanými rebrami 56 zostavené rovnobežne vedľa seba, pričom vrcholy 62, ktoré sú naproti vrcholom 58 prispájkovaným k rúrkam 50, sa nachádzajú v tesnom vzájomnom susedstve. Typická medzera medzi dvoma susednými vrcholmi 62 robí rádovo 1,6 mm.

V niektorých prípadoch sú hadovité rebrá 56 vybavené žalúziami. To znamená, že ak sa urobí rez jedným z úsekov ktoréhokoľvek z rebier 56 medzi dvoma susednými vrcholmi 58 a 62, bude na jednej strane rebra umiestnený rad žalúzií 68 otvárajúcich sa jedným smerom a na druhej strane rebra rad žalúzií 70 otvárajúcich sa opačným smerom. Žalúzie 68 a 70 môžu byť zhotovené po celej dĺžke každého z hadovitých rebier 56. Ďalšou možnosťou sú rebrá 56 bez žalúzií, ktoré sú ploché alebo vybavené záhybmi.

Konštrukcia rebrovaných rúrok je známa z patentu US č. 4 256 177. Je však treba poznamenať, že zamýšľaný smer prúdenia vzduchu sústavou je všeobecne rovnobežný s vrcholmi 58 a 62, ako je znázornené na obr. 4 pomocou šípky 72. Ďalej je treba poukázať na to, rúrky 50 sú vyrábané v trochu odlišnom tvare tak, ako bude podrobnejšie opísané.

Rúrky 50 sú obvykle niekoľko metrov dlhé, pričom ich dĺžka často dosahuje 4,8 metra aj viac. Rúrky sú vytvorené z ocele, aby sa zaistila ich potrebná pevnosť, hlavne vtedy, ak sú čiastočne naplnené kondenzátom alebo úplne naplnené kvapalným chladivom. Kruhové rúrky s vonkajším priemerom 76 mm a hrúbkou steny 1,65 mm sú splošťované na hydraulickom lise na tvar znázornený na obr. 4. Pred sploštením je rúrka obvyklým spôsobom pokovovaná vrstvou hliníka. Hliníkový povlak výhodne obsahuje asi 9 % kremíka, inak je však bez nečistôt v normálnych medziach. Povlak je podľa vynálezu nanášaný v množstve 0,076 gramu na štvorcový centimeter povrchovej plochy, výsledkom čoho je typická hrúbka povlaku 0,013 mm.

Na obr. 6 je oceľový podklad, z ktorého je vytvorená rúrka, znázornený vzťahovou značkou 80 a hliníkový povlak vzťahovou značkou 82. Dôsledkom nanesenia hliníkového povlaku 82 na oceľový podklad 80 je obvykle vytvorenie tenkej vrstvičky 84, ktorá je tvorená intermetalickou zlúčeninou železa s hliníkom alebo intermediálnou fázou. Rebrá 56 sú zhotovené z hliníkového podkladu alebo jadra 86, vytvoreného prednostne z hliníka 3003. Podklad alebo jadro 86 je po oboch stranách vybavené spájkovacím plátovaním tvoreným vrstvou z hliníka 4343 obsahujúceho 6,8 až 8,2 % kremíka. Plátovanie 88 môže výhodne obsahovať 1 až 1,5 % zinku, čo však nie je nevyhnutné.

Odborníci v danom odbore rozpoznajú v uvedenom materiáli tvrdú spájku č. 12 podľa „Aluminum Standards and Data“ firmy Aluminum Association, Inc. Môžu byť použité aj iné obsahy kremíka.

Podľa obr. 8 je prvým krokom pri výrobe takýchto tepelných výmenníkov tvorených rebrovanými rúrkami, sploštenie rúrky s hliníkovým povlakom, ako už bolo opísané skôr. Tento krok je na obr. 8 schematicky označený vzťahovou značkou 90.

Výsledná sploštená rúrka je potom podrobená bežnej odmasťovacej operácii 92 a potom na ňu môže byť nanesené tavivo, čo je znázornené pod vzťahovou značkou 94. Použité je tavivo predávané pod obchodnou značkou Nocolok a známe ako Nocolok 100 Flux. Tavivo Nocolok 100 Flux je jemný biely prášok, ktorý je tvorený eutektickou zmesou rôznych komplexov z fluorohlinitanu draselného. Tavivo sa nanáša na vonkajšok rúrok 50 nástrekom zmesi obsahujúcej 69 % deionizovanej vody, 6 % izopropanolu a 25 % taviva Nocolok 100 Flux. Môžu však byť použité aj iné zmesi. Tavivo sa nanáša v množstve približne 30 - 40 gramov na štvorcový meter vonkajšej povrchovej plochy.

Rebrá 56 sú vytvárané bežným spôsobom z opísaných materiálov, čo je na obr. 8 znázornené rámčekom 96.

Výsledné rebro je potom podrobené bežnej odmasťovacej operácii znázornenej rámčekom 98 a potom naň môže byť v rovnakom množstve ako v predchádzajúcom prípade nanesené rovnaké tavivo, čo je znázornené pod vzťahovou značkou 100. Ak je však pridávanie taviva uskutočňované podľa variantu, označeného v postupovom diagrame rámčekom 100, je tavivo nanášané iba na jednu stranu rebra, aby sa dosiahla jeho úspora.

Po nanesení taviva sa tak rúrka 50, ako aj rebro 56 sušia. Môžu byť sušené napríklad v teplovzdušnej peci pri teplote 140 - 150 °C počas približne päť minút.

Rebro 56 sa potom pripevní k rúrke 50, čo všeobecne znamená, že ku každému z bokov 52 a 54 sa priloží jedno rebro, ako je znázornené rámčekom 102. Toto môže byť uskutočnené s použitím vhodných prípravkov alebo iných upínadiel tak, aby sa zaistilo dosadnutie všetkých vrcholov 58 každého z rebier 56 na príslušný plochý bok 52 alebo 54, ako je znázornené na obr. 6.

Druhá možnosť spočíva v tom, že pripevnenie rebier 56 k rúrke 50 môže nasledovať bezprostredne po odmastení znázornenom rámčekmi 92 a 98. Ak je to tak, nanesie sa na zmontované rebrá a rúrku tavivo tak, ako je znázornené rámčekom 104. Používa sa rovnaké tavivo a rovnaká intenzita nanášania ako v predchádzajúcom prípade. Netreba podotýkať, že pri nanesení taviva v krokoch 94 a 100 môže byť krok 104, nasledujúci po pripevnení rebier 56 k rúrke 50, vynechaný. Sústava rúrky 50 a rebier 56 s naneseným tavivom sa potom umiestni v spájkovacej peci a jej teplota sa nechá vzrásť na príslušnú teplotu spájkovania, čo je znázornené rámčekom 106. Ak však spájkovacia pec umožňuje uskutočňovanie spájkovania vo vákuu, pridá sa k sústave horčík a všetky kroky nanášania taviva môžu byť vynechané. Teplota sústavy je zvýšená na hodnotu, ktorá sa nachádza nad teplotou solidu hliníkového plátovania 88 a pod bodom tavenia hliníkového podkladu alebo jadra 86. Druhou možnosťou je prednostné zvýšenie teploty sústavy na hodnotu presne pod teplotou likvidu hliníkového plátovania 88, ktorá sa ešte bude nachádzať pod bodom tavenia hliníkového podkladu alebo jadra 86.

Táto teplota je udržovaná iba počas takého dlhého času, ktorý je nevyhnutný na to, aby plátovanie mohlo dostatočne tiecť a vytvoriť tak kút 60.

Toto tiež všeobecne spôsobí, že materiál plátovanie 88 obalí, pretečie alebo bude rozprestretý po povlaku 82 na vonkajšku rúrky a vytvorí tak na rúrke ochrannú vrstvu.

Dodávanie spájkovacieho tepla do sústavy sa pri splnení predchádzajúcich kritérií ukončí čo najrýchlejšie, ako je znázornené rámčekom 108, a to pred vytvorením akejkoľvek zjavnej intermetalickej zlúčeniny železa s hliníkom alebo intermediálnej fázy na vonkajšku každej z rúrok 50. Výsledný spoj bude všeobecne vyzerať tak, ako je znázornené na obr. 7, kde iba oceľový podklad 80 a hliníkový podklad 86 zostávajú v podstate bez zmeny vzhľadom na svoje umiestnenie pred spájkovaním.

Pri podrobnejšom pohľade sa v bezprostrednom susedstve oceľového podkladu 80 nachádza, namiesto pomerne tenkej vrstvy 84 intermetalickej zlúčeniny železa s hliníkom alebo intermediálnej fázy, hrubšia prvá vrstva 110 z intermetalickej zlúčeniny železa s hliníkom alebo intermediálnej fázy, ktorá je pomerne bohatá na hliník a je opäť tvorená intermetalickou zlúčeninou železa a hliníka alebo intermediálnou fázou. Prvá vrstva 110 je bohatšia na oceľ než druhá vrstva 112.

Druhá vrstva 112 bude konečne pokrytá vrchnou vrstvou 114, ktorá je pokladaná za vrstvu tvorenú prevažne hliníkovým spájkovacím plátovaním, môže však obsahovať aj časť z hliníkového povlaku, ktorý sa pôvodne nachádzal na rúrkach 50. Kúty 60 sú tvorené materiálom z vrchnej vrstvy.

Prvá vrstva 110 je považovaná za veľmi podobnú vrstve 84 a jej hrúbka nerobí viac než predstavuje zosilnenie vrstvy 84, ktoré nastane pri zvyšovaní teploty počas procesu spájkovania. Druhá vrstva 112 je tvorená ako výsledok reakcie na rozhraní zosilňujúcej vrstvy 84, ktorá sa stáva prvou vrstvou 110, a spájkovacím plátovaním 88 a/alebo zostávajúcou častou povlaku 82, a to sotva sa dosiahne teplota solidu spájkovacieho plátovania. Druhej vrstve 112 tvorenej intermetalickou zlúčeninou železa a hliníka alebo intermediálnou fázou, je poskytovaná oceľ z vrstvy 84, ktorá má nižšiu koncentráciu ocele ako podklad 80.

Odolnosť proti korózii, ktorá sa prejavuje pri výslednej rebrovanej rúrke, je úplne neočakávaná.

Vytváranie intermetalickej zlúčeniny železa a hliníka alebo intermediálnej fázy pri ohreve ocele potiahnutej hliníkom je známe a tiež je známe to, že intermetalická zlúčenina alebo intermediálna fáza je pomerne krehká. Zatiaľ čo teda odolnosť intermetalickej zlúčeniny alebo intemediálnej fázy proti korózii môže byť pre mnohé účely dostatočná, zvyšuje ich krehkosť pravdepodobnosť vzniku lámavej vrstvy, ktorá sa môže z chráneného oceľového podkladu ľahko odlupovať. Podklad je potom vystavený účinkom okolia, čím je umožnené pôsobenie korózie a nie je zaistená pevná väzba.

Hliníková vrstva 114 vytvorená podľa tohto vynálezu pokrýva vrstvy 110 a 112 z intermetalickej zlúčeniny alebo intermediálnej fázy úplne neočakávane aj v oblasti medzi vrcholmi 58, kde zabraňuje výskytu odlupovania, poskytuje dobrú odolnosť proti korózii spojenú so vznikom oxidu hlinitého a zaisťuje dobrú väzbu medzi rebrami a rúrkou s neočakávanou pevnosťou.

Skutočná odolnosť proti korózii, ktorá je uvedená v nasledujúcich tabuľkách, je znázornená výsledkami skúšok porovnávajúcich odolnosť proti korózii: A. ocele potiahnutej hliníkom, ktorá obsahuje vrstvy 80, 82 a 84 a nebola tepelne spracovaná, B. inak zhodnej vzorky s vrstvami 80, 82 a 84, ktorá bola ohriata na teploty zodpovedajúce bežnému cyklu spájkovania, ale bez taviva, C. vzorky obsahujúcej vrstvy 80, 110, 112 a 114, pričom táto vzorka bola zhotovená spôsobom podľa vynálezu, a D. vzorky zhodnej so vzorkou C s výnimkou toho, že obsahuje 1 - 1,5 % zinku v spájkovacom plátovaní. Táto vzorka D je vyrobená taktiež spôsobom podľa vynálezu.

Pri vzorkách uvedených v tabuľke č. 1 boli použité hliníkované rúrky typu I- 25, ktorých hliníkový povlak obsahoval približne 9 % kremíka a bol nanesený v množstve asi 0,076 gramov na štvorcový centimeter. Konce všetkých rúrok boli uzavreté zavarením a potom zaepoxidované. Vzorky boli dlhé približne 152 milimetrov. Boli použité vždy dve vzorky každého typu, z ktorých jedna bola vybavená vnútorným pretlakom a druhá nie. Výsledky testov neukázali žiadne rozdiely, pokiaľ ide o koróziu vzoriek rovnakého typu s pretlakom a bez pretlaku.

Tabuľka č. 1 znázorňuje počet hodín do vzniku prvých príznakov tak červenej ako bielej korózie pri normalizovanej skúške pomocou soľnej sprchy ASTM B 117. Tabuľka č. 2 znázorňuje tie iste výsledky pre takzvanú skúšku „cass“, t. j. normalizovanú skúšku pomocou roztoku okys lenej mednej soli, ASTM B368. Táto skúška preukazuje, že zinok je v spájkovacom plátovaní veľmi vhodnou prísadou.

Tabuľka 1

vzorka číslo	počet hodín do prvého príznaku korózie
	červená	biela
A3	792	144
A4	792	144
B3	120	-
B4	120	168
C3	(bez červenej hrdze po 3 312 hod.)	792
C4	(bez červenej hrdze	792
po 3 312 hod.)
D3	(bez červenej hrdze	792
	po 3 312 hod.)
D4	(bez červenej hrdze po 3 312 hod.)	792

Tabuľka 2

vzorka číslo	počet hodín do prvého príznaku korózie
	červená	biela
Al	120	24
A2	120	24
BI	24	120
B2	24	-
Cl	192	-
C2	192	-
Dl	840	216

Požadované spájkovanie a ukončenie dodávania tepla sa podľa opisovaného príkladu uskutočnenia vynálezu dosahuje s použitím priechodnej spájkovacej pece s ochrannou dusíkovou atmosférou nasledujúcim pracovným postupom.

Zostavené rebro a rúrka najprv prechádzajú zónami s pomerne nízkymi teplotami na účely vysušenia. Sú použité tri zóny a čas prechodu môže v každej z nich robiť 3 až 4 1/2 minúty. Zóny majú postupne vzrastajúce teploty 93, 120 a 150 °C. Potom je rúrka s rebrami podrobená predohrevu v piatich zónach, ktorých teploty sa postupne zvyšujú od 343 °C cez 450 a 513 °C po 546 °C a v poslednej zóne 538 °C. Čas prechodu každou z týchto zón je v rozmedzí 2,0 až 3,2 minúty.

Spájkovanie sa uskutočňuje v piatich zónach, ktorých teploty robia postupne od počiatku do ukončenia 593, 603, 610, 610 a 600 °C. Časy prechodov príslušnými zónami sú v nasledujúcich rozmedziach: 5 2/3 až 8 1/2 minúty, 3 1/4 až 4 5/6 minúty, 2 3/4 až 4,2 minúty, 2 3/4 až 4,2 minúty a 2 1/2 až 3,8 minúty.

Je použitý prietok dusíka 90,5 m³ za hodinu, takže rosný bod pece robí -40 °C a obsah kyslíka je menší ako 0,01 promile.

Druhou možnosťou je uskutočňovanie postupu spájkovaním po jednotlivých vsádzkach v programovo riadenej vákuovej spájkovacej peci, ako je napríklad vákuová pec Ipsen. Najprv je vytvorené hrubé vákuum s tlakom 40 mikrónov. Potom sa bežnou difúznou vývevou dosiahne počas dvoch minút vysoké vákuum s tlakom približne 3 x 10’⁴ torru (tlak vákua jedného torru zodpovedá 1000 mikrónom). Počas vysokovákuového cyklu sa teplota vnútri pece zvyšuje rýchlosťou 10 °C za minútu, dokiaľ nie je dosiahnutá teplota 38 “C. Po dosiahnutí tejto teploty je difúzna výveva uzavretá a vysokovákuový cyklus sa ukončí.

Bezprostredne na to sa pec naplní dusíkom s tlakom jednej atmosféry. Keď je plnenie ukončené, udržuje sa stály prietok dusíka robiaci približne 0,27 m³ za minútu. Počas tohto času je teplota v peci zvyšovaná rýchlosťou 55 °C za minútu, dokiaľ nie je dosiahnutá teplota približne 520 °C. Pre tento úsek nárastu teploty je potrebný čas približne 8,7 minút.

Ďalej sa teplota zvyšuje z 520 na 593 °C pri rýchlosti 10 °C za minútu. Pri 593 °C nasleduje päťminútové zdržanie na vyrovnanie teploty, výsledkom čoho je nárast teploty spájkovanej rúrky a rebier na približne 526 °C.

Nakoniec sa teplota zvýši z 593 °C na maximálnu hodnotu 630 °C pri rýchlosti 4 °C za minútu. Ak je dosiahnutá teplota 630 °C, je potrebné záverečné, približne osemminútové zdržanie, aby sa teplota rúrky s rebrami zvýšila približne na 605 °C. V tomto okamihu je začatý obvyklý cyklus ochladzovania plynným dusíkom.

Počas tohto cyklu robí rosný bod v peci asi - 40 °C.

Nečakaná odolnosť proti korózii, dosiahnutá týmto pochodom, je teda zrejmá z údajov obsiahnutých v tabuľke č.

1. Ďalšie skúšky preukázali, že odolnosť proti korózii dosiahnutá týmto procesom pri rúrkach vybavených hliníkovým povlakom, naneseným v množstve 0,076 gramu na štvorcový centimeter, sá rovná alebo je väčšia ako odolnosť proti korózii inak zhodných rúrok potiahnutých hliníkom v množstve 0,12 alebo dokonca 0,20 gramu na štvorcový centimeter.

Predpokladá sa, že pevnosť spojenia a odolnosť proti korózii sú čiastočne dôsledkom vzniku povrchovej vrstvy v podstate z tej časti celkovej štruktúry, ktorá sa nachádza v blízkosti rebier a ktorá je výsledkom tečenia spájkovacieho plátovania z rebier na vonkajší povrch rúrky. Tiež sa predpokladá, že katodická ochrana ocele sa zaistí použitím hliníkového rebra bez povlakovej vrstvy.

Keďže sa k rúrke pripojuje jedna strana rebra, je v súvislosti s uvedeným možné použiť spájkovacie plátovanie iba na tejto jednej strane, t. j. použiť spájkovací plech č. 11. To však zníži množstvo plátovaní, ktoré je k dispozícii na pretekanie z rebier na rúrku. V tejto súvislosti sa predpokladá, že pri použití rebier vybavených žalúziami zvyšuje prítomnosť týchto žalúzií schopnosť tečenia spájkovacieho plátovania z odvrátenej strany rebra smerom k rúrke. To znamená, že plátovanie preteká zo strany rebra, ktorá je odvrátená od rúrky, žalúziami na privrátenú stranu rebra a odtiaľ na rúrku.

Očakáva sa, že použitie tepelných výmenníkov, vyrobených podľa vynálezu, ako parných kondenzátorov, preukáže tridsaťpercentný nárast odvodu tepla oproti celooceľovým konštrukciám, rúrkam s rebrami z pozinkovaného plechu alebo rúrkam s vinutými hliníkovými rebrami. V dôsledku toho môžu byť kondenzátory, ktoré využijú tepelné výmenníky zhotovené podľa vynálezu, vyrábané skôr s jedným než s dvoma alebo viac radmi rúrok, čo znižuje náklady na montáž v teréne. Použitie jediného radu rebier ďalej zmenšuje pokles tlaku vzduchu, čím sa znižujú energetické náklady na prevádzku vetrákov, ako je napríklad vetrák 34.

Hoci bol vynález opísaný na príklade sploštených rúrok a hadovitých rebier, je zrejmé, že môžu byť použité tiež kruhové alebo tvarované rúrky a doskové alebo vinuté rebrá, u ktorých sa tiež dosiahne prekvapujúca odolnosť proti korózii a nečakane pevné spájkované spoje medzi oceľou a hliníkom, zhotovené podľa vynálezu.

Je potrebné poznamenať, že tepelné výmenníky podľa vynálezu môžu byť použité v mnohých odlišných zariadeniach vyžadujúcich výmenníky tepla odolné proti korózii, a neobmedzujú sa teda na použitie v elektrárňach.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob výroby tepelného výmenníka pozostávajúceho z rúrok s rebrami, keď jedna zo súčastí je zhotovená zo železného materiálu a drahá z hliníka, vyznačujúci sa tým, že súčasť zo železného materiálu sa vybaví povlakom obsahujúcim hliník a súčasť z hliníka sa vybaví krycou vrstvou obsahujúcou hliník, súčasti sa priložia k sebe do požadovanej polohy a nanesie sa na ne tavivo, načo sa súčasti ohrejú na teplotu, dostatočnú na aspoň čiastočné roztavenie krycej vrstvy a povlaku, pričom ohrev sa ukončí pred premenou krycej vrstvy a povlaku na intermetalickú zlúčeninu železa s hliníkom.
2. 2. Spôsob výroby podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že železným materiálom je oceľ.
3. 3. Spôsob výroby podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že povlakom a/alebo krycou vrstvou je zliatina hliník-kremík.