Способ изготовления пластинчатого теплообменника

Изобретение относится к технологии изготовления пластинчатых теплообменников, которые могут быть использованы в качестве радиаторов автомобилей, радиаторов в системе отопления жилых помещений, теплообменников холодильных машин. Формируют на металлических пластинах выступы конической формы и пробивают отверстия в вершинах выступов с последующей их отбортовкой. Затем пластины собирают в пакет так, что выступы одной пластины входят в отверстия другой с образованием трубных полостей. После сборки пакет пластин погружают в ванну с раствором, в которой пластины покрываются слоем этого раствора. Вынимают пакет пластин из ванны и помещают его не менее чем на 20 минут в печь с восстановительной атмосферой при температуре 1100-1150°С. Используют раствор, содержащий разведенный водой порошок на основе карбоната меди и уксуснокислый никель в количестве 3-10 весовых %, причем содержание твердой фазы в растворе составляет 60-65 весовых %. В результате повышается прочность соединения пластин в пакете. 9 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к технологии производства пластинчатых теплообменников, которые могут быть использованы в качестве радиаторов автомобилей, радиаторов в системе отопления жилых помещений, теплообменников холодильных машин и т.п.

Известен способ изготовления пластинчатых теплообменников путем формирования в пластине, на поверхности которой наносят слой смазки, преимущественно латуни, выступов в виде усеченного конуса многопереходной штамповкой и пробивкой отверстий в вершинах выступов с последующей отбортовкой, сборки пластин в пакет и пайки в проходной печи при температуре 1100°С (смотри, например, патент RU 2038563, 1995 г., F28F 3/04).

Недостатком известной технологии является то, что соединение пластин в пакеты с обеспечением герметичности теплообменника обеспечивается за счет пайки мест контакта пластин, предварительным покрытием слоем латуни при температуре 1100°С. Такой теплообменник не может быть использован в условиях повышенных температур, превышающих 1100°С, например для съема тепла в охлаждающих газах различных производств.

Кроме того, теплообменник, изготовленный по описанной технологии не выдерживает высоких давлений среды в трубных полостях. Максимальное давление, на которое он рассчитан, составляет не более 20 кг/см².

Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности существенных признаков является способ пластинчато-трубного теплообменника, при котором на металлических (стальных) пластинах формируют выступы конической формы, пробивают отверстия в вершинах выступов с последующей их отбортовкой, затем пластины собираются в пакет так, что выступы одной пластины входят в отверстия другой. Образуя трубные полости, после сборки пакет пластин погружают в ванну, содержащую разведенную водой порошок на основе карбоната меди, где пластины покрываются слоем этого раствора при непрерывном его перемешивании, вынимают пакет пластин из ванны и помещают в печь с восстановительной атмосферой при температуре 1100-1150°С (смотри, «Изобретатель и рационализатор», № 10, 1988 г., стр.18).

Однако содержание указанной публикации, автором которой был один из авторов данного изобретения, носило рекламный характер и в ней не были раскрыты особенности описанного технологического процесса, достаточные для его воспроизведения с получение качественного изделия.

Задача данного изобретения состояла в создании такой технологии изготовления пластинчато-трубного теплообменника, которая обеспечивает производство теплообменников, способных работать при температуре 700°С и выше и выдерживают давление 100 кг/см² и более.

Указанная задача решается таким образом, что предложен способ изготовления пластинчато-трубного теплообменника, при котором на металлических пластинах формируют выступы конической формы, пробивают отверстия в вершинах выступов с последующей их отбортовкой, затем пластины собирают в пакет так, что выступы одной пластины входят в отверстия другой, образуя трубные полости, после сборки пакет пластин погружают в ванну, содержащую разведенную водой порошок на основе карбоната меди, где пластина покрывается слоем этого раствора при непрерывном его перемешивании, вынимают пакет пластин из ванны и помещают в печь с восстановительной атмосферой при температуре 1100-1150°С, в котором согласно изобретению в состав раствора при его приготовлении в ванне дополнительно вводят никель в виде уксуснокислого никеля в количестве 3-10% (по весу), причем содержание твердой фазы в растворе составляет 60-65% (по весу), а процесс выдержки обработанного в растворе пакета пластин в восстановительной атмосфере печи производят в течение не менее 20 минут.

Еще одним отличием способа является то, что при приготовление раствора в ванне в качестве растворителя используется смесь воды и этиленгликоля в соотношении 1:1.

В числе отличий способа следует отметить, что перед помещением в печь обработанный раствором пакет пластин сушат до содержания влаги в покрытии пластин менее 0,1-1,0% (по весу). В предпочтительном варианте осуществления способа сушки раствора на поверхности пластин проводят под воздействием ультрафиолетового излучения ртутных ламп.

Другим отличием предлагаемого способа является то, что входящие в состав раствора твердые порошкообразные компоненты перед введением в раствор дополнительно измельчают до размеров частиц 30-100 мкм. Это способствует образованию более равномерного слоя раствора на поверхности пластин и проникновения частиц в межпластинные зазоры собранного пакета.

В предлагаемом варианте осуществления способа измельчения твердых порошкообразных компонентов раствора производят с использование струйной мельницы.

Еще одним отличием способа является то, что обработанный в растворе пакет пластин после извлечения из ванны помещают в герметичный кожух, в который подают инертный газ (N₂ или СО₂) при давлении 5-15 кг/см². При этом сушку пакета пластин можно осуществлять в этом же кожухе после обработки их под давлением, путем пропускания через внутренний объем кожуха инертного газа при температуре 60-80°С.

В числе отличий способа следует отметить то, что восстановительную атмосферу в нем создают с использованием эндогаза, или водорода, или формигаза.

Технический результат изобретения состоит в повышении прочности соединения пластин в пакете.

Сущность изобретения поясняется приведенными ниже конкретными примерами осуществления способа.

Пример 1

На стальных пластинах толщиной 0,3 мм путем многопереходной штамповки формируют выступы конической формы. Пробивают отверстия в вершинах выступов с последующей их отбортовкой. Пластины собирают в пакет так, что выступы одной пластины входят в отверстия другой, образуя трубные полости. В ванной подготавливают раствор, содержащий тонкоизмельченный порошок основного карбоната меди (CuCo₃×Cu(ОН)₂) в количестве 63% (по весу), уксуснокислого никеля в количестве 5% (по весу) и борфтората аммония (NH₄BF₄) в количестве 0,2%. В качестве растворителя используют смесь воды и этиленгликоля в соотношении 1:1. Раствор непрерывно перемешивают до образования однородной сметанообразной массы светло-зеленого цвета. Плотность раствора составляет 1,7 г/см³. В ванну с раствором погружают при непрерывном перемешивании раствора собранный пакет пластин теплообменника. После выдержки пакета пластин в растворе в течение 10-15 минут его извлекают из ванны и сушат под действием УФ-излучения ртутной лампы в течение 10-20 минут до содержания влаги в высушенном на поверхности пластин раствора 0,5% (по весу). После сушки пакет пластин помещают в конвейерную проходную печь с температурой 1100-1150°С, в которой создают восстановительную атмосферу путем подачи водорода в среднюю зону печи. Время обработки собранного пакета пластин в печи составляет 20-25 минут. При этих условиях происходит восстановление углеродсодержащих солей меди и никеля до чистой меди и никеля. Расплав меди растекается по поверхности, заполняет все металлические зазоры в пакете пластин и молекулы меди диффундируют в кристаллическую решетку стали, образуя прочное и герметичное соединение в местах контакта пластин друг с другом.

Пример 2

Условия осуществления способа как в примере 1.

Отличия состояли в том, что порошок основного карбоната меди, солей никеля и борфтората аммония дополнительно измельчали с струйной мельнице, в которой одновременно происходит смешивание твердых порошкообразных компонентов. Выводимая из воздушного классификатора смесь частиц имела средние размеры в диапазоне 30-50 мкм. Это способствовало тому, что при обработке пакета пластин в ванне с раствором при его непрерывном перемешивании твердые частицы раствора проникали в мельчайшие зазоры в местах контакта пластин в пакете, что в свою очередь повышает качество соединения пластин в пакете.

Пример 3

Условия осуществления способа, как в примере 2.

Отличие состоит в том, что после обработки пакета пластин в растворе его помещали в герметичный кожух, в который подавали сжатый азот под давлением 10-15 кг/см². Это способствовало более глубокому проникновению раствора в зазоры между местами контакта пластин, что также повышает качество соединения. При этом сушка пакета пластин производится в том же кожухе путем снятия давления и пропускания через внутренний объем кожуха с установкой в нем пакетов пластин с потоком азота, нагретого до температуры 60-80°С.

Изготовленные по описанной технологии пластинчатые теплообменники выдерживают давление теплоносителя (воды) в трубном пространстве до 250 кг/см² без нарушения их герметичности.

1. Способ изготовления пластинчатого теплообменника, при котором на металлических пластинах формируют выступы конической формы, пробивают отверстия в вершинах выступов с последующей их отбортовкой, затем пластины собирают в пакет так, что выступы одной пластины входят в отверстия другой с образованием трубных полостей, после сборки пакет пластин погружают в ванну, содержащую разведенный водой порошок на основе карбоната меди, в которой пластины покрываются слоем этого раствора при непрерывном перемешивании, вынимают пакет пластин из ванны и помещают в печь с восстановительной атмосферой при температуре 1100-1150°С, отличающийся тем, что в раствор при его приготовлении в ванне дополнительно вводят никель в виде уксусно-кислого никеля в количестве 3-10 вес.%, причем содержание твердой фазы в растворе составляет 60-65 вес.%, а процесс выдержки обработанного в растворе пакета пластин в восстановительной атмосфере печи устанавливают не менее 20 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в раствор перед обработкой пакета пластин добавляют борфторат аммония в количестве 0,1-0,3 вес.%.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве растворителя при приготовлении раствора в ванне используют смесь воды и этиленгликоля в соотношении 1:1.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что перед помещением в печь обработанный раствором пакет пластин сушат до содержания влаги в нем 0,1-1,0 вес.%.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что сушку раствора на поверхности пластин проводят под воздействием ультрафиолетового излучения ртутных ламп.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что входящие в состав раствора твердые порошкообразные компоненты перед введением в раствор дополнительно измельчают до размеров частиц 30-100 мкм.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что измельчение твердых порошкообразных компонентов раствора производят с использованием струйной мельницы.

8. Способ по п.3, отличающийся тем, что обработанный в растворе пакет пластин после извлечения его из ванны помещают в герметичный кожух, в который подают инертный газ при давлении 5-15 кг/см².

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что сушку пакета пластин производят в герметичном кожухе после выдержки их под давлением путем пропускания через внутренний объем кожуха инертного газа при температуре 60-80°С.

10. Способ по п.3, отличающийся тем, что восстановительную атмосферу в печи создают с использованием эндогаза или водорода, или формигаза.