בעיית יום שני בבוקר
קווי ציפוי כרום קשיח מושבתים מיום שישי בערב ועד יום שני בבוקר. קיטור למחליף החום מבודד. האמבט מתקרר מ-55 מעלות לטמפרטורת הסביבה במשך 12-16 שעות. ב-38-40 מעלות בערך, גבישי חומצה כרומית מתחילים לזרז מהאלקטרוליט של 250-400 גרם/ליטר. עד יום שני בבוקר, פנים המיכל - כולל מחליף החום - מצופה במשקעים גבישיים כתום-אדום.
עבור מחליפי חום מתכתיים, מחזור התגבשות זה יוצר שתי בעיות. הגבישים הגדלים מפעילים לחץ התפשטות בתוך חריצי מיקרו-על פני השטח, ומרחיבים אותם לאתרי התחלת קורוזיה. כאשר הקיטור משוחזר ביום שני, החימום המהיר גורם להתמוססות לא אחידה של גבישים, ומותיר מאחוריהם אזורי פני שטח שהשתנו כימית שבהם הסרט הפסיבי נפגע.
עבור מחליפי חום PTFE, אירוע ההתגבשות אינו משמעותי מבחינה מכנית וכימית. השילוב הייחודי של החומר של אנרגיית פני השטח נמוכה, התפשטות תרמית גבוהה ואינרטיות כימית מלאה הופך את מה שהוא מנגנון נזק למתכות לאי--אירוע עבור פלואורפולימרים.
פער הידבקות קריסטל
קריסטלים נצמדים למשטחים באמצעות שני מנגנונים: התקשרות כימית והשתלבות מכנית. משטחים מתכתיים משתתפים בשניהם.
משטחי תחמוצת מתכת מכילים קבוצות הידרוקסיל היוצרות קשרי מימן עם מולקולות חומצה כרומית במהלך התגבשות. הקשר חלש בנפרד אך חזק באופן קולקטיבי על פני אלפי נקודות מגע על פני השטח-של גבישים. כאשר הגבישים מתמוססים בחימום חוזר, שינויים מקומיים בכימיה של פני השטח נשארים במקום שבו התרחשה ההתקשרות.
משטחי מתכת מפתחים גם מיקרו-חספוס מקורוזיה במהלך פעולה רגילה. גבישי חומצה כרומית גדלים לתוך פגמי פני השטח הללו, ויוצרים מפתח מכני הנועל את הגביש למתכת. כוח ההתפשטות של טריזי צמיחת גבישים פותח את חריץ המיקרו-, תורם להתדרדרות השטח המתקדמת שנצפה על סלילים מתכתיים לאחר מחזורי כיבוי חוזרים ונשנים.
PTFE אינו מציג אף מנגנון מליטה. פני הפחמן-פלואור אינם מציעים קבוצות הידרוקסיל לקשירת מימן. אנרגיית פני השטח של 18-20 mN/m היא מהנמוכות מכל חומר הנדסי. גבישים עשויים להתיישב על פני השטח על ידי כוח הכבידה, אך הם אינם נצמדים. כאשר האמבט מתחמם מחדש ומתחיל התסיסה, גבישים מתפרקים מה-PTFE ומתמוססים מחדש באלקטרוליט.
טבלה 1: השוואת נזקי התגבשות במהלך כיבוי סוף שבוע (48 שעות קירור מ-55 מעלות עד 20 מעלות)
| פָּרָמֶטֶר | סליל נירוסטה | סליל טיטניום | מחליף חום PTFE |
|---|---|---|---|
| חוזק הידבקות קריסטל (יחסי) | 1.0 (קו בסיס) | 0.7 | < 0.05 |
| השפלת פני השטח לכל מחזור כיבוי | מיקרו-התפשטות של חריצים מפיתול קריסטל | דילול סרט פסיבי בנקודות מגע קריסטל | אַף לֹא אֶחָד |
| הליך נדרש ביום שני בבוקר | חימום הדרגתי כדי למנוע התפרקות הלם תרמי | חימום הדרגתי; לבדוק אם יש פיתולים | קיטור מלא מיידי; ללא הגבלות |
| נזק מצטבר לאחר 50 השבתות | דילול קיר מדיד באזורי מגע קריסטל | אתרי ייזום פיתולים גלויים | אין שינוי מדיד |
| זיהום אמבט ממוצרי תגובת פני השטח-בגבישים | משתחררים יוני ברזל וכרום | השתחררו יוני טיטניום | אַף לֹא אֶחָד |
לינה בהרחבה תרמית
מחזור החימום ביום שני בבוקר כופה הרחבה תרמית על מחליף החום. סלילים מתכתיים מתרחבים ב-15-18 × 10⁻⁶/מעלה. המבנה הקשיח, מרותך לרוב בתומכים ובחיבורים, מפתח מתח תרמי מכיוון שקטעים מוגבלים מתנגדים להתרחבות. גבישים במגע עם משטח המתכת המתרחב נמחצים וגוזזים, אך הנזק המכני לסרט הפסיבי שכבר התכלה מצטבר.
PTFE מתרחב בערך ב-120 × 10⁻⁶/מעלה -בערך פי שבעה מפלדת אל חלד. צינור PTFE באורך 3 מטר גדל בכמעט 13 מ"מ כאשר הוא מחומם מ-20 מעלות ל-55 מעלות. מחליפי חום PTFE מתוכננים כהלכה מתאימים את ההרחבה הזו באמצעות מערכות תמיכה גמישות ולולאות הרחבה. משטח הצינור מתרחב בחופשיות, וכל גבישים שנשענים בצורה רופפת פשוט מתנתקים כאשר הגיאומטריה של הצינור משתנה.
האופי הויסקו-אלסטי של החומר מספק יתרון נוסף. חימום מהיר שייצור מתח תרמי במתכות קשיחות נספג בניידות השרשרת המולקולרית של PTFE. אין סיכון לשבר פריך, אין דרישה לעלייה הדרגתית בטמפרטורה, ואין עיכוב תפעולי ביום שני בבוקר.
תצפיות בשטח מ- Job Shop Chrome Line
חנות לעבודות כרום קשיח המפעילה חמישה מיכלים של 6,000 ליטר השוותה את מצב המחמם לאחר 24 חודשים של מחזורי כיבוי זהים בסוף השבוע. שני מיכלים שמרו על סלילי טיטניום. שלושה מיכלים הוסבו למחליפי חום מסוג PTFE.
