DE10004724A1 - Pipeline with an ultraphobic inner wall - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Rohrleitungen, insbesondere Wärmetauscher, die zur Reduzierung des Strömungswiderstandes und zur Verminderung von Ablage rungen an ihrer Innen- und/oder Außenwand mit einer ultraphoben Oberfläche ver sehen oder beschichtet sind.The present invention relates to pipelines, in particular heat exchangers, which to reduce the flow resistance and to reduce storage on their inner and / or outer wall with an ultraphobic surface see or are coated.
Zahlreiche fluide Medien z. B. Trinkwasser, Abwasser, Öl oder Gas werden über weite Entfernungen in Rohrleitungen transportiert. Dabei werden die Medien durch die Rohrleitungen gepumpt, d. h. mit Hilfe eines Druckgefälle vorangetrieben. Um u. a. den Druckverlust, der bei der Strömung des Mediums durch Reibungsverluste an der Innenoberfläche der Rohre entsteht, auszugleichen, sind auf langen Strecken wiederholt Pumpstufen vorzusehen. Jede dazu notwendige Druckerzeugungstufe ist aber energieintensiv.Numerous fluid media such. B. drinking water, sewage, oil or gas are over long distances transported in pipelines. The media are going through the pipes are pumped, d. H. with the help of a pressure drop. Around u. a. the pressure loss caused by friction losses when the medium flows the inner surface of the pipes must be compensated for over long distances to provide repeated pumping stages. Each pressure generation level required for this is but energy intensive.
Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, den Strömungswiderstand von Rohr leitungen zu reduzieren. So sind z. B. derzeit Rohrleitungen auf dem Markt, die eine besonders glatte innere Oberfläche aufweisen. Aber selbst bei diesen Rohrleitungen muß noch sehr viel Energie aufgewendet werden, um die Medien durch die Leitungen zu pumpen.There has been no shortage of attempts, the flow resistance of pipe reduce lines. So z. B. currently piping on the market, the one have a particularly smooth inner surface. But even with these pipes still a lot of energy has to be spent to get the media through the Pump lines.
Es stellt sich deshalb die Aufgabe Rohrleitungen zur Verfügung zu stellen, deren innere Oberfläche einen im Vergleich zum Stand der Technik reduzierten Strömungs widerstand aufweisen.It is therefore the task of making pipelines available inner surface a reduced flow compared to the prior art exhibit resistance.
Eine besondere Bedeutung haben Rohrleitungen, die als Wärmetauscher dienen. Wärmetauscher haben die Aufgabe Wärme von einem Medium auf ein anderes Medium zu übertragen, ohne dass sich die beiden Medien miteinander vermischen. Dementsprechend weist ein Wärmetauscher sogenannte Wärmetauscherflächen, z. B. überströmte Platten oder Rohre, auf, an denen die beiden Medien jeweils auf einer Seite der Wärmetauscherflächen vorbeiströmen und durch die die Wärme oder Kälte hindurch von einem Medium auf das andere Medium übertragen wird. Die Medien sind z. B. Kühlwasser, Öl, Gase oder Flüssigkeiten aus chemischen Produktionen beliebiger Art.Pipelines that serve as heat exchangers are particularly important. Heat exchangers have the task of transferring heat from one medium to another Transfer medium without the two media mixing together. Accordingly, a heat exchanger has so-called heat exchanger surfaces, e.g. B. overflowed plates or pipes, on which the two media each on one Flow past the side of the heat exchanger and through which the heat or cold is transmitted from one medium to the other medium. The media are z. B. cooling water, oil, gases or liquids from chemical productions of any kind.
Da die Medien, auf die Wärme oder Kälte übertragen werden sollen, oftmals Inhaltsstoffe aufweisen, die einen negativen oder positiven Lösungskoeffizienten haben, fallen im Bereich der Wärmetauscherflächen Partikel aus, die sich auf den Wärmetauscherflächen ablagern. Durch diese Ablagerungen bildet sich eine Schicht auf den Wärmetauscherflächen, die den Wärmeübergang reduziert, wodurch die Wärmetauscherleistung des Wärmetauschers abnimmt.Often because the media to which heat or cold are to be transferred Have ingredients that have a negative or positive solution coefficient have particles fall out in the area of the heat exchanger surfaces that affect the Deposit heat exchanger surfaces. A layer forms through these deposits on the heat exchanger surfaces, which reduces heat transfer, thereby reducing the Heat exchanger performance of the heat exchanger decreases.
Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, Wärmetauscherflächen zur Verfügung zu stellen, auf denen sich möglichst wenige Ablagerungen bilden. So sind z. B. derzeit Wärmetauscherflächen auf dem Markt, die eine besonders glatte Oberfläche aufweisen, so dass Partikel nicht so gut an der Oberfläche anhaften. Aber auch bei diesen Oberflächen bilden sich z. B. Kalkablagerungen auf den Wärmetauscher flächen, wenn z. B. hartes Wasser über einen längeren Zeitraum mit einem Wärme tauscher erhitzt wird.There has therefore been no shortage of attempts to provide heat exchanger surfaces places on which as few deposits as possible form. So z. B. currently Heat exchanger surfaces on the market that have a particularly smooth surface so that particles do not adhere as well to the surface. But also with these surfaces form z. B. Limescale deposits on the heat exchanger areas if z. B. hard water over a long period of time with a heat exchanger is heated.
Es stellt sich deshalb die weitergehende Aufgabe Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen, auf deren überströmten Flächen sich weniger Ablagerungen bilden als auf Wärmetauscherflächen gemäß dem Stand der Technik.The further task of heat exchangers is therefore available places where less deposits form on their overflowed areas than on Heat exchanger surfaces according to the prior art.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung einer Rohrleitung oder eines Wärmetauschers gelöst, die auf ihrer überströmten Innenwand und/oder Außenwand mit einer ultraphoben Oberfläche versehen oder beschichtet sind.The object is achieved by the provision of a pipeline or a heat exchanger solved on their overflowed inner wall and / or The outer wall is provided with an ultraphobic surface or coated.
Eine Rohrleitung im Sinne der Erfindung ist jede beliebig geformte dem Fachmann geläufige Rohrleitung aus jedem beliebigen Material. Vorzugsweise besteht die Rohrleitung jedoch aus Kunststoff oder Metall. A pipeline in the sense of the invention is any arbitrarily shaped to the expert common piping made of any material. Preferably there is However, pipeline made of plastic or metal.
Diese Rohrleitung, insbesondere der Wärmetauscher weist auf ihrer Innenseite und/oder Außenseite erfindungsgemäß eine ultraphobe Oberfläche auf. Eine ultra phobe Oberfläche im Sinne der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Kontaktwinkel eines Wassertropfens, der auf der Oberfläche liegt, deutlich mehr als 90°, in guten Fällen nahe 180° beträgt und der Abrollwinkel der Oberfläche 10° nicht überschreitet.This pipe, in particular the heat exchanger, has on its inside and / or outside according to the invention on an ultraphobic surface. An ultra phobe surface in the sense of the invention is characterized in that the Contact angle of a drop of water lying on the surface is significantly more than 90 °, in good cases close to 180 ° and the roll angle of the surface is not 10 ° exceeds.
Als Abrollwinkel wird hier der Neigungswinkel einer grundsätzlich planaren, aber strukturierten Oberfläche gegen die Horizontale verstanden, bei dem ein stehender Wassertropfen des Volumens 10 µl aufgrund der Schwerkraft bewegt wird, wenn die Oberfläche gegen die Horizontale geneigt wird.The roll angle here is the angle of inclination of a basically planar, however structured surface understood against the horizontal, in which a standing Water droplets of 10 µl volume are moved due to gravity when the Surface is inclined against the horizontal.
Solche ultraphoben Oberflächen sind z. B. in der WO 98/23549, WO 96/04123, WO 96/21523 und in der WO 96/34697 offenbart, die hiermit als Referenz eingeführt werden und als Teil der Offenbarung gelten.Such ultraphobic surfaces are e.g. B. in WO 98/23549, WO 96/04123, WO 96/21523 and disclosed in WO 96/34697, which are hereby introduced for reference and are considered part of the revelation.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die ultraphobe Oberfläche eine Oberflächentopographie auf, bei der der Wert des Integrales der Funktion S(log f) = a(f) . f die einen Zusammenhang zwischen den Ortsfrequenzen der einzelnen Fourierkomponenten und deren Amplituden a(f) gibt, zwischen den Integrations grenzen log (f1/µm-1) = -3 und log (f2/µm-1) = 3, mindestens 0,5, insbesondere mindestens 0,6 beträgt und aus einem ultraphoben Material oder aus einem haltbar ultraphobierten Material besteht. Eine solche ultraphobe Oberfläche wird in der unveröffentlichten internationalen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen PCT/99/10322 beschrieben.In a preferred embodiment, the ultraphobic surface has a surface topography in which the value of the integral of the function S (log f) = a (f). f which gives a relationship between the spatial frequencies of the individual Fourier components and their amplitudes a (f), between the integration limits log (f 1 / µm -1 ) = -3 and log (f 2 / µm -1 ) = 3, at least 0 , 5, in particular is at least 0.6 and consists of an ultraphobic material or of a durable ultraphobic material. Such an ultraphobic surface is described in the unpublished international patent application with the file number PCT / 99/10322.
Vorzugsweise wird die Innenseite der Rohrleitung mit einer ultraphoben Oberfläche überzogen. Preferably the inside of the pipeline has an ultraphobic surface overdrawn.
In einer bevorzugten Variante basiert die ultraphobe Oberfläche als modifiziertes Rohr oder Beschichtung des Rohres oder Wärmetauschers auf einer Aluminium- Oberfläche, die mit Mikrostrukturen (periodische Strukturen der Tiefe 1-1000 µm und Abständen von 50-900 µm) versehen, anschließend eloxiert, gegebenenfalls mit Heißwasser behandelt, kalziniert, gegebenenfalls mit einer Haftvermittlerschicht beschichtet und anschließend mit einem hydrophoben Beschichtungsmittel versehen wird, so wie es in der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Akten zeichen 198 60 137.9 beschrieben ist.In a preferred variant, the ultraphobic surface is based on a modified one Pipe or coating of the pipe or heat exchanger on an aluminum Surface covered with microstructures (periodic structures of depth 1-1000 µm and distances of 50-900 µm), then anodized, if necessary with Hot water treated, calcined, if necessary with an adhesion promoter layer coated and then provided with a hydrophobic coating agent is, as it is in the unpublished German patent application with the file characters 198 60 137.9.
Die Rohrleitung, insbesondere der Wärmetauscher, kann dabei insbesondere insge samt aus Aluminium gefertigt sein oder weist vorzugsweise eine Aluminium-Innen- und/oder Außenauskleidung auf, wobei Oberfläche des Aluminiums wie zuvor angegeben behandelt wird.The pipeline, in particular the heat exchanger, can in particular in total be made entirely of aluminum or preferably have an aluminum interior and / or outer lining, with surface of the aluminum as before specified is treated.
In einer weiteren bevorzugten Variante ist die ultraphobe Oberfläche der Rohrinnen wand, insbesondere Wärmetauscherwand, eine Aluminium-Oberfläche, die gegebe nenfalls anodisch oxidiert, mit heißem Wasser oder Wasserdampf behandelt, gege benenfalls mit einer Haftvermittlerschicht beschichtet und anschließend mit einem hydrophoben Beschichtungsmittel versehen wird, so wie es in der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 198 60 138.7 beschrieben ist.In a further preferred variant, the ultraphobic surface is the inside of the tube wall, in particular heat exchanger wall, an aluminum surface, the given otherwise anodized, treated with hot water or steam, counter also coated with an adhesion promoter layer and then with a Hydrophobic coating agent is provided, as in the unpublished German patent application with the file number 198 60 138.7 is described.
Die Rohrleitung, insbesondere der Wärmetauscher, kann hierbei insbesondere insge samt aus Aluminium gefertigt sein oder weist vorzugsweise einen Aluminium- Überzug auf, wobei die Oberfläche des Aluminiums, wie oben angegeben behandelt wird.The pipeline, in particular the heat exchanger, can in particular in this case be made entirely of aluminum or preferably has an aluminum Plating on, treating the surface of the aluminum as indicated above becomes.
In einer weiteren bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Rohrleitung ist die ultraphobe Oberfläche der Rohrwand, insbesondere des Wärmetauschers, eine Ober fläche, die mit Ni(OH)2-Partikeln beschichtet, gegebenenfalls mit einem Haftver mittler überzogen und anschließend mit einem hydrophoben Beschichtungsmittel versehen ist, so wie es in der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 198 60 139.5 beschrieben ist.In a further preferred variant of the pipeline according to the invention, the ultraphobic surface of the pipe wall, in particular the heat exchanger, is an upper surface which is coated with Ni (OH) 2 particles, optionally coated with an adhesion promoter and then provided with a hydrophobic coating agent, so as described in the unpublished German patent application with the file number 198 60 139.5.
Vorzugsweise haben die Ni(OH)2-Partikel einen Durchmesser d50 von 0,5 bis 20 µm.The Ni (OH) 2 particles preferably have a diameter d 50 of 0.5 to 20 μm.
In einer weiteren vorteilhaften Anwendungsform der Erfindung ist die ultraphobe Oberfläche der Rohrwand, insbesondere des Wärmetauschers, aus Wolframcarbid aufgebaut, das mit einem Laser strukturiert, gegebenenfalls mit einem Haftvermittler beschichtet und anschließend mit einem hydrophoben Beschichtungsmittel versehen wird, so wie es in der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 198 60 135.2 beschrieben ist.In a further advantageous embodiment of the invention, the ultraphobic Surface of the tube wall, in particular of the heat exchanger, made of tungsten carbide built up, structured with a laser, if necessary with an adhesion promoter coated and then provided with a hydrophobic coating agent is, as it is in the unpublished German patent application with the Case number 198 60 135.2 is described.
Vorzugsweise wird die Rohrleitung nur mit Wolframcarbid beschichtet, das dann wie oben angegeben behandelt wird. Besonders bevorzugt hat die Wolframcarbidschicht eine Schichtdicke von 10 bis 500 µm.Preferably, the pipeline is coated only with tungsten carbide, which then like treated above. The tungsten carbide layer is particularly preferred a layer thickness of 10 to 500 µm.
In einer weiteren Variante kann die ultraphobe Oberfläche der Rohrwand dadurch erzeugt werden, daß die Oberfläche der Rohrleitung mit einem Strahlmittel gesand strahlt, gegebenenfalls mit einer Haftvermittlerschicht beschichtet und anschließend mit einem hydrophoben Beschichtungsmittel versehen, wie es in der unveröffent lichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 198 60 140.9 beschrieben ist.In a further variant, the ultraphobic surface of the tube wall can thereby generated that the surface of the pipe sanded with an abrasive emits, optionally coated with an adhesive layer and then provided with a hydrophobic coating agent, as in the unpublished Lichten German patent application with the file number 198 60 140.9 described is.
Als hydrophobes Beschichtungsmittel (Phobierungshilfsmittel) sind grenzflächen aktive Verbindungen mit beliebiger Molmasse anzusehen. Bei diesen Verbindungen handelt es sich bevorzugt um kationische, anionische, amophotere oder nicht ionische grenzflächenaktive Verbindungen, wie sie z. B. im Verzeichnis "Surfactants Europa, A Dictionary of Surface Active Agents available in Europe, Edited by Gordon L. Hollis, Royal Socity of Chemistry, Cambridge, 1995 aufgeführt werden. Interfaces are a hydrophobic coating agent (phobing aid) view active compounds with any molecular weight. With these connections it is preferably cationic, anionic, amophotere or not ionic surfactant compounds such as B. in the directory "Surfactants Europa, A Dictionary of Surface Active Agents available in Europe, Edited by Gordon L. Hollis, Royal Socity of Chemistry, Cambridge, 1995.
Als anionische Phobierungshilfsmittel sind beispielsweise zu nennen: Alkylsulfate, Ethersulfate, Ethercarboxylate, Phosphatester, Sulfosucinate, Sulfosuccinatamide, Paraffinsulfonate, Olefinsulfonate, Sarcosinate, Isothionate, Taurate und Lingninische Verbindungen.The following may be mentioned as anionic phobing aids: alkyl sulfates, Ether sulfates, ether carboxylates, phosphate esters, sulfosucinates, sulfosuccinatamides, Paraffin sulfonates, olefin sulfonates, sarcosinates, isothionates, taurates and Lingnian connections.
Als kationische Phobierungshilfsmittel sind beispielsweise quarternäre Alkyl ammoniumverbindungen und Imidazole zu nennen.Quaternary alkyl, for example, are cationic phobing aids to name ammonium compounds and imidazoles.
Amphotere Phobierungshilfsmittel sind zum Beispiel Betaine, Glycinate, Propionate und Imidazole.Amphoteric phobicization aids are, for example, betaines, glycinates, propionates and imidazole.
Nichtionische Phobierungshilfsmittel sind beispielsweise: Alkoxylate, Alkyloamide, Ester, Aminoxide und Alkypolyglykoside. Weiterhin kommen in Frage: Um setzungsprodukte von Alkylenoxiden mit alkylierbaren Verbindungen, wie z. B. Fett alkoholen, Fettaminen, Fettsäuren, Phenolen, Alkylphenolen, Arylalkylphenolen, wie Styrol-Phenol-Kondensate, Carbonsäureamiden und Harzsäuren.Nonionic phobicization aids are, for example: alkoxylates, alkyloamides, Esters, amine oxides and alkypolyglycosides. The following are also possible: Um Settlement products of alkylene oxides with alkylatable compounds, such as. B. fat alcohols, fatty amines, fatty acids, phenols, alkylphenols, arylalkylphenols, such as Styrene-phenol condensates, carboxamides and resin acids.
Besonders bevorzugt sind Phobierungshilfsmittel bei denen 1-100%, besonders bevorzugt 60-95% der Wasserstoffatome durch Fluoratome substituiert sind. Beispielhaft seien perfluoriertes Alkylsulfat, perfluorierte Alkylsulfonate, per fluorierte Alkylphosphonate, perfluorierte Alkylphosphinate und perfluorierte Carbonsäuren genannt.Phobicization aids are particularly preferred in those 1-100%, particularly preferably 60-95% of the hydrogen atoms are substituted by fluorine atoms. Examples include perfluorinated alkyl sulfate, perfluorinated alkyl sulfonates, per fluorinated alkyl phosphonates, perfluorinated alkyl phosphinates and perfluorinated Called carboxylic acids.
Bevorzugt werden als polymere Phobierungshilfsmittel zur hydrophoben Be schichtung oder als polymeres hydrophobes Material für die Oberfläche Ver bindungen mit einer Molmasse MW < 500 bis 1.000.000, bevorzugt 1.000 bis 500.000 und besonders bevorzugt 1500 bis 20.000 eingesetzt. Diese polymeren Phobierungs hilfsmittel können nichtionische, anionische, kationische oder amphotere Ver bindungen sein. Ferner können diese polymeren Phobierungshilfsmittel Homo- und Copolymerisate, Pfropf und Pfropfcopolymerisate sowie statistische Blockpolymere sein. Compounds with a molecular weight M W <500 to 1,000,000, preferably 1,000 to 500,000 and particularly preferably 1500 to 20,000 are preferably used as polymeric phobicization aids for hydrophobic coating or as polymeric hydrophobic material for the surface. These polymeric phobicization aids can be nonionic, anionic, cationic or amphoteric compounds. Furthermore, these polymeric phobicization auxiliaries can be homopolymers and copolymers, graft and graft copolymers and random block polymers.
Besonders bevorzugte polymere Phobierungshilfsmittel sind solche vom Typ AB-, BAB- und ABC-Blockpolymere. In den AB- oder BAB-Blockpolymeren ist das A- Segment ein hydrophiles Homopolymer oder Copolymer, und der B-Block ein hy drophobes Homopolymer oder Copolymer oder ein Salz davon.Particularly preferred polymeric auxiliaries are those of the AB-, BAB and ABC block polymers. In the AB or BAB block polymers, the A- Segment is a hydrophilic homopolymer or copolymer, and the B block is a hy drophobic homopolymer or copolymer or a salt thereof.
Besonders bevorzugt sind auch anionische, polymere Phobierungshilfsmittel, insbe sondere Kondensationsprodukte von aromatischen Sulfonsäuren mit Formaldehyd und Alkylnaphthalinsulfonsäuren oder aus Formaldehyd, Naphthalinsulfonsäuren und/oder Benzolsulfonsäuren, Kondensationsprodukte aus gegebenenfalls sub stituiertem Phenol mit Formaldehyd und Natriumbisulfit.Anionic, polymeric phobicizing aids are also particularly preferred special condensation products of aromatic sulfonic acids with formaldehyde and alkylnaphthalenesulfonic acids or from formaldehyde, naphthalenesulfonic acids and / or benzenesulfonic acids, condensation products from optionally sub substituted phenol with formaldehyde and sodium bisulfite.
Weiterhin bevorzugt sind Kondensationsprodukte, die durch Umsetzung von Naphtholen mit Alkanolen, Anlagerungen von Alkylenoxid und mindestens teil weiser Überführung der terminalen Hydroxygruppen in Sulfogruppen oder Halbester der Maleinsäure und Phthalsäure oder Bernsteinsäure erhältlich sind.Also preferred are condensation products which are obtained by reacting Naphthols with alkanols, additions of alkylene oxide and at least some wise conversion of the terminal hydroxyl groups into sulfo groups or half esters the maleic acid and phthalic acid or succinic acid are available.
In einer anderen bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Phobierungshilfsmittel aus der Gruppe der Sulfobernsteinsäureester sowie Alkyl benzolsulfonate. Weiterhin bevorzugt sind sulfatierte, alkoxylierte Fettsäuren oder deren Salze. Als alkoxylierte Fettsäurealkohole werden insbesondere solche mit 5 bis 120, mit 6 bis 60, ganz besonders bevorzugt mit 7-30 Ethylenoxid versehene C6-C22- Fettsäurealkohole, die gesättigt oder ungesättigt sind, insbesondere Stearylalkohol, verstanden. Die sulfatierten alkokylierten Fettsäurealkohole liegen vorzugsweise als Salz, insbesondere als Alkali- oder Aminsalze, vorzugsweise als Diethylaminsalz vor.In another preferred embodiment of the process according to the invention, the phobicization aid is from the group of the sulfosuccinic acid esters and alkyl benzenesulfonates. Sulfated, alkoxylated fatty acids or their salts are also preferred. Alkoxylated fatty acid alcohols are understood in particular to be those with 5 to 120, with 6 to 60, very particularly preferably with 7-30 ethylene oxide, C 6 -C 22 fatty acid alcohols which are saturated or unsaturated, in particular stearyl alcohol. The sulfated alkoxylated fatty acid alcohols are preferably present as a salt, in particular as alkali or amine salts, preferably as a diethylamine salt.
Durch die erfindungsgemäßen Rohrleitungen, insbesondere Wärmetauscher können flüssige Medien jeglicher Art, vorzugsweise jedoch Wasser, Öl oder Gas geleitet werden. Through the pipes according to the invention, in particular heat exchangers liquid media of any kind, but preferably water, oil or gas become.
Die erfindungsgemäßen Rohrleitungen weisen einen um bis zu 50% geringeren Druckabfall auf als Rohre gemäß dem Stand der Technik. Die erfindungsgemäßen Rohre sind einfach und preisgünstig herzustellen.The pipes according to the invention are up to 50% smaller Pressure drop on as pipes according to the prior art. The invention Pipes are simple and inexpensive to manufacture.
Die bevorzugten Wärmetauscher können in Wärmetauscheranlagen beliebiger Art eingebaut werden, die ebenfalls Gegenstand der Erfindung sind. Diese Wärmetau scher werden vorzugsweise zur Erwärmung von kalkhaltigem Wasser, Flüssigkeiten mit suspendierten Feststoffen, Flüssigkeiten mit gelösten Inhaltsstoffen, die einen negativen Lösungskoeffizienten aufweisen und/oder Schlamm, vorzugsweise Klär schlamm, eingesetzt.The preferred heat exchangers can be used in any type of heat exchanger system be installed, which are also the subject of the invention. This heat buildup shearers are preferred for heating calcareous water and liquids with suspended solids, liquids with dissolved ingredients that have negative solution coefficients and / or sludge, preferably clarifying mud, used.
An den Wärmetauscherflächen treten wesentlich weniger Ablagerungen auf als an Wärmetauscherflächen gemäß dem Stand der Technik. Dadurch können Reinigungs zyklen für den Wärmetauscher erheblich reduziert werden oder völlig entfallen.Significantly fewer deposits than occur on the heat exchanger surfaces Heat exchanger surfaces according to the prior art. This allows cleaning cycles for the heat exchanger can be significantly reduced or eliminated entirely.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Beispielen erläutert, die jedoch den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht einschränken. The process according to the invention is explained below with the aid of examples, which, however, do not restrict the general idea of the invention.
Zur Beschichtung des inneren Durchmessers eines Rohres (Material: Edelstahl V4a)
wurde zunächst ein epoxyfunktionelles Harz (KBD7142) hergestellt. Dafür wurde
eine Mischung aus
30 g Glycidylmethacrylat
70 g PFMA ([C9F19CH2CH2O-CO-C(CH3)=CH2])
1 g AIBN (Azobisisobutyronitril) und
100 g MIBK (Methylisobutylketon)
über einen Zeitraum von 2 h bei 90°C in einen Kolben getropft und 16 h nachgerührt.
Danach werden 50 g 1,1,2-Trichlortrifluorethan hinzugegeben.An epoxy-functional resin (KBD7142) was first produced to coat the inner diameter of a pipe (material: stainless steel V4a). For that, a mix was made
30 g glycidyl methacrylate
70 g PFMA ([C9F19CH2CH2O-CO-C (CH3) = CH2])
1 g AIBN (azobisisobutyronitrile) and
100 g MIBK (methyl isobutyl ketone)
dropped into a flask over a period of 2 h at 90 ° C. and stirred for 16 h. 50 g of 1,1,2-trichlorotrifluoroethane are then added.
Sodann wurde die KBD 7142 1 : 50 in MIBK (Methylisobutylketon, 100 ml) gelöst und 1 g Aerosil R 812 (Degussa, Hanau) feinteiliges SiO2 hinzugefügt.The KBD 7142 was then 1:50 dissolved in MIBK (methyl isobutyl ketone, 100 ml) and 1 g of Aerosil R 812 (Degussa, Hanau) finely divided SiO 2 was added.
100 ml der KBD 7142-Lösung mit Aerosil wurden dann in ein Rohr mit einem Innendurchmesser von 21 mm und einer Länge von 700 mm geschüttet und mit Stopfen verschlossen. Das Rohr wurde waagerecht hingelegt und von Hand langsam gedreht (ca. 5 Umdrehungen). Im zweiten Schritt wurde das Rohr beim Drehen nach links und rechts geneigt. Nach dem Ausschütten der Lösung wurden die Rohrenden noch in die Lösung eingetaucht, um auch die Stellen zu beschichten, die von den Stopfen abgedeckt waren. Die Schichtdicke der Beschichtung beträgt etwa 50 µm. Der Abrollwinkel für Wasser ist < 5°.100 ml of the KBD 7142 solution with Aerosil were then placed in a tube with a Inner diameter of 21 mm and a length of 700 mm poured and with Plug closed. The pipe was placed horizontally and slowly by hand rotated (approx. 5 revolutions). In the second step, the pipe was turned when turning inclined left and right. After pouring out the solution, the tube ends still immersed in the solution in order to coat the areas that are affected by the Plugs were covered. The layer thickness of the coating is approximately 50 µm. The roll angle for water is <5 °.
Danach wurde der Strömungswiderstand dieses Rohres mit dem Strömungswider stand eines unbeschichteten Rohres gleicher Abmaße verglichen. Then the flow resistance of this pipe became the flow resistance was compared to an uncoated pipe of the same dimensions.
Dafür wurden die beiden Rohre jeweils an einer bodennahen Öffnung in der Mantelfläche eines zylinderförmigen Kunststoff-Kessels (Volumen 100 l) ange flanscht. Der Kessel wurde mit Wasser gefüllt und über das Testrohr in waagerechter Position entleert. Mit Hilfe eines Überlaufs wurde während der Entleerung ein kon stant hoher Flüssigkeitsspiegel von 90 cm eingestellt. Das ausgelaufende Wasser wird in einem weiteren Kunststoff-Kessel aufgefangen dessen Gewicht mit einer Waage während des Auslauf bestimmt wird. Das beschichtete Testrohr wies eine Auslaufzeit von 113 sec pro 100 l Wasser. Beim dem unbeschichtete Vergleichsrohr wurden 183 sec benötigt um 100 l Wasser aus dem Kessel auslaufen zu lassen.For this purpose, the two pipes were each located at an opening near the floor in the Shell of a cylindrical plastic kettle (volume 100 l) attached flanges. The kettle was filled with water and leveled over the test tube Position emptied. With the help of an overflow, a con constantly high liquid level of 90 cm. The leaking water will in another plastic kettle the weight of which was collected with a balance is determined during the run. The coated test tube had a run-down time of 113 seconds per 100 liters of water. In the case of the uncoated comparison pipe It takes 183 sec to drain 100 l of water from the boiler.
Dieselben Rohre (unbeschichtete und beschichtete Rohre) wie bei Beispiel 1 wurden in der Versuchsanlage gemäß Fig. 1 unter turbulenten Strömungsbedingungen getestet.The same pipes (uncoated and coated pipes) as in Example 1 were tested in the test installation according to FIG. 1 under turbulent flow conditions.
Die Versuchsanlage weist einen mit Wasser gefüllten Vorlagebehälter auf, aus dem mittels einer Kreiselpumpe 2 2000 l/h Wasser durch die Versuchsstrecke und zurück in den Vorlagebehälter im Kreis gepumpt werden. Die Versuchsstrecke weist einen Durchflußmesser und ein Manometer zur Messung des Druckverlustes, der bei der Strömung durch das zu testende Rohr anfällt, auf. Das zu testende Rohr war einmal wie unter Beispiel 1 beschrieben beschichtet und in einem Vergleichsversuch das unbeschichtete Rohr gemäß Beispiel 1.The test facility has a reservoir filled with water, from which by means of a centrifugal pump 2 2000 l / h water through the test section and back be pumped into the storage container in a circle. The test track has one Flow meter and a manometer for measuring the pressure loss, which at the Flow through the pipe to be tested arises. The pipe to be tested was once coated as described in Example 1 and in a comparative experiment uncoated pipe according to example 1.
Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. The test results are summarized in Table 1.
Es zeigt sich, daß der Druckverlust des unbeschichteten Rohres mittels der erfin dungsgemäßen Beschichtung um mehr als 10% gesenkt werden kann.It turns out that the pressure loss of the uncoated pipe by means of the invented coating according to the invention can be reduced by more than 10%.
Zur Beschichtung des inneren Durchmessers eines Kupferrohres eine Rohrbündel
wärmeaustauschers wurde zunächst ein epoxyfunktionelles Harz (KBD7142) herge
stellt. Dafür wurde eine Mischung aus
30 g Glycidylmethacrylat
70 g PFMA ([C9F19CH2CH2O-CO-C(CH3)=CH2])
1 g AIBN (Azobisisobutyronitril) und
100 g MIBK (Methylisobutylketon)
über einen Zeitraum von 2 h bei 90°C in einen Kolben getropft und 16 h nachgerührt.
Danach werden 50 g 1,1,2-Trichlortrifluorethan hinzugegeben.An epoxy-functional resin (KBD7142) was first produced to coat the inner diameter of a copper tube in a tube bundle heat exchanger. For that, a mix was made
30 g glycidyl methacrylate
70 g PFMA ([C 9 F 19 CH 2 CH 2 O-CO-C (CH 3 ) = CH 2 ])
1 g AIBN (azobisisobutyronitrile) and
100 g MIBK (methyl isobutyl ketone)
dropped into a flask over a period of 2 h at 90 ° C. and stirred for 16 h. 50 g of 1,1,2-trichlorotrifluoroethane are then added.
Sodann wurde die KBD 7142 1 : 50 in MIBK (Methylisobutylketon, 100 ml) gelöst und 1 g Aerosil R 812 (Degussa, Hanau) hinzugefügt.The KBD 7142 was then dissolved 1:50 in MIBK (methyl isobutyl ketone, 100 ml) and 1 g of Aerosil R 812 (Degussa, Hanau) were added.
100 ml der KBD 7142-Lösung mit Aerosil wurden dann in ein Kupferrohr mit einem Innendurchmesser von 21 mm und einer Länge von 700 mm geschüttet und mit Stopfen verschlossen. Das Rohr wurde waagerecht hingelegt und von Hand langsam gedreht (ca. 5 Umdrehungen). Im zweiten Schritt wurde das rohr beim Drehen nach links und rechts geneigt. Nach dem Ausschütten der Lösung wurden die Rohrenden noch in die Lösung eingetaucht, um auch die Stellen zu beschichten, die von den Stopfen abgedeckt waren. Die Schichtdicke der Beschichtung beträgt etwa 50 µm. Der Abrollwinkel für Wasser ist < 5°.100 ml of the KBD 7142 solution with Aerosil were then placed in a copper tube with a Inner diameter of 21 mm and a length of 700 mm poured and with Plug closed. The pipe was placed horizontally and slowly by hand rotated (approx. 5 revolutions). In the second step, the pipe was turned while turning inclined left and right. After pouring out the solution, the tube ends still immersed in the solution in order to coat the areas that are affected by the Plugs were covered. The layer thickness of the coating is approximately 50 µm. The roll angle for water is <5 °.
Das so behandelte Kupferrohr wurde in einen Rohrbündelwärmetauscher eingebaut, dessen Rohre von außen mit 110°C heißem Wasserdampf umströmt wurden. Durch das Innere der Rohre des Rohrbündelwärmetauschers wurde Wasser mit 2% Schwebteilchen im Kreis gepumpt.The copper pipe treated in this way was installed in a tube bundle heat exchanger, whose pipes were heated by steam at a temperature of 110 ° C. By the inside of the tubes of the tube bundle heat exchanger was water with 2% Floating particles pumped in a circle.
Der Wärmetauscher wurde einen Monat lang im Dauereinsatz betrieben. Danach wurden die Rohre des Rohrbündelwärmeaustauschers ausgebaut, zersägt und visuell auf Ablagerungen untersucht.The heat exchanger was operated continuously for one month. After that the tubes of the tube bundle heat exchanger were removed, sawn and visually examined for deposits.
Während das erfindungsgemäß beschichtete Rohr auf dem inneren Durchmesser keinerlei Ablagerungen aufwies, war bei den nicht behandelten Rohren ein deut licher, gleichmäßiger Belag zu sehen.While the tube coated according to the invention on the inner diameter showed no deposits, was evident in the untreated pipes visible, even topping.
Der Fachmann erkennt selbstverständlich, dass nicht nur die Innenseite sondern auch die Außenseite eines Wärmetauscherrohres oder beide Seiten mit einer ultraphoben Oberfläche beschichtet werden kann.The specialist of course recognizes that not only the inside but also the outside of a heat exchanger tube or both sides with an ultraphobic Surface can be coated.
Analoges läßt sich über die beiden Seiten einer Wärmetauscherplatte sagen.The same can be said about the two sides of a heat exchanger plate.
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