DE102008051905A1

DE102008051905A1 - Verfahren zur Herstellung von Wärmetauscherrohren

Info

Publication number: DE102008051905A1
Application number: DE102008051905A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Christ; Rainer Zeuss
Original assignee: SGL Carbon SE
Current assignee: SGL Carbon SE
Priority date: 2008-10-16
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2010-07-15
Also published as: WO2010043416A3; WO2010043416A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wärmetauscherrohren, bei dem metallische Rohre mit mindestens einer einlagigen Hülle aus Graphitfolie versehen werden, wobei die Graphitfolie im wesentlichen vollflächig auf die Mantelfläche der Rohre mittels Klebstoff fixiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wärmetauscherrohren.
Aus den Dokumenten US 4,400,946 , US 7,296,410 oder US 2008/0216822 sind Anlagen zur Nutzung und Umwandlung von solarthermischer Energie in elektrische Energie bekannt. Dabei werden im Wesentlichen Anlagen vom Durchfluss- oder vom Turmtyp eingesetzt. Beim solaren Durchflusskraftwerk wird ein Wärmetransportmedium durch die von Parabolspiegelrinnen konzentrierte Sonnenstrahlung erhitzt und mittels Pumpen zu einem Wärmetauscher transportiert, in dem die aufgenommene Wärmeenergie in der Regel auf Wasser übertragen und der dadurch erzeugte Dampf mit einer Temperatur von etwa 300°C bis 400°C mittels einer Turbine und eines angekoppelten Generators zur Stromerzeugung eingesetzt wird. Solarthermische Kraftwerksanlagen vom Turmtyp unterscheiden sich im Wesentlichen von den Durchflusstyp-Anlagen dadurch, dass parabolisch geformte und dem Sonnenstand nachgeführte Spiegel auf einen Empfangsturm ausgerichtet werden und dort ein Wärmeträgermedium erhitzen. Die höhere Konzentration des Sonnenlichtes gestattet eine größere Erwärmung des Wärmeträgermediums zum Beispiel einer Salz- oder Metallschmelze und damit den Betrieb der Turbine in einem höheren thermischen Arbeitsbereich von etwa 500°C bis 700°C. Solarthermische Energieumwandlungsanlagen haben den Nachteil, dass ihre Abgabe an elektrischer Energie von den schwankenden Einstrahlbedingungen abhängt. Es gibt deshalb zahlreiche Vorschläge, durch die Zwischenschaltung eines Wärmespeichers die Abgabe an elek trischer Energie insbesondere auch für die Nachtstunden zu vergleichmäßigen. Ein technisch und ökonomisch einfach zu realisierender Wärmespeicher besteht aus einer Vielzahl von das Wärmeträgermedium führenden Rohrleitungen (Wärmetauscherrohre), die in einen Betonblock eingegossen sind. Der Betonblock wird zur Minderung der Wärmeverluste mit einer thermischen Isolierung versehen.
Aus dem Dokument CN 101135543 ist ein solcher Hochtemperatur-Wärmespeicher bekannt, bei dem die Wärmeträgermedium führenden und damit dem Wärmeaustausch dienenden Rohrleitungen mit an ihrer äußeren Wandung fixierten Wärmetauscherfinnen versehen werden.
Die beschriebenen Wärmespeicher haben den Nachteil, dass die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Wärmetauscherrohre und des Betons zu Spannungen und damit einer Rissgefahr führen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Lösung anzugeben, die die Nachteile des Standes der Technik beseitigt. Weiterhin ist es für die Effizienz des Wärmeenergieeintrags und -austrags über den benutzten Temperaturbereich wichtig, einen geringen thermischen Übergangswiderstand zu gewährleisten sowie im Hinblick auf die Nutzungsdauer die Korrosion zu vermindern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Wärmetauscherrohren gelöst, bei dem metallische Rohre mit mindestens einer einlagigen Hülle aus Graphitfolie versehen werden, wobei die Graphitfolie im Wesentlichen vollflächig auf die Mantelfläche der Rohre mittels Klebstoff fixiert wird.
Vorteilhafterweise wird die Graphitfolie durch Walzen an die Mantelfläche der Rohre angepresst. Das Anpressen kann mittels Walzen in axialer oder radialer Ausrichtung zu den Rohren erfolgen. Alternativ dazu wird die Graphitfolie mit Hilfe einer Führungs- und Fixiermanschette an die Mantelfläche der Rohre angepresst.
Besonders bevorzugt wird die Mantelfläche der Rohre und/oder die Kontaktseite der Graphitfolie mit den Rohren unmittelbar vor der Umhüllung mit Klebstoff versehen.
Vorzugsweise wird eine Graphitfolie mit einer Dicke von 0,1 bis 1 mm und einer Dichte im Bereich von 0,5 g/cm³ bis 1,2 g/cm³ verwendet.
Bevorzugt wird eine Graphitfolie mit einem Zusatz von 1 bis 10 Gew.-% an Additiven ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Si-, Al-, B- und P-haltigen Glasbildnern verwendet.
Die Umhüllung der Rohre mit der Graphitfolie erfolgt so, dass Überlappungen der Graphitfolie weitgehend vermieden werden. Das Aufbringen der Graphitfolie auf die Rohre erfolgt in einer Weise, dass eine Zugbelastung und eine damit verbundene Dehnung der Graphitfolie beim Aufbringen auf die Mantelfläche der Rohre weitgehend vermieden wird, wobei die Rohre einen Durchmesser von größer als 5 mm, vorzugsweise im Bereich von 15 mm bis 50 mm, aufweisen. Das Material der metallischen Rohre wird vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Edelstahl, Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen ausgewählt.
Die erfindungsgemäß hergestellten Wärmetauscherrohre werden in Betonwärmespeichern verwendet, wobei besonders bevorzugt eine Verwendung in Wärmespeichern mit einer Wärmespeicherkapazität größer 1 MWh, vorzugsweise größer 1 GWh bei einer Temperatur des Wärmeträgermediums im Bereich von 200°C bis 500°C, vorgesehen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von vier Ausführungsbeispielen und den dazu gehörigen 1 bis 4 näher erläutert.
Es zeigen:
1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform 1 mit Anpresswalzen, die tangential zum Umfang des Wärmetauscherrohres angeordnet sind,
2 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform 2 mit einer Führungs- und Fixiermanschette,
3 schematisch eine Seitenansicht einer Ausführungsform 3 mit Anpresswalzen, die satellitenartig zum Umfang des Wärmetauscherrohres angeordnet sind und
4 schematisch eine Seitenansicht einer Ausführungsform 4 mit Anpressplatte.
Beispiel 1
Bei der ersten Ausführungsform gemäß 1 sind Anpresswalzen 3 tangential zum Umfang des Wärmetauscherrohres 1 angeordnet. Eine den Umfang des Wärmetauscherrohres 1 vollständig bedeckende und seiner Länge entsprechende Graphitfolie 2 wird um das Wärmetauscherrohr 1 gelegt und mit Hilfe der Anpresswalzen 3 an die Mantelfläche des Wärmetauscherrohres 1 angepresst. Durch eine nicht dargestellte Sprühanlage wird das Wärmetauscherrohr 1 und/oder die Graphitfolie 2 unmittelbar vor dem Aufbringen der Graphitfolie 2 mit Klebstoff beschichtet. Zum Anpressen und damit Fixieren der Graphitfolie 2 auf der Mantelfläche des Wärmetauscherrohres 1 wird dieses entlang seiner Längsachse durch die tangential dazu angeordneten Anpresswalzen 3 geführt. Die Anpresswalzen sind dabei in einem Winkel von 10° bis 80° zur Längsachse des Wärmetauscherrohres 1 und nacheinander versetzt angeordnet. Diese Anordnung gestattet einen kompakten Aufbau einer Vorrichtung zum erfindungsgemäßen Herstellen der Wärmetauscherrohre 1.
Beispiel 2
Bei der zweiten Ausführungsform gemäß 2 erfolgt das Fixieren der Graphitfolie 2 auf der Mantelfläche des Wärmetauscherrohres 1 durch eine Führungs- und Fixiermanschette 4. Das mit Klebstoff vorbeschichtete Wärmetauscherrohr 1 (alternativ kann die Graphitfolie vorbeschichtet werden) wird mit einer den Umfang des Wärmetauscherrohres 1 vollständig bedeckenden und seiner Länge entsprechenden Graphitfolie 2 versehen und in Richtung der Längsachse des Wärmetauscherrohres 1 durch die sich in ihrem Spaltmaß verringernde Führungs- und Fixiermanschette 4 geführt. Die Führungs- und Fixiermanschette 4 weist dabei einen im Winkel von von 10° bis 80° zur Längsachse des Wärmetauscherrohres 1 angeschrägten Querschnitt auf, der die Zuführung des mit der Graphitfolie 2 bedeckten Wärmetauscherrohres 1 erleichtert.
Beispiel 3
Bei der dritten Ausführungsform gemäß 3 erfolgt das Fixieren der Graphitfolie 2 auf der Mantelfläche des Wärmetauscherrohres 1 durch satellitenartig am Umfang des Wärmetauscherrohres 1 angeordnete und der Länge des Wärmetauscherrohres 1 entsprechende Anpresswalzen 3. Die Graphitfolie 2 wird mit der mit Klebstoff vorbeschichteten Seite im Winkel von 90° zur Längsachse des Wärmetauscherrohres 1 an dieses herangeführt und mit Hilfe der zum Wärmetauscherrohr 1 gegenläufig rotierenden Anpresswalzen 3 auf der Mantelfläche des Wärmetauscherrohres 1 fixiert. Das Zuführen der Graphitfolie 2 erfolgt dabei gegebenenfalls von mehreren, nicht dargestellten Graphitfolienwickeln.
Beispiel 4
Bei der vierten Ausführungsform gemäß 4 erfolgt das Fixieren der Graphitfolie 2 auf der Mantelfläche des Wärmetauscherrohres 1 durch parallel zum Umfang des Wärmetauscherrohres 1 angeordnete und der Länge des Wärmetauscherrohres 1 entsprechende Anpressplatte 8. Die Graphitfolie 2 wird mit der mit Klebstoff vorbeschichteten Seite auf der Arbeitsplatte 5 abgelegt, und mit Hilfe der zum Wärmetauscherrohr 1 gleichläufig sich bewegenden Anpressplatte 8 wird das Wärmetauscherrohr 1 über die Graphitfolie 2 gerollt. Die Ausrichtung der Graphitfolie 2 auf der Mantelfläche des Wärmetauscherrohres 1 wird dabei durch den winkelveränderlichen Anschlag 7 unterstützt.

1: Wärmetauscherrohr
2: Graphitfolie
3: Walzen
4: Führungs- und Fixiermanschette
5: Arbeitsplatte
6: versenkbare Sperre
7: winkelveränderlicher Anschlag
8: Anpressplatte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 4400946 [0002]
- US 7296410 [0002]
- US 2008/0216822 [0002]
- CN 101135543 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Wärmetauscherrohren (1), dadurch gekennzeichnet, dass metallische Rohre mit mindestens einer einlagigen Hülle aus Graphitfolie (2) versehen werden, wobei die Graphitfolie (2) im wesentlichen vollflächig auf die Mantelfläche der Rohre mittels Klebstoff fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Graphitfolie (2) durch Walzen (3) an die Mantelfläche der Rohre angepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpressen mittels Walzen (3) in axialer oder radialer Ausrichtung zu den Rohren erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Graphitfolie (2) mit Hilfe einer Führungs- und Fixiermanschette (4) an die Mantelfläche der Rohre angepresst wird.
Verfahren nach einem oder mehren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche der Rohre und/oder die Kontaktseite der Graphitfolie (2) mit den Rohren unmittelbar vor der Umhüllung mit Klebstoff versehen wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Graphitfolie (2) mit einer Dicke von 0,1 bis 1 mm und einer Dichte im Bereich von 0,5 g/cm³ bis 1,2 g/cm³ verwendet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Graphitfolie (2) mit einem Zusatz von 1 bis 10 Gew.-% an Additiven ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Si-, Al-, B- und P-haltigen Glasbildnern verwendet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung der Rohre mit der Graphitfolie so erfolgt, dass Überlappungen der Graphitfolie (2) weitgehend vermieden werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zugbelastung und eine damit verbundene Dehnung der Graphitfolie (2) beim Aufbringen auf die Mantelfläche der Rohre weitgehend vermieden wird, wobei die Rohre einen Durchmesser von größer als 5 mm, vorzugsweise im Bereich von 15 mm bis 50 mm, aufweisen.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der metallischen Rohre aus einer Gruppe bestehend aus Stahl, Edelstahl, Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen ausgewählt wird.
Verwendung von Wärmetauscherrohren (1) erhalten nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 in Betonwärmespeichern.
Verwendung nach Anspruch 11 in Wärmespeichern mit einer Wärmespeicherkapazität größer 1 MWh, vorzugsweise größer 1 GWh bei einer Temperatur des Wärmeträgermediums im Bereich von 200°C bis 500°C.