DE10307098B3

DE10307098B3 - Verbundrohr

Info

Publication number: DE10307098B3
Application number: DE2003107098
Authority: DE
Inventors: Kai Radermacher; Ludwig Stamm
Original assignee: Plasticon Germany GmbH
Current assignee: Plasticon Germany GmbH
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2023-02-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbundrohr 1 aus Metall, insbesondere als Wärmetauscherrohre für den Einsatz in einer korrosiven Umgebung, bestehend aus einem Metallrohr 2 mit einer Überzugsschicht aus Emaille 3 und einer Kunststoffummantelung 4. Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit des Verbundrohres 1 wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zwischen der Emailleschicht 3 und der Kunststoffummantelung 4 eine wärmeleitfähige Substanz 5 einzufügen, die für einen guten Wärmeübergang geeignet ist. Unter Berücksichtigung der relativ schlechten Wärmeleitfähigkeit der Luft kann somit eine wesentliche Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit hergestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundrohr, insbesondere als Wärmetauscherrohr für den Einsatz in einer korrosiven Umgebung, bestehend aus einem Metallrohr mit einer Überzugschicht aus Emaille und einer Kunststoffummantelung.

Verbundrohre der gattungsgemäßen Art werden bevorzugt dort eingesetzt, wo Medien, wie beispielsweise aggressive Gase verwendet werden, sodass die Verbundrohre korrosionsbeständig ausgebildet sein müssen. Vorzugsweise erfolgt der Einsatz bei Wärmetauschern, wo die Rohre zur Weiterleitung der flüssigen, dampfförmigen und gasförmigen Medien eingesetzt werden und wobei eine Erwärmung beispielsweise durch Rauchgase aus Kraftwerken oder Müllverbrennungsanlagen erfolgt. Ebenso besteht die Möglichkeit mit Hilfe der Verbundrohre vorhandene Rauchgase durch die Einleitung eines Kühlmittels abzukühlen oder durch die Einleitung eines vorgewärmten Mediums aufzuwärmen, wenn die vorhandenen Rauchgase erhitzt werden müssen. Das Kühl- oder Wärmemedium strömt hierbei durch die Verbundrohre, während das zu kühlende bzw. zu erwärmende Gas, zum Beispiel Rauchgas, nur mit der Außenseite des Rohres in Kontakt gelangt, sodass eine korrossive und aggressive Schädigung des Verbundrohres weitesgehend ausgeschlossen werden muss. Soweit früher lediglich eine Emaillierung der Stahloberflächen erfolgte stellte sich sehr bald heraus, dass der Emailleüberzug gegenüber einer großen Anzahl von aggressiven Rauchgaskomponenten nicht beständig ist und beispielsweise Schwefel und/oder kondensierte Flusssäure diese zerstört. Soweit Metallrohre nur mit einer Kunststoffummantelung versehen wurden kam es infolge der Diffusion von Stoffen, beispielsweise H₂O, CO₂, HCL ebenfalls zu einer Schädigung des Metallrohres. Die Verwendung eines reines Kunststoffrohres scheitert ferner in den Fällen, wo zusätzlich hohe Druck- und Temperaturschwankungen auftreten und somit die Stabilität des Kunststoffrohres auf Dauer nicht gewährleistet ist. Daher besteht die Notwendigkeit, dass Rohr auf seiner Außenseite einerseits mit einer zu versehenen Emailleschicht und andererseits mit einer Kunststoffummantelung zu versehen. Mit Hilfe der Kunststoffummantelung werden zunächst gasförmige oder kondensierende Stoffe von einer Schädigung der Emailleschicht abgehalten. Soweit gasförmige Stoffe durch die Kunststoffummantelung hindurch diffundieren, beispielsweise H₂O, CO₂ und NCL wird eine Schädigung des innenliegenden Metallkerns durch die Emailleschicht verhindert. Durch die Kombination der Emailleschicht mit der Kunststoffummantelung wird somit ein wirksamer Schutz des Metallkerns erreicht. Hierzu wird beispielsweise auf verwendete Verbundrohre bei Dampf/Gas-Wärmetauscher hingewiesen.

Bei der Verwendung eines Metallrohres mit einer Überzugschicht aus Emaille und einer Kunststoffummantelung zeigte es sich jedoch in der Anwendung, dass der Wirkungsgrad derartiger Wärmetauscher herabgesetzt ist.

Aus den vorgenannten Gründen legt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verbundrohr aufzuzeigen, dass korrosions-, druck- und temperaturbeständig ist und darüber hinaus gute Wärmeübertragungseigenschaften aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen der Emaille und der Kunststoffummantelung eine wärmeleitfähige Substanz angeordnet ist, welche den Raum zwischen Emaille und Kunststoffummantelung ausfüllt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die Unteransprüche.

Durch die Verwendung einer wärmeleitfähigen Substanz zwischen der Emailleschicht und der Kunststoffummantelung wird der bisherige Luftspalt durch die Substanz ausgefüllt und führt zu einer wesentlichen Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit. Mit dem Austausch der Luft durch die leitfähige Substanz ändert sich hierbei nur die Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Verbundrohrs, ohne das die anderen Parameter der Korrosions- oder Druckbeständigkeit verändert werden. Vergleicht man den Wärmeübergang der Substanz mit den der Luft, so ist die sich ergebene Verbesserung lediglich vom Quotienten λ_Öl, durch λ_Luft abhängig. Mit der Verwendung der wärmeleitfähigen Substanz wird somit die isolierende Wirkung der Luft aufgehoben und eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit des Verbundrohres erzielt, wobei ein guter Wärmekontakt zwischen Emailleschicht und Kunststoffummantelung hergestellt wird. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass mit Verwendung einer wärmeleitfähigen Substanz, welche in der Regel ebenfalls gute Schmiereigenschaften aufweist, das emallierte Verbundrohr wesentlich besser in den Kunststoffschlauch eingeführt werden kann. Hierbei sollte die Substanz eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen und ebenso eine gute Viskosität, damit eine optimale Haftung auf der Emaille gewährleistet ist, sodass ein vollständiger Überzug auf der Emailleschicht ausgebildet wird, der den vorhandenen Zwischenraum vollständig ausfüllt. Durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, dass als Substanz ein Gel, beispielsweise Silikongel, oder aber eine Paste, vorzugsweise eine Wärmeleitpaste, oder ein Fett, vorzugsweise Kupferschmierfett, verwendet werden kann. Ebenso besteht die Möglichkeit ein Wärmetauscheröl, wie zum Beispiel Galden HT230, einzusetzen, mit dem zum Beispiel eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit um einen Faktor 3,5 erzielbar ist. Das Wärmetauscheröl besitzt eine Wärmeleitfähigkeit λ_Öl, von 0,088 W/mK, während die Wärmeleitfähigkeit λ_Luft bei 0,025 W/mK liegt und somit zu der vorgenannten Verbesserung führt. Darüber hinaus besitzt das Wärmetauscheröl gute Gleitfähigkeitseigenschaften, sodass das Metallrohr wesentlich leichter in die Kunststoffummantelung eingeführt werden kann. Selbstverständlich besteht die Möglichkeit ein Gemisch der vorgenannten Materialien einzusetzen und den Wirkungsgrad weiter zu optimieren.

Bei dem erfindungsgemäßen Verbundrohr werden für die Bildung eines Emailleüberzuges beispielsweise Quarzsand oder Feldspat, aber auch B₂ O₃, P₂ O₅, AL₂ O₃, Pb₀ in Betracht gezogen, während für die Kunststoffummantelung vorzugsweise ein säure- und temperaturbeständiger Kunststoff ausgewählt wird. Hierzu eignen sich besonders fluorhaltige Kunststoffe, da diese eine hohe Temperaturbeständigkeit besitzen und außerdem fluorhaltige Kunststoffe, die eine sehr hohe Chemiekalienbeständigkeit aufweisen. Insbesondere sind hochfluorierte Kunsstoffe zum Beispiel PFA, MFA, FEP und PTFE oder aber teilfluorierte Kunststoffe, zum Beispiel, ECTFE, PVDF, einsetzbar. Die Schichtdicke der Emailleschicht beträgt in der Regel 0,3 bis 0,4 mm, während die Kunststoffummantelung eine Schichtdicke von 0,3 bis 1,0 mm aufweisen kann. Die Schichtdicke der zwischen der Emailleschicht und der Kunststoffschicht liegenden Substanz ist von dem auszufüllenden Luftspalt abhängig und sehr gering. Durch die vorhandene Kunststoffummantelung ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass die Emailleschicht in ihrer Schichtdicke reduzierbar ist, da die meisten der aggressiven Medien bereits durch die Kunststoffummantelung abgehalten werden und nur die durch die Kunststoffummantelung hindurch diffundierten Stoffe die Emailleschicht angreifen können, sodass mit einen erfindungsgemäßen Verbundrohr, insbesondere aggressive Gase, wie beispielsweise Schwefelsäure, wirksam abgehalten werden können und eine Zerstörung der Emailleschicht verhindert wird, während die Stoffe, die durch die Kunststoffschicht hindurch diffundieren können, wirksam von der Emailleschicht abgehalten werden. Somit wird die Standzeit des Verbundrohres auf Grund der geringen Angriffsmöglichkeiten auf den Metallkern erheblich verbessert und verlängert.

Die Fertigung eines erfindungsgemäßen Verbundrohres erfolgt in der Form, dass nach Auftragung einer Emailleschicht nach allseits bekannten Verfahren durch Aufsprühen oder Eintauchen des gereinigten Metallrohres, eine Aushärtung der Emailleschicht durch Temperatureinwirkung in einem Ofen mit 800 bis 900 Grad erfolgt und nach Abkühlen des emaillierten Metallrohres die Zwischenschicht aufgetragen wird und anschließend die Kunststoffumwandlung entweder aufgewickelt oder aufgeschoben wird.

Zusammenfassend ist somit festzustellen, dass das erfindungsgemäße Verbundrohr gegenüber herkömmlichen Wärmetauscherrohren einerseits eine hohe Säure- und Korrosionsbeständigkeit aufweist und andererseits eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit besitzt, sodass der Wirkungsgrad verbessert werden kann.

Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigt
1 in einer geschnittenen Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Verbundrohr und
2 eine Detailansicht des Verbundrohres im vergrößerten Maßstab.
1 zeigt ein Verbundrohr 1, bestehend aus einem Metallkern 2 mit einer Emailleschicht 3 und einer Kunststoffummantelung 4. Der zwischen der Emailleschicht 3 und der Kunststoffummantelung 4 vorhandene Luftspalt ist durch eine wärmeleitfähige Substanz 5 insoweit ausgefüllt, dass diese die Oberfläche der Emailleschicht 3 vollständig bedeckt und zur einer verbesserten Wärmeleitfähigkeit führt.
2 zeigt in einer vergrößerten Detailansicht die Schichtenfolge, und zwar das Metallrohr 2 mit der Emailleschicht 3 und der außenliegenden Kunststoffummantelung 4, wobei zwischen der Emailleschicht 3 und der Kunststoffummantelung 4 die wärmeleitfähige Substanz 5 eingebettet ist. Vorzugsweise wird hierbei zunächst ein Metallrohr 2 durch bekannte Verfahren mit einer Emailleschicht 3 überzogen und nach Abkühlen der Emailleschicht 3 die wärmeleitfähige Substanz 5 aufgetragen, welche gleichzeitig als Schmier- und Gleitmittel für die Kunststoffummantelung 4 verwendet werden kann. Bei entsprechender Viskosität der wärmeleitfähigen Substanz 5 wird hierbei sichergestellt, dass die Emailleschicht 3 vollständig benetzt ist und somit kein Luftspalt zwischen der Emailleschicht 3 und der Kunststoffummantelung 4 bestehen bleibt.

1: Verbundrohr
2: Metallkern
3: Emailleschicht
4: Kunststoffummantelung
5: Substanz

Claims

Verbundrohr (1), insbesondere als Wärmetauscherrohr für den Einsatz in einer korrosiven Umgebung, bestehend aus einem Metallrohr (2) mit einer Überzugschicht aus Emaille (3) und einer Kunststoffummantelung (4), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Emaille (3) und der Kunststoffummantelung (4) eine wärmeleitfähige Substanz (5) angeordnet ist, welche den Raum zwischen Emaille (3) und Kunststoffummantelung (4) ausfüllt.
Verbundrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz (5) eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist.
Verbundrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz (5) eine Viskosität aufweist, die eine optimale Haftung auf der Emailleschicht (3) gewährleistet, sodass ein vollständiger Überzug auf der Emailleschicht (3) vorhanden ist.
Verbundrohr nach einem oder mehren der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Emailleschicht (3) zwischen 0,3 bis 0,4 mm liegt, während die Kunststoffummantelung eine Schichtdicke von 0,3 bis 1,0 mm aufweist und die Schichtdicke der Substanz (5) entsprechend dem vorhandenen Luftspalt nur gering ausgebildet ist.
Verbundrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz (5) aus einem Gel, vorzugsweise Silicongel, besteht.
Verbundrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz (5) aus einer Paste, vorzugsweise einer Wärmeleitpaste, besteht.
Verbundrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz (5) aus einem Fett, vorzugsweise Kupferschmierfett, besteht.
Verbundrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz (5) aus einer Ölschicht, vorzugsweise Wärmetauscheröl besteht.
Verbundrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz (5) aus einem Gemisch der angegebenen Materialien besteht.
Verbundrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,. dass die Kunststoffummantelung (4) säure- und temperaturbeständig ist.
Verbundrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Emailleschicht (3), der Kunststoffummantelung (4) und der Substanz (5) im Bereich von 0,01 mm bis 0,5 mm liegt.
Verfahren zur Herstellung eines korrosionsbeständigen Verbundrohrs (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch die Auftragung einer Emailleschicht (3) nach bekannten Verfahren durch Aufsprühen oder Eintauchen des gereinigten Metallrohrs, Aushärtung der Emailleschicht (3) durch Temperatureinwirkung in einem Ofen mit 800 – 900 Grad Celsius, Aufbringen der Zwischenschicht nach Abkühlen des emaillierten Metallrohrs (2) und Aufwickeln oder Aufschieben der Kunststoffummantelung (4).