DE2705807A1

DE2705807A1 - Waermeaustauscherwand und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2705807A1
Application number: DE19772705807
Authority: DE
Inventors: Nobukatsu Arai; Kunio Fujie; Kimio Kakizaki
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1976-02-12
Filing date: 1977-02-11
Publication date: 1977-08-25
Also published as: JPS5297466A; JPS576038B2; US4168743A; DE2705807C3; DE2705807B2

Description

Wärmeaustauscherwand und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmeaustauscherwand, die zur Bewirkung eines Wärmeaustauschers von sauren oder alkalischen Fluiden, Salze enthaltenden Pluiden, Pluiden organischer Verbindungen usw. mit Fluiden der gleichen oder einer anderen Art verwendet wird und eine besondere Brauchbarkeit zur Verwendung in Wärmeaustauschern für chemische Anlagen und andere Einrichtungen aufweist.

Bisher wurde bei Wärmeaustauschern für chemische Fabriken und andere Anlagen eine Anzahl von Verfahren zum Verhindern der Korrosion der Wärmeaustauscher angewendet. Nach einem Verfahren wird die Wärmeaustauscherwand (Wärmeübergangsrohr) aus einem Metall hergestellt, das gegenüber Korrosion durch ein Fluid, das durch das Rohr strömt, beständig ist. Nacflh einem anderen Verfahren wird die Oberfläche der aus einem gegenüber Korrosion durch das Fluid nicht beständigen

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Metall hergestellten Wand mit einer Schicht aus metallischem Material oder Kunststoff Überzogen, das bzw. der gegenüber Korrosion durch das Fluid hochbeständig ist. Bei einem weiteren Verfahren wird Graphit hoher Korrosionsbeständigkeit als Material für das Wärmeübergangsrohr gewählt.

Mit den erwähnten Verfahren nacn dem Stand der Technik sind einige Nachteile verbunden. Das Oberziehen der Wandoberfläche mit einem metallischen Material hoher Korrosionsbeständigkeit erhöht die Kosten zur Herstellung der Wärmeaustauscherwand. Außerdem ergeben sich, wenn ein Überzug aus metallischem Material auf die Wandoberfläche aufgebracht wird, solche Fehler wie die Entwicklung eines Mangels des Zusammenhangs oder von Löchern und Rißbildung. Andererseits trifft man, wenn ein Oberzug aus Kunststoff aufgebracht wird, das Problem der Abschälung, des Quellens oder des Reißens des Oberzuges an. Da dies der Fall ist, liefert das überziehen der Wandoberfläche mit einem metallischen oder Kunststoffmaterial keine völlig verläßliche Lösung der Korrosionsprobleme der Wärmeaustauscherwand. Weiter stellt man, wenn Grapnit als Material für die Wärmeaustauscherwand verwendet wird, eine Scnwierigkeit bei der Verbesserung des Wärmeaustausch- (Wärmeübergangs-)Wirkungsgrades durch Bilden erhöhter und vertiefter Bereiche eines komplizierten Musters der Wandoberfläche wegen der niedrigen mechanischen Festigkeit des Materials fest.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeaustauscherwand zu entwickeln, die gegenüber allen korrosiven Fluiden beständig ist und überlegene Wärmeübergangseigenschaften aufweist.

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Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist eine Wärmeaustauscherwand auf Grapnitbasis, mit dem Kennzeichen, daß sie aus einer Unterlage aus einem ürapnit als Hauptbestandteil und ein Kunstnarz als Bindemittel enthaltenden Material, die mit feinen linearen Nuten in einer Oberfläche ausgebildet ist, und einer dünnen, auf die genutete Oberfläche der Unterlage aufgebrachten äußeren Decklage besteht, die mit einer Vielzahl von Bohrungen an zu den Nuten der Unterlage ausgerichteten Stellen versehen ist.

Das Material der Unterlage besteht vorzugsweise aus 60 bis 90 Gew. % Graphit und 40 bis 10 Gew. % Kunstnarz.

Die äußere Decklage besteht vorzugsweise aus einem Material aus 30 bis 90 Gew. % Graphit und 70 bis 10 Gew. % Kunstharz.

Das Kunstharz für die Unterlage und/oder die Decklage wird vorzugsweise aus der Gruppe Phenolharz, Epoxyharz und Furanharz gewählt.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Wärmeaustauscherwand, mit dem Kennzeichen, daß man ein Material durch Zusetzen von Kunstharz als Bindemittel zu Graphit in Teilchenform, Zusetzen von Alkonol und Mischen sowie Kneten der Bestandteile herstellt, das Material in eine geteilte Form mit feinen Rippen an einer inrer Innenoberflächen zur Erzeugung einer feine lineare Nuten in einer Oberfläche aufweisenden Unterlage gießt, eine dünne äußere Decklage auf die genutete Oberfläche der Unterlage aufbringt und mittels einer Bohrungsfertigungsmaschine kleine Bohrungen an Stellen der äußeren Decklage anoringt, die zu den Nuten der Unterlage ausgerichtet sind.

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Die Menge des Alkoholzusatzes beträgt vorzugsweise das 0,5- bis 2,0-fache des Gewichts des Kunstharzes.

Vorzugsweise verwendet man Äthylalkohol als zuzusetzenden Alkohol.

Die verwendete Bohrungsfertigungsmaschine ist vorzugsweise ein Rotor mit einer Vielzahl kleiner an dessen Außenumfang angebrachter Nadeln.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Schnittansicht einer Wärmeaustauscherwand gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 einen Längsschnitt einer Wärmeaustauscherwand gemäß der Erfindung in Anwendung auf ein Wärmeübergangsrohr.

In Fig. 1 weist die Wärmeaustauscherwand eine Unterlage

1 und eine auf die Unterlage 1 aufgebrachte äußere Decklage

2 auf. Die Unterlage 1 besteht aus einem Material aus 60 bis 90 Gew. % Graphit und 40 bis 10 Gew. % Kunstharz, das aus der Gruppe Phenolharz, Epoxyharz und Furanharz gewählt ist und als Bindemittel dient. Die Unterlage 1 ist an ihrer einen Oberfläche mit feinen linearen Nuten 3 mit einer Tiefe im Bereich zwischen 0,6 und 1,2 mm und einem gegenseitigen Abstand im Bereich zwischen 0,U und 1,0 mm ausgebildet.

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Die äußere Decklage 2, die aus einem ähnlichen Material wie die Unterlage 1 gebildet ist, kann eine etwas größere Menge von Kunstharz als die Unterlage 1 enthalten. Insbesondere Kann die äußere Decklage 2 aus einem Material mit 30 bis 90 Gew. % Graphit und 70 bis 10 Qew. % Kunstharz aus der Gruppe Phenolharz, Epoxyharz und Furanharz bestehen, und die äußere Decklaga hat eine Dicke im Bereich von 0,3 bis 1,2 mm. Kleine Bonrungen 4 sind in großer Anzahl an Stellen der äußeren Decklage 2 ausgebildet, die mit ihrer Lage den Nuten 3 in der Unterlage 1 entsprechen.

Die Wärmeaustauscherwand des vorstehend erläuterten Aufbaus läßt sich nach einem im folgenden beschriebenen Verfanren herstellen. MO bis 10 Gew. % Kunstharz werden mit 60 bis 90 Gew. { Graphit in Teilchenform vermischt, und man setzt der Mischung Alkohol in einer Menge zu, die dem 0,5- bis 2,0-fachen Gewicht des Kunstharzes entspricht, um ein Unterlagenmaterial geeigneter Fluidität herzustellen. Das so hergestellte Unterlagenmaterial wird zur Bildung einer Unterlage durch Gießen in eine Form gegossen, die an ihrer Innenwandoberfläcne mit Rippen versehen ist, die nach Format und Lage den Nuten entsprechen, die man an der Unterlage der Wärmeaus t aus ehe rw and ausbilden will. Dies ermöglicht die Bildung von Nuten gewünschter Größe und Zahl an einer Oberfläche der Unterlage ohne maschinelle Bearbeitung. Die in dieser Weise erzeugte Unterlage enthält keinen Alkohol, da der dem Material zugesetzte Alkohol nach Herstellung der Unterlage unverzüglich verdampft.

Das Material für die äußere Decklage 2 kann je nach den Umständen ein Kunstharz in etwas größerer Menge als das für die Unterlage 1 verwendete Material enthalten. Bei-

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spielsweise werden 70 bis 10 Gew. % Kunstharz mit 30 bis 90 Gew. % Graphit vermischt« und man setzt der Mischung Alkohol zu, der die gleicne wie im Zusammenhang mit der Herstellung der Unterlage der Wärmeaustauscherwand angegebene Menge darstellt. Dies ergibt ein Material für die äußere Decklage geeigneter Fluidität, das zu einer dünnen Folienform verarbeitet und auf die genutete Oberfläche der Unterlage 1 aufgebracht wird. Man benötigt hierfUr kein Bindemittel beim Aufbringen der äußeren Decklage auf das Unterlagenmaterial, da beide Materialien eine geeignete Klebrigkeit aufweisen. Danach wird eine Perforationsmaschine, wie z. B. ein Rotor mit an seinem Außenumfang angebrachten kleinen Nadeln, zur Bildung von Bohrungen in der äußeren Decklage verwendet.

Beispiel

Es wird ein Beispiel beschrieben, nach dem ein Wärmeübergangsrohr mit der Wärmeaustauscherwand gemäß vorstehendem Aufbau Hergestellt wurde. Eine Mischung von 80 Gew. % Graphit und 20 Gew. % Phenolharz wurde mit Äthylalkohol in einer Menge versetzt, die das 0,7-fache des Gewichts des Harzes betrug, und die Mischung wurde geknetet. Das Material wurde in eine geteilte Form gegossen, die an ihrer Innenwandoberfläche eine Wendelrippe von 0,7 mm Höhe aufweist, deren Windungen voneinander einen Abstand von 0,6 mm hatten, um einen Innenkemrohrteil 10 herzustellen. Der Innenkernrohrteil 10 hatte einen Außendurchmesser von Ii mm und einen Innendurchmesser von 10 mm und wies an seiner Außenoberfläche eine wendeiförmige Nut 30 auf.

Dann wurde eine Mischung von 60 Gew. % Graphit und 40 Gew. % Phenolharz mit Methylalkohol in einer Menge versetzt, die das 0,7-fache des Gewichts des Harzes betrug, und die Mischung wurde geknetet. Durch Extrusion durch einen Schlitz

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wurde dieses Material zu einer Außendecklage 20 von 0,} mm DicKe verarbeitet, die man auf die Außenoberfläche des Innenkernrohrteils 10 aufbracnte. Danach wurde, bevor die äußere Decklage 20 völlig fest wurde, ein an seinem Außenumfang mit einer Vielzanl von kleinen Nadeln versehener Rotor längs der äußeren Decklage 20 bewegt, um eine Vielzahl von kleinen Bonrungen 40 an Stellen der äußeren Decklage 20 zu bilden, die mit ihrer Lage der wendeiförmigen Nut 30 an der Außenoberfläche des Innenkernrohrteils 10 entsprachen. Was man dadurcn erhielt, war ein in Fig. 2 dargestelltes Wärmeiibergangsrohr, das hohe Korrosionsbeständigkeit und hohe Wärmeübergangseigenscnaften aufwies.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die tfärmeaustauscherwand gemäß der Erfindung hochkorrosionsbeständig gegen saure und alkalische Fluide, Salze enthaltende Fluide und Fluide organischer Verbindungen ist, so daß die Wärmeaustauscherwand gemäß der Erfindung zur Verwendung in Wärmeaustauschern zum Wärmeaustausch solcher Fluide mit Fluiden gleicher oder unterschiedlicher Art besonders brauchbar ist und einen Wärmeübergang mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht.

Ein zusätzlicher Vorteil ist der, daß die Wärmeaustauscherwand gemäß der Erfindung leicht Hergestellt werden kann, da keine maschinelle Bearbeitung der Unterlage erforderlich ist und sich die Wärmeaustauscherwand lediglich durch Gießen eines geeigneten Materials in eine Form herstellen läßt.

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Leerseite

Claims

2705307 Ansprüche

1. Warmeaustauscherwand auf Graphitbasis, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Unterlage (1; 10) aus einem Graphit als Hauptbestandteil und ein Kunstharz als Bindemittel enthaltenden Material, die mit feinen linearen Nuten (3; 30) an einer Oberfläche ausgebildet ist, und einer dünnen, auf die genutete Oberfläche der Unterlage aufgebrachten äußeren Decklage (2; 20) besteht, die mit einer Vielzahl von Bohrungen (4; 40) an zu den Nuten der Unterlage ausgerichteten Stellen versehen ist.

2. Wärmeaustauscherwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Unterlage (1; 10) aus 60 bis 90 Gew. % Graphit und 40 bis 10 Gew. % Kunstharz besteht.

3. Wärmeaustauscherwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Decklage (2; 20) aus einem Material aus 30 bis 90 Gew. % Graphit und 70 bis 10 Gew. % Kunstharz besteht.

4. Wärmeaustauscnerwand nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz aus der Gruppe Phenolharz, Epoxynarz und Puranharz gewählt ist.

5. Verfahren zum Herstellen einer Wärmeaustauscherwand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeicnnet, daß man ein Material durch Zusetzen von Kunstharz als Bindemittel zu Graphit in Teilchenform, Zusetzen von Alkohol und Mischen sowie Kneten der Bestandteile herstellt, das Material in eine geteilte Form mit feinen Rippen an einer ihrer Innenoberflächen zur Erzeugung einer feine lineare Nuten in einer

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ORIGINAL INSPECTED

Oberfläche aufweisenden Unterlage gießt, eine dünne äußere Decklage auf die genutete Oberfläche der Unterlage aufbringt und mittels einer Perforationsmaschine kleine Bohrungen an Stellen der äußeren Decklage anbringt, die zu den Nuten der Unterlage ausgerichtet sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Alkohol Äthylakohol ist.

7. Verfahren nacn Anspruch 5, dadurcn gekennzeichnet, daß die verwendete Perforationsmaschine ein Rotor mit einer Vielzahl kleiner an dessen Außenumfang angebrachter Nadeln ist.

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