DE2705807B2

DE2705807B2 - Wärmetauscherwand und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2705807B2
Application number: DE2705807A
Authority: DE
Inventors: Nobukatsu Ibaraki Arai; Kunio Tokio Fujie; Kimio Hitachi 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: 1979-06-21
Also published as: DE2705807A1; US4168743A; JPS5297466A; JPS576038B2; DE2705807C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscherwand gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch') 1 sowie ein Verfahren zu ihrer Hersteilung.

Eine derartige Wärmetauscherwand ist bei einem Wärmetauscherrohr bekannt (vgl. DE-GM 73 31 368), wobei in einem vorzugsweise Kupferrohr Umfangsnuten ausgebildet werden, wobei dann diese schmalen Nuten durch eine Beschichtung aus einem dünnen Metallblech oder einem Kunststoff, der viele feine Löcher aufweist, überdeckt wird, Eine derartige Wärmetauscherwand besitzt erhebliche Vorteile gegenüber bisherigen flache oder unregelmäßig geformte Oberflächen aufweisenden Wärmetauscherwänden, wenn diese Wärmetauscherwände zur Sieclewärme-Ubertragung für verschiedene Fluide verwendet werden, wie beispielsweise bei Verdampfern.

Dabei tritt eine Flüssigkeit, die mit der Wärmetau

scherwand in Berührung gebracht ist, durch einige der Öffnungen oder Bohrungen in der äußeren Abdeckung in die Nuten ein, in denen die Flüssigkeit die von dem inneren Basisteil übertragene Wärme verdampft wird, in den Gaszustand übergeht und durch die übrigen öffnungen als Luftblasen wieder aus der Wärmetauscherwand austritt Dieses Verdampfen oder Sieden tritt auf, wenn die Flüssigkeit einer Wärme ausgesetzt ist, die der latenten Verdampfungswärme entspricht, wodurch die Flüssigkeit in den Gaszustand übergeht Wenn diese Erzeugung von Luftblasen wiederholt wird, wird das Wärmetauschvermögen, d h. der Wärmetausch-Wirkungsgrad der Wärmetauscherwand erhöht Beim Verdampfen ist es wesentlich, daß Verdampfungskerne für die Luftblasen vorhanden sind, damit das Verdampfen stürmisch erfolgen kann. Dies wird dadurch erreicht, daß die Nuten unter der äußeren Abdeckung den Bereich der Wärmetauscherwand vergrößern, in dem die Flüssigkeit mit der Wandfläche in Berührung gebracht ist Eine derart erhöhte Wärmetauscherfläche führt zu einem höheren Erwärmungsgrad der Flüssigkeit. Die Bohrungen in der äußeren Abdeckung tragen zur Erzeugung von Verdampfungs- oder Siedekernen zur Bildung der Luftblasen während des Übergangszeitraums bei, in dem die Flüssigkeit in den Gaszustand übergeht wodurch die Bildung von Luftblasen gefördert wird. Die auf diese Weise gebildeten Luftblasen werden durch die Bohrungen in den Außenraum abgegeben.

Nach Abgabe der Luftblasen durch die Bohrungen verbleibt stets ein Teil des Gases in den Nuten, wodurch die Bildung und der Wachstum weiterer Luftblasen gefördert wird.

Bei einer Wärmetauscherwand der eingangs genannten Art treten jedoch erhebliche Schwierigkeiten auf, wenn ein Wärmeaustausch bei sauren oder alkalischen Fluiden, bei Salze enthaltenden Fluiden, bei Fluiden organischer Verbindungen usw. erreicht werden soll, da diese Fluide ungünstigen Einfluß auf die Werkstoffe der Wärmetauscherwand besitzen können. Um derartige Korrosionsschäden zu vermeiden, Wurde bereits daran gedacht, Wärmetauscherwände aus einem korrosionsbeständigen Metall herzustellen oder Wärmetauscherwände mit einer Schicht aus einem Werkstoff zu versehen, der korrosionsbeständig ist. Derartige Wärmetauscherwände sind sehr kostspielig, wobei insbesondere irn letzteren Fall noch Fehler an den Übergangsstellen der unterschiedlichen Werkstoffe auftreten können, durch die sich die unterschiedlichen Werkstoffe voneinander lösen können oder durch die eine Rißbildung auftreten kann. Ähnliches ist auch dann der Fall, wenn die Beschichtung mittels eines Kunststoffes erfolgt.

Zur Überwindung des Korrosionsproblems ist es bekannt, Wärmetauscherwände vollständig aus Graphit herzustellen (vgl. DE-OS 24 06 522). Zur Verbindung einzelner Graphitteile der Wärmetauscherwand kann dabei Kunstharz verwendet werden, wobei jedoch zu verhindern ist, daß das aggressive Fluid mit dem Kunstharz in Verbindung kommen kann, da dies als nachteilig angesehen wird. Bei Verwendung von Graphit ist es jedogh äußerst schwierig, den Wärmeübergang dadurch zu verbessern, daß die aus Graphit bestehende Wärmetauscherwand mit Nuten od. dgl. versehen wird, da Graphit eine relativ geringe mechanische Festigkeit besitzt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Wärmetauscherwand der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie hoch korrosionsfest ist, wobei eine kostengünstige

Herstellung möglich sein soll.

Die Aufgabe wird durch eine Wärmetauscherwand mit dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst

Eine derartige Wärmetauscherwand ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 4 herstellbar.

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet

Durch die Erfindung ist es also möglich, eine Wärmetauscherwand zu schaffen, die den Aufbau der eingangs genannten bekannten Wärmetauscherwand besitzt, die jedoch trotz des relativ feine Strukturen aufweisenden Aufbaues aus im wesentlichen dem korrosionsfesten Werkstoff Graphit hergestellt werden kann, wobei das Herstellverfahren ziemlich einfach ist. Dabei können Basisteil und äußere Abdeckung unterschiedliches Werkstoff-Mischungsverhältnis besitzen, ohne daß es zu Schwierigkeiten beim Zusammenfügen und im Betrieb kommt, vielmehr wird eine ausreichend hohe Festigkeit der Bestandteile sichergestellt und wird eine ausreichend hohe Bindekraft der Rohwerkstoffe erreicht.

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

F i g. 1 perspektivisch im Schnitt eine Wärmetauscherwand und

Fig.2 im Längsschnitt eine Wärmetauscherwand in Anwendung auf ein Wärmeübergangsrohr.

In F i g. 1 weist die Wärmetauscherwand ein Basisteil 1 und eine auf das Basisteil 1 aufgebrachte äußere Abdeckung 2 auf. Das Basisteil 1 besteht aus einem Werkstoff mit 60 bis 9OGew.-°/o Graphit und 40 bis 10 Gew.-% Kunstharz, das aus der Gruppe Phenolharz, Epoxyharz und Furanharz gewählt ist und als Bindemittel dient. Das Basisteil 1 ist an seiner 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 0.4 und 1,0 mm ausgebildet.

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

Die Wärmetauscherwand mit dem vorstehend erläuterten Aufbau läßt sich nach einem im folgenden beschriebenen Verfahren herstellen. 40 bis 10Gew.-% Kunstharz werden mit 60 bis 90Gew.-% Graphit in Teilchenform vermischt, und der Mischung wird Alkohol in einer Menge zugesetzt, die dem 0,5- bis 2,0fachen Gewicht des Kunstharzes entspricht, um einen Basisteil-Werkstoff geeigneten Fließvermögens herzustellen, Der so hergestellte Werkstoff wird zum Gießformen eines Basisteils 1 in eine Form gegossen, die an ihrer Innenoberfläche mit Rippen versehen ist, die nach Größe und Lage den Nuten 3 entsprechen, die an dem Basisteil 1 der Wärmetauscherwand ausgebildet _h5 werden sollen. Dies ermöglicht die Bildung von Nuten 3 gewünschter Größe und Anzahl in einer Oberfläche des Basisteils 1 ohne maschinelle Bearbeitung. Das auf diese Weise hergestellte Basisteil 1 enthält keinen Alkohol, da der dem Werkstoff zugesetzte Alkohol nach Herstellung des Basisteils 1 unverzüglich verdampft

Der Werkstoff für die äußere Abdeckung 2 kann ggf. das Kunstharz in etwas größerer Menge als der für das Basisteil 1 verwendete Werkstoff enthalten. Beispielsweise werden 70 bis 10Gew.-% Kunstharz mit 30 bis 90 Gew.-% Graphit vermischt, und wird der Mischung Alkohol zugesetzt, der die gleiche wie im Zusammenhang mit der Herstellung des Basisteils 1 der Wärmetauscherwand angegebene Menge hat Dies ergibt einen Werkstoff geeigneten Fließvermögens für die äußere Abdeckung 2, der zu einer dünnen Folienform verarbeitet und auf die genutete Oberfläche des Basisteils 1 aufgebracht wird. Es wird kein Bindemittel beim Aufbringen der äußeren Abdeckung 2 auf das Basistei! 1 benötigt da beide Werkstoffe geeignete Klebrigkeit aufweisen. Danach wird eine Perforationsmaschine, wie z. B. ein Rotor mit an seinem Außenumfang angebrachten kleinen Nadeln, zur Bildung der feinen Bohrungen 4 in der feueren Abdeckung 2 verwendet

Beispiel

Es wird ein Beispiel beschrieben, nach dem ein Wärmt-!bergangsrohr mit der Wärmetauscherwand gemäß vorstehendem Aufbau hergestellt wurde. Eine Mischung mit 80Gew.-% Graphit und 20Gew.-% Phenolharz wurde mit Äthylalkohol in einer Menge versetzt, die das OJfache des Gewicht! des Phenolharzes betrug, und geknetet Der Werkstoff wurde in eine mehrteilige Form gegossen, die an ihrer Innenoberfläche eine Wendelrippe von 0,7 mm Höhe aufweist, deren Windungen voneinander einen Abstand von 0,6 mm haben, um ein Iniienkernrohrbasisteil 10 herzustellen. Das Innenkernrohrbasisteil 10 hatte einen Außendurchmesser von 14 mm und einen Innendurchmesser von 10 mm und wies an seiner Außenoberfläche eine wendeiförmige Nut 30 auf.

Dann wurde eine Mischung mit 60 Gew.-% Graphit und 40 Gew.-% Phenolharz mit Äthylalkohol in einer Me.ige versetzt, die das 0,7fache des Gewichts des Phenolharzes betrug, und geknetet. Durch Extrusion durch einen Schlitz wurde dieser Werkstoff zu einer äußeren Abdeckung 20 mit 0,5 mm Dicke verarbeitet und auf die Außenoberfläche des Innenkernrohrbasisteils 10 aufgebracht. Danach wurde, bevor die äußere Abdeckung 20 völlig fest wurde, ein an seinem Außenumfang mit einer Vielzahl von kleinen Nadeln versehener Rotor längs der äußeren Abdeckung 20 bewegt, um eine Vielzahl von kleinen Bohrungen 40 an Stellen der äußeren Abdeckung 20 zu bilden, die in ihrer Lage der wendeiförmigen Nut 30 an der Außenoberfläche c'ii; Innenkernrohrbasisteüs 10 entsprachen. Dadurch wurde das in Fig. 2 dargestellte Wärmeübergangsrohr erhalten, das hohe Korrosionsbeständigkeit und hohe Wärmeübergangseigenschaften aufweist.

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

Ein zusätzlicher Vorteil ist, daß die Wärmetauscher-

wand gemäß der Erfindung leicht hergestellt werden kann, da keine maschinelle Bearbeitung des Basisteils erforderlich ist und sich die Wärmetauscherwand lediglich durch Gießen eines geeigneten Werkstoffs in eine Form herstellen läßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmetauscherwand mit länglichen Nuten im äußeren Bereich des einem zu verdampfenden Wärmetauschermedium zugewandten Basisteils der Wärmetauscherwand, und einer den die Nuten aufweisenden Bereich überdeckenden äußeren Abdeckung mit die Nuten mit dem Außenraum verbindenden feinen Bohrungen, wobei für die Abdeckung Kunststoff verwendbar ist und wobei Basisteil und Abdeckung aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen können, dadurch gekennzeichnet, daß Basisteii (1, 10) und Abdeckung (2, 20) jeweils aus einem Graphit als Hauptbestandteil und Kunstharz als Bindemittel aufweisenden Werkstoff bestehen.

2. Wärmetauscherwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Basisteils (1; 10) aus 60 bis 90Gew.-% Graphit und 40 bis 10 Gew.-% Kunstharz besteht

3. Wärmetauscherwand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (2; 20) aus einem Werkstoff aus 30 bis 90 Gew.-% Graphit und 70 bis 10 Gew.-% Kunstharz besteht

4. Wärmetauscherwand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz aus der Gruppe Phenolharz, Epoxyharz und Furanharz gewählt ist

5. Verfahren zur Herstellung einer Wärmetauscherwand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen des Basisteils Kunstharz mit Graphit in Teilchenform und Alkohol gemischt und r-jknetet wird und die Mischung in eine geteilt¹: Form mit feinen Rippen an einer ihrer Innenoberfläcnen ς -gössen und ausgehärtet wird, daß dann die Abdeckung mit der genuteten Oberfläche des Basisteils verbunden wird und die Abdeckung an den Stellen perforiert wird, die zu den Nuten des Basisteils ausgerichtet sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Äthylalkohol verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Perforieren der Abdeckung ein mit einer Vielzahl am Außenumfang angebrachter feinen Nadeln versehener Rotor über die Stellen der äußeren Abdeckung geführt wird, die zu den Nuten des Basisteils ausgerichtet sind.