DE2706784A1

DE2706784A1 - Verfahren zur herstellung eines waermetauschers

Info

Publication number: DE2706784A1
Application number: DE19772706784
Authority: DE
Inventors: Clarence Elmo Albertson; Keith Edwin Starner
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1976-02-23
Filing date: 1977-02-17
Publication date: 1977-09-01
Also published as: AU2189377A; GB1523855A; JPS52103060A; FR2341832A1

Description

Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers.

Es ist bekannt, daß eine Art zur Verbesserung der Kernbildung beim Kochen darin besteht, daß poröse oder aufgerauhte Flächen an den
metallischen Wärmetauscherflächen vorgesehen werden. Dieses Kernbildende Kochen ist z.B. bei Wärmetauschern eine erwünschte Eigenschaft, bei denen ein Wandabschnitt vorliegt, durch welchen Wärme von einem warmen Strömungsmittel auf eine kochende Flüssigkeit
übertragen wird.

Viele verschiedene Verfahren wurden bereits angewandt, die poröse bzw. aufgerauhte Fläche zu erzeugen. Einige haben sich auch im
Handel durchgesetzt. Aufgrund der mangelnden Effizienz der handelsüblichen Kochflächen oder aus Sparsamkeitsgründen, möglicherweise aus beiden Gründen, besteht jedoch immer noch ein Bedürfnis nach
einem preiswerten verfahren, eine wirksame Kern-bildende Kochfläche herzustellen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur besseren, preiswerteren Herstellung von kernbildenden Kochflächen
für Wärmetauscher aus Kupfer, Aluminium, Stahl oder anderen Metallen anzugeben.

709835/0733

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Kern-bildenden Kochflächen der vorliegenden Erfindung werden dadurch hergestellt, daß die metallische Wärmetauscherfläche mit einem Überzug aus gesprungenem Chrom, oder gesprungenem Nickel nach bekannten Verfahren \ersehen wird. Danach wird der mit Sprüngen versehene Überzug mit einem chemischen Ätzmittel, z.B. mit SaI petersäure, behandelt. Die Sprünge in dem überzug legen die Metall fläche frei; die Chemikalie ätzt selektiv das Metall und erzeugt so Poren, die Kernbildungsplätze für das kernbildende Kochen darstellen. In ähnlicher Weise wird die metallische Wärmetauseherfläche mit Blei überzogen, das Blei wird mit einem geeigneten Schneidwerkzeug eingeschnitten. Die eingeschnittene, mit Blei überzogene Fläche wird mit einem Ätzmittel behandelt, welches selektiv das freigelegte Metall ätzt. Dadurch werden Poren oder Sprünge erzeugt, die kernbildende Kochstellen sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen stark vergrößerten Abschnitt einer geätzten,

mit gesprungenem Chrom überzogenen Kupferrohrfläche nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

709835/07 3 3

Fig. 2 eine stark vergrößerte Scheraaansicht im Querschnitt

des geätzten Kupferrohres nach Fig. 1;

Fig. 3 einen stark vergrößerten Abschnitt eines eingeschnit

tenen und geätzten, mit Blei überzogenen Kupferrohres nach einer weiteren Ausf(ihrungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine stark vergrößerte Schemaansicht im Querschnitt

des in Fig. 3 dargestellten, eingeschnittenen und geätzten, mit Blei überzogenen Kupferrohres.

Zur Erläuterung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Beispiele angegeben.

Beispiel I

{Ein ca. 18 cm (7 Zoll) langer Abschnitt eines Kupferrohres mit 3/4 Zoll Außendurchmesser wurde an beiden Enden verstöpselt. Die Außenfläche des Rohres wurde mit 42 A in einem Bad bei 6o°C mit jChrom plattiert. Das Bad enthielt 239,ο g/l CrO₃ und 1,8 g/l H₃SO₄ {Ungefähr o,oo5 cm (0,002 Zoll) Chrom wurde innerhalb einer 1/2 Std aufplattiert. Der Strom wurde 6 min. lang umgekehrt. Dadurch wurde die Rohre im selben Bad geätzt. Das so mit Sprüngen versehene und geätzte Rohr wurde dann in eine 5o %ige Lösung von HNO₃ bei Zimmer temperatur (23°C) Io min. gebracht. Der Außendurchmesser des so behandelten Rohres ist in Fig. 1 dargestellt. In Fig. 2 der Zeich-

709835/0733

nung 1st das Rohr 1, das zu Illustrationszwecken vergrößert dargestellt 1st, mit einem Chromüberzug 2 gezeigt, der Sprünge 3 aufweist. Kanäle 4 sind In das Rohr 1 durch die Säurebehandlung elnge ätzt, wodurch sich die kernbildenden Kochstellen ergeben.

Beispiel II

Ein ca. 18 cm (7 Zoll) langer Abschnitt eines Kupferrohres mit 3/4 Zoll Außendurchmesser wurde an beiden Enden verstöpselt und mit einer o,o38 cm (o,ool5 Zoll) dicken Bleischicht in einem Bad bei 23°C elektroplattiert, welches 155 g Bleicarbonat, 245 g 49 %iger

Fluorwasserstoffsäure, Io6 g Borsäure und o,2 g Leim in 1 ltr.Lö-

2 2

sung enthielt. Eine Stromdichte von 3o A/Fuß (etwa 3oo A/m ) wurde 3o min. lang aufrecht erhalten. Ein Strich mit etwa o,ol25 c (1/32 Zoll) Pfeiltiefe wurde mit einem Schneidwerkzeug in die mit Blei überzogene Kupferrohrfläche eingeschnitten. Dadurch wurde die tupferrohrflache freigelegt. Das eingeschnittene Rohr wurde 1 min. lang in konzentrierter Salpetersäure geätzt. Diese fraß rasch Kanäle in das Kupferrohr in den eingeschnittenen Zonen, wobei die 3leischicht nur sehr wenig angegriffen wurde. Diese Kanäle erzeugeji ernbildende Kochstellen an der Rohrfläche. Die Fläche des so bean del ten Rohres ist in Fig. 3 gezeigt. In Fig. 4 ist das Rohr 11 u Illustrationszwecken stark verzögert mit Blei 12 überzogen dar-[estellt, welches Nuten 13 aufweist. Kanäle 14 befinden sich im upferrohr 11. Die geätzten Nuten 13 sind ca. o,oo56 cm (o,oo22 oll) breit und ca. o,ol cm (o,oo4 Zoll) tief.

709835/073 3

Beispiel III

Drei etwa 19 cm (7 1/2 Zoll) lange Aluminiumrohre mit 3/4 Zoll Außendurchmesser, Legierung 3oo3, wurden gewaschen, gespült, 1 mir lang bei Zimmertemperatur in 5oo ml wässriger Lösung der folgenden Zusammensetzung verzinkt: 262 g NaOH, 49 g ZnO, o,49 g FeCl2

!und 4,9 g Rochelle-Salz. Das Zinkat wurde durch 3o-sekündliches

> Eintauchen in 3o %ige Salpetersäure abgestreift. Die restliche

Säure wurde mit Wasser abgespült. Der Zinkat-Säureabstreifzyklus wurde noch einmal wiederholt, um das Aluminium gründlich zu reinigen. Der endgültige Zinkatüberzug wurde 1 1/2 min. lang aufgej bracht; die Proben wurden gespült und getrocknet.

!Zwei mit Zinkat überzogene Aluminiumrohre, No. 2 und No. 3, wur-

den 1/2 Std. lang bei einem Ampere und 115°F in einem Zyanid-Kupferbad mit Kupfer plattiert, gespült und getrocknet. Das Rohr No. 1 wurde im selben Bad nur 5 min. lang plattiert. Das Kupferbad enthielt 2o,6 g CuCN, 24,7 g NaCn, 15 g Na₂CO₃ und 3o g Rochelle-Salz in 500 ml Lösung. Die Zinkat- und Plattierbäder und -Verfahren wurden dem "Metal Finishing Guide Book", 1971, entnommen.

Das Kupfer-plattierte Aluminiumrohr No. 1 wurde auf eine Länge vor 16,5 cm geschnitten und 2/3 Std. lang bei 2,13 A und Zimmertemperatur mit Blei plattiert. Dabei wurde eine 0,005 cm (o,oo2 Zoll) dicke Bleischicht abgeschieden. Das Blei-Plattierbad war dasselbe Bad, das im Beispiel II beschrieben wurde. _o

709835/0733

Die Kupfer-überzogenen Aluminiumrohre No. 2 und No. 3, sowie das bleiplattierte Rohr No. 1 wurden mit einem Messer eingeschnitten, durch die Plattierung hindurch bis in die Metälbasis. Eine Drehbank wurde zur Herstellung eines Spiralschnittes mit 32 Gängen pro Zoll verwendet. Danach wurden die Rohre No. 1,2,3 5-15 min. lang bei 45°C in einer Io %igen NaOH-Lösung geätzt. Die Ätzung erzeugte Nuten im Aluminium an der Basis der Einschnitte. Die ätzende Lösung griff das Kupfer und den Bleiüberzug nicht nennenswert an. Die geätzten Nuten verbesserten die Wärmeübertragung beim Kochen.

Beispiel IV

Zwei dünnwandige Stahlrohre mit ca. 19 cm (7 1/2 Zoll) Länge und 23/32 Zoll Außendurchmesser wurden gesäubert, Io see. lang in 3o %iger Salpetersäure geätzt, gespült und 1/2 Std. lang bei einen Ampere und 115 F mit Kupfer überzogen kupferbad, das oben beschrieben wurde

Ampere und 115 F mit Kupfer überzogen. Dies geschieht im Zyanid-

Die Kupfer-Überzogenen Stahlrohre wurden auf eine Länge von 16,5 cm geschnitten, 2/3 Std. lang bei 2,13 A und Zimmertemperatur mit Blei plattiert. Dabei wurde ein Bleiüberzug von o,oo5 cm (o,oo|2 Zoll) niedergeschlagen. Hierzu wurde das in Beispiel 2 beschriebene Bleibad verwendet.

Die mit Kupfer überzogenen Stahlrohre wurden mit einem Messer eingeschnitten, durch die Plattierung hindurch bis in die Metall-

709835/0733

basis. Eine Drehbank wurde zu einem Spiralschnitt mit 32 Gängen pro Zoll verwendet. Die Stahlrohre wurden 1/2 Std. lang bei 7o°C in 15 %iger Salzsäure geätzt. Dabei wurde der Stahl an der Basis der Einschnitte aufgelöst und die Nuten wurden vergrößert. Die Blei- und Kupferplattierung wurde durch die Salzsäure nicht nennenswert angegriffen. Diese rUckspringenden Nuten waren denen ähnlich, die oben in Kupfer beschrieben wurden. Es ergab sich eine verstärkte Wärmeübertragung beim Kochen von Kohlenwasserstoffkühlmitteln.

Beim selektiven Ätzen des Metallrohres können andere überzüge als mit Sprüngen versehenes Chrom bzw. Bleiplattierungen verwendet werden. Beispielsweise können andere Weich- und Hartmetallplattie· rungen, organische lackartige Filme, Photolackfilme o.ä-

von verwendet werden. Im Fall Photolackfilmen können die zu

ätzenden Zonen photographisch statt mechanisch hergestellt werden. Der Schutzfilm kann nach dem Ätzen entfernt werden, wenn er die Wärmeübertragung behindert.

Als Ätzlösung wurden Salpetersäure, Salzsäure und Natriumhydroxid angegeben. Es können jedoch auch andere chemische Bäder verwendet werden. Beispielsweise ergibt ein Bad hervorragende Ergebnisse für den hier besprochenen selektiven Ätzprozess, das die folgende Zusammensetzung aufweist: loo ml H-O; 4o g CrO₃; 5o ml HNO.; 8 ml H₃SO₄ und 7,5 g NH₄Cl. Das Metall wird glatt und gleichmäßig angegriffen. Eine weitere Badformulierung, die zum Ätzen von Kupfer-

- Io -709835/0733

- Io -

rohren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, 1st eine Lösung aus 2o ml AcOH; Io ml CrO, und 5 ml FeCl-.

Die vorliegende Erfindung läßt sich selbstverständlich mit verschiedenen kochenden Flüssigkeiten und verschiedenen Arten von Wärmetauschern verwirklichen. Dabei kann es sich z.B. um Bauarten mit Gehäuse und Rohren, direkter Expansion oder plattenartige Konstruktionen handeln.

709835/0733

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscherelement mit einer Metallwand hergestellt wird, durch welche Wärme von einem warmen Strömungsmittel auf eine kochende Flüssigkeit übertragen wird, daß ein gegen Atzmittel resistenter Film auf die Oberfläche dieser Wand aufgebracht wird, daß ein Teil dieses Filmes entfernt wird und so Abschnitte der Oberfläche freigelegt werden, daß die Metallwand mit einer Chemikalie behandelt wird, wodurch die freigelegte Oberfläche vorzugsweise angeätzt wird und Kanäle in der Oberfläche erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallwand aus Kupfer ist, daß der Film aus mit Sprüngen versehenem Chrom und die Chemikalie eine Lösung von Salpetersäure ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Me-

709835/0733

tallwand Stahl ist, daß der Film eine Bleischicht ist, daß der

i Teil des Films durch Einkerben entfernt wird und daß die Chemi-

j kalie eine Lösung aus Salpetersäure ist.

J4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Me-

¹ tallwand Kupfer ist, daß der Film eine Bleischicht ist, daß

; der Teil des Films durch Einschneiden entfernt wird und daß die Chemikalie eine Lösung aus Salpetersäure ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fletallwand Aluminium ist, daß der Film eine Bleischicht ist, daß der Teil des Films durch Einschneiden entfernt wird und daß die Chemikalie eine Lösung von Ätznatron ist.

709836/0733