DE2900453A1

DE2900453A1 - Metallisches rippenrohr und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE2900453A1
Application number: DE19792900453
Authority: DE
Inventors: Ming Shum
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1978-01-09
Filing date: 1979-01-08
Publication date: 1979-07-19
Also published as: GB2013721A; ES476635A0; ES8102343A1; GB2013721B; JPS54101749A; IT7919135A0; US4182412A; FR2414181A1; DE2900453C2; FR2414181B1; IT1109862B; CA1131158A

Description

DR.-ING. DIPL.-ING. M. SC. DI PL.-I- HYIj. Ο.-ΐ. D.PL.-F H Y3.

HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 43 226 b Anmelder: UOP Inc.

k-171 Ten UOP Plaza-Algonquin &

3. Januar 19 79 -3- Mt.Prospect Roads

DES PLAINES,I11. 60016,USA

Metallisches Rippenrohr und Verfahren zur Herstellung desselben

Die Erfindung betrifft ein metallisches Rippenrohr sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben»

Es ist bekannt, an der Oberfläche von Rohren Rippen auszubilden, um die Brauchbarkeit derartiger Rohre als Wärmeaustauscherelemente zu verbessern. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, Wärmeaustauscherrohre mit einer Beschichtung zu versehen, um den Wärmeaustausch zu verbessern. Die bekannten bzw. die früher vorgeschlagenen Möglichkeiten zur Gewinnung verbesserter Wärmeaustauscherrohre können jedoch nicht in allen Fällen voll befriedigen .

Ausgehend vom Stande der Technik und den früheren Vorschlägen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein metallisches Rippenrohr anzugeben, welches verbesserte Wärmeaustauschereigenschaften besitzt und vergleichsweise preiswert herstellbar ist»

Diese Aufgabe wird durch ein metallisches Rippenrohr gelöst, welches gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß auf den Seitenflächen und den Fussbereichen der Rippen eine einheitlich aufplattierte Metallplattierung vorgesehen ist, während die Rippenspitzen der Rippen unplattiert sind^und daß die Plattierung eine Vielzahl von kleinen leitfähigen Partikeln

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aufweist, die, gegebenenfalls mit Ausnahme eines mit äer metallischen Oberfläche des Rohr unmittelbar in Kontakt stehenden Oberflächenbereichs_/ vollständig in die Plattierung eingebettet sind.

Zur Herstellung eines derartigen Rippenrohres hat sich ein Verfahren besonders bewährt, welches .gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß man zur Erzielung einer das Sieden fördernden, porösen Oberfläche die Rippenspitzen der einzelnen Rippen zunächst mit einer nicht-leitenden Beschichtung versieht, daß man das Rippenrohr dann in eine Plattierlösung, welche feine leitfähige Partikel enthält, derart einbringt, daß es einem Rohr, welches das aufzuplattierende Metall enthält, eng benachbart ist, daß man . \ das Rippenrohr und das als Metallquelle dienende Rohr mit den Polen einer Gleichspannungsquelle verbindet, so daß das Metall von dem als Metallquelle dienenden Rohr auf die nicht mit einer nicht-leitenden Beschichtung bedeckten Oberflächenbereiche der Rippen aufplattiert werden kann, daß man die Plattierlösung derart in Bewegung hält, daß die leitfähigen Partikel in der Plattierlösung in Suspension gehalten werden, bis sie elektrisch von den unbeschichteten Bereichen der Rippen angezogen werden, und daß man den Plattiervorgang solange fortsetzt bis die Plattierung ausgehend von den Oberflächenbereichen der Rippen nach aussen wachsend mindesten einen Teil der elektrisch angezogenen leitfähigen Partikel umschliesst.

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Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemässen Bippenrohis besteht darin, daß es an seiner Oberfläche eine sehr hohe Dichte von das Sieden einer angrenzenden Flüssigkeit fördenden Siedekernen aufweist und daß es vergleichsweise billig herstellbar
ist, wobei die mechanischen Eigenschaften der als Ausgangsmaterial verwendeten Rippenrohre durch das Aufbringen der Plattierung in keiner Weise beeinträchtigt werden.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn ein verbessertes erfindungsgemässes Rippenrohr gemäss der" Erfindung
in der Weise hergestellt wird, daß man das zu plattierende Rippenrohr, welches üblicherweise aus Kupfer besteht, in einen Behälter mit einer Plattierlösung, üblicherweise Kupfersulfat, einbringt. Der Plattierlösung wird dabei eine kleine Menge leitfähiger Partikel, beispielsweise in Form fein pulverisierten Graphits zugesetzt, wie es unter der Bezeichnung "Formula 8485" von der
Firma The Joseph Dixon Crucible Co., Jersey City, New Jersey,USA oder unter der Bezeichnung " Grade No« 38" von der Firma Union Carbide vertrieben wird. Die Plattierlösung wird erfindungsgemäss mit Hilfe von Luft in Bewegung gehalten, um die Graphitpartikel in Suspension _Z\x halten. Ausserdem wird das Rippenrohr mit einer Gleichspannungsquelle und mit einer Metallquelle elektrisch verbunden, damit die Graphitpartikel von den leitfähigen Rippenoberflächen angezogen werden, auf denen eine Plattierung erzeugt werden soll, so daß sich eine unregelmässige poröse Oberfläche ergibt. Beim Plattieren sind die Spitsen der Rippen durch eine Beschichtung aus einem Lack oder einem anderen Material isoliert, welches vor dem Plattieren aufgebracht wird, um zu verhindern _t daß die Plattierung auch auf den Rippenspitzen erfolgt. Obwohl die isolierend© Beschichtung im Vergleich zur Gesaratoberfläche der Rippen nur eine klein® Fläche an den Rippenspitsen bedeckt, so daß das Vorhandensein der Beschichtung beim fertig plattierten Bippen rohr nur ©inea trern ach las sigfo area Effekt auf die Wanne=-

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übertragung hat, wird die isolierende Beschichtung vorzugsweise in geeigneter Weise, beispielsweise durch Lösungsmittel, durch Pyrolyse, mechanisch, wie z. B. durch Schleifen, oder auf andere Weise entfernt, so daß sie im Betrieb nicht abblättern und die Wärmetauscherflüssigkeit verschmutzen kann. Ohne die isolierende Beschichtung auf den Rippenspitzen beim Plattieren bestünde aber die Tendenz, daß die Plattierung in starkem Umfang an den Rippenspitzen und nicht an den flachen Seitenflächen der Rippen erfolgen würde, da die Rippenspitzen beim Plattieren der rohrförmigen Anode, welche das Rippenrohr umgibt, und als Quelle für das aufzuplattierende Kupfer dient, sehr eng benachbart -sind. Das Plattieren der Rippenspitzen wäre deshalb wenig nützlich, weil an den Rippenspitzen nur sehr wenig Wärme übertragen werden kann. Darüberhinaus bestünde - und dies ist wesentlich wichtiger -die Tendenz, daß die starke Plattierung an den der Anode am nächsten benachbarten Punkten zur Folge hätte, daß die Seitenflächen und Fussbereiche der Rippen nur sehr schwach plattiert würden. Ausserdem könnte das Plattieren der ungeschützten Rippenspitzen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit so schnell und in einem solchen Ausmass erfolgen, daß die Zwischenräume zwischen den Rippen, an deren Spitzen geschlossen würden und somit nicht mehr für einen Wärmeaustausch zur Verfügung stünden.

Der Zweck des Zusatzes von Graphitpartikeln besteht darin, eine rauhe plattierte Oberfläche zu erzeugen, welche eine sehr grosse Anzahl von Siedekernen bildet. Dabei haben die Graphitpartikel vorzugsweise eine Siebgrösse von höchstens 200 mesh (Siebgrösse Nr. 80 nach DIN). Da diese Partikel leitfähig sind, sorgt der Strom beim Plattieren dafür,, daß zuerst die Partikel von den frei liegenden Oberflächenbereichen der Rippen angezogen werden, wo sie dann bei Fortsetzung des Plattiervorganges in das Plattierungsmaterial eingebettet werden» Bei dem fertig plattierten Rohr sind die Graphitpartikel dann von der metallischen Plattierung bedeckt und müssen nicht mehr entfernt werden»

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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen« Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Wand eines fertig plattierten Rippenrohres gemäss der Erfindung?

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein für ein erfindungsgemässes Plattieren vorbereitetes Rippenrohr und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung von plattierten Rippenrohren gemäss der Erfindung»

Im einzelnen zeigt Fig. 1 der Zeichnung einen Teil-Längsschnitt durch die Wand eines erfindungsgemässen Rohres 10 mit mehreren Sippen 12 (bzw. Rippengängen),, welche Seitenflächen 12⁸, Fussbereiche 12'" und Rippenspitzen 12"'° aufweisen. Die Rippenspitzen 12 *'' sind vorzugsweise unbeschichtet, während die Seitenflächen 12' und die Fussbereiche 12''derart mit einer metallischen Plattierung 14 versehen sind, daß sich eine rauhe Oberflächenstruktur ergibt. Die rauhe Struktur ergibt sich durch Einschluss kleiner leitfähiger Partikel 16,insbesondere Kohlenstoff partikel, in die Plattierung, wobei die Grosse der Partikel vorzugsweise unter einer Siebgrösse von 200 mesh (Siebgröße No„80_nach _Di_N) beträgt. Viele der Partikel 16 stehen in Kontakt mit den Flächen 12" und 12'' des Rohres 10 und sind von der Plattierung 14 mit Ausnahme der kleinen Flächen umschlossen, die in Kontakt mit den Rohrflächen stehen. Andererseits steht die Plattierung 14 einstückig mit den Rohroberflächen In Verbindung mit Ausnahme der kleinen Flächen, an denen

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die Partikel in Kontakt mit der Rohroberfläche stehen. Die Partikel sind leitfähig und werden beim Elektroplattieren des Rohres 10 von den Rohroberflächen 12', 12'' angezogen. Dies hat zur Folge, daß die Plattierung 14 die Partikel 16 überzieht und sich zwischen ihnen auf der Rohroberfläche aufbaut. Durch Änderung der Partikelgrösse und der Menge der beim Plattiervorgang vorhandenen Partikel sowie durch die Höhe des Plattierstromes und die Zeitdauer des Plattiervorganges ist es möglich, die charakteristischen Eigenschaften der aufplattierten Schicht bzw. der Plattierung 14 zu verändern.

Bei der versuchsweisen Herstellung eines Rohres gemäss der Erfindung wurden 15g handelsübliches Graphitpulver (Graphitpulver Grade 38 der Fa. Union Carbide) in eine übliche CuSO₄ Plattierlösung eingebracht, in die ein Kupferrohr mit einer Länge von 2,4 m und mit 7,9 Rippen pro Zentimeter hineingehängt wurde. Das Plattieren wurde für einen Zeitraum von drei Stunden bei einem Strom von 32,8 Ampere pro Meter durchgeführt, wobei pro Meter Rohrlänge etwa 118 g Kupfer auf das Rohr aufplattiert wurden. Bei einem Vergleichsversuch zur überprüfung der Siedebedingungen in einem Kältemittel, nämlich in Freon R-M1, wurde ein 30,5 cm langer Abschnitt eines erfindungsgemässen Rohres einerseits und ein etwa ebenso^langer Abschnitt eines nicht plattierten Rippenrohres andererseits von innen mit unterschiedlichen Wärmemengen aufgeheizt, wobei es sich zeigte, daß das erfindungsgemäss plattierte Rippenrohr wesentlich vorteilhafter arbeitete, was sich aufgrund der niedrigeren Innenwandtemperaturen desselben zeigte. Bei Zufuhr einer Wärmeenergie von 150 Watt besass das nicht plattierte Rippenrohr beispielsweise eine (mit einem Thermoelement gemessene) Innenwandtemperatur von 44 ⁰C, während die Innenwand des erfindungsgemäss plattierten Rippenrohres eine Temperatur von 33 ⁰C aufwies. Bei Zufuhr einer Wärmeenergie von 100 Watt lagen die entsprechenden Tem-

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peraturen bei 38° C bzw. 30° Cj, während sie bei Zufuhr einer Wärmeenergie von 50 Watt bei 32° C bzw. 37° C und bei Zufuhr einer Wärmeenergie von 10 Watt bei 26° C bzw. 24° C lagen.

Das Plattieren kann in einer Vorrichtung 40 durchgeführt werden, wie sie Fig. 3 zeigt. Die Plattiervorrichtung 40 besitzt einen senkrechten Tank 41, der mit der Plattierlösung 42 gefüllt ist und eine rohrförmige Kupferanode 44 enthält,, welche die Quelle für das auf die Rippen 12 aufzuplattierende Metall bildet. Das Rohr 10 wird, wie dies in Fig_o 2 dargestellt ist,, vor dem Plattieren in der Weise vorbereitet, daß die Spitzen 12 " der Rippen 12 mit einer isolierenden Beschichtung 20 versehen werden« Die Beschichtung 20 kann auf jede geeignete Weise aufgebracht werden; insbesondere kann das Rohr 10 über eine poröse Oberfläche gerollt werden, die mit dem Beschichtungsmaterial bedeckt ist. Das Rohr 10 sitzt vorzugsweise auf einem isolierenden Block 48 aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten Isolationsmaterial» Der Block 48 besitzt in seinem Inneren Kanäle 50 und ist gegenüber dem Rohr 10 mit Hilfe eines O-Rings 52 abgedichtet. In das obere Ende des Rippenrohrs ist ein Gummistopfen mit einer Luftleitung 55 eingepresstο In die Luftleitung 56 wird Luft hineingepresst , welche aus dem Inneren des Rohres über die Kanäle 50 austritt,, so daß sich Luftblasen SO bilden _t weiche die Plattierlösung 42 "umrühren" und dazu beitragen, daß die CGraphit)partikel 16 suspendiert bleiben» Eine Zuleitung 62/mxt einem Kontaktring 64 an dem Rippenrohr verbunden, während eine zweite Zuleitung 66 mit der Anode 44 verbunden ist» Die beiden äusseren Enden der Zuleitung 62„64 sind mit dem negativen . (-) bzw. dem positiven (-S-) Pol einer Batterie oder einer anderen Gleichspannungsquelle 68 verbunden^ welche den für den Plattiervorgang erforderlichen elektrischen Strom lieferte Ehe der Strom eingeschaltet wird, sollten die Partikel 16 ia die Plattierlösung 42 eingebracht und in dieser mit Hilfe der Luftblasen in Suspension gehalten

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werden. Wenn dann der Strom eingeschaltet wird, dann werden die leitfähigen (Graphit)partikel 16 sofort elektrisch von allen Teilen der Rippen 12 angezogen, die nicht durch die Beschichtung 20 isoliert sind. Die Plattierung 16 bildet sich dann auf den sowie um die Partikel 16 und auf den freiliegenden, d.h. nicht mit den Partikeln 16 bedeckten Oberflächenbereichen der Rippen 12 aus. Wie eingangs erwähnt, kann die isolierende Beschichtung 20 entfernt v/erden, nachdem die Plattierung 16 fertiggestellt ist, so daß das Rippenrohr 10 schliesslich die sich aus Fig. 1 ergebende Form aufweist.

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Claims

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Patentanspr ü.c h e:

1.J Rippenrohr mit einer verbesserte Siedeeigenschaften aufweisenden Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Seitenflächen (12¹) und den Fussbereichen (12") der Rippen (12) eine einheitlich aufplattierte MetalIplattierung (14) vorgesehen ist, während die Rippenspitzen (12¹¹¹) der Rippen (12) unplattiert sind_y und daß die Plattierung (14) eine Vielzahl von kleinen leitfähigen Partikeln (16) aufweist, die, gegebenenfalls mit Ausnahme eines mit der metallischen Oberfläche des Rohrs unmittelbar in Kontakt stehenden Oberflächenbereichs, vollständig in die Plattierung (14) eingebettet sind.

2. Rippenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Partikel (16) Graphitpartikel sind.

3. Rippenrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitpartikel (16) eine Siebgrösse von maximal 200 mesh (Siebgrösse No.80 nach DIN) aufweisen.

4. Rippenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rippenrohr und die Plattierung (14) Kupfer enthalten.

5. Rippenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattierung (14) in einer solchen Dicke aufgebracht wird, daß das Gewicht der Plattierung (14) pro

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lauf enden Meter Rchrlänge etwa 118 erbeträgt.

6. Verfahren zum Herstellen eines Rippenrohres nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Erzielung einer das Sieden fördernden, porösen Oberfläche die Rippenspitzen (12¹¹¹) der einzelnen Rippen zunächst mit einer nicht-leitenden Beschichtung (20) versieht, daß man das Rippenrohr dann in eine Plattierlösung (42), welche feine leitfähige Partikel (16) enthält, derart einbringt, daß es einem Rohr (44), welches das aufzuplattierende Metall enthält, eng benachbart ist_f daß man das Rippenrohr und das als Metallquelle dienende Rohr mit den Polen einer Gleichspannungsquelle (68) verbindet, so daß das Metall von dem als Metallquelle dienenden Rohr (44) auf die nicht mit der ■ nicht-leitenden Beschichtung (20) bedeckten Oberflächenbereiche (12·, 12'') der Rippen (12) aufplattiert werden kann, daß man die Plattierlösung (20) derart in Bewegung hält, daß die leitfähigen Partikel (16) in der Plattierlösung (42) in Suspension gehalten werden, bis sie elektrisch von den unbeschichteten Bereichen (12', 12'') der Rippen (12) angezogen werden, und daß man den Plattiervorgang solange fortsetzt bis die Plattierung ausgehend von den Oberflächenbereichen (12', 12'') der Rippen (12) nach aussen wachsend mindestens einen Teil der elektrisch angezogenen leitfähigen Partikel (16 ) umschliesst.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht leitende Beschichtung (20) nach dem Plattieren entfernt wird.

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