DE2900453C2

DE2900453C2 - Rippenrohr und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE2900453C2
Application number: DE2900453A
Authority: DE
Inventors: Ming Shung Des Plaines Shum, III.
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1978-01-09
Filing date: 1979-01-08
Publication date: 1982-07-08
Also published as: DE2900453A1; JPS54101749A; ES8102343A1; US4182412A; FR2414181B1; CA1131158A; IT7919135A0; FR2414181A1; ES476635A0; GB2013721A; IT1109862B; GB2013721B

Description

Die Erfindung betrifft ein Rippenrohr, insbesondere aus kupferhaltigem Werkstoff, zur Wärmeübertragung beim Sieden von Flüssigkeiten, bei dem die Seitenflächen und die Fußbereiche der Rippen mit einer rauhen, deren Oberfläche vergrößernden, vorzugsweise kupferhaltigen Metallbeschichtung, versehen sind, sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben.

Ein Rippenrohr der vorstehend beschriebenen Art ist aus der DE-OS 22 44 024 bekannt Bei dem bekannten Rippenrohr sollen verbesserte Wärmeaustauschereigenschaften dadurch erhalten werden, daß man mit dem Ziel einer Vergrößerung der Wärmeaustauscheroberfläche durch eine Porenbildung auf das Rohr eine Beschichtung in Form eines Breis aus Metallteilchen und einem Bindemittel aufträgt, wobei das Bindemittel später durch Sintern oder durch ein Lösungsmittel entfernt wird, um die angestrebten Poren zu erhalten. Der Siedevorgang soll also durch eine Porenbildung gefördert werden.

Dieses Prinzip der Erzeugung von Poren an der Wärmeaustauscheroberfläche wird auch in der GB-PS 13 75 160 beschrieben, gemäß welcher die Poren erhalten werden, indem man isolierende Tröpfchen auf eine zu beschichtende Oberfläche aufsprüht, so daß beim abschließenden eiektroiytischen Plattieren an den getroffenen Stellen kein Material haften kann und folglich Grübchen bzw. Poren in dem Überzug entstehen, die als Siedekerne dienen sollen.

Ausgehend von diesem Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ei-;; verbessertes beschichtetes Rippenrohr der eingangs beschriebenen Art anzugeben, welches einerseits bessere Wärmeaustauschereigenschaften besitzt und andererseits vergleichsweise preiswert herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Rippenrohr der eingangs beschriebenen Art gelöst, welches gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Rippenspitzen der Rippen unplattiert sind und daß die

j5 Plattierung eine Vielzahl von kleinen Ieitfähigen Partikeln aufweist, die, mit Ausnahme eines mit der metallischen Oberfläche des Rohres unmittelbar in Kontakt stehenden Oberflächenbereichs, vollständig in die Plattierung eingebettet sind

to 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

■-,ο Rippenrohr und das als Metallquelle dienende Rohr mit den Polen einer Gleichspannungsquelle verbindet, so da3 das Metall von dem als Metallquelle dienenden Rohr auf die nicht mit einer nicht-leitenden Beschichtung bedeckten Oberflächenbereiche der Rippen

ίί autplattiert werden kann, daß man die Plattierlösung derart in bewegung hält, daß die Ieitfähigen Partikel in der Plattierlösung in Suspension gehalten werden, bis sie elektrisch von den unbeschichteten Bereichen der Rippen angezogen werden, und daß man den Plattieren Vorgang so lange fortsetzt, bis die Plattierung, ausgehend von den Oberflächenbereichen der Rippen nach außen wachsend mindestens einen Teil der elektiisch angezogenen Ieitfähigen Partikel umschließt. De^- entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen

μ Rippenrohrs brsteht darin, daß es an seiner Oberfläche eine :iehr hohe Dichte von das Sieden einer angrenzenden Flüssigkeit fördernden Siedekernen aufweist und daß ¹Js 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, das Rippenrohr gemäß der Erfindung in der Weise herzustellen, daß man das zu plattierende Rippenrohr, welches üblicherweise aus Kupfer besteht, in einen Behälter mit einer Plattierlösung, üblicherweise Kupfersulfat, einbring». Der Plattierlösung wird dabei eine kleine Menge leitfähiger Partikel, beispielsweise in Form fein pulverisierten Graphits, zugesetzt. Die Plattierlösung wird erfindungsgemäß mit Hilfe von in die Lösung eingeblasene Luft in Bewegung gehalten, um die Graphitpartikel in Suspension zu 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 Spitzen der Rippen durch eine Beschichtung aus einem Lack oder einem anderen Material isoliert, wuches vor dem Plattieren aufgebracht wird, um zu verhindern, daß die Plattierung auch auf den Rippenspitzen erfolgt Obwohl die Isolierende Beschichtung im Vergleich zur Gesamtoberfläche der Rippen nur eine kleine Fläche an den Rippenspitzen bedeckt, so daß das Vorhandensein der Beschichtung beim fertig plattierten Rippenrohr nur einen vernachlässigbaren Effekt auf die Wärmeübertragung hat, wird die isolierende Beschichtung in geeigneter Weise, beispielsweise durch Lösungsmittel, durch Pyrolyse, mechanisch, wie z. B. durch Schleifen, 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 Planieren der Rippenspitzen wäre deshalb wenig nützlich, weil an den Rippenspitzen nur sehr wenig Wärme übertragen werden kann. Darüber hinaus bestünde — und dies ist 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 Pia'tierungsvorgangs 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.

Weitere Einzelheiter, und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteran-Sprüchen. Es zeigt

F i g. I einen Längsschnitt durch die Wand eines fertig plattierten Rippenrohres,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch ein für ein Plattieren vorbereitetes Rippenrohr und

lu Fig.3 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung von plattierten Rippenrohren.

Im einzelnen zeigt F i g. 1 der Zeichnung einen Teil-Längsschnitt durch die Wand eines erfindungsge-

Ii mäßen Rohres 10 mit mehreren Rippen 12 (bzw. Rippengängen), welche Seitenflächen 12', 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 ver :hen sind, daß sich eine rauhe Oberflächenstruktur ergibt. Die rauhe Struktur ergibt sich durch Einschluß kleiner leitfälliger Partikel 16, insbesondere Kohlenstoffpartikel in die Plattierung, wobei die Größe der Partikel 16 vorzugs-

:■-, weise inner einer Siebgröße von 200 mesh (Siebgröße No. 80 nach DlN) 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 r.iit den Rohrflä-

Jd chen stehen. Andererseits steht die Plattierung 14 einstückig mit den Rohroberflächen in Verbindung mit Ausnahme der kleinen Flächen, an denen die Partikel in Kontakt mit der Rohroberfläche stehen. Die Partikel 16 sind leitfähig und v* erden beim Elektroplattieren des

F, 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 t nd der Menge der beim Plattiervorgang vorhandenen Partikel

κι 16 sowie durch die Höhe des Plattlerstromes und die Zei.Jauer des Plattiervorganges ist es möglich, die charakteristischen Eigenschaften der aufplattierten Schicht bzw. der Plattierung 14 zu verändern.

Zum Plattieren des Rohres wurden !5 g handelsijbliches Graphitpulver in eine übliche CuSO^Plattierlosung eingebracht, in die ein Kupferrohr mit einer Länge von 2 —4 m und mit 7 — 9 Rippen dto Zentimeter hineingehängt wurde. Das Plattieren wurde für einen Zeitraum von drei Stunden bei einem Strom von

ν» 32,8 Ampere pro Meter durchgeführt, wobei pro Meter Rohrlange etwa 118 g Kupfer auf das Rohr aufplattiert wurden. Bei einem Verg'eichsversuch zur Überprüfung der S''.:debedingungen in einem Kältemittel, nämlich in Freon R-Il, wurde ein 30,5 cm langer Abschnitt eines

V) plattierten Rohres <Snerseits und ein etwa ebcnsolangsr Abschnitt eines nicht plattierten Rippeniohres andererseits von innen mit unterschiedlichen Wärmemengen aufgeheizt, wobei es sich zeigte, daß das plattierte Rippenrohr wesentlich vorteilhafter arbeitete, was sich

no aufgrund tier 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°C, während die

v> Innenwand des plattierten Riippenrohres eine Temperatur von 33° C aufwies. Bei Zufuhr einer Wärmeenergie von 100 Watt lagen die entsprechenden Temperaturen bei 38'C bzw. 30⁰C, 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 F i g. 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. 2 dargestellt ist. vor dem Plattieren in der Weise vorbereitet, daß die Spitzen 12" der Rippen 12 mit einer nicht leitenden 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

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 10 ist ein Gummistopfen mit einer Luftleitung 56 eingepreßt. In die Luftleitung 56 wird Luft hineingepreßt, welche aus dem Inneren des Rohres 10 über die Kanäle 50 austritt, so daß sich Luftblasen 60 bilden, welche die Plattierlösung 42 »umrühren« und dazu beitragen, daß die Graphitpartikel 16 suspendiert bleiben. Eine Zuleitung 62 ist mit einem Kontaktring 64 an dem Rippenrohr 10 verbun-

Ί den, während eine zweite Zuleitung 66 mit der Kupferanode 44 verbunden ist. Die beiden äußeren Enden der Zuleitung 62, 64 sind mit dem negativen (-) bzw. dem positiven ( + ) Pol einer Batterie oder einer anderen Gleichspannungsquelle 68 verbunden, welche

in den für den Plattiervorgang erforderlichen elektrischen Strom liefert. Ehe der Strom eingeschaltet wird, sollten die Partikel 16 in die Plattierlösiing 42 eingebracht und in dieser mit Hilfe der Luftblasen in Suspension gehalten werden. Wenn dann der Strom eingeschaltet wird, dann

ι"' werden die leitfiihigen Graphitpartikcl 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 P-trtiLnt 14· iin/l tut Ae*n fr*» i 1 ί oct*i r\A pn Λ K n'mht mit tlf*n

Partikeln 16 bedeckten Oberflächenbereichen der Rippen 12 aus. Wie eingangs erwähnt, kann die isolierende Beschichtung 20 entfernt werden, nachdem die Plattierung 16 fertiggestellt ist, so daß das Rippenrohr 10 schließlich die sich aus F i g. 1 ergebende Form aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

29 OO 453 Patentansprüche:

1. Rippenrohr, insbesondere aus kupferhaltigem Werkstoff, zur Wärmeübertragung beim Sieden von Flüssigkeiten, bei dem die Seitenflächen und die Fußbereiche der Rippen mit einer rauhen, deren Oberfläche vergrößernden, vorzugsweise kupferhaltigen Metallbeschichtung, versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenspitzen(12"') der Rippen (12) unplattiert sind und daß die Plattierung (14) eine Vielzahl von kleinen leitfähigen Partikeln (16) aufweist, die, mit Ausnahme eines mit der metallischen Oberfläche des Rohres (10) unmittelbar in Kontakt stehenden Oberflächenbereichs, vollständig in die Plattierung (14) eingebettet sind.

2. Rippenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ieitfähigen 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 dij Plattierung (14) in einer solchen Dicke aufgebracht wird, daß das Gewicht der Plattierung (14) pro laufenden Meter Rohrlänge etwa 118 g beträgt.

5. Verfahren zum Herstellen eines Rippenrohres nach einem 1er Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Erzielung einer das Sieden fördernden, porösen Oberfläche die Rippenspitzen (12'") der einzelnen Rippeq (12) zunächst mit einer nichtleitenden Beschichtung (20) versieht, daß man das Rippenrohr (10) dann in eine Plattierlösung (42), welche feine leitfähige Partikel (16) enthält, derart einbringt, daß es einer rohrförmigen Kupferanode (44), welche das aufzuplattierende Metall enthält, eng benachbart ist, daß man das Rippenrohr (10) und das als Metallquelle dienende Rohr (44) mit den Polen einer Gleichspannungsquelle (68) verbindet, so daß das Metall von dem als Metallquelle dienenden Rohr (44) auf die nicht mit der nichtleitenden Beschichtung (20) bedeckten Oberflächenbereiche (12', 12") der Rippen (12) aufplattiert werden kann, daß man die Plattierlösung (42) derart in Bewegung hält, daß die Ieitfähigen 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 so lange fortsetzt, bis die Plattierung, ausgehend von den Oberflächenbereichen (12', 12") der Rippen (12), nach außen wachsend mindestens einen Teil der elektrisch angezogenen Ieitfähigen Partikel (16) umschließt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtleitende Beschichtung (20) nach dem Plattieren entfernt wird.