DE60028922T2

DE60028922T2 - Oberflächenschutz der Wasserseiteoberfläche von Wärmeaustauscher von Heizkesseln und Gaswasserheizern

Info

Publication number: DE60028922T2
Application number: DE60028922T
Authority: DE
Inventors: Ing. Giorgio 23864 Malgrate Pastorino
Original assignee: Riello SpA
Current assignee: Riello SpA
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2020-03-04
Also published as: EP1129789B1; CN1200778C; CN1348089A; ES2265862T3; DE60028922D1; EP1129789A1; ATE330715T1

Description

1. Stand der Technik
Sämtliche Wärmetauscher, die heißes Wasser erzeugen, unterliegen Kalk-Ablagerungen von Kalzium- und Magnesium-Karbonaten und von Verkrustungen der Kreisläufe aufgrund von Rest-Arbeitsprodukten oder anderen Fremdgegenständen, die im Wasser-Netzwerk vorliegen.
Dabei kann in einem Fall, bei dem das Wasser einige besondere Additive enthält (beispielsweise Glykole), die Migration metallischer Ionen (Kupfer, Aluminium, Edelstahl) auftreten. Die Korrosion metallischer Oberflächen ist dabei potentiell immer möglich.
Die Ablagerung von Kalk ist signifikanter, je höher die Gehalte an Kalk im Wasser sind (Härte des Wassers), je höher das Wasser erhitzt wird und je länger die Zeit ist, die das Wasser bei hoher Temperatur verbleibt.
Die Verkrustung aufgrund von Kalk und festen Fremdstoffen, die im Netzwerk vorliegen, tritt in verschiedenen Arten von Austauschern auf, so wie:

– bithermische Austauscher für die kombinierte Herstellung von heißem Wasser sowohl für die Erwärmung der Umgebung als auch für sanitäre Zwecke (1).
– Primäraustauscher für die Herstellung von warmem Wasser nur für die Erwärmung der Umgebung (2).
– plattenartige Austauscher für die Herstellung von sanitärem warmem Wasser (3).
– Speicherbehälter für die Herstellung und Speicherung von sanitärem warmem Wasser (4).
– zusätzliche Speichersysteme für sanitäres Warmwasser.
– Austauscher für Wassererhitzer.

Die für die Herstellung von sanitärem Warmwasser vorgesehenen Austauscher (plattenartig, Primäraustauscher, Kessel, sanitäre Wassertanks und bithermische Austauscher) sollen das erzeugte Wasser gemäß den WRC-Standards trinkbar halten.
Die für die Austauscher verwendeten Metalle sind gemäß dieser Art:
Kupfer (Cu DHP, CU OF, SE CU)
Edelstahl (AISI 316L, AISI 304)
Aluminium
Das im Wasser aufgelöste Produkt weist eine Viskosität auf, die mit der des Wassers vergleichbar ist und ist so beschaffen, dass die Trennfugen der Austauscher gefüllt werden.
Die heutzutage käuflichen Austauscher müssen von Zeit zu Zeit mit speziellen Säuren gereinigt werden, um die Kalkkrusten und Schmutz-Ablagerungen zu entfernen, die im Laufe der Zeit die Zerstörung der Durchgänge und das thermische Ungleichgewicht der Austauscher bewirken. Die JP 61-149794 offenbart ein Verfahren, wobei Schlackenablagerungen durch eine Beschichtung der inneren Oberfläche eines Wärmetauschers mit einer Schicht, die ein Fluorosilikon-Harz enthält, das in einer freien Lösung zirkuliert wird, verhindert werden; dieses Verfahren erfordert daher die Verwendung eines Freongelösten Harzes, der bei der Verwendung jedoch kompliziert ist.
2. Beschreibung der Erfindung
Um die oben erwähnten ungewünschten Effekte zu begrenzen wurde eine Prozedur zur Behandlung der Austauscher-Oberflächen mit besonderen fluorierten Harzen entwickelt.
Derartige Harze werden mit funktionalen Gruppen bereitgestellt, die an den metallischen Oberflächen anhaften, um eine wenige Mikrometer dicke Beschichtung zu erzeugen, die die Anhaftung von Kalk und von in den Heizkreisläufen vorliegenden Ablagerungen begrenzen.
Die besonderen Merkmale der Behandlung, d.h. die Anti-Anhaftung von Kalk auf den beschichteten Oberflächen wurden sowohl in den IABER S. p. A Testlaboratorien (Annex 1) und im Labor des Harz-Herstellers (Annex 2) sowie durch Tests „im Feldversuch" überprüft.
Das Verhalten des Wärmetauschers und die hydraulischen Eigenschaften der Austauscher werden durch die Behandlung überhaupt nicht modifiziert.
Die Harz-Beschichtungsbehandlung wird so durchgeführt, wie dies im Diagramm aus 5 gezeigt ist.
Das in Wasser gelöste Produkt weist eine Viskosität auf, die mit der des Wassers vergleichbar ist, um so sämtliche Trennfugen der Austauscher zu füllen.
3. Durch die Erfindung eingeführte Innovationen
Die Behandlung der Austauscher und der Kessel mit fluorierten Harzen ermöglicht es, einen der schwächsten Punkte der Austauscher, d.h. ein reduziertes Verhalten im Laufe der Zeit aufgrund der Ablagerung von Kalk und im Netzwerk vorliegendem Schmutz, zu überwinden. Insbesondere werden dank dieser Behandlung die Verstopfungen der Kreisläufe aufgrund der Effekte des Kalks und einer Vielzahl von Rest-Arbeitsprodukten reduziert und daher wird die Lebensdauer dieser Austauscher in Übereinstimmung mit den Spezifikationen verlängert.
Insbesondere fällt Kalk während der Wassererhitzung weiter aus, haftet jedoch dann, wenn es ausgefallen ist, nicht fest an den Wänden an. Vielmehr wird es durch den gleichen Wasserstrom eliminiert. In ähnlicher Weise haften dank der Anti-Anhaftungs-Eigenschaften der Behandlung Fremdstoffe im Wasser (Schmutz- und Rest-Arbeitsprodukte) nicht an den Austauscherwänden an, sondern werden zusammen mit dem Wasserstrom abgeführt.
Darüber hinaus reduziert der Oberflächenschutz von derartigen Harzen die Migration metallischer Ionen im Wasser, die Korrosion dieser Metalle und sichert eine höhere Wasserhygiene, die in Kontakt mit den wasserseitigen Oberflächen gelangt.
4. Patentrechtliche Ansprüche
Der Schutz, der durch dieses Patent beansprucht wird, soll die von wasserlöslichen fluorierten Produkten mit niedriger Viskosität auf metallischen Oberflächen, die aus Kupfer (CU DHP, CU OF, SE CU), Aluminium und Edelstahl (AISI 316L, AISI 304) von Wärmetauschern und Kesseln abdecken, die für die Herstellung von sanitärem Warmwasser und zur Umgebungserwärmung in Speicher-Boilern oder Boilern mit instantan mit Gas befeuerter Wand sowie in Wasser-Erwärmern verwendet werden, abdecken.
Der Effekt dieser Behandlung ist:

1. Die Kalk-Ablagerung zu begrenzen;
2. Die Ablagerung von Rest-Arbeitsprodukten zu begrenzen;
3. Die Hygiene-Eigenschaften des produzierten Sanitär-Wassers unverändert zu halten;
4. Die Eigenschaften des Wärmetauschers unverändert zu halten.

5. Von der IABER S. p. A. ausgeführte Labortests
Kalktests wurden bei behandelten Kesseln ausgeführt, die die gleiche Menge an Wasser auf einem Camp-Kocher sieden:

1. Kessel Nr. 1: wärmebehandeltes Kupfer ohne spezielle Behandlung
2. Kessel Nr. 2: mit Green Teflon SR43F beschichtetes Kupfer
3. Kessel Nr. 3: mit Ausimont Silan beschichtetes Kupfer

Bemerkungen:
Kalkablagerungen, die sich nicht von den Wänden lösen, treten in den Kesseln Nr. 1 und 2 auf.
In Kessel Nr. 3 lagert sich die Kalk-Patina nicht auf den Wänden ab und mit der Zugabe von frischem Wasser löst sich die Kalklösung auf.
6. Wegen IABER S. p. A. ausgeführte Labortests
Die Beschichtung mit funktionalen perfluorpolyätherischen Produkten wurde auf einigen Kupferplatten in Übereinstimmung mit üblichen Prozeduren abgelegt.
Das Produkt wurde durch Eintauchbeschichtung mit den folgenden Behandlungs-Formulierungen bedacht:

1. 1-Phosphat
2. 5-Phosphat
3. 1-Silan
4. 5-Silan

Kupfer-Testproben wurden für 10 Minuten vor der Wärmebehandlung in Gemische eingetaucht:

– Erwärmung bei T = 80°C für 7 Minuten
– Erwärmung bei T = 65°C für 40 Minuten
– Erwärmung bei T = 160°C für 12 Minuten

Im Anschluss an die Vorbereitung der Proben wurden einige Messungen des statischen und dynamischen Kontaktwinkels gegenüber Wasser, Hexadekan, Dodekan, Dekan und Oktan ausgeführt. Nur die Ergebnisse, die für die Messung des statischen Kontaktwinkels gegenüber Wasser, die vor der Kalk-Ablagerung, nach der Ablagerung und nach der Reinigung mit kaltem Leitungswasser durchgeführt wurden, relevant waren, werden im Folgenden dargestellt.
Kontaktwinkel-Messungen für behandelte/unbehandelte Kupferproben vor der Kalk-Ablagerung (Tabelle 1, gezeigt in 6)
Kontaktwinkel-Messungen für behandelte/unbehandelte Kupferproben nach der Kalk-Ablagerung:
Eine Kalzium-Bikarbonat-Lösung wurde vorbereitet. Diese ist in Wasser löslicher als Kalziumkarbonat (Kalk), der dazu neigt, sich auszubilden und sich bei Temperaturen höher als 50°C abzulagern. Die behandelten/unbehandelten Proben wurden für 3 Stunden in diese siedenden Lösungen eingetaucht. Am Ende dieser Zeit wurde die Kalkablagerung auf sämtlichen Proben aufgezeichnet; auf den mit Silan behandelten Proben war jedoch die Menge der Ablagerung die niedrigste (ebenso wurde ein bestimmter Effekt auf Phosphat vermerkt). Im Folgenden werden die Messungen des statischen Kontaktwinkels gegenüber Wasser nach der Kalkablagerung unter den beschriebenen Bedingungen aufgezeichnet (Tabelle 2, gezeigt in 7).
Kontaktwinkel-Messungen für behandelte/unbehandelte Kupferproben nach der Reinigung unter fließendem Leitungswasser:
Die Testproben wurden unter einem Strom von kaltem Leitungswasser für wenige Sekunden gereinigt; nach dieser Zeit wurden die Proben in einem Ofen für 15 Minuten getrocknet und anschließend wurde wiederum der statische Kontaktwinkel gegenüber Wasser gemessen (Tabelle 3, gezeigt in 8).
Als die beste Behandlung hat sich die mit Silanen erwiesen (5-Silan-Proben), die zeigen:

– eine niedrigere Kalkablagerung
– ein leichteres Entfernen des Kalks
– eine niedrigere Kupferoxidation

Claims

Verfahren zum Verhindern der Ablagerung von Kalk und dem Absetzen von Rest-Verarbeitungsprodukten oder anderen Fremdkörpern an inneren Oberflächen von Heizkreisläufen, die aus Kupfer, Edelstahl oder Aluminium erzeugte metallische Oberflächen aufweisen, umfassend die Schritte: – Lösen eines fluorierten Silanharzes, das mit funktionellen Gruppen versehen ist, um ein gelöstes Produkt herzustellen; – Befüllen des zu bearbeitenden Kreislaufs mit dem gelösten Produkt; – Leeren des Kreislaufs; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Harz in Wasser gelöst wird, wodurch ein wassergelöstes Produkt ausgebildet wird, das eine Viskosität aufweist, die mit der des Wassers vergleichbar ist, und dass die funktionellen Gruppen des Harzes funktionelle Gruppen sind, die an den aus Kupfer, Edelstahl oder Aluminium erzeugten metallischen Oberflächen anhaften.
Verfahren wie in Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz ein fluorierter Silanharz ist, das mit Perfluorpolyether-Gruppen versehen ist.
Verfahren wie in Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Leerens des Kreislaufs durch Einströmen komprimierter Luft in den Kreislauf durchgeführt wird.
Verfahren wie in einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es nach dem Schritt des Leerens des Kreislaufs den Schritt des Erwärmens des Kreislaufs in einem Ofen umfasst.