EP3353486B1 - Wärmeübertragungsrohr, luftbeheizter verdampfer und verfahren zum herstellen eines wärmeübertragungsrohrs - Google Patents

Wärmeübertragungsrohr, luftbeheizter verdampfer und verfahren zum herstellen eines wärmeübertragungsrohrs Download PDF

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EP3353486B1
EP3353486B1 EP16766226.1A EP16766226A EP3353486B1 EP 3353486 B1 EP3353486 B1 EP 3353486B1 EP 16766226 A EP16766226 A EP 16766226A EP 3353486 B1 EP3353486 B1 EP 3353486B1
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EP
European Patent Office
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heat transfer
transfer tube
coating
tube
seed points
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP16766226.1A
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English (en)
French (fr)
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EP3353486A1 (de
Inventor
Florian Ehegartner
John MCCAFFERY
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/04—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of rubber; of plastics material; of varnish
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F17/00—Removing ice or water from heat-exchange apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F2245/00—Coatings; Surface treatments
    • F28F2245/02—Coatings; Surface treatments hydrophilic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2245/00—Coatings; Surface treatments
    • F28F2245/04—Coatings; Surface treatments hydrophobic

Definitions

  • the invention relates to a heat transfer tube, in particular a fin tube, for an air-heated evaporator for heating and / or evaporation of cryogenic liquids, an air-heated evaporator for heating and / or evaporation of cryogenic liquids with such a heat transfer tube and a method for producing such a heat transfer tube.
  • cryogenic liquids e.g. liquid oxygen, liquid nitrogen, liquid argon, liquid hydrogen, liquid carbon dioxide and liquefied natural gas warmed by the ambient heat and / or evaporated.
  • air-heated evaporator can condense in the fresh air used for heating air moisture and freeze.
  • an insulating layer is formed on the heat transfer tubes, which must be manually knocked off by means of tools to maintain the functionality of the evaporator or removed with the aid of a steam jet.
  • the object of the present invention is to provide an improved heat transfer tube for an air-heated evaporator for heating and / or vaporizing cryogenic liquids.
  • a heat transfer tube in particular a fin tube, proposed for an air-heated evaporator for heating and / or evaporation of cryogenic liquids.
  • the heat transfer tube comprises a tube section and a coating provided on the outside of the tube section, which has a hydrophilic portion and a hydrophobic portion, wherein the hydrophilic portion forms in the coating of the hydrophobic portion circumferentially enclosed nucleation sites for the condensation of atmospheric moisture thereto and wherein the nucleation sites Have a size of less than 100 nm.
  • the condensation of the humidity contained in the fresh air to the heat transfer tube can be controlled so that preferably form spherical ice crystals, which grow up in layers.
  • the ice crystals have contact with the heat transfer tube only at a very small portion of their surface due to the wettability of the nucleation sites and the non-wettability of the hydrophobic moiety. As a result, they are particularly easy to remove from the heat transfer tube.
  • the formation of an insulating layer is prevented by the targeted crystallization, since the ice crystals find no longer stop at the heat transfer tube early and fall off automatically or be removed by the draft of the heat transfer tube sweeping fresh air from this.
  • the nucleation sites are preferably nanoparticles.
  • the terms nanoparticles or nanoparticles denote composites of a few to a few thousand atoms or molecules.
  • the term nano refers to their size, which is typically from 1 to 100 nm.
  • the seed sites are 10 to 90 nm, more preferably 20 to 80 nm, more preferably 30 to 70 nm, further preferably 40 to 60 nm in size.
  • the size of the seed sites may be a diameter, a length, a height and / or a width thereof.
  • the size can also be referred to as particle size.
  • the heat transfer tube may have radially extending out of the pipe section heat transfer fins.
  • the heat transfer tube can then also be referred to as a fin tube.
  • the heat transfer tube ribless, so be smooth.
  • the nucleation sites are so small that ice crystals formed at the nucleation sites are spherical.
  • the ice crystals form from condensed at the nucleation sites humidity.
  • the ice crystals grow up in layers. Due to the surface tension of water, a spherical geometry of the ice crystals is formed. As the growth of ice crystals progresses, the area at which the ice crystals adhere to the seed sites becomes larger than the total surface of the ice crystals smaller and smaller so that they fall off the heat transfer tube at the slightest touch.
  • the nucleation sites are so small that the ice crystals fall off the heat transfer tube due to their own weight.
  • the heat transfer tube is arranged so that the gravity is oriented parallel to the coating.
  • the ice crystals grow until they automatically fall off the heat transfer tube.
  • a diameter of the germinal sites is smaller than a diameter of the ice crystals formed at the germinal sites.
  • the diameter of the germinal sites is many times smaller than the diameter of the ice crystals.
  • the germinal sites are punctiform.
  • nucleation sites may be, for example, circular, elliptical, oval, polygonal or star-shaped.
  • the heat transfer tube on the outside of the tube section provided heat transfer ribs, where the coating is provided.
  • the heat transfer fins preferably extend radially out of the pipe section.
  • the coating is provided both on the pipe section and on the heat transfer ribs.
  • the heat transfer fins may be branched or branched. This increases a surface of the heat transfer tube, whereby a good heat transfer from the fresh air is ensured to the cryogenic liquid.
  • the pipe section is made of an aluminum alloy.
  • the pipe section is integrally formed with the heat transfer ribs.
  • the pipe section may be an extruded profile.
  • An aluminum alloy ensures very good heat transfer properties.
  • the pipe section may for example be made of a steel alloy, a fiber composite material, a plastic material or any other material.
  • the coating is a sol-gel coating.
  • the coating is a nano-coating or may be referred to as nano-coating.
  • the coating is a monocomponent polysiloxane-urethane monolayer coating material.
  • a polysiloxane-urethane resin filled with nanoparticles may be used as the binder base.
  • the coating may have, for example, a layer thickness of 3 to 10 ⁇ m after it has hardened.
  • the nucleation sites are arranged uniformly distributed in the hydrophobic portion.
  • the seed sites in the hydrophobic moiety may be unevenly distributed.
  • the nucleation sites are spaced apart such that the formed ice crystals do not contact each other prior to falling off the heat transfer tube. As a result, the formation of an ice sheet is reliably prevented.
  • the heat transfer tube further comprises means for introducing shocks and / or vibrations into the heat transfer tube.
  • the device can be activated, for example, constantly or at regular intervals.
  • the device may for example have a spring-loaded hammer.
  • the nucleation sites are embedded in the hydrophobic portion such that a respective surface of the nucleation sites is uncovered by the hydrophobic portion.
  • the surface of the seed sites is unwetted by the hydrophobic moiety.
  • an air-heated evaporator for heating and / or evaporation of cryogenic liquids with at least one such heat transfer tube is proposed.
  • the air-heated evaporator may include a plurality of heat transfer tubes.
  • the heat transfer tubes are positioned vertically.
  • a plurality of heat transfer tubes are connected in series.
  • the heat transfer tubes are preferably connected to each other by means of pipe bends.
  • the heat transfer tubes can also be connected in parallel.
  • the heat transfer tubes may be mounted on a support frame.
  • the support frame can be attached to a foundation, in particular a concrete slab.
  • a method for producing a heat transfer tube in particular a fin tube, proposed for an air-heated evaporator for heating and / or evaporation of cryogenic liquids.
  • the method comprises the steps of providing a tube section and coating the tube section externally with a coating having a hydrophilic moiety and a hydrophobic moiety, wherein the hydrophilic moiety in the coating forms nucleation sites circumferentially confined by the hydrophobic moiety for condensation of atmospheric moisture thereon and wherein the seed sites are less than 100 nm in size.
  • the pipe section preferably includes heat transfer fins extending radially therefrom.
  • the pipe section can also be ribless, so smooth.
  • the heat transfer ribs are also provided with the coating.
  • the coating can be applied to the heat transfer tube or to the tube section and the heat transfer ribs, for example by means of a spraying method, a dipping method or a flooding method.
  • the coating can be baked at an elevated temperature in the heat transfer tube.
  • the Fig. 1 shows a schematic side view of an embodiment of an air-heated evaporator 1 for heating and / or evaporation of cryogenic liquids.
  • the Fig. 2 shows a further schematic side view of the evaporator 1 and the Fig. 3 shows a schematic plan view of the evaporator 1. The following is on the Fig. 1 to 3 simultaneously referred to.
  • cryogenic liquids or liquefied cryogenic gases are liquid oxygen, liquid nitrogen, liquid argon, liquid hydrogen, liquid carbon dioxide, liquid ethene or ethylene, liquid ethane, liquid helium or liquefied natural gas (LNG).
  • the evaporator 1 can be used, for example, in the heating and / or evaporation of cryogenic liquids in the field of metal processing, medical technology, electronics, water treatment, power generation, the food industry, environmental technology or similar fields.
  • the evaporator 1 is adapted to heat and / or vaporize cryogenic liquids by means of the heat of the ambient air.
  • the evaporator 1 comprises a plurality of heat transfer tubes 2, of which in the Fig. 1 to 3 only two are provided with a reference numeral.
  • the number of heat transfer tubes 2 is arbitrary.
  • the evaporator 1 may also comprise only 24, 16, 12, 6, or 4 heat transfer tubes 2.
  • a plurality of heat transfer tubes 2 may be a tube assembly 3 of the Form evaporator 1. As the Fig. 3 shows, each pipe assembly 3 can be assigned six successive heat transfer tubes 2.
  • the heat transfer tubes 2 a pipe assembly 3 are fluidly connected to each other by means of pipe bends 4. Furthermore, the pipe assemblies 3 are connected to each other by means of pipe bends 4.
  • the evaporator 1 furthermore has a first connection 5 and a second connection 6.
  • a cryogenic liquid can be introduced through the connection 5 into the evaporator 1, wherein it flows through all the heat transfer tubes 2 of the evaporator 1 in succession, to be discharged again in the heated or vaporized state from the terminal 6 from the evaporator 1.
  • the heat transfer tubes 2 are swept by fresh air L.
  • the fresh air L gives off heat to the heat transfer tubes 2.
  • the fresh air L is cooled and the heat transfer tubes 2 are heated.
  • the evaporator 1 further comprises a support frame 7, on which the pipe assemblies 3 are arranged.
  • the pipe assemblies 3 may be bolted or welded to the support frame 7, for example.
  • the support frame 7 can on a in the Fig. 1 to 3 not shown foundation, in particular a concrete foundation, be arranged. Without the support frame 7, the evaporator 1 may have a height h 1 of, for example, 3 to 6 m.
  • the evaporator 1 can furthermore have a width b 1 of, for example, 30 cm to 2 m.
  • the evaporator 1 may have a depth t 1 of, for example, 50 cm to 1.5 m.
  • the Fig. 4 shows a schematic sectional view of an embodiment of a heat transfer tube 2.
  • the heat transfer tube 2 has a pipe section 8, through whose interior 9 a cryogenic liquid is passed. To increase the surface area, a multiplicity of first heat transfer ribs 10 protrude into the interior space 9. This improves the heat transfer from the pipe section 8 to the cryogenic liquid.
  • second heat transfer ribs 11 extending radially outward are provided for this purpose.
  • the pipe section 8, the first heat transfer fins 10 and the second heat transfer fins 11 are made of one piece of material.
  • the heat transfer tube 2 is a Extruded profile.
  • the heat transfer tube 2 is made of an aluminum material.
  • the second heat transfer ribs 11 provided on the outside of the pipe section 8 may include branches 12, 13 or end sections 14 provided on the second heat transfer ribs 11 at the end. With the help of the branches 12, 13 and / or the end portions 14, a surface enlargement of the heat transfer tube 2 can be achieved.
  • the heat transfer ribs 10, 11 may be distributed uniformly over a circumference of the pipe section 8.
  • the heat transfer tube 2 is also referred to as a fin tube.
  • the pipe section 8 may also be ribless, so smooth.
  • the heat transfer tube 2 also has a in the Fig. 4 not shown externally applied coating.
  • the Fig. 5 shows a greatly enlarged schematic plan view of the heat transfer tube 2 according to the detailed view V of Fig. 4
  • the Fig. 6 shows a schematic partial sectional view of the heat transfer tube 2 according to the section line VI-VI of Fig. 5 , The following is on the FIGS. 5 and 6 simultaneously referred to.
  • the coating 15 is preferably a so-called sol-gel coating.
  • a sol-gel coating is understood as meaning an inorganic or hybrid polymer film system produced by a sol-gel process.
  • a hybrid polymer is to be understood as meaning a polymeric material which combines structural units of different material classes at the molecular level.
  • a sol-gel process is a process for producing non-metallic inorganic or hybrid polymeric materials from colloidal dispersions, the so-called sols.
  • the starting materials are also referred to as precursors. From them arise in solution in first basic reactions finest particles. Special processing of the brine can produce powders, fibers, layers or aerogels. Because of the small size of the initially generated sol particles in the At the nanoscale, the sol-gel process can be understood as part of chemical nanotechnology.
  • the coating 15 may be a monocomponent polysiloxane-urethane monolayer coating material filled with nanoparticles.
  • a polysiloxane-urethane resin can be used as the binder.
  • the coating 15 can be applied to the heat transfer tube 2 by means of a spraying, dipping or flooding process.
  • the coating 15 can be baked at elevated temperature.
  • the coating 15 may have a thickness d 15 of 3 to 10 microns after curing.
  • the coating 15 has a hydrophilic portion 16 and a hydrophobic portion 17. Hydrophilicity means water-loving, which means that a substance interacts strongly with water or other polar substances. The opposite of hydrophilicity is hydrophobicity. Hydrophobia literally means avoiding water.
  • hydrophobic substances In chemistry, substances are characterized by hydrophobic substances that do not mix with water and roll it off onto surfaces. If a surface is strongly hydrophilic, it is also called superhydrophilicity.
  • the portion 16 is superhydrophilic. Only the hydrophilic portion 16 is wettable with water. In particular, the hydrophilic portion 16 is completely wettable with water. The hydrophobic portion 17 is not wettable with water.
  • the hydrophilic portion 16 forms in the coating 15 of the hydrophobic portion 17 circumferentially enclosed germinal sites 18 from.
  • the germinal sites 18 are preferably punctiform.
  • the germinal sites 18 can also be referred to as particles.
  • the germinal sites 18 are nanoparticles.
  • the germinal sites 18 have a particle size of less than 100 nm.
  • the equivalent diameter of a particle is chosen as the characteristic. From the general frequency distribution of statistics thus the particle size distribution. This is often referred to as grain size distribution.
  • the equivalent diameter is a measure of the size of an irregularly shaped particle such as a grain of sand. It is calculated by comparing a property of the irregular particle with a property of a regularly shaped particle.
  • the seed sites 18 may have any geometry. As in the FIGS. 5 and 6
  • the seed sites 18 may be circular in cross-section. Alternatively, the seed sites 18 may be oval, elliptical, polygonal, star-shaped or the like.
  • the germinal sites 18 may be distributed uniformly or unevenly in the hydrophobic portion 17.
  • the germinal sites 18 have a diameter d 18 .
  • the diameter d 18 may be the equivalent diameter of the seed sites 18.
  • the diameter d 18 is preferably less than 100 nm, more preferably less than 90 nm, more preferably less than 80 nm.
  • the seed sites 18 are embedded in the hydrophobic portion 17 such that a respective surface 19 of the seed sites 18 of the hydrophobic portion 17 is uncovered.
  • the seed sites 18 may be embedded in the hydrophobic portion 17 so that they do not touch the pipe section 8. Alternatively, the seed sites 18 may also contact the pipe section 8.
  • the seed sites 18 form crystallization points for the formation of ice crystals 20 on the heat transfer tube 2.
  • the humidity contained in the fresh air L condenses on the heat transfer tube 2 and freezes on this. With the help of the germinal sites 18, a controlled condensation and crystallization of the air moisture contained in the fresh air L is achieved.
  • the surface 19 of the germinal sites 18 is so small that ice crystals 20 forming at the nucleation sites 18 are spherical. That is, the ice crystals 20 touch the coating 15 only at the seed sites 18 and thus with a very small surface area.
  • the ice crystals 20 thereby grow until they automatically fall off the heat transfer tube 2 due to their own weight or are removed by the fresh air L flowing over the heat transfer tube 2.
  • the formation of an insulating layer such as a closed ice sheet on the heat transfer tube 2 is prevented by the premature removal of the ice crystals 20.
  • the diameter d 18 of the seed sites 18 is smaller than a diameter d 20 of the ice crystals 20. Since the hydrophobic portion 17 is not wetted with water, no ice crystals 20 are formed on this.
  • the heat transfer tube 2 is a in the Fig. 1 only very Simplified indicated device 21 for introducing shocks, vibrations and / or vibrations in the heat transfer tube 2 have.
  • the device 21 may comprise, for example, a spring-loaded hammer.
  • the device 21 may act on the heat transfer tube 2, for example, constantly or at regular intervals with shocks, vibrations and / or vibrations, so that the ice crystals 20 detach from the heat transfer tube 2.
  • the heat transfer tube 2 has the following advantages over known heat transfer tubes. Due to the fact that the air moisture contained in the fresh air L is selectively condensed with the aid of the germinal sites 18, spherical ice crystals 20 are formed which grow until their own weight is so great that they either automatically fall away from the heat transfer tube or from the air flow of the fresh air L. be removed or easily by the introduction of shocks, vibrations and / or vibrations by means of the device 21 of the heat transfer tube 2 are solvable. The targeted formation of the ice crystals 20 prevents the formation of an insulating layer such as an ice sheet on the heat transfer tube 2. This ensures a good heat transfer from the fresh air L to the cryogenic liquid.
  • the Fig. 7 shows a schematic block diagram of an embodiment of a method for producing such a heat transfer tube 2.
  • the pipe section 8 is provided with the heat transfer ribs 10, 11.
  • the pipe section 8 is provided on the outside with the coating 15, which has the hydrophilic portion 16 and the hydrophobic portion 17, wherein the hydrophilic portion 16 in the coating 15 of the hydrophobic portion 17 circumferentially enclosed nucleating sites 18 for condensation of humidity the fresh air L forms at the same.
  • the seed sites 18 have a diameter d 18 of less than 100 nm. In this case, nanoparticles are used as germinal sites 18.

Landscapes

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  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Wärmeübertragungsrohr, insbesondere ein Flossenrohr, für einen luftbeheizten Verdampfer zum Anwärmen und/oder Verdampfen von kryogenen Flüssigkeiten, einen luftbeheizten Verdampfer zum Anwärmen und/oder Verdampfen von kryogenen Flüssigkeiten mit einem derartigen Wärmeübertragungsrohr und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Wärmeübertragungsrohrs.
  • Mit Hilfe von luftbeheizten Verdampfern werden kryogene Flüssigkeiten wie z.B. flüssiger Sauerstoff, flüssiger Stickstoff, flüssiges Argon, flüssiger Wasserstoff, flüssiges Kohlendioxid und Flüssigerdgas mit Hilfe der Umgebungswärme angewärmt und/oder verdampft. An Wärmeübertragungsrohren derartiger luftbeheizter Verdampfer kann in der zur Aufheizung verwendeten Frischluft enthaltene Luftfeuchtigkeit kondensieren und gefrieren. Hierdurch bildet sich an den Wärmeübertragungsrohren eine isolierende Schicht, die zur Aufrechterhaltung der Funktionalität des Verdampfers mittels Werkzeug manuell abgeschlagen oder mit Hilfe eines Dampfstrahlers entfernt werden muss.
  • Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Wärmeübertragungsrohr für einen luftbeheizten Verdampfer zum Anwärmen und/oder Verdampfen von kryogenen Flüssigkeiten zur Verfügung zu stellen.
  • Demgemäß wird ein Wärmeübertragungsrohr, insbesondere ein Flossenrohr, für einen luftbeheizten Verdampfer zum Anwärmen und/oder Verdampfen von kryogenen Flüssigkeiten vorgeschlagen. Das Wärmeübertragungsrohr umfasst einen Rohrabschnitt und eine außenseitig an dem Rohrabschnitt vorgesehene Beschichtung, die einen hydrophilen Anteil und einen hydrophoben Anteil aufweist, wobei der hydrophile Anteil in der Beschichtung von dem hydrophoben Anteil umfänglich eingeschlossene Keimstellen zur Kondensation von Luftfeuchtigkeit an denselben bildet und wobei die Keimstellen eine Größe von weniger als 100 nm aufweisen.
  • Für Umluft-Kühl- oder Gefriergeräte sind aus WO 03/106902 A1 hydrophobe Beschichtungen für Verdampferoberflächen bekannt.
  • Durch das Vorsehen der Keimstellen kann die Kondensation der in der Frischluft enthaltenen Luftfeuchtigkeit an dem Wärmeübertragungsrohr so gesteuert werden, dass sich bevorzugt kugelförmige Eiskristalle bilden, die schichtweise aufwachsen. Die Eiskristalle haben aufgrund der Benetzbarkeit der Keimstellen und der Unbenetzbarkeit des hydrophoben Anteils nur an einem sehr kleinen Abschnitt ihrer Oberfläche einen Kontakt mit dem Wärmeübertragungsrohr. Hierdurch sind diese besonders leicht von dem Wärmeübertragungsrohr zu entfernen. Die Bildung einer isolierenden Schicht wird durch die gezielte Kristallisation verhindert, da die Eiskristalle frühzeitig keinen Halt mehr an dem Wärmeübertragungsrohr finden und selbsttätig abfallen oder durch den Luftzug der das Wärmeübertragungsrohr überstreichenden Frischluft von diesem entfernt werden. Hierdurch kann auf eine manuelle Entfernung einer isolierenden Schicht, wie beispielsweise einem Eispanzer, verzichtet werden, wodurch eine mechanische Beschädigung des Wärmeübertragungsrohrs ausgeschlossen ist. Ferner kann auch auf eine energieintensive Entfernung des Eises mittels Dampfstrahlen verzichtet werden. Die Keimstellen sind vorzugsweise Nanopartikel. Die Begriffe Nanopartikel bzw. Nanoteilchen bezeichnen Verbünde von einigen wenigen bis einigen tausend Atomen oder Molekülen. Die Bezeichnung Nano bezieht sich auf ihre Größe, die typischerweise bei 1 bis 100 nm liegt. Vorzugsweise sind die Keimstellen 10 bis 90 nm, weiter bevorzugt 20 bis 80 nm, weiter bevorzugt 30 bis 70 nm, weiter bevorzugt 40 bis 60 nm groß. Die Größe der Keimstellen kann ein Durchmesser, eine Länge, eine Höhe und/oder eine Breite derselben sein. Die Größe kann auch als Partikelgröße bezeichnet werden. Das Wärmeübertragungsrohr kann sich radial aus dem Rohrabschnitt herauserstreckende Wärmeübertragungsrippen aufweisen. Das Wärmeübertragungsrohr kann dann auch als Flossenrohr bezeichnet werden. Alternativ kann das Wärmeübertragungsrohr rippenlos, also glatt sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die Keimstellen so klein, dass an den Keimstellen gebildete Eiskristalle kugelförmig sind.
  • Die Eiskristalle bilden sich aus an den Keimstellen kondensierter Luftfeuchtigkeit. Dabei wachsen die Eiskristalle schichtförmig auf. Aufgrund der Oberflächenspannung von Wasser bildet sich dabei eine kugelförmige Geometrie der Eiskristalle. Mit fortschreitendem Wachstum der Eiskristalle wird die Fläche, mit der die Eiskristalle an den Keimstellen anhaften im Vergleich zu einer Gesamtoberfläche der Eiskristalle immer kleiner, so dass diese schon bei der kleinsten Berührung von dem Wärmeübertragungsrohr abfallen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Keimstellen so klein, dass die Eiskristalle aufgrund ihres Eigengewichts von dem Wärmeübertragungsrohr abfallen.
  • Vorzugsweise ist das Wärmeübertragungsrohr so angeordnet, dass die Schwerkraft parallel zu der Beschichtung orientiert ist. Vorzugsweise wachsen die Eiskristalle so lange, bis sie selbsttätig von dem Wärmeübertragungsrohr abfallen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Durchmesser der Keimstellen kleiner als ein Durchmesser der an den Keimstellen gebildeten Eiskristalle.
  • Vorzugsweise ist der Durchmesser der Keimstellen um ein Vielfaches kleiner als der Durchmesser der Eiskristalle.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Keimstellen punktförmig.
  • Unter punktförmig ist zu verstehen, dass die Keimstellen nur eine sehr kleine Oberfläche aufweisen. Die Keimstellen können beispielsweise kreisrund, elliptisch, oval, vieleckig oder sternförmig sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Wärmeübertragungsrohr außenseitig an dem Rohrabschnitt vorgesehene Wärmeübertragungsrippen, an denen die Beschichtung vorgesehen ist.
  • Die Wärmeübertragungsrippen erstrecken sich vorzugsweise radial aus dem Rohrabschnitt heraus. Die Beschichtung ist sowohl an dem Rohrabschnitt als auch an den Wärmeübertragungsrippen vorgesehen. Die Wärmeübertragungsrippen können verzweigt oder verästelt sein. Hierdurch vergrößert sich eine Oberfläche des Wärmeübertragungsrohrs, wodurch eine gute Wärmeübertragung von der Frischluft auf die kryogene Flüssigkeit gewährleistet ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Rohrabschnitt aus einer Aluminiumlegierung gefertigt.
  • Vorzugsweise ist der Rohrabschnitt materialeinstückig mit den Wärmeübertragungsrippen ausgebildet. Beispielsweise kann der Rohrabschnitt ein Strangpressprofil sein. Durch die Verwendung von z.B. einer Aluminiumlegierung sind sehr gute Wärmeübertragungseigenschaften gewährleistet. Alternativ kann der Rohrabschnitt beispielsweise aus einer Stahllegierung, einem Faserverbundwerkstoff, einem Kunststoffmaterial oder einem beliebigen anderen Material gefertigt sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Beschichtung eine Sol-Gel-Beschichtung.
  • Insbesondere ist die Beschichtung eine Nanobeschichtung oder kann als Nanobeschichtung bezeichnet werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Beschichtung ein Einkomponenten-Polysiloxan-Urethan-Einschichtbeschichtungsstoff.
  • Beispielsweise kann als Bindemittelbasis ein Polysiloxan-Urethan-Harz eingesetzt werden, das mit Nanopartikeln gefüllt ist. Die Beschichtung kann beispielsweise eine Schichtdicke von 3 - 10 µm nach ihrer Härtung aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Keimstellen in dem hydrophoben Anteil gleichmäßig verteilt angeordnet.
  • Alternativ können die Keimstellen in dem hydrophoben Anteil ungleichmäßig verteilt angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Keimstellen so voneinander beabstandet, dass die gebildeten Eiskristalle vor dem Abfallen von dem Wärmeübertragungsrohr einander nicht berühren. Hierdurch wird die Bildung eines Eispanzers zuverlässig verhindert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Wärmeübertragungsrohr ferner eine Einrichtung zum Einbringen von Stößen und/oder Vibrationen in das Wärmeübertragungsrohr auf.
  • Hierdurch wird die Entfernung der Eiskristalle vereinfacht. Die Einrichtung kann beispielsweise ständig oder in regelmäßigen Abständen aktiviert werden. Die Einrichtung kann beispielsweise einen federvorgespannten Hammer aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Keimstellen so in den hydrophoben Anteil eingebettet, dass eine jeweilige Oberfläche der Keimstellen von dem hydrophoben Anteil unbedeckt ist.
  • Das heißt, die Oberfläche der Keimstellen ist von dem hydrophoben Anteil unbenetzt.
  • Weiterhin wird ein luftbeheizter Verdampfer zum Anwärmen und/oder Verdampfen von kryogenen Flüssigkeiten mit zumindest einem derartigen Wärmeübertragungsrohr vorgeschlagen.
  • Der luftbeheizte Verdampfer kann eine Vielzahl von Wärmeübertragungsrohren aufweisen. Vorzugsweise sind die Wärmeübertragungsrohre vertikal positioniert.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind mehrere Wärmeübertragungsrohre in Serie geschaltet.
  • Die Wärmeübertragungsrohre sind bevorzugt mit Hilfe von Rohrbögen miteinander verbunden. Die Wärmeübertragungsrohre können auch parallel geschaltet sein. Die Wärmeübertragungsrohre können auf einem Traggestell montiert sein. Das Traggestell kann an einem Fundament, insbesondere einer Betonplatte, befestigt sein.
  • Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragungsrohrs, insbesondere eines Flossenrohrs, für einen luftbeheizten Verdampfer zum Anwärmen und/oder Verdampfen von kryogenen Flüssigkeiten vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Rohrabschnitts und außenseitiges Beschichten des Rohrabschnitts mit einer Beschichtung, die einen hydrophilen Anteil und einen hydrophoben Anteil aufweist, wobei der hydrophile Anteil in der Beschichtung von dem hydrophoben Anteil umfänglich eingeschlossene Keimstellen zur Kondensation von Luftfeuchtigkeit an denselben bildet und wobei die Keimstellen eine Größe von weniger als 100 nm aufweisen.
  • Der Rohrabschnitt umfasst vorzugsweise Wärmeübertragungsrippen, die sich radial aus diesem herauserstrecken. Der Rohrabschnitt kann auch rippenlos, also glatt sein. Die Wärmeübertragungsrippen werden ebenfalls mit der Beschichtung versehen. Die Beschichtung kann beispielsweise mittels eines Spritzverfahrens, eines Tauchverfahrens oder eines Flutverfahrens auf das Wärmeübertragungsrohr bzw. auf den Rohrabschnitt und die Wärmeübertragungsrippen aufgebracht werden. Die Beschichtung kann bei einer erhöhten Temperatur in das Wärmeübertragungsrohr eingebrannt werden.
  • Weitere mögliche Implementierungen des Wärmeübertragungsrohrs, des luftbeheizten Verdampfers und/oder des Verfahrens umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Wärmeübertragungsrohrs, des luftbeheizten Verdampfers und/oder des Verfahrens hinzufügen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte des Wärmeübertragungsrohrs, des luftbeheizten Verdampfers und/oder des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Wärmeübertragungsrohrs, des luftbeheizten Verdampfers und/oder des Verfahrens. Im Weiteren werden das Wärmeübertragungsrohr, der luftbeheizte Verdampfer und/oder das Verfahren anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
    • Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines luftbeheizten Verdampfers;
    • Fig. 2 zeigt eine weitere schematische Seitenansicht des luftbeheizten Verdampfers gemäß Fig. 1;
    • Fig. 3 zeigt eine schematische Aufsicht des luftbeheizten Verdampfers gemäß Fig. 1;
    • Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Wärmeübertragungsrohrs für den luftbeheizten Verdampfer gemäß Fig. 1;
    • Fig. 5 zeigt die Detailansicht V gemäß der Fig. 4;
    • Die Fig. 6 zeigt eine schematische Schnittansicht gemäß der Schnittlinie VI-VI der Fig. 5, und
    • Fig. 7 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Wärmeübertragungsrohrs gemäß Fig. 4.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • Die Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines luftbeheizten Verdampfers 1 zum Anwärmen und/oder Verdampfen von kryogenen Flüssigkeiten. Die Fig. 2 zeigt eine weitere schematische Seitenansicht des Verdampfers 1 und die Fig. 3 zeigt eine schematische Aufsicht des Verdampfers 1. Im Folgenden wird auf die Fig. 1 bis 3 gleichzeitig Bezug genommen.
  • Beispiele für kryogene Flüssigkeiten oder verflüssigte tiefkalte Gase sind flüssiger Sauerstoff, flüssiger Stickstoff, flüssiges Argon, flüssiger Wasserstoff, flüssiges Kohlendioxid, flüssiges Ethen oder Ethylen, flüssiges Ethan, flüssiges Helium oder Flüssigerdgas (Liquefied Natural Gas, LNG). Der Verdampfer 1 kann beispielsweise bei der Anwärmung und/oder Verdampfung von kryogenen Flüssigkeiten im Bereich der Metallverarbeitung, der Medizintechnik, der Elektronik, der Wasseraufbereitung, der Energieerzeugung, der Nahrungsmittelindustrie, der Umwelttechnologie oder ähnlichen Bereichen Anwendung finden. Der Verdampfer 1 ist dazu eingerichtet, kryogene Flüssigkeiten mit Hilfe der Wärme der Umgebungsluft zu erwärmen und/oder zu verdampfen.
  • Der Verdampfer 1 umfasst eine Vielzahl an Wärmeübertragungsrohren 2, von denen in den Fig. 1 bis 3 jeweils nur zwei mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Anzahl der Wärmeübertragungsrohre 2 ist beliebig. Beispielsweise kann der Verdampfer 1, wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, 30 Wärmeübertragungsrohre 2 aufweisen. Alternativ kann der Verdampfer 1 auch nur 24, 16, 12, 6, oder 4 Wärmeübertragungsrohre 2 umfassen. Mehrere Wärmeübertragungsrohre 2 können eine Rohranordnung 3 des Verdampfers 1 bilden. Wie die Fig. 3 zeigt, können jeder Rohranordnung 3 sechs hintereinander geschaltete Wärmeübertragungsrohre 2 zugeordnet sein. Die Wärmeübertragungsrohre 2 einer Rohranordnung 3 sind mit Hilfe von Rohrbögen 4 fluidisch miteinander verbunden. Ferner sind auch die Rohranordnungen 3 mit Hilfe von Rohrbögen 4 miteinander verbunden.
  • Der Verdampfer 1 weist weiterhin einen ersten Anschluss 5 und einen zweiten Anschluss 6 auf. Beispielsweise kann eine kryogene Flüssigkeit durch den Anschluss 5 in den Verdampfer 1 eingeleitet werden, wobei es alle Wärmeübertragungsrohre 2 des Verdampfers 1 nacheinander durchströmt, um im erwärmten oder verdampften Zustand aus dem Anschluss 6 wieder aus dem Verdampfer 1 abgeführt zu werden. Im Betrieb des Verdampfers 1 werden die Wärmeübertragungsrohre 2 von Frischluft L überstrichen. Die Frischluft L gibt Wärme an die Wärmeübertragungsrohre 2 ab. Dabei wird die Frischluft L abgekühlt und die Wärmeübertragungsrohre 2 werden erwärmt.
  • Der Verdampfer 1 umfasst weiterhin ein Traggestell 7, auf dem die Rohranordnungen 3 angeordnet sind. Die Rohranordnungen 3 können mit dem Traggestell 7 beispielsweise verschraubt oder verschweißt sein. Das Traggestell 7 kann auf einem in den Fig. 1 bis 3 nicht gezeigten Fundament, insbesondere einem Betonfundament, angeordnet sein. Der Verdampfer 1 kann ohne das Traggestell 7 eine Höhe h1 von beispielsweise 3 bis 6 m aufweisen. Der Verdampfer 1 kann weiterhin eine Breite b1 von beispielsweise 30 cm bis 2 m aufweisen. Ferner kann der Verdampfer 1 eine Tiefe t1 von beispielsweise 50 cm bis 1,5 m aufweisen.
  • Die Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Wärmeübertragungsrohrs 2. Das Wärmeübertragungsrohr 2 weist einen Rohrabschnitt 8 auf, durch dessen Innenraum 9 eine kryogene Flüssigkeit geleitet wird. Zur Oberflächenvergrößerung ragen in den Innenraum 9 eine Vielzahl an ersten Wärmeübertragungsrippen 10 hinein. Hierdurch wird die Wärmeübertragung von dem Rohrabschnitt 8 auf die kryogene Flüssigkeit verbessert. Außenseitig sind an dem Rohrabschnitt 8 sich aus diesem radial heraus erstreckende zweite Wärmeübertragungsrippen 11 vorgesehen. Vorzugsweise sind der Rohrabschnitt 8, die ersten Wärmeübertragungsrippen 10 und die zweiten Wärmeübertragungsrippen 11 materialeinstückig ausgeführt. Beispielsweise ist das Wärmeübertragungsrohr 2 ein Strangpressprofil. Vorzugsweise ist das Wärmeübertragungsrohr 2 aus einem Aluminiumwerkstoff gefertigt.
  • Die außenseitig an dem Rohrabschnitt 8 vorgesehenen zweiten Wärmeübertragungsrippen 11 können Verzweigungen 12, 13 oder endseitig an den zweiten Wärmeübertragungsrippen 11 vorgesehene Endabschnitte 14 umfassen. Mit Hilfe der Verzweigungen 12, 13 und/oder der Endabschnitte 14 kann eine Oberflächenvergrößerung des Wärmeübertragungsrohrs 2 erreicht werden. Die Wärmeübertragungsrippen 10, 11 können gleichmäßig über einen Umfang des Rohrabschnitts 8 verteilt angeordnet sein. Da sich die zweiten Wärmeübertragungsrippen 11 flossenförmig aus dem Rohrabschnitt 8 herauserstrecken, wird das Wärmeübertragungsrohr 2 auch als Flossenrohr bezeichnet. Der Rohrabschnitt 8 kann auch rippenlos, also glatt sein. Das Wärmeübertragungsrohr 2 weist weiterhin eine in der Fig. 4 nicht gezeigte außenseitig aufgebrachte Beschichtung auf.
  • Die Fig. 5 zeigt eine stark vergrößerte schematische Aufsicht auf das Wärmeübertragungsrohr 2 gemäß der Detailansicht V der Fig. 4. Die Fig. 6 zeigt eine schematische Teilschnittansicht des Wärmeübertragungsrohrs 2 gemäß der Schnittlinie VI-VI der Fig. 5. Im Folgenden wird auf die Fig. 5 und 6 gleichzeitig Bezug genommen.
  • Außenseitig an dem Rohrabschnitt 8 und den zweiten Wärmeübertragungsrippen 11 ist eine Beschichtung 15 vorgesehen. Die Beschichtung 15 ist vorzugsweise eine sogenannte Sol-Gel-Beschichtung. Unter einer Sol-Gel-Beschichtung ist ein über einen Sol-Gel-Prozess hergestelltes anorganisches oder hybridpolymeres Filmsystem zu verstehen. Unter einem Hybridpolymer ist ein polymerer Werkstoff zu verstehen, der Struktureinheiten verschiedener Materialklassen auf molekularer Ebene in sich vereint. Ein Sol-Gel-Prozess ist ein Verfahren zur Herstellung nicht-metallischer anorganischer oder hybridpolymerer Materialien aus kolloidalen Dispersionen, den sogenannten Solen. Die Ausgangsmaterialien werden auch als Präkursoren bezeichnet. Aus ihnen entstehen in Lösung in ersten Grundreaktionen feinste Teilchen. Durch eine spezielle Weiterverarbeitung der Sole lassen sich Pulver, Fasern, Schichten oder Aerogele erzeugen. Wegen der geringen Größe der zunächst erzeugten Solpartikel im Nanometerbereich lässt sich der Sol-Gel-Prozess als Teil der chemischen Nanotechnologie verstehen.
  • Insbesondere kann die Beschichtung 15 ein Einkomponenten-Polysiloxan-Urethan-Einschichtbeschichtungsstoff sein, der mit Nanopartikeln gefüllt ist. Hierbei kann als Bindemittel ein Polysiloxan-Urethan-Harz verwendet werden. Die Beschichtung 15 kann mit Hilfe eines Spritz-, Tauch- oder Flutverfahrens auf das Wärmeübertragungsrohr 2 aufgebracht werden. Die Beschichtung 15 kann bei erhöhter Temperatur eingebrannt werden. Wie die Fig. 6 zeigt, kann die Beschichtung 15 eine Dicke d15 von 3 bis 10 µm nach der Härtung aufweisen. Die Beschichtung 15 weist einen hydrophilen Anteil 16 und einen hydrophoben Anteil 17 auf. Hydrophilie bedeutet wasserliebend, was besagt, dass ein Stoff stark mit Wasser oder anderen polaren Stoffen wechselwirkt. Das Gegenteil von Hydrophilie ist Hydrophobie. Hydrophobie bedeutet wörtlich wassermeidend. In der Chemie werden mit hydrophob Substanzen charakterisiert, die sich nicht mit Wasser mischen und es auf Oberflächen abperlen lässt. Wenn eine Oberfläche stark wasseranziehend ist, spricht man auch von Superhydrophilie. Vorzugsweise ist der Anteil 16 superhydrophil. Nur der hydrophile Anteil 16 ist mit Wasser benetzbar. Insbesondere ist der hydrophile Anteil 16 vollständig mit Wasser benetzbar. Der hydrophobe Anteil 17 ist nicht mit Wasser benetzbar.
  • Der hydrophile Anteil 16 bildet in der Beschichtung 15 von dem hydrophoben Anteil 17 umfänglich eingeschlossene Keimstellen 18 aus. Die Keimstellen 18 sind vorzugsweise punktförmig. Die Keimstellen 18 können auch als Partikel bezeichnet werden. Die Keimstellen 18 sind Nanopartikel. Die Keimstellen 18 weisen eine Partikelgröße von weniger als 100 nm auf. Im Bereich der Partikeltechnologie und der Partikelmesstechnik bzw. der Dispersitätsanalyse wird als Merkmal der Äquivalentdurchmesser eines Partikels gewählt. Aus der allgemeinen Häufigkeitsverteilung der Statistik wird somit die Partikelgrößenverteilung. Diese wird häufig auch als Korngrößenverteilung bezeichnet. Der Äquivalentdurchmesser ist ein Maß für die Größe eines unregelmäßig geformten Partikels wie beispielsweise eines Sandkorns. Er berechnet sich aus dem Vergleich einer Eigenschaft des unregelmäßigen Teilchens mit einer Eigenschaft eines regelmäßig geformten Teilchens.
  • Die Keimstellen 18 können eine beliebige Geometrie aufweisen. Wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, können die Keimstellen 18 beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen sein. Alternativ können die Keimstellen 18 auch oval, elliptisch, vieleckig, sternförmig oder dergleichen sein. Die Keimstellen 18 können gleichmäßig oder ungleichmäßig in dem hydrophoben Anteil 17 verteilt angeordnet sein. Beispielsweise weisen die Keimstellen 18 einen Durchmesser d18 auf. Der Durchmesser d18 kann der Äquivalentdurchmesser der Keimstellen 18 sein. Der Durchmesser d18 beträgt vorzugsweise weniger als 100 nm, weiter bevorzugt weniger als 90 nm, weiter bevorzugt weniger als 80 nm. Die Keimstellen 18 sind so in dem hydrophoben Anteil 17 eingebettet, dass eine jeweilige Oberfläche 19 der Keimstellen 18 von dem hydrophoben Anteil 17 unbedeckt ist.
  • Wie die Fig. 6 zeigt, können die Keimstellen 18 so in dem hydrophoben Anteil 17 eingebettet sein, dass diese den Rohrabschnitt 8 nicht berühren. Alternativ können die Keimstellen 18 den Rohrabschnitt 8 auch berühren. Die Keimstellen 18 bilden Kristallisationspunkte für die Bildung von Eiskristallen 20 an dem Wärmeübertragungsrohr 2. Die in der Frischluft L enthaltene Luftfeuchtigkeit kondensiert an dem Wärmeübertragungsrohr 2 und gefriert an diesem. Mit Hilfe der Keimstellen 18 wird eine gesteuerte Kondensation und Kristallisation der in der Frischluft L enthaltenen Luftfeuchtigkeit erreicht.
  • Die Oberfläche 19 der Keimstellen 18 ist dabei so klein, dass sich an den Keimstellen 18 bildende Eiskristalle 20 kugelförmig sind. Das heißt, die Eiskristalle 20 berühren die Beschichtung 15 nur an den Keimstellen 18 und damit mit einer sehr kleinen Oberfläche. Die Eiskristalle 20 wachsen dabei so lange, bis sie aufgrund ihres Eigengewichts selbsttätig von dem Wärmeübertragungsrohr 2 abfallen oder durch die über das Wärmeübertragungsrohr 2 strömende Frischluft L abgetragen werden. Die Bildung einer isolierenden Schicht, wie beispielsweise eines geschlossenen Eispanzers, auf dem Wärmeübertragungsrohr 2 wird durch die frühzeitige Entfernung der Eiskristalle 20 verhindert. Der Durchmesser d18 der Keimstellen 18 ist dabei kleiner als ein Durchmesser d20 der Eiskristalle 20. Da der hydrophobe Anteil 17 nicht mit Wasser benetzbar ist, bilden sich auf diesem auch keine Eiskristalle 20.
  • Um das Abfallen der Eiskristalle 20 von dem Wärmeübertragungsrohr 2 sicher zu gewährleisten, kann das Wärmeübertragungsrohr 2 eine in der Fig. 1 nur sehr vereinfacht angedeutete Einrichtung 21 zum Einbringen von Stößen, Vibrationen und/oder Schwingungen in das Wärmeübertragungsrohr 2 aufweisen. Die Einrichtung 21 kann beispielsweise einen federvorgespannten Hammer umfassen. Die Einrichtung 21 kann das Wärmeübertragungsrohr 2 beispielsweise ständig oder in regelmäßigen Abständen mit Stößen, Vibrationen und/oder Schwingungen beaufschlagen, so dass sich die Eiskristalle 20 von dem Wärmeübertragungsrohr 2 lösen.
  • Das Wärmeübertragungsrohr 2 weist gegenüber bekannten Wärmeübertragungsrohren die folgenden Vorteile auf. Dadurch, dass mit Hilfe der Keimstellen 18 die in der Frischluft L enthaltene Luftfeuchtigkeit gezielt kondensiert, bilden sich kugelförmige Eiskristalle 20, die solange wachsen, bis deren Eigengewicht so groß ist, dass sie entweder selbsttätig von dem Wärmeübertragungsrohr abfallen, von der Luftströmung der Frischluft L abgetragen werden oder durch das Einbringen von Stößen, Vibrationen und/oder Schwingungen mit Hilfe der Einrichtung 21 leicht von dem Wärmeübertragungsrohr 2 lösbar sind. Durch die gezielte Bildung der Eiskristalle 20 wird die Bildung einer isolierenden Schicht, wie beispielsweise einem Eispanzer, auf dem Wärmeübertragungsrohr 2 verhindert. Hierdurch ist stets eine gute Wärmeübertragung von der Frischluft L auf die kryogene Flüssigkeit gewährleistet.
  • Die Fig. 7 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines derartigen Wärmeübertragungsrohrs 2. In einem Schritt S1 wird der Rohrabschnitt 8 mit den Wärmeübertragungsrippen 10, 11 bereitgestellt. In einem Schritt S2 wird der Rohrabschnitt 8 außenseitig mit der Beschichtung 15 versehen, die den hydrophilen Anteil 16 und den hydrophoben Anteil 17 aufweist, wobei der hydrophile Anteil 16 in der Beschichtung 15 von dem hydrophoben Anteil 17 umfänglich eingeschlossene Keimstellen 18 zur Kondensation von Luftfeuchtigkeit aus der Frischluft L an denselben bildet. Dabei weisen die Keimstellen 18 einen Durchmesser d18 von weniger als 100 nm auf. Hierbei finden Nanopartikel als Keimstellen 18 Anwendung.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
    • Verwendete Bezugszeichen
    • 1
    Verdampfer
    2
    Wärmeübertragungsrohr
    3
    Rohranordnung
    4
    Rohrbogen
    5
    Anschluss
    6
    Anschluss
    7
    Traggestell
    8
    Rohrabschnitt
    9
    Innenraum
    10
    Wärmeübertragungsrippe
    11
    Wärmeübertragungsrippe
    12
    Verzweigung
    13
    Verzweigung
    14
    Endabschnitt
    15
    Beschichtung
    16
    Hydrophiler Anteil
    17
    Hydrophober Anteil
    18
    Keimstelle
    19
    Oberfläche
    20
    Eiskristall
    21
    Einrichtung
    b1
    Breite
    d15
    Dicke
    d18
    Durchmesser
    d20
    Durchmesser
    h1
    Höhe
    L
    Frischluft
    S1
    Schritt
    S2
    Schritt
    t1
    Tiefe

Claims (15)

  1. Wärmeübertragungsrohr (2), insbesondere Flossenrohr, für einen luftbeheizten Verdampfer (1) zum Anwärmen und/oder Verdampfen von kryogenen Flüssigkeiten, mit einem Rohrabschnitt (8) und einer außenseitig an dem Rohrabschnitt (8) vorgesehenen Beschichtung (15), die einen hydrophilen Anteil (16) und einen hydrophoben Anteil (17) aufweist, wobei der hydrophile Anteil (16) in der Beschichtung (15) von dem hydrophoben Anteil (16) umfänglich eingeschlossene Keimstellen (18) zur Kondensation von Luftfeuchtigkeit an denselben bildet und wobei die Keimstellen (18) eine Größe von weniger als 100 nm aufweisen.
  2. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 1, wobei die Keimstellen (18) so klein sind, dass an den Keimstellen (18) gebildete Eiskristalle (20) kugelförmig sind.
  3. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 2, wobei die Keimstellen (18) so klein sind, dass die Eiskristalle (20) aufgrund ihres Eigengewichts von dem Wärmeübertragungsrohr (2) abfallen.
  4. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Durchmesser (d18) der Keimstellen (18) kleiner als ein Durchmesser (d20) der an den Keimstellen (18) gebildeten Eiskristalle (20) ist.
  5. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei die Keimstellen (18) punktförmig sind.
  6. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Ansprüche 1 - 5, ferner aufweisend außenseitig an dem Rohrabschnitt (8) vorgesehene Wärmeübertragungsrippen (11), an denen die Beschichtung (15) vorgesehen ist.
  7. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Ansprüche 1 - 6, wobei der Rohrabschnitt (8) aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist.
  8. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Ansprüche 1 - 7, wobei die Beschichtung (15) eine Sol-Gel-Beschichtung ist.
  9. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 8, wobei die Beschichtung (15) ein Einkomponenten-Polysiloxan-Urethan-Einschichtbeschichtungsstoff ist.
  10. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Ansprüche 1 - 9, wobei die Keimstellen (18) in dem hydrophoben Anteil (17) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
  11. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Ansprüche 1 - 10, ferner aufweisend eine Einrichtung (21) zum Einbringen von Stößen und/oder Vibrationen in das Wärmeübertragungsrohr (2).
  12. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Ansprüche 1 - 11, wobei die Keimstellen (18) so in den hydrophoben Anteil (17) eingebettet sind, dass eine jeweilige Oberfläche (19) der Keimstellen (18) von dem hydrophoben Anteil (17) unbedeckt ist.
  13. Luftbeheizter Verdampfer (1) zum Anwärmen und/oder Verdampfen von kryogenen Flüssigkeiten, mit zumindest einem Wärmeübertragungsrohr (2) nach einem der Ansprüche 1 - 12.
  14. Luftbeheizter Verdampfer nach Anspruch 12, wobei mehrere Wärmeübertragungsrohre (2) in Serie geschaltet sind.
  15. Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragungsrohrs (2), insbesondere eines Flossenrohrs, für einen luftbeheizten Verdampfer (1) zum Anwärmen und/oder Verdampfen von kryogenen Flüssigkeiten, mit folgenden Schritten:
    Bereitstellen (S1) eines Rohrabschnitts (8); und
    außenseitiges Beschichten (S2) des Rohrabschnitts (8) mit einer Beschichtung (15), die einen hydrophilen Anteil (16) und einen hydrophoben Anteil (17) aufweist, wobei der hydrophile Anteil (16) in der Beschichtung (15) von dem hydrophoben Anteil (17) umfänglich eingeschlossene Keimstellen (18) zur Kondensation von Luftfeuchtigkeit an denselben bildet und wobei die Keimstellen (18) eine Größe von weniger als 100 nm aufweisen.
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