RU2430323C2 - Теплообменник, в частности теплообменник отработанных газов, способ изготовления теплообменника - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к теплообменнику отработавших газов, и способу его изготовления. Изобретение заключается в том, что в теплообменнике, в частности теплообменнике отработанных газов, по меньшей мере, с одной поверхностью из металла, в частности алюминия или качественной стали, с покрытием, на которую воздействует среда, в частности отработавший газ, покрытие выполнено из материала, полученного нанотехнологией, и обладает гидро- и олеофобными свойствами, которые достигаются добавкой алкоксисилана с высоко фторированными алькильными цепочками, предпочтительно, силанами типа F13 (CR3-(CF2)5) и F16 (CF2 H-(CF2)7). Технический результат - улучшение свойств покрытия. 2 н. и 7 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к теплообменнику, в частности теплообменнику отработавших газов, по меньшей мере, с одной поверхностью из металла, в частности алюминия или качественной стали, с покрытием, на которую воздействует среда, в частности отработавший газ. Также изобретение касается способа изготовления такого теплообменника.

Отработавший газ, в частности отработавший газ дизельных двигателей, вызывает вместе с влагой и температурой в теплообменниках отработавших газов коррозионные разрушения используемых металлических материалов. Для защиты от коррозии могут применяться термостойкие лаки.

Задачей изобретения является создание теплообменника, в частности теплообменника отработавших газов, с поверхностью из металла, в частности алюминия или качественной стали, с покрытием, на которую воздействует, по меньшей мере, одна среда, в частности отработавший газ, причем покрытие обладает лучшими свойствами, чем традиционные лаки, и является более технологичным.

Указанная задача решается в теплообменнике, в частности теплообменнике отработавших газов, по меньшей мере, с одной поверхностью из металла, в частности алюминия или качественной стали, с покрытием, на которую воздействует среда, в частности отработавший газ, за счет того, что покрытие выполнено из материала, полученного нанотехнологией. Предпочтительно материал покрытия содержит, по меньшей мере, наноматериал или наноструктуру. Покрытие имеет стекловидный вид и обладает очень высокой химической стойкостью.

Предпочтительный пример выполнения теплообменника отличается тем, что покрытие содержит основной компонент, состоящий из органической и неорганической долей. Посредством температуры структурирования возможно задавать или варьировать свойства покрытия в широких пределах.

Другой предпочтительный пример выполнения теплообменника отличается тем, что покрытие содержит кремний. Предпочтительно, чтобы органо(алкокси)силаны подвергались целевому гидролизу с расщеплением спиртов путем применения соответствующих катализаторов.

Другие предпочтительные примеры выполнения теплообменника отличаются тем, что покрытие состоит их титана, циркония, алюминия, магния цинка и/или кальция. С помощью разных материалов можно целенаправленно модифицировать неорганическую сетчатую структуру.

Применительно к способу изготовления описанного выше теплообменника, в частности теплообменника отработавших газов, указанная выше задача решается в результате того, что покрытие наносится золь-гелевым способом. При золь-гелевом способе изготовления наноматериалов золь переводят в гель. Посредством гидролиза и реакций конденсации в жидкости образуют трехмерную сетчатую структуру из совокупных молекул. С помощью термических операций гели превращают в наноматериалы или наноструктуры.

Предпочтительный пример осуществления способа отличается тем, что, по меньшей мере, один золь наносят на подлежащую покрытию поверхность. Покрываемая поверхность может быть смочена золем любым способом.

Другой предпочтительный пример осуществления способа отличается тем, что золь отверждают для образования структурированного полимерного слоя. Отверждение происходит предпочтительно под воздействием температуры.

Еще один предпочтительный пример осуществления способа отличается следующими рабочими операциями. Теплообменник, на который должно быть нанесено покрытие, заполняют материалом покрытия и затем опорожняют; опорожненный теплообменник нагревают в сушильной печи. Покрываемый теплообменник принудительно заполняют материалом покрытия и затем опорожняют. После этого теплообменник подвешивают предпочтительно таким образом, чтобы из него мог полностью вытечь избыток материала покрытия и чтобы внутри него не образовались нежелательные скопления материала покрытия. Образовавшиеся в выпускном отверстии теплообменника капли удаляют соответствующим образом, например, сжатым воздухом или электростатическим каплеотделителем.

Другие преимущества, признаки и подробные сведения об изобретении содержатся в последующем описании, в котором в отдельности приводятся разные примеры осуществления. При этом признаки, содержащиеся в формуле изобретения и описании, являются существенными для изобретения, они могут быть взяты раздельно или в любом сочетании между собой.

Изобретение относится к теплообменнику отработавших газов, выполненному из алюминия или качественной стали. Теплообменник отработавших газов содержит полость, через которую во время его работы протекает отработавший газ. Полость имеет покрытие из материала, полученного нанотехнологией. Основной компонент материала покрытия состоит из органической и неорганической долей. Благодаря температуре структурирования свойства покрытия могут задаваться в широких пределах. При высоких температурах обжига значительная часть органических компонентов удаляется, т.е. степень структурирования возрастает. В результате увеличивается коррозионная стойкость покрытия. При низких температурах обжига доля органических компонентов выше, т.е. возрастает вязкость покрытия.

Согласно аспекту настоящего изобретения подлежащий покрытию теплообменник отработавших газов принудительно заполняют материалом покрытия и затем его опорожняют. После этого теплообменник отработавших газов подвешивают таким образом, чтобы из него полностью вытек избыток материала покрытия без образования внутри скоплений. Образовавшиеся капли на выходном отверстии устраняют соответствующим способом, например, сжатым воздухом или посредством электростатического каплеотделителя. После этого теплообменник отработавших газов пропускают через сушильную печь.

Образование слоя покрытия происходит при использовании золь-гелевого процесса, например, проводится нанесение так называемых слоев ORMOCER. Понятие ORMOCER обозначает фирменную марку Общества по содействию прикладным исследованиям им. Фраунхофера, г.Мюнхен. Для формирования слоя покрытия органо(алкокси)силаны подвергаются целевому гидролизу с использованием соответствующих катализаторов для расщепления спиртов, например метанола, этанола и пр. Последующие реакции конденсации приводят к образованию органически модифицированных неорганических оксидных структур. Для модификации неорганической сетчатой структуры кремний может быть частично заменен другими элементами, прежде всего титаном, цирконием или алюминием. Также могут применяться элементы: магний, цинк и кальций. Водноспиртовые золи могут наноситься на покрываемый теплообменник методом обливания и затем термически отверждаться. При этом образуется структурированный полимерный слой.

Целью нанесения покрытия является наряду с защитой от коррозии и/или приданием водоотталкивающей способности также одновременно исключение налипания загрязнений, частиц, сажи и масляных пленок. Такой олеофобный эффект может достигаться благодаря применению покрытий ORMOCER с содержанием в них фторсиланов в количестве 0,1-10%, предпочтительно 0,5-5%, в частности 1-2%. Получение покрытия, обладающего одновременно гидро- и олеофобными свойствами, достигается добавкой алкоксисилана с высоко фторированными алкильными цепочками. Особо оптимальные эффекты обеспечиваются силанами типа F13 (CR₃-(CF₂)₅-) и F16 (CF₂H-(CF₂)₇-).

Claims (9)

1. Теплообменник, в частности теплообменник отработанных газов, по меньшей мере, с одной поверхностью из металла, в частности, алюминия или качественной стали, с покрытием, на которую воздействует среда, в частности отработанный газ, отличающийся тем, что покрытие выполнено из материала, полученного нанотехнологией, и обладает гидро- и олеофобными свойствами, которые достигаются добавкой алкоксисилана с высоко фторированными алькильными цепочками, предпочтительно силанами типа F13 (CR₃-(CF₂)₅ ^-) и F16 (CF₂ H-(CF₂)₇ ^-).

2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что покрытие содержит основной компонент, состоящий из органической и неорганической долей.

3. Теплообменник по п.1 или 2, отличающийся тем, что покрытие содержит кремний.

4. Теплообменник по п.1 или 2, отличающийся тем, что покрытие содержит титан, цирконий и/или алюминий.

5. Теплообменник по п.1 или 2, отличающийся тем, что покрытие содержит магний, цинк и/или кальций.

6. Способ изготовления теплообменника, в частности теплообменника отработанных газов, по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что покрытие наносят золь-гелевым способом и оно обладает гидро- и олеофобными свойствами, которые достигаются добавкой алкоксисилана с высоко фторированными алькильными цепочками, предпочтительно силанами типа F13 (СR₃-(СF₂)₅ ^-) и F16 (CF₂ H-(CF₂)₇ ^-).

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что на покрываемую поверхность наносят, по меньшей мере, один золь.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что золь отверждают для образования слоя покрытия из структурированного полимера.

9. Способ по одному из пп.6-8, отличающийся тем, что он включает в себя следующие операции:
а) покрываемый теплообменник заполняют материалом покрытия и затем опорожняют,
б) опорожненный теплообменник нагревают в сушильной печи и/или продувают горячим газом, в частности горячим воздухом.