WO2009071698A1 - Bauteil zur realisierung von wärmeübertragung und/oder technischen reaktionsführung sowie verfahren zur herstellung des bauteiles - Google Patents

Bauteil zur realisierung von wärmeübertragung und/oder technischen reaktionsführung sowie verfahren zur herstellung des bauteiles Download PDF

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WO2009071698A1
WO2009071698A1 PCT/EP2008/067034 EP2008067034W WO2009071698A1 WO 2009071698 A1 WO2009071698 A1 WO 2009071698A1 EP 2008067034 W EP2008067034 W EP 2008067034W WO 2009071698 A1 WO2009071698 A1 WO 2009071698A1
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tube
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concave
microstructure
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PCT/EP2008/067034
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Udo Hellwig
Andreas Schulz
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Erk Eckrohrkessel Gmbh
Micryon Technik Gmbh
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Publication date
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/08—Tubular elements crimped or corrugated in longitudinal section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • F28F13/185—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
    • F28F13/187—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings especially adapted for evaporator surfaces or condenser surfaces, e.g. with nucleation sites

Definitions

  • the invention relates to a method for increasing the efficiency of the heat and mass transport and the chemical reactivity of plants for the transfer of heat energy and equipment for technical Reactio ⁇ s entry with the focus of heterogeneous catalysis, used with molded-in structures components and methods for the production of Microstructures on their surfaces, wherein the components have properties that give the process according to the system to be used high efficiency and mode of action.
  • the solution thus found provides a complex process and a product manufactured therefor, which can be used with excellent results for this purpose, but receives a restriction by the shape of the components used for this purpose, in particular heat transfer surfaces. Furthermore, the solution according to the invention does not reveal any information which the use of the microstructures outside the intended heat transfer seems to be suitable.
  • DE 1 066 213 B1 discloses a solution according to which heat exchanger tubes are equipped with longitudinal ribs on their surfaces. These ribs have a macroscopic structure which has not been further specified in the disclosure and in the claims. The ribs on the tubes are used to transfer heat by convection alone. The font also gives no information as to how phase change processes can be initiated when overflowing.
  • DE 196 50 881 A1 discloses a method and a device with which microstructures are produced by means of ion beam techniques. Likewise, these microstructures are galvanically grown through a pore mask. However, the disclosure of the scope of the patent provides a method of vapor depositing the metal stellite layer onto a film mask, and then the metal starting layer is not stripped and thus is not free for use. The presentation of the invention gives no information about the use of the macrostructures thus produced.
  • US 4,288,897 discloses a method by which a porous structure is created by applying foamed films, but does not result in a pin-like microstructure with targeted alignment and position.
  • the arrangement of the pinartige ⁇ structure is disordered, especially in the dimensions pin diameter and density, tilt angle, pin shape.
  • the claim request does not produce such information.
  • Main body can grow up. This process is only vaguely known by saying that a thermal or galvanic process is to be used.
  • Vague indications suggest that a layer of silver may have been applied to the surface in which the Wtskers may be embedded.
  • the skilled person gives this document no information in the hand to exercise the invention without inventive step.
  • the invention has for its object to provide a method for increasing the effectiveness of the heat and mass transport and the chemical reactivity of systems for the transfer of heat energy and equipment for technical reaction with the focus of heterogeneous catalysis, used with molded-in structures components and methods for the production of microstructures on their surfaces, wherein the components have properties which give the plants and processes to be used according to a high degree of effectiveness and mode of action, with which conditions are obtained, in principle components structured with secondary forms and groups for this purpose To make available that have microstructures to operate plants of the generic type with high efficiency and to reduce the technical and technological effort for their production.
  • a method for increasing the efficiency of heat and mass transfer and the chemical reactivity for the operation of heat energy transfer systems and the technical reaction management with the emphasis of heterogeneous catalysis wherein the reactants arranged longitudinally or transversely to the main transport direction, formed by means of molded-in components components, and these components have flat or even or non-uniformly curved contours or formed as pipes or pipe groups, the structuring are designed as si ⁇ oidale side shapes in various arrangements of different geometries and the heat transfer of one or more the fluid (s) flowing over the reaction surfaces and the fluid (s) flowing in the tubes inside the tube occur on one or more fluid (s) flowing around the tube or in the opposite way and one Change in the flow behavior of the medium or the media due to disruptions of the boundary and lower-layer flows and different Shares the core flows with induction of significant turbulence levels and periodically increasing the local flow rate by sequential narrowing or reducing the average pipe cross-section in the tubes is obtained.
  • surfaces of material webs equipped with molded structures, in particular sinoid secondary forms, and pipes provided with structured walls, the surfaces of which are covered with completely covering microstructures which are equipped with selected microstructure elements (microspikes). are provided in arrangement of different, regular or irregular geometries, by which a multiple enlargement of the contact surfaces with the respective fluid, an increase in Be ⁇ etzungs familia and intensity is obtained by an interaction of the surfaces with sinoidal Mauformen and therein microstructures of the tubes and webs a substantial increase in the heat and mass transport and the chemical reactivity is obtained.
  • the solution according to the invention it is advantageous that with a disturbance of the near-wall boundary and lower-layer flow and different significant proportions of the core flow in the structured tube and an induction of turbulence and a local flow velocity through partial constriction and reduction of the average pipe cross-section on the reduction of Hydraulic diameter and an increase in the inner surface and the fluid exposed Anström vom many times due to the production of artificial roughness and by introducing additional artificial micro-roughness by generating micro-pores of various microstructure elements ⁇ microspikes) in arrangement of different geometries with a pore density in the range of 10 3 bis 10 9 a multiple enlargement of the outer flow surfaces and the surfaces of the structured, with micr o structuring provided components, in this case as material webs or pipes, is obtained.
  • An advantageous embodiment of the invention receives the fact that with the multiplication of the capillary forces in the micropores between the microspikes of microstructuring are formed, an increase in the wetting speed of the material and heat transfer and an increase in the contact area of the tubes and components in the flowing fluid and the circulating fluids, a reduction in the lower limit temperature gradients, the lower limit and the threshold temperature in the heat transfer is achieved.
  • the invention is embodied by the fact that in the operation of plants with cooling processes, in the condensation and in the freezing by the microspikes of the microstructures formed in the tubes a much increased condensation nuclei density and condensation and crystallization rate is generated.
  • One possible embodiment of the invention is the fact that plants in whose Reactors pipe walls and pipe collars! are made of tubes with s ⁇ noidalen secondary forms and their tubes thereby have microstructures, find such reactors use that operate under exo- or endothermic reaction conditions and have large numbers of reaction tubes, the specific reaction efficiency and the compactness of the plants significantly increased and the space, the exchange surfaces and the aggregate quantity or mass of the systems is significantly reduced.
  • the tubes used in accordance with the method can be used as a catalytically active agent in an isothermal reaction regime.
  • Another application is the fact that the microstructures formed on flat components, webs are applied as material and get into plate heat exchangers or reactors used.
  • surface-structured tubes and components with additional microstructures in systems of microreactor technology and in microreaction systems with circular cylindrical Ri ⁇ gspalten and uniformly and non-uniformly moving flow are applied, and here the component formed as a flat material web or formed as a tube equipped with sinoickel secondary forms, the covered with microstructures.
  • the components with planar material webs can have a uniform or non-uniform curvature of their surfaces.
  • the flat components or tubes with sinoidal secondary forms used for carrying out the method have structured surfaces on their inner or outer or both surfaces with microstructure elements or micro-bodies (microspikes) arranged in different, uniform or non-uniform Geometry are equipped, the material structure of the microspikes solid bonds with the material structure forms on the surface of the tube and the surface of the tube itself in their convex and concave areas of the structure by a multiple, increased by the applied microstructure is formed, and formed on the tube surface microspikes advantageously in a freely selectable, settable in advance value range of the solid angle and polar angle toinstitun ⁇ ormalen the tubes and components in the sinoidalen Mauformen gebr eight are.
  • the microstructuring itself is coated with a catalyst substrate in a suitable embodiment.
  • a method is used in which for the production of structured components, preferably pipes for use in plants for the production and distribution of heat energy and for technical reaction, especially heterogeneous catalysis, their heat and mass transfer by means of flat components formed as material webs, preferably pipes, Rohr weakness- and -rackn takes place, wherein the components and tubes have sinoidal secondary forms, which are formed with various arrangements of different geometries, and the heat transfer from a flowing inside the tube fluid to a pipe overflowing fluid or in reverse Direction occurs, and a change in the flow behavior of the medium or the media by disturbing the boundary and lower-layer flows and different proportions of the core flows with induction of significant turbulence and periodic increase of l oal flow rate is achieved by sequential narrowing or reduction of the average tube cross-section in the tubes and the component, in particular tube is prepared by means of a
  • the structures structured with sinoidal secondary forms Pipes on their surfaces with a completely covering their surfaces microstructuring provided.
  • the invention provides that for applying the microstructures on the surfaces of such components, especially pipes, a radiation-sensitive, the contours of the body or pipe surfaces following resist is applied, which in a base coat the entire structured surface the component also covered in their concave areas, fully follows the course of the contours of the molded structural professionals and worked up as a basis for the galvanic application of a continuous microstructure.
  • a radiation-sensitive resist in the form of a film is used, which is thin-layered and plastically deforming, conforming to the contours of the structure is present, wherein in further development of the invention, which is formed as a surface resist Film adapted to the contours of the component or pipe, is used as a finite surface or as a closed shell use.
  • a radiation-sensitive lacquer is uniformly applied to the surface of the component, in the present case as a structured tube, which is irradiated in a radiation chamber with ions in the right angle! on the surface of which the tube is moved in front of the ion beams and subjected to LJV irradiation, which sensitizes the latent ion traces of the surface structuring and thereafter the treated tube is subjected to chemical etching to expose micropores and the pore surface coating thereafter galvanic bath is electroplated using Unterschalt, wherein the micropores are filled with copper.
  • the electroplated component is subjected to etching, whereby the base coat is dissolved and the grown macrostructures are exposed.
  • the invention further follows an embossing form in that, for applying a microporous polymembrane to a component formed with sinusoidal secondary structures, in particular a tube, the surface of which is swept by a continuous area-covering membrane in a single circumference and the surfaces of the concave portions of the sinusoidal structures be fully adhered by means of deforming pressure on the polymembrane.
  • the area-covering polymembrane is formed as a seamless shrink tubing or joined together from a flat structure to a seam-carrying shrink tubing, laid in continuation of the invention, the polymembrane in a soft labile state on the tube surface, brought in the concave batches to concern and by Achieving a, the area-extending process, is transferred in the manner of shrinking in a stable gap-free adhesive layer.
  • the invention is embodied when the polymembrane has a tubular design and is pushed over the tube in a labile state or, in a variation of the solution according to the invention, the polymembrane is placed around the tube in a piece corresponding to the tube surface, butt jointed and then joined , wherein the thus-desired connection of the polymembrane in the joint area without a
  • Change in the properties of its microstructure is carried out by a laser influencing.
  • the establishment of the labile state of the material of the polymer membrane by heating is achieved by obtaining this state
  • Components also present as a pipe, takes place in the heated, moldable state.
  • shrinkage is performed on the tube surface, wherein, specified on a planar component, such as a material web, the base coating is formed by a polymer membrane, by placing the foil and positive incorporation into the concave areas of the component takes place.
  • a form of the solution according to the invention can be seen in that Polymembran with an adhesive on the surface of the sheet member, such as a material web or a tube, is brought to rest in the concave portions of the side shapes and adhering.
  • One way of carrying out the invention can be seen in that the component, designed as a sheet material selectable extent and thickness, is covered on one side with the polymer membrane and the incorporation of resting on the web base layer, formed as a polymer membrane, in the concave parts of Structure is carried out on an upper side, wherein in an application form, the component covered on several sides and the incorporation of the material web can be done on several sides and in the horizontal state.
  • the material web is covered on one or more sides covered on an erected component.
  • the invention is further embodied in that the incorporation of the polymembrane is carried out in one or more transitions into the concave portions of the sinusoidal structure by means of pressing and pressing mechanisms acting perpendicularly on the bearing surface of the material web.
  • the invention is thus meaningful further developed that the incorporation of the polymer membrane mitteis perpendicular to the bearing surface of the Materialbah ⁇ acting pressing and Andrückmechanismen is made in one or multiple transitions into the concave portions of the sinoidal minor forms of the structures.
  • the success of the invention can also be achieved so that the occupied with the polymembrane as a base layer games by air pressure intervals, - navale or It is also within the meaning of the invention to fix the membrane as a base coating after molding the concave parts into the sinusoidal structures by means of holding devices which act in a planar manner.
  • a method-suitable application form of the solution according to the invention is characterized in that one or more catalyst layers and a catalyst layer bound to a carrier oxide or more, to different carrier oxides bonded catalyst layers are applied to the surface of the microstructuring of the tube or the sheet material by dip coating with or without the use of adhesion promoters and subsequently carried out drying, cooling and stabilization or passivation.
  • a further advantageous continuation of the method is characterized in that one catalyst layer or several catalyst particles and a catalyst layer bound to a carrier oxide or catalyst layers bound over several carrier oxides also cover the surface of the microbody or microspikes of the tube or the material web, by spraying with or without use applied by adhesion promoters and then a drying, cooling and stabilization or passivation is made.
  • the application of one or more catalyst layers and a catalyst layer bound to a carrier oxide or several catalyst layers bound to different carrier oxides is applied to the surface of the microbody of a pipe or sheet by means of sintering, annealing or one or more similar surfaces - Treatment method is carried out, which can be usefully achieved with the invention that the surfaces and microstructured energy and chemical exchange surfaces of the tubes and sheet material equipped with sinoidal Mauformen and the micro spikes as a structure by ten to hundred times compared to the components and structural tubes with simple sinoidal minor forms is enlarged.
  • the invention is thus meaningful fulfilled that the application-oriented design of the tube is used intensively in an isothermal reaction as a catalytically active substrate.
  • the solution according to the invention is further completed when a flat planar component, which is equipped on a surface with microstructures, gradually by the action of deformation forces on the non-microstructured surface to a tubular body is formed with microstructured inner surfaces.
  • a flat planar component which is equipped on a surface with microstructures, gradually by the action of deformation forces on the non-microstructured surface to a tubular body is formed with microstructured inner surfaces.
  • the planar, equipped on one side with microstructures component is formed into a tube on the inner surface of which microstructures are applied, the deformation forces on the outer surfaces of the initially plan to attack flat component, divided into several deformation stages are brought to the component to act until the tube is given its final shape and secured by welding.
  • a further refinement of the invention is obtained by structuring the tubular component equipped with microstructures on its inner surfaces by deforming its outer surfaces with sinoidal secondary forms.
  • the invention also includes a manufactured according to this method component having different cross-sections, is equipped on its inner surfaces with microstructures and in an advantageous development has a ebenfiambaige contour, which may be in variation of the invention with structures, preferably from sinoidal minor forms, equipped , wherein according to the solution according to the invention, the component formed as a complete tube, parallel to its longitudinal center axis via a connection, advantageously designed as a weld, has.
  • the component formed as a finished tube has a rotationally symmetrical cross section, wherein the invention is carried out simultaneously by the fact that the component can be formed into a pipe of any cross section.
  • the cross section of the component can have any shape.
  • a component for the realization of heat transfer and / or technical reaction, in particular for carrying out a heterogeneous catalysis thus provided, which has at least one surface with a vault structure with concave portions.
  • the component has microstructure elements arranged on at least one of its surfaces.
  • Heat exchanger wall does not occur. As a result, clogging or contamination of the microstructure elements likewise arranged on the component is reduced or even prevented. In addition to the increased efficiency by increasing the
  • the surface having the concave portions has convex portions between the concave portions. This means that the convex parts are also arched and thus form the hollow structure, at least partially.
  • the transition between the concave portion and convex portion can be realized either in a turning point or by located between the respective batches straight surface sections.
  • the Mikro Modelleiemente are arranged on the respective bulges of the arch structure.
  • the component provided with the arch structure is a tube, wherein the concave curvatures are introduced into the outer surface of the tube and the Mikro Modelleiemente are at least partially disposed on the inner surface of the tube.
  • the profiling of the tube strong turbulences are generated in the interior of the tube when it flows through a liquid, with these turbulences preventing or at least reducing clogging or sticking or fouling of the microstructures, in particular the microstructure areas first flown in the flow direction.
  • microstructure elements are also arranged on the outside of the tube, in particular in the region of the concave curvatures.
  • microstructure elements are arranged so close to one another that the microstructure produced thereby has an application density of 10 3 to 10 9 per cm 2 .
  • a method for producing the component according to the invention, the microstructure elements being worked up by means of galvanic coating and / or mechanical spray-compaction methods to the component to be produced, in particular to a component designed as a tube.
  • a radiation-sensitive, the vault structure formately complementary conformable or a ⁇ gepasstes photoresist applied as a basis for the galvanic application of a continuous microstructure.
  • the resist is used instead of the film known from the prior art and can be provided with appropriate technology, in particular with ion beam techniques in combination with deep etching technique, with micro-fine pores, which determine the shape and size of the microstructures to be deposited during the electroplating process.
  • the advantage of this method is inter alia in the simple and time-saving and cost-saving form of application in a spraying or dipping process step.
  • the radiation-sensitive resist is used as a liquid resist to coat the surface.
  • the resist can be applied in the form of a lacquer or a lacquer layer on the surface in question or as a solid.
  • the component can be present in the form of a tube or a material web.
  • a polycarbonate in the manner of a lacquer is used as the liquid radiation-sensitive resist.
  • Polymer membrane in the form of a seamless shrink tube may be formed or joined together from a flat structure to a suture-carrying shrink tubing can be. It can be provided that the introduction of the designed as a polymer membrane film in the concave portions of the arch structure of the component takes place until the form-fitting concerns in the concave portions in the heated state.
  • the polymer membrane In order to facilitate the application of the polymer membrane, this is brought to the adhesion by the action of an adhesive on the surface of the component, in particular in the concave batches.ln a special process design is provided that the incorporation of Polymermembra ⁇ in the concave batches without contact, in particular by air pressure , is carried out.
  • the compressed air is directed at intervals and thus in compressed air surges against the polymer membrane. This compressed air treatment can be carried out with or without heat treatment of the polymer membrane.
  • a production method for the component according to the invention in which after forming the microstructure elements on a surface of the component, which initially has a substantially planar shape, forming forces are directed to the component so that this to a tube is transformed.
  • the component before its transformation to the tube has such a shape that a coating of the surface to be provided with microstructure elements is possible relatively easily.
  • the component may already have a curvature in the preparation of the galvanic process.
  • the component is executed completely flat and is formed after application of the microstructure elements into a tube and optionally welded.
  • the forming forces are preferably directed to the not provided with the microstructure elements surface of the sheet member and the reshaping made such that the microstructure is located on the inner wall of the tube produced. It can thereby produce tubes on the inside of the microstructure is arranged, which is not feasible with conventional technology.
  • the deformation is carried out stepwise and after the realization of the Hohizylinderform the shape obtained by a suitable measure, such as the attribution of the resulting gap, fixed.
  • the concave curvatures are incorporated.
  • the advantage lies in particular in the process configuration of forming a flat, microstructured component into a tube, in that a tube having a microstructure arranged on the inner surface can be produced in a simple manner and with good quality.
  • Such a tube can essentially be provided, like a comparable tube of the same material and cross-section, with the concave and / or convex curvatures, since the microstructure exerts only insignificant influence on the axial resistance moment of the tube and due to the firm connection of the microstructure elements no damage to these elements achieved by the generation of the vaults.
  • the invention also extends to a method in which the method steps according to the invention of applying a resist in the form of a lacquer with the method steps of deforming a substantially planar component to form a tube after the microstructure has already been applied.
  • a method for the realization of an efficient heat and / or mass transfer and / or a chemical reactivity in the operation of plants for the transfer of heat energy and / or technical reaction, in particular for carrying out a heterogeneous catalysis, provided by a Fluid, in particular by a flowing fluid, heat energy is transmitted.
  • the fluid is brought into contact with a component according to the invention.
  • the component is a tube through which the fluid flows or can flow. Due to the arrangement of the Wöib Designen the surface of the component is substantially increased, so that each of the outer dimensions of determining surface more heat energy can be transmitted as in a non-curved surface.
  • the applied Mikro Modelleiemente increase the surface also very strong, so that even more heat per unit area transported and thus, for example, a cooling or heating can be done much more effectively by the appropriately tempered fluid.
  • the invention also extends to the use of a erfi ⁇ dungswen component for the realization of an efficient heat and / or mass transport and / or a chemical reactivity in the operation of plants for the transmission of heat energy and / or technical reaction, in particular for carrying out a heterogeneous catalysis, in which is transferred by a fluid, in particular by a flowing fluid, heat energy.
  • Fig. 2 is a graph of heat flow using the microstructured tubes
  • Fig. 3 a graphic representation of the improvement of the k value
  • Fig. 4a / b the surfaces of structural tubes with and without surface structure
  • Fig. 4c a representation of the boiling process in microstructured structural tubes
  • Fig. 7 an application of the tubes in reactors with exothermic Christsabiäufen
  • Fig. 8 a schematic representation of a tubular tube reactor
  • Fig. 9a a section of the base coating on the pipe wall with executed structure; 10 shows a schematic representation of the ion irradiation for generating the tracks, FIG. 10 a shows an enlarged section of the ion traces;
  • FIG. 11a shows a section of the lacquer layer according to FIG. 11 with the UV-sensitized tracks
  • FIG. 12 a schematic representation of a chemical etching process
  • FIG. 12a a section of the base coating in the structure with etched micropores
  • FIG. 13 shows a schematic representation of the process of a galvanic molding of the microstructures
  • FIG. 13 a shows a section enlarged with micropores formed in the base coating
  • FIG. 14 a schematic representation of the solution process for exposing the structure surface
  • FIG. 14a an enlarged detail of the surface of the structure tube with microstructures thereon;
  • Fig. 15 an embodiment of the application of the membrane in a schematic representation in a front view
  • FIG. 16 shows a further embodiment of the application of the membrane in a schematic representation in a side view
  • FIG. 17 shows another embodiment of the application of the membrane in a schematic representation in a side view
  • Fig. 18 a schematic representation of a passage of the tube occupied by a membrane
  • Fig. 19 the pressing of the polymer membrane in the concave areas
  • Fig. 20 the pressing of the Polymermembra ⁇ in a non-contact operation
  • Fig. 21 a form of pressing the polymer membrane onto a tube with flexible rollers in a front view
  • FIG. 22 shows a passage of the application and contactless ruling of the polymer membrane in a graphic representation, depicted in the regions I, II, III; FIG.
  • FIG. 23 shows an illustration of the form-fitting application of the membrane on a plate-shaped component
  • FIG. 24 is an illustration of a tubular component with a microstructured inner surface produced by deformation
  • FIG. 25 shows a first deformation stage in the production of a tubular component with a microstructured inner surface
  • Fig. 26 a second deformation stage
  • FIG. 27 shows a third deformation stage with anvil underfoot
  • FIG. 28 shows a fourth deformation stage with anvil underfoot and figuration of a half-pipe
  • FIG. 29 shows a further deformation stage with laterally applied clamping jaws and anvil placed below;
  • Fig. 30 a final deformation stage with finished molded component
  • Fig. 31 an introduced in holding jaws finished molded component for applying the connecting seam
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the increase in heat output, shown in a coordinate system in comparison with other types of pipes.
  • the temperature is plotted on the horizontal axis and the heat coefficient on the vertical axis.
  • the dashed line is for the representation of a thermal coefficient of a smooth-walled pipe, the dotted line immediately above it for the representation of the thermal coefficient of a structure provided with stnoidalen secondary tubes and the dotted Line represents the heat transfer performance of a structure provided with microstructures structure tube with sinoidaien Mauformen.
  • Fig. 2 shows in a graph in comparison with Giattrohren, simply structured pipes and microstructures equipped structural tubes improving the heat flow.
  • the person skilled in the art immediately recognizes that the heat flow increases significantly when the tubes equipped with sinoid ancillary molds are provided with microstructures.
  • the graph of Fig. 3 shows an improvement in the k value obtained in sinoid side-walled tubes whose surface is provided with microstructures.
  • the k-value increases over that provided with normal sinoidaien Mauformen tube compared to a microstructured tube of the same kind of 4000 W / m 2 K to 9000 WAm 2 K.
  • Fig. 4 shows the location and arrangement of the microstructures on a tube with sinoidaien Mauformen.
  • 4a and 4b show the formation of the surfaces of tubes with sinoidaien secondary forms in which a tube according to FIG. 4a has a bare surface and according to FIG. 4b has a surface covered with microstructures.
  • Fig. 4c presents a boiling process, from which it can be seen that the boiling image is very loose and intense.
  • FIG. 5 illustrates a use of the microstructured sinoidal shim tubes in a shell and tube heat exchanger 1.
  • the inlet of the heat transfer medium is marked with the Pfeii 4 and its exit from the heat exchanger with the arrow 5.
  • the arrow 2 indicates the entry of underkühlter or boiling liquid in the heat exchanger, which is to be introduced without steam, after a reaction time in the reactor as saturated or wet steam emerges again from the heat exchanger 1 at the arrow 3.
  • the provided with sinoidafen secondary forms, microstructured on their outer surfaces of tubes 6 equipped heat exchanger 1 contains between the tubes 6, a medium that is hot water or oil! introduced, cools in the tube bundle heat exchanger 1.
  • the medium may also be steam, in the present case as saturated or wet steam, which condenses completely or partially on the tubes 6.
  • the heat transfer medium flows through the tubes 6 of the heat exchanger 1 in the direction of its longitudinal axis and exits in the direction of the arrow 5.
  • the evaporating medium flowing around the tubes 6, is very pure, because the microstructures of the tubes can clog up and.
  • refrigerants, silicone oils and high-purity water condensate and other substances are used.
  • the tubes are used as condenser tubes. In such types of transformer, the heat exchanger medium is cold and the vaporous medium flowing around the tube is brought to condensation.
  • the microstructure 8 can itself consist of catalytic material (eg, copper or nickel.)
  • a catalytic layer for example consisting of metal oxides or noble metals
  • the person skilled in the art readily recognizes that there is a significantly increased surface area in comparison of smooth-walled pipes or pipes with sinoidal secondary forms, a process which is fundamentally used in the field of synthesis, for example in the Fischer-Tropsch process. represented in the basic formula
  • the solution according to the invention can also be used in other types of apparatus, such. B. in tubular reactors, use, for. B. according to the tube reactor shown in Fig. 8, which differs from the apparatus of FIG. 5 in that it has a high volume and equipment volume.
  • the pipes are arranged vertically and the reaction usually takes place on a pipe.
  • Fig. 8 shows a reactor with Sch Siemensrohrbündein in gas trains.
  • the inlet of the gas is indicated in the direction of the arrow 13 or alternatively in another direction of action according to the arrow 13 '.
  • the heat transfer medium is introduced at the arrow 14 into the reactor and leaves it in the direction of arrow 14 ⁇
  • this technology finds in flagpoles in other reactors.
  • FIG. 9 shows in the section of a structured tube 20 prepared for the production of a base coating, here as an ion-beam-sensitive lacquer layer 32, which is preferably formed with polycarbonate 34.
  • a base coating here as an ion-beam-sensitive lacquer layer 32, which is preferably formed with polycarbonate 34.
  • the pipe section 20 is immersed in a paint bath and completely enclosed by the paint 32 with its surface, in which the sinoidal structures are incorporated.
  • the lacquer layer 32 in its flexible mode of operation can flow into the secondary shape 16 of the structure of the tube surface and cover it completely, as has been shown in FIG. 9a.
  • FIG. 10 A continuation of the method is shown in FIG. 10.
  • the tube 20 or the tube section is exposed to a lonenbestrahlu ⁇ g.
  • the irradiation direction is perpendicular to the tube axis, as indicated by the arrows 36 and thereby apply both to the structured side shapes 16 and to the non-structured surfaces of the tube 20, which rotates about its longitudinal center axis, as indicated by the arrow 35
  • 10a shows a detail of the tube 20 exposed to the ion irradiation in the partial area of a concave structure.
  • latent ion traces, so-called tracks are formed in the now-uniform lacquer layer 32, as shown by the arrows 37, which are directed onto the lacquer layer 32.
  • the tube 20 with the lacquer layer 32 subsequently receives a UV irradiation in the course of the process, which is directed from all sides, as shown by the arrows 38, to the tube surface.
  • the UV irradiation sensitizes the latent ion traces 37 of the forming tracks in the lacquer layer 32, as shown in Fig. 11a in an enlarged section.
  • the tube should not rotate, since the UV irradiation takes place in a closed chamber and impinges on all sides on the Lackoberfikiee.
  • the chemical etching of the now irradiated base layer of polycarbonate varnish 32 takes place in an etching bath 39, in which it has a certain time lingers.
  • the temperature and the etching concentration of the etching bath are adjusted and moved by stirring in such a way that the latent ion traces are etched out, forming micropores 40 in the lacquer layer 32, as is visible in a section in FIG. 12a.
  • the polycarbonate varnish 32 receives a defined porosity on the surface.
  • the micropores 40 penetrate the lacquer layer 32 and expose the affected surfaces of the tube 20, so that in the Galvanoabformung shown in FIG.
  • the microstructures on the tube 20 can be made.
  • the tube 20 is contacted with the porous Anlagennfack as a cathode and introduced into the electrodeposition bath 33, in which a Cu electrolyte is contained.
  • microstructures 44 are grown in the micropores 40 by making them out as shown in FIG. 13a.
  • the microstructures 44 in the form of microspikes grow in the lacquer layer 32.
  • the surface provided with microstructures is exposed, as presented in FIG. 14, by immersing the tube 20 in a solvent bath 45.
  • the base coat here formed as a lacquer layer 32, detached and formed the microstructured surface of the tube 20 with side shapes.
  • the microstructure 8 thus produced now covers, as shown in Fig. 14a, seamlessly and uniformly the entire surface of the sinoidal subshaped tube on both its concave and convex portions.
  • a structural tube 20 provided with sinoidal collateral shapes is shown.
  • a film tube 21 is mounted as a base coat, which has been provided as a polymer membrane for the process of microstructuring and processed accordingly.
  • the reader reading in here recognizes without further ado that it is a shrink tube.
  • the treatment is carried out so that the tube 21 has been heated to a certain state and thereby expands.
  • the radial extension increases and is suitable for covering the pipe over a specific length of a longitudinal section or over the entire extension of the pipe by sliding it onto the pipe or inserting the pipe 20 into the hose 21.
  • the tube 21 covers the convex and concave portions of the tube 20.
  • the radial extent of the tube 20 should be present in a loose support and the tube 20 should be wrapped in a partially fitting form.
  • FIG. 16 Another embodiment of the wrapping of the structure tube 20 is explained in FIG. 17. It shows that the tube 20 is wrapped over the convex portions of the tube 20 in a predetermined portion of its longitudinal extent by a flat sheathing film 22 in a wrapping process and shown in Fig. 18 is terminated by the fact that the Foiie 22 shock in the direction of the longitudinal center axis of the tube is closed with a seam.
  • Fig. 20 shows another embodiment of the positive application of the Ummanteiung 22 or the film tube 21 by inserting the tube 20 in a chamber 24 in a concentric position.
  • the chamber 24 high-pressure nozzles 26 are arranged, the
  • Pressure jet is directed to the film tube 21 or on the Ummantelungsfoiie 22, which cover the structural tube 20.
  • the high-pressure nozzles 26 can produce a warm or cold-tempered pressure jet which, depending on the type of film of the base coating, embodied as a sheath or hose 21, presses it positively into the concave regions of the si ⁇ oidaien secondary forms of the structure tube 20.
  • FIG. 21 Another embodiment is shown in FIG. 21.
  • the tube 20 can be seen in sections.
  • the section is equipped with a film tube 21 or with a jacket film 22, which are in a flexible, according to the embodiment heated state, in the course of the structures 16 are in the direction of Lä ⁇ gsmittenachse the tube 20 pressure rollers 18; 18 '; 18 ", which are on the circumference according to the location of the concave Areas of the minor forms are arranged.
  • the pressure rollers 18; 18 '; 18 "consist of a solid core with a flexible, adaptable coating associated with it, which may have its own drive or be moved by rolling friction on the tube 20, which is transported forward in the direction of the rollers and guided by them penetrates into the concave regions of the sinoidal secondary forms during the passage of the tube 20 and presses the still soft flexible covering film 22 or the foaming tube 21, now in the form of a base coating, into these regions in a shapely manner Structure 16 is completed by a fixation of the pressed-in and positively fitting structure takes place.
  • Fig. 22 shows, in a schematic form, the process of passing through a structural tube 20 encased in a jacket 22 or a tubular film 21.
  • region I the structure tube 20 in the mounting region 28 is equipped with a film tube 21 or a cover film 22 and is kept at a temperature controlled by heating nozzles 30 1 distributed on its circumference. It is then moved into the region II, which forms the film tube 21 or the covering film 22 in a form-fitting manner into the concave regions of the structure 16 by contact or without contact.
  • the section H1 into which the tube 20 or the tube section is moved is the cooling zone 29.
  • the form-fitting jacket 22 of the structural tube 20 is treated with cooling nozzles 31 which are distributed around its circumference and initiate a shrinking process is formed, that the sheath 21, 22 shrinks, without destroying the Formschius from the concave areas.
  • the sheathed tube 20 now present has a sheathing foil 22 in a form-fitting manner in all regions of the structural tube 20 as a polymer membrane and is prepared for the application of the microstructure 8 both in the convex and in the concave sections of the structure tube 20.
  • FIG. 23 shows the basic illustration of a plane-parallel, geradflambaige ⁇ component 15 with molded sinoidal secondary forms, to which the polymer membrane in the form of a
  • Ummantelungsfoiie 17 is launched. Due to the loose support of the film 17, this is not yet arranged in a form-fitting manner in the structures 16 of the component 15.
  • a subsequent solidification of the film 17 is provided so that the film 17 in the concave areas in a Forming foot with the component remains.
  • a jacket film 22 or sheet 17 is required whose molecular structure is designed such that it permits free shrinking.
  • the sheathing or covering of the component may during the shrinkage of the film 22; 17, which is used as a polymer membrane in carrying out the catalysis for producing the microstructure, do not pass from the positive connection with the concave areas.
  • the polymer membrane may consist of poliofilene PTFE, which is commercially available and has the desired properties.
  • the heat shrink tubing made from it is used as a Vilon shrink tubing.
  • the region III is to be designed as a cooling region in such a way that the encased tube closure provided with a positive connection is not only cooled and caused to shrink, but during the shrinking process with holding pressure elements in the manner as illustrated in FIG. can be equipped.
  • the region IH is to be extended so that large longitudinal sections of the tube 20 or components 15 are simultaneously encased.
  • Another embodiment can be recognized in that the area II! provided with high-pressure nozzles, as shown above, but working in a component or the tube sheathing chamber and shock-like with very high pressure, the film positively holds in the concave portions during the shock-like cooling process and cools.
  • Another embodiment is to perform the shrink tube as a hose or as a flat merged structure and its inside, so the side facing the component, with a Haftmitte! to be provided, which is brought into positive engagement after pressing on the surface of the component in particular in the concave areas of the polymer membrane.
  • This adhesive must be designed so that the catalytic process is not impaired on the provided with sinoidal secondary forms tubes or sheets of material.
  • the technical information of the exemplary embodiment clearly shows that, starting with FIG. 15, embodiments of the application of the base coating are shown, as was carried out in FIG. 9 with the use of the lacquer layer 32.
  • Fig. 24 shows a component 47, which is deformed into a tube 46 and has been welded to a longitudinal seam.
  • microstructures are arranged so that they form a largely closed, microstructured inner surface 48.
  • FIG. 25 shows a first method step for producing a tube 46 from a planar, planar component 47, of which a surface is equipped with microstructures 48.
  • the component 47 is between clamping jaws 51; 51 'clamped and prepared for a deformation process.
  • the surface with the microstructures is arranged so that it can form the inner surface of the later-shaped tube.
  • Fig. 26 shows a first progress of the deformation of the component 47 by the Spa ⁇ nbacken 51; 51 'move with an inward and upward deformation movement, the planar member 47 in a concave to the inner surface 48 and in the further movement of FIG. 27, the component 47 further deforming anvil 52 resting, which generates a holding pressure, with the aid of a further movement of the clamping jaws 51; 51 ', the component 47 is shaped into the shape according to FIG. 28 to form a half pipe.
  • the rotationally symmetrically deformed component 47 has holding jaws 55; 55 'receiving the tubular member 47 therebetween for welding the billet of material for a welding head 56 which, with a continuous weld 57, provides the now completed tube 46 for a tray for completion.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil zur Realisierung von Wärmeübertragung und/oder technischen Reaktionsführung, insbesondere zur Durchführung einer heterogenen Katalyse, mit wenigstens einer Oberfläche, die eine Wölbstruktur mit konkaven Partien aufweist, wobei dieses Bauteii an wenigstens einer seiner Oberflächen angeordnete Mikrostrukturelemente aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Bauteils sowie ein Verfahren zur Realisierung eines effizienten Wärme- und/oder Stofftransportes und/oder einer chemischen Reaktivität im Betrieb von Anlagen zur Übertragung von Wärmeenergie und/oder technischen Reaktionsführung unter Zuhilfenahme des Bauteils und die Verwendung des Bauteils für derartige Prozesse.

Description

Verfahren zur Erhöhung der Effektivität des Wärme- und Stofftransportes sowie der chemischen Reaktivität und Selektivität von Anlagen zur Übertragung von Wärmeenergie sowie von Anlagen zur technischen Reaktionsführung insbesondere der heterogenen Katalyse, dazu verwendete mit eingeformten Strukturen ausgebildete Bauteile und Verfahren für die Herstellung von Mikrostrukturen auf diesen Bauteilen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Effektivität des Wärme- und Stofftransportes sowie der chemischen Reaktivität von Anlagen zur Übertragung von Wärmeenergie sowie von Anlagen zur technischen Reaktioπsführung mit dem Schwerpunkt der heterogenen Katalyse, dazu verwendete mit eingeformten Strukturen ausgebildete Bauteile und Verfahren für die Herstellung von Mikrostrukturen auf deren Oberflächen, wobei die Bauteile über Eigenschaften verfügen, welche den verfahrensgemäß zu verwendenden Anlagen eine hohe Effektivität und Wirkungsweise verleihen.
Es ist bekannt, Bauteile bestehend aus Materialbahnen mit sinoidalen Nebenformen, wie auch so strukturierte Rohre herzustellen und in Anlagen des Wärme- und Stofftransportes sowie der Reaktionsführuπg und heterogenen Katalyse zum Einsatz zu bringen. Die mit partiell oder durchgehend konkaven sinoidalen Nebenformen ausgerüsteten Rohre und Materialbahnen werden durch Umformung hergestellt. Durch das Umformen entstehen Nebenformen, welche das Strömungsverhalten von Gasen und Flüssigkeiten sowie anderen Stoffen positiv beeinflussen und deren Rand- und Kernströmungen auf besondere Weise ausbilden. Durch diese Eigenschaften erhalten Prozesse in Anlagen und Aggregaten, in denen Rohre bzw. Materialbahnen solcher Art auch zu Rohrbündeln und Rohrgruppen zusammengefügt sind, einen hohen Wirkungsgrad, da der Austausch von Stoff bzw. Wärme an den Wänden der mit Nebenformen versehenen Rohre und Materialbahnen sehr intensiv erfolgt. Dadurch ist es möglich, in Anlagen und Einrichtungen der dargestellten Art bei gleicher Baugröße bis ins Mehrfache gesteigerte Nutzeffekte zu erzielen oder deren Baugröße zu verringern und trotzdem eine ausreichende Ausbeute bzw. ein hohes Übertragungsergebnis zu erhalten.
Es ist weiter bekannt, Wärmeübertrag ungsf lachen auf röhr- oder plattenförmigen Körpern mit einer aus der Grundfläche herausragenden Struktur von Mikroelementen und ein Verfahren zur Herstellung dieser Mikrostrukturen bereitzustellen. Das Verfahren wird dabei ausschließlich auf Körpern verwendet, deren Oberflächen ebenfiächig gerade oder gleichförmig gekrümmt sind, so wie es die DE 101 59 860 C2 offenbart und beansprucht, der die Aufgabe zugrunde liegt, Wärmeübertragungsflächen der bezeichneten Gattung sowie ein Verfahren dazu zu schaffen, durch möglichst niedrige Temperaturdifferenzen eine Erhöhung der Wärmeübertragungsieistuπg über entsprechende Strukturflächen zu erzeugen und bei einem vertretbaren Herstellungsaufwand sowohl für eine Blasenverdampfuπg, als auch für eine Filmkondensation zur Anwendung zu bringen. Die dabei gefundene Lösung stellt ein komplexes Verfahren und ein dazu hergestelltes Produkt zur Verfügung, das mit hervorragenden Ergebnissen für diesen Zweck verwendbar ist, jedoch eine Einschränkung durch die Form der dazu verwendeten Bauteile, insbesondere Wärmeübertragungsflächen, erhält. Des Weiteren lässt die erfindungsgemäße Lösung keine Informationen erkennen, welche die Verwendung der Mikrostrukturen außerhalb der vorgesehenen Wärmeübertragung als geeignet erscheinen iässt.
Weiterhin offenbart die DE 1 066 213 B1 eine Lösung, gemäß der Wärmetauscherrohre mit Längsrippen auf ihren Oberflächen ausgerüstet sind. Diese Rippen haben eine makroskopische Struktur, die in der Offenbarung sowie in den Ansprüchen nicht näher spezifiziert worden ist. Die Verrippungen auf den Rohren werden dazu eingesetzt, allein Wärme durch Konvektion zu übertragen. Die Schrift gibt auch keine Information her, wie Phasenwechselprozesse beim Überströmen initiiert werden können.
Die DE 197 51 405 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem über die Konvektion thermische Grenzschichten aufgebrochen werden sollen. Über Vorgänge des Siedens, Blasenbildung, Biasenkeime, Dampffilme oder kritische Wärmeflüsse gibt das Patent keine Auskünfte.
Die DE 196 50 881 A1 offenbart ein Verfahren und eine Einrichtung mit denen mittels lonenstrahltechniken Mikrostrukturen erzeugt werden. Gleichfalls werden diese Mikro- Strukturen galvanisch durch eine Porenmaske zum Anwachsen gebracht. Die Offenbarung des Schutzumfanges des Patentes stellt jedoch eine Verfahrensweise vor, gemäß der die Metalistartschicht auf eine Folienmaske aufgedampft wird und die Metallstartschicht wird anschließend nicht gestrippt und liegt damit nicht zur Verwendung frei. Die Darstellung der Erfindung gibt keine Information her über die Verwendung der so hergestellten Makrostrukturen.
Die US 4,288,897 gibt ein Verfahren an, mittels dem eine poröse Struktur durch Auflegen von Schaumstofffolien erzeugt wird, die jedoch keine pinartige Mikrostruktur mit gezielt geordneter Ausrichtung und Lage zum Ergebnis bringt. Die Anordnung der pinartigeπ Struktur ist ungeordnet, vor allem in den Dimensionen Pindurchmesser und -dichte, -neigungswinkel, Pinform. Insbesondere das Anspruchsbegehreπ gibt keine derartigen Informationen her. Weiterhin ist nicht zu entnehmen, wie durch die Metallstruktur Siedeprozesse verbessert werden können.
Die weiter bekannte US 3,842,474 offenbart zwar großflächig das Herstellen von mikro- strukturartigen Gebilden auf einer Oberfläche, um den Wärmeübergang zu verbessern. Aus dieser Schrift ist jedoch nicht zu entnehmen, wie die Fäden oder Pixel auf der Oberfläche des
Grundkörpers aufwachsen können. Dieser Vorgang ist nur andeutungsweise bekannt, indem gesagt wird, dass ein thermisches oder galvanisches Verfahren dazu benutzt werden soll.
Vage Angaben lassen erkennen, dass möglicherweise eine Silberschicht auf die Oberfläche aufgetragen wurde, in der die Wtskers eingebettet sein können. Dem Fachmann gibt diese Schrift keine Information in die Hand, die Erfindung ohne erfinderisches Zutun auszuüben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung der Effektivität des Wärme- und Stofftransportes sowie der chemischen Reaktivität von Anlagen zur Übertragung von Wärmeenergie sowie von Anlagen zur technischen Reaktionsführung mit dem Schwerpunkt der heterogenen Katalyse, dazu verwendete mit eingeformten Strukturen ausgebildete Bauteile und Verfahren für die Herstellung von Mikrostrukturen auf deren Oberflächen, wobei die Bauteile über Eigenschaften verfügen, welche den verfahreπsgemäß zu verwendenden Anlagen und Prozessen eine hohe Effektivität und Wirkungsweise verleihen, zu schaffen, mit denen Voraussetzungen erhalten werden, grundsätzlich mit Nebenformen strukturierte Bauelemente und dazu ausgebildete Gruppen zur Verfügung zu steilen, die über Mikrostrukturen verfügen, um Anlagen der gattungsgemäßen Art mit hoher Effizienz zu betreiben und den technischen und technologischen Aufwand für deren Herstellung zu senken.
Es wird ein Verfahren zur Erhöhung der Effektivität des Wärme- und Stofftransportes sowie der chemischen Reaktivität für den Betrieb von Anlagen zur Übertragung von Wärmeenergie sowie der technischen Reaktionsführung mit den Schwerpunkten der heterogenen Katalyse zur Verfügung gestellt, wobei die Reaktionsmittel längs oder quer zur Haupttransportrichtung angeordnet, mittels mit eingeformten Strukturen ausgestatteter Bauteile ausgebildet, und diese Bauteile über flächig gestreckte oder gleichförmig oder ungleichförmig gebogene Konturen verfügen oder auch als Rohre oder Rohrgruppen ausgebildet sind, wobei die Strukturierung als siπoidale Nebenformen in verschiedenartigen Anordnungen unterschiedlicher Geometrien ausgebildet sind und die Wärmeübertragung von einem oder mehreren die Reaktionsflächen überströmenden Fluid(en) und bei Rohren im Rohrinneren strömenden Fluid(en) auf ein oder mehrere das Rohr umströmende(s) Fluid(e) oder in umgekehrter Art erfolgt und eine Veränderung des Durchflussverhaltens des Mediums bzw. der Medien durch Störungen der Grenz- und Unterschichtströmungen sowie unterschiedlicher Anteile der Kernströmungen mit Induktion erheblicher Turbulenzgrade und periodische Erhöhung der lokalen Strömungsgeschwindigkeit durch sequentielle Verengung bzw. Verringerung des mittleren Rohrquerschnitts in den Rohren erhalten wird. Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Lehre des Patentes DE 101 59 860 C2 werden auf mit eingeformten Strukturen, insbesondere aus sinoidafen Nebenformen, ausgestatteten Flächen von Materialbahnen sowie mit strukturierten Wänden versehenen Rohren, deren Oberflächen vollständig bedeckende Mikrostrukturen aufgebracht, die mit ausgewählten Mikrostruktur- elementen (Mikrospikes) in Anordnung unterschiedlicher, regelmäßiger oder unregelmäßiger Geometrien versehen sind, durch welche eine vielfache Vergrößerung der Kontaktflächen mit dem jeweiligen Fluid, eine Erhöhung der Beπetzungsgeschwindigkeit und -intensität erhalten wird, durch ein Zusammenwirken der Oberflächen mit sinoidalen Nebenformen und darin angeordneten Mikrostrukturierungen der Rohre und Materialbahnen eine wesentliche Erhöhung des Wärme- und Stofftransportes sowie der chemischen Reaktivität erhalten wird.
Nach einer Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist es vorteilhaft, dass mit einer Störung der wandnahen Grenz- und Unterschichtströmung sowie unterschiedlicher erheblicher Anteile der Kernströmung im strukturierten Rohr und einer Induktion von Turbulenzen sowie einer lokalen Strömungsgeschwindigkeit durch partielle Verengung sowie Verringerung des mittleren Rohrquerschnittes über die Verkleinerung des hydraulischen Durchmessers und einer Vergrößerung der inneren Oberfläche sowie der dem Fluid ausgesetzten Anströmflächen um ein Vielfaches infolge der Herstellung artifizieller Rauigkeiten und durch Einbringen zusätzlicher artifizieller Mikrorauigkeiten mittels Erzeugung von Mikroporen verschiedener Mikrostrukturelemente {Mikrospikes) in Anordnung unterschiedlicher Geometrien mit einer Porendichte im Bereich von 103 bis 109 eine vielfache Vergrößerung der äußeren Anströmflächen und der als Austauschflächen wirksamen Oberflächen der strukturierten, mit Mikrostrukturierungen versehenen Bauteile, vorliegend als Materialbahnen oder Rohre, erhalten wird.
Weiterhin wird eine wesentlich intensivierte Wärme- und Stoffübertragung einphasiger Systeme mit strukturierten Rohren durch eine Mikrostrukturierung in den Anlagen erreicht.
Sinnvoll ist es nach der Erfindung, dass eine deutlich intensivierte Wärme- und Stoffübertragung auch bei zwei- und mehrphasigen Systemen mit oberflächenstrukturierten Rohren durch eine zusätzliche Mikrostruktur in den Anlagen erzeugt wird.
Eine vorteilhafte Ausbildung erhält die Erfindung dadurch, dass mit der Vervielfachung der Kapillarkräfte in den Mikroporen, die zwischen den Mikrospikes der Mikrostrukturierung ausgebildet sind, eine Erhöhung der Benetzungsgeschwindigkeit der Stoff- und Wärmeübertragung sowie eine Vergrößerung der Kontaktfläche der Rohre und Bauteile im strömenden Fluid und der umströmenden Fluide, eine Verringerung der unteren Grenztemperaturgradienten, der unteren Grenzgradigkeit und der Schwellentemperatur bei der Wärmeübertragung erzielt wird.
Bezeichnend ist es nach der Erfindung, dass beim Betrieb von Anlagen mit Mikrostrukturen beschichteter Strukturrohre und Bauteile eine deutliche Steigerung des fiuiddynamischen Überganges eines an einen Katalysatorträger gebundenen Katalysatormaterials über den kataiysatoroberfiächennahen Mikrofilm hergestellt und beim Sieden, bei der Verdampfung und bei der Überhitzung mit dem Verbleiben von Dampfresiduen in den Poren zwischen den Mikrospikes der Mikrostrukturen eine Erhöhung der Dampfkeimdichteπ und Folgekeimzahlen in den Anlagen resultiert wird.
Ausgebildet ist die Erfindung damit, dass beim Betreiben von Anlagen mit Kühlvorgängen, bei der Kondensation und bei der Tiefkühlung durch die in den Rohren ausgebildeten Mikrospikes der Mikrostrukturen eine vielfach vergrößerte Kondensations-Keimdichte sowie Kondensations- und Kristallisationsgeschwindigkeit erzeugt wird.
Es ist im weiteren Sinn der Erfindung, dass bei der Verwendung von mit sinoidalen Nebenformen strukturierten Rohren mit Mikrostrukturen eine Verminderung der Anhaftungs- neigung (Fouling) der dichteren Phasen von rohrdurchströmenden zwei- oder mehrphasigen Systemen mit zusätzlichen Mikrostrukturen erreicht wird. Wobei es weiterhin vorteilhaft ist, dass in Anlagen, die über mit Mikrostrukturen versehene Strukturrohre mit sinoidalen Nebenformen bzw. so ausgestatteter Materialbahnen verfügen, ein Wärmetransport mit deutlich erhöhten Nutzungswerten erhalten wird. Weiterhin werden Stoffübertragungswerte beim Stofftransport um ein Vielfaches erhöht.
Nach der Erfindung ist es vorteilhaft, dass bei einer technischen Reaktionsführung mit heterogener Katalyse eine Erhöhung der spezifischen chemischen Reaktivität sowie der stofflichen Selektivität um ein Vielfaches beim Betreiben der Anlagen zur technischen
Reaktionsführung, besonders zur heterogenen Katalyse, erhalten und eine deutliche
Steigerung des fiuiddynamischen Überganges über den sich oberflächennah um ein vielfach vergrößert ausbildenden Mikrofilm eines an den Katalysatorträger gebundenen Katalysator- materials erhalten wird.
Eine Gestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist darin zu sehen, dass Anlagen, in deren Reaktoren Rohrwände und Rohrbünde! aus Rohren mit sϊnoidalen Nebenformen vorhanden sind und deren Rohre dabei Mikrostrukturen aufweisen, solche Reaktoren Verwendung finden, die unter exo- oder endothermen Reaktionsbedingungen arbeiten sowie große Reaktionsrohranzahlen aufweisen, die spezifische reaktionstechnische Effizienz und die Kompaktheit der Anlagen maßgeblich gesteigert und die Raumausdehnung, die Austauschflächen und die Aggregatmenge bzw. -masse der Anlagen bedeutend verringert wird.
Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass die verfahrensgemäß verwendeten Rohre bei isothermer Reaktionsführung als katalytisch, intensiv wirksames Mittel eingesetzt werden können. Eine weitere Anwendungsform ist darin zu sehen, dass die Mikrostrukturen auf flächigen Bauteilen ausgebildet, als Material bahnen aufgebracht sind und in Plattenwärmeübertragern bzw. -reaktoren zur Anwendung gelangen. Vorteilhafter Weise sind oberflächenstrukturierte Rohre und Bauteile mit zusätzlichen Mikrostrukturen in Anlagen der Mikroreaktortechnoiogie und in Mikroreaktionssystemen mit kreiszylindrischen Riπgspalten und gleichförmig und ungleichförmig bewegter Durchströmung zur Anwendung gebracht, und auch hier das Bauteil, als flächige Materialbahn ausgebildet oder als Rohr ausgeformt mit sinoidaten Nebenformen ausgerüstet, die mit Mikrostrukturen bedeckt sind.
Es ist ein Wesenszug der Erfindung, dass die Bauteile mit ebenflächigen Materiaibahnen eine gleichförmige oder ungleichförmige Krümmung ihrer Flächen aufweisen können. Es ist eine vorteilhafte Ausbildungsform nach der Erfindung, dass die zur Durchführung des Verfahrens eingesetzten flächigen Bauteile oder Rohre mit sinoidalen Nebenformen strukturierte Oberflächen aufweisen, an deren inneren oder äußeren oder beiden Oberflächen mit Mikrostrukturelementeπ bzw. Mikrokörper (Mikrospikes) in Anordnung unterschiedlicher, gleichmäßiger oder ungleichmäßiger Geometrien ausgestattet sind, wobei das Werkstoff- gefüge der Mikrospikes feste Verbindungen mit dem Werkstoff gefüge an der Oberfläche des Rohres ausbildet und die Oberfläche des Rohres selbst in ihren konvexen und konkaven Bereichen der Struktur um ein Vielfaches, durch die aufgebrachte Mikrostruktur vergrößert, ausgebildet ist, sowie auf der Rohroberfläche ausgebildete Mikrospikes vorteilhafterweise in einem frei wählbaren, im Vorhinein festlegbaren Wertebereich des Raumwinkels sowie Polarwinkels zur Flächenπormalen der Rohre und Bauteile auch in den sinoidalen Nebenformen aufgebracht sind.
Es ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, dass die flächigen Bauteile und Rohre aus Stahl oder Eisenwerkstoffen hergestellt und mit einer zusätzlichen mikrostrukturierten Schicht aus Mikrospikes ausgestattet sind, welche lückenlos die konvexen und konkaven Bereiche der Flächen bedecken. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung können die Rohre und Bauteile aus einem Nichteisen-Werkstoff hergestellt sein oder auch in einer weiteren Ausformung aus einem Glaswerkstoff gebildet sein. Nach einer anderen Ausführung ist es möglich, die Bauteile und Rohre aus einem Kunststoff-Werkstoff herzustellen, welche der Art der Erfindung folgend mit siπoidalen Nebenformen ausgestattet sind.
Es ist eine Anwendungsform der Rohre nach der Erfindung, dass für eine Verwendung im Verfahren der Katalyse die Mikrostrukturierung selbst mit einem Katalysatorsubstrat in einer geeigneten Ausführung beschichtet ist. In Fortführung der Erfindung wird ein Verfahren zur Anwendung gebracht, bei dem zur Hersteilung von strukturierten Bauteilen, vorzugsweise Rohren für den Einsatz in Anlagen zur Erzeugung und Verteilung von Wärmeenergie sowie zur technischen Reaktionsführung, besonders der heterogenen Katalyse, deren Wärme- und Stoffübertragung mittels flächiger Bauteile als Materialbahnen ausgebildet, vorzugsweise Rohren, Rohrgruppen- und -wänden erfolgt, wobei die Bauteile und Rohre sinoidale Nebenformen aufweisen, die mit verschiedenartigen Anordnungen unterschiedlicher Geometrien ausgebildet sind, und die Wärmeübertragung von einem im Rohrinneren strömenden Fluid auf ein das Rohr überströmendes Fluid oder in umgekehrter Richtung erfolgt, und eine Veränderung des Durchflussverhaltens des Mediums bzw. der Medien durch Störung der Grenz- und Unterschichtströmungen sowie unterschiedlicher Anteile der Kernströmungen mit Induktion erheblicher Turbulenzgrade und periodische Erhöhung der lokalen Strömungsgeschwindigkeit durch sequentielle Verengung bzw. Verringerung des mittleren Rohrquerschnitts in den Rohren erreicht wird und das Bauteil, insbesondere Rohr, mittels einer durch lonenstrahltechniken in Kombination mit Tiefätztechniken präparierten Folie vorbereitet wird und das Mikrostrukturprofil mittels galvanotechnischer Beschichtungs- und/oder mechanischer Sprühkompaktierungsverfahreπ aufgearbeitet wird, wobei die Mikro- spikes oder Mikrokörper der Mikrostrukturierung elektromechanisch und/oder ballistisch auf den Oberflächen der Bauteile und Rohre und eine frei zu gestaltende, im Vorhinein festlegbare, gefügeübergreifende Werkstoffverbindung ausgebildet wird. Unter grundsätzlicher Anwendung der erfiπdungsgemäßen Lehre aus dem Patent DE 101 59 860 C2 zum Aufbringen der Mikrostrukturen auf die Oberfläche eines mit sinoidalen Nebenformen ausgerüsteten Bauteiles, welches auch als Strukturrohr ausgebildet sein kann, insbesondere auf die konkaven und konvexen Oberflächen, werden die mit sinoidalen Nebenformen strukturierten Rohre an ihren Oberflächen mit einer ihre Oberflächen vollständig bedeckenden Mikrostrukturierung versehen. Dazu sieht die Erfindung vor, dass zum Aufbringen der Mikrostrukturen auf die Oberflächen solcher Bauteile, vor allem Rohre, ein strahlungsempfindliches, den Konturen der Körper bzw. Rohroberflächen folgendes Resistens aufgebracht wird, welches in einer Grundbeschichtung die gesamte strukturierte Oberfläche des Bauteils auch in deren konkaven Bereichen bedeckt, volfständig dem Verlauf der Konturen des ausgeformten Strukturprofiis folgt und als Grundlage für das galvanische Aufbringen einer durchgängigen Mikrostruktur aufgearbeitet wird. Der Erfindung folgend kann das strahlungsempfindliche Resisteπs in flüssiger Form zur Beschichtung der Oberfläche des Bauteils auch in Form eines Rohres oder als plane Materialbahn vorliegen, wobei erfindungsgemäß als flüssiges Resistens ein Pofycarbonat in der Art eines Lackes verwendet wird.
Es ist eine Ausgestaitungsform der Erfindung, dass für die Grundbeschichtung ein strahlungsempfindliches Resistens in Form einer Folie verwendet wird, die dünnschichtig ausgebildet ist und sich plastisch verformend, an die Konturen der Struktur anpassend, vorliegt, wobei in Weiterformung der Erfindung, die als flächiges Resistens ausgebildete Folie den Konturen des Bauteils oder Rohres angepasst, als eine endliche Fläche oder auch als geschlossene Hülle Verwendung findet.
In Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass ein strahlungsempfindlicher Lack auf die Oberfläche des Bauteils, vorliegend als strukturiertes Rohr, gleichmäßig aufgebracht wird, der in einer Strahlungskammer mit Ionen bestrahlt wird, die im rechten Winke! auf dessen Oberfläche auftreffen, wobei das Rohr vor den lonenstrahlen bewegt und einer LJV- Bestrahlung ausgesetzt ist, welche die latenten lonenspuren der Oberflächenstrukturierung sensibilisiert und danach das behandelte Rohr einer chemischen Ätzung zum Freilegen von Mikroporen zugeführt wird und die danach mit Poren ausgebildete Oberflächenbeschichtung in einem galvanischen Bad unter Einsatz von Unterschalt galvanisch behandelt wird, wobei die Mikroporen mit Kupfer ausgefüllt werden. Das galvanisch behandelte Bauteil wird einer Ätzung ausgesetzt, wobei die Grundbeschichtung aufgelöst und die aufgewachsenen Makrostrukturen freigelegt werden.
Die Erfindung folgt weiterhin einer ausgestaltenden Form, indem zur Aufbringung einer mit Mikroporen versehenen Polymembran auf ein mit Strukturen sinusförmiger Nebenformen ausgebildetes Bauteil, insbesondere Rohr, dessen Oberfläche mit einer durchgehenden flächenbedeckenden Membran in einer einzigen Umschfingung befegt wird und die Oberflächen der konkaven Partien der sinusförmigen Strukturen mittels verformendem Druck auf die Polymembran vollständig anhaftend belegt werden. In Weiterführung wird die flächendeckende Polymembran als nahtloser Schrumpfschlauch ausgebildet oder aus einem flächigen Gebilde zu einem nahttragenden Schrumpfschlauch zusammengefügt, wobei in Weiterführung der Erfindung die Polymembran in einem weichen labilen Zustand auf die Rohroberfläche gelegt, in den konkaven Partien zum Anliegen gebracht und durch Herbeiführen eines, die flächige Erstreckung verringernden Vorganges, in der Art eines Schrumpfens in eine stabile spaltfrei haftende Lage überführt wird.
Die Erfindung ist ausgebildet, wenn die Polymembran eine schlauchförmige Ausführung aufweist und in einem labilen Zustand über das Rohr geschoben wird oder in einer Variation der erfindungsgemäßen Lösung die Polymembran in einem der Rohroberfläche entsprechenden Stück um das Rohr gelegt, Stoß an Stoß gefügt und dann verbunden wird, wobei die so angestrebte Verbindung der Polymembran im Stoßbereich ohne eine
Veränderung der Eigenschaften seiner Gefügestruktur durch eine Laserbeeinflussung durchgeführt wird.
In Weiterführung der Erfindung wird das Einbringen der Potymembran in die konkaven Partien der sinusförmigen Nebenformen der Rohre bis zum spaltfreien Anliegen darin, mittels oberflächenberührender Einrichtungen, vorgenommen.
In einer Variation dieses Verfahrensschrittes wird das Einbringen der Poiymembran in die konkaven Partien der sinusförmigen Nebenformen der Rohre bis zum formschiüssigen Anliegen mittels berührungslos arbeitender Einrichtungen vorgenommen. Der mitlesende Fachmann versteht selbstverständlich, dass dieses Einbringen der Polymembran als Grundbeschichtung für den Vorgang der Mikrostrukturierung auch in solcher Form auf flächigen Bauteilen, wie Materiaibahnen, vorgenommen werden kann, ohne in weiterer Richtung erfinderisch tätig zu werden.
Der Erfindung folgend ist das Herstellen des labilen Zustandes des Materials der Polymembran durch Erwärmen dadurch erreicht, dass bei Erhalten dieses Zustandes das
Einfügen partieller Flächen in die konkaven Bereiche der sinoidalen Nebenformen des
Bauteiles, auch als Rohr vorliegend, im erwärmten, formbaren Zustand erfolgt.
Erfindungsgemäß ausgewählt wurde ein Schrumpfschlauch aus dem Material der Gruppe der
Poliofite PTFE. In Fortführung des Verfahrens wird das Herstellen eines labilen Zustandes der Grundbeschichtung durch ein Verfestigen der Membran und ein damit verbundenes
Schrumpfen auf die Rohroberfläche nach deren Einfügen in die konkaven Partien der sinoidalen Nebenformen auf der Oberfläche des Bauteiles, auch als Rohr vorliegend, vorgenommen, wobei spezifiziert auf ein flächiges Bauteil, wie eine Materialbahn bezogen, die Grundbeschichtung durch eine Polymermembran ausgebildet, durch Auflegen der Folie und formschlüssiges Einarbeiten in die konkaven Bereiche des Bauteils erfolgt.
Eine Form der erfiπdungsgemäßen Lösung kann darin gesehen werden, dass die Polymembran mit einem Haftmittel auf der Oberfläche des flächigen Bauteils, wie einer Materialbahn bzw. eines Rohres, zum Anliegen in den konkaven Bereichen der Nebenformen und zum Anhaften gebracht wird. Eine Möglichkeit der Ausführung der Erfindung kann darin gesehen werden, dass das Bauteil, ausgeführt als flächige Material bahn wählbarer Erstreckung und Dicke, mit der Polymembran einseitig bedeckt wird und die Einarbeitung der auf der Materialbahn aufliegenden Grundschicht, ausgeformt als Polymembran, in die konkaven Partien der Struktur auf einer Oberseite liegend erfolgt, wobei bei einer Anwendungsform das Bauteil mehrseitig bedeckt und die Einarbeitung der Materialbahn mehrseitig und im liegenden Zustand erfolgen kann. Nach einer Variation der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, dass die Materialbahn ein- oder mehrseitig bedeckt auf ein aufgerichtetes Bauteil eingearbeitet wird.
Weitergeformt ist die Erfindung damit, dass das Einarbeiten der Polymembran mittels senkrecht auf die Auflagefläche der Materialbahn wirkenden Press- und Andrückmechanis- men in einem oder mehreren Übergängen in die konkaven Partien der sinusförmigen Struktur vorgenommen wird. Die Erfindung ist damit sinnvoll weitergebildet, dass das Einarbeiten der Polymembran mitteis senkrecht auf die Auflagefläche der Materialbahπ wirkende Press- und Andrückmechanismen in einem oder mehrfachen Übergängen in die konkaven Partien der sinoidalen Nebenformen der Strukturen vorgenommen wird. In Varianz ist es auch erfindungsgemäß möglich, das Einarbeiten der Polymembran in die konkaven Partien der sinoidalen Nebenformen der Struktur berührungslos durchzuführen, wobei der erfindungsgemäße Erfolg auch damit erreicht werden kann, dass die mit der Polymembran als Grundschicht belegten Partien durch Luftdruckintervalle, -stoße bzw. magnetischen Druck beaufschlagt werden, wobei eine hinzugefügte Wärmebeeiπfiussung der Grundschicht durchaus förderlich sein kann, Es ist auch im Sinne der Erfindung, die Membran als Grundbeschichtung nach dem Einformen der konkaven Partien in die sinusförmigen Strukturen mittels Halteeinrichtungen, die flächig einwirken, zu fixieren. Es erfüllt auch die Erfindung, wenn die Halteeinrichtuπgen punktartig auf die Membran zur Fixierung einwirken, wobei es im Sinne der Erfindung sein kann, dass die Fixierung der Polymembran nach dem Einformen in die konkaven Partien der sinusförmigen Strukturen mit einer nochmaligen Erwärmung und einer darauf folgenden Abkühlung einhergeht. Eine Variante des Verfahrens ist darin zu sehen, dass die Fixierung der Polymembran nach dem Eiπformen in die konkaven Partien der sinusförmigen Strukturen schockartig erfolgt.
Eine verfahrensgerechte Anwendungsform der erfϊπdungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Katalysatorschicht oder mehrere Katalysatorschichten und eine an ein Trägeroxyd gebundene Katalysatorschicht oder mehrere, an verschiedene Trägeroxyde gebundene Katalysatorschichten auf die Oberfläche der Mikrostrukturierung des Rohres bzw. der flächigen Materialbahn durch Tauchbeschichtung mit oder ohne Einsatz von Haftvermittlern aufgetragen und nachfolgend eine Trocknung, Abkühlung und Stabilisierung oder Passivierung vorgenommen wird. Eine weitere vorteilhafte Fortführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Katalysatorschicht oder mehrere Katalysatorschtchten und eine an ein Trägeroxyd gebundene Kataiysatorschicht oder über mehrere Trägeroxyde gebundene Katalysatorschichten auch die Oberfläche der Mikrokörper bzw. Mikrospikes des Rohres bzw. der Materialbahn, durch Besprühen mit oder ohne Einsatz von Haftvermittlern aufgetragen und danach eine Trocknung, Abkühlung und Stabilisierung oder Passivierung vorgenommen wird.
Die Erfindung ist weiterhin ausgeformt, wenn eine Katalysatorschicht oder mehrere Schichten dieser Gattung und eine an ein Trägeroxyd gebundene Katalysatorschicht oder mehrere verschiedene gebundenen Katalysatorschichten auf die Oberfläche der Mikrokörper bzw. -spikes des Rohres bzw. der Materialbahn durch Bedampfen mit oder ohne Einsatz von Haftvermittlern und durch Plasmabeschichtung aufgetragen und danach eine Trocknung, Abkühlung und Stabilisierung oder Passivierung vorgenommen wird. In weiterer Ausführung der Erfindung wird als Haftvermittler ein Klebstoff oder mehrere Klebstoffe, eine Suspension oder mehrere Suspensionen, ein Gel oder mehrere Gele oder ein Kolloid oder mehrere Kolloide verwendet. Im Sinne der Erfindung ist es, dass das Aufbringen einer Katalysatorschicht oder mehrerer Katalysatorschichten und eine an ein Trägeroxyd gebundene Kataiysatorschicht oder mehrere an verschiedene Trägeroxyde gebundene Katalysatorschichten auf die Oberfläche der Mikrokörper eines Rohres bzw. flächigen Bauteils mittels Sintern, Tempern oder einem oder mehreren ähnlichen Oberflächen- behandlungsverfahren vorgenommen wird, wobei mit der Erfindung sinnvoll erreicht werden kann, dass die Oberflächen und mikrostrukturierten energetischen und chemischen Austauschflächen der Rohre und flächigen Materialbahnen mit sinoidalen Nebenformen ausgerüstet und den Mikrospikes als Struktur um das Zehn- bis Hundertfache gegenüber den Bauteilen und Strukturrohren mit einfachen sinoidalen Nebenformen vergrößert wird.
Die Erfindung ist damit sinnvoll erfüllt, dass die aπwendungsgerechte Ausführung des Rohres bei einer isothermen Reaktionsführung als katalytisch wirksames Substrat intensiv eingesetzt wird.
Die erfindungsgemäße Lösung wird weiterhin vervollständigt, wenn ein ebenflächiges planes Bauteil, das auf einer Fläche mit Mikrostrukturen ausgerüstet ist, durch Einwirken von Verformungskräften auf der nicht mikrostrukturierten Fläche schrittweise zu einem rohrförmigen Körper mit mikrostrukturierten Innenflächen geformt wird. Es ist im weiteren Sinne der Erfindung, dass das ebenflächige, auf einer Seite mit Mikrostrukturen ausgerüstete Bauteil zu einem Rohr geformt wird, auf dessen Innenfläche Mikrostrukturen aufgebracht sind, wobei die Verformungskräfte an den Außenflächen des anfangs planen, flachen Bauteiles angreifend, in mehreren Verformungsstufen aufgeteilt auf das Bauteil zum Einwirken gebracht sind, bis das Rohr seine endgültige Form erhält und durch Verschweißen gesichert wird.
Eine die Erfindung weiterführende Ausbildung erhält die Erfindung damit, dass das rohr- förmige, auf seinen Innenflächen mit Mikrostrukturen ausgerüstete Bauteil durch Verformen seiner Außenflächen mit sinoidalen Nebenformen strukturiert wird. Die Erfindung beinhaltet auch ein nach diesem Verfahren hergestelltes Bauteil, das unterschiedliche Querschnitte aufweisend, auf seinen Innenflächen mit Mikrostrukturen ausgerüstet ist und in einer vorteilhaften Weiterbildung eine ebenfiächige Kontur aufweist, die in Variation der Erfindung mit Strukturen, vorzugsweise aus sinoidalen Nebenformen bestehend, ausgerüstet sein kann, wobei gemäß der erfindungsgemäßen Lösung das Bauteil als komplettes Rohr ausgebildet, parallel zu seiner Längsmittenachse über eine Verbindung, vorteilhaft als Schweißnaht ausgebildet, verfügt. In Ausbildung der Erfindung weist das Bauteil als fertiges Rohr ausgeformt einen rotationssymmetrischen Querschnitt auf, wobei die Erfindung gleichzeitig dadurch ausgeführt wird, dass das Bauteil zu einem Rohr beliebigen Querschnittes geformt werden kann. Das heißt, dass der Querschnitt des Bauteils eine beliebige Form aufweisen kann.
Zu Lösung der Aufgabe wird somit ein Bauteil zur Realisierung von Wärmeübertragung und/ oder technischen Reaktionsführung, insbesondere zur Durchführung einer heterogenen Katalyse, zur Verfügung gestellt, welches wenigstens eine Oberfläche mit einer Wölbstruktur mit konkaven Partien aufweist. Erfindungsgemäß weist das Bauteil an wenigstens einer seiner Oberflächen angeordnete Mikrostrukturelemente auf.
Der Vorteil dieses erfindungsgemäßen Bauteils liegt darin, dass bei Überströmen der konkaven Wölbungen sich Turbulenzen ergeben, die bei Überströmen einer glatten
Wärmeübertragerwand nicht auftreten. Dadurch wird ein Zusetzen bzw. eine Verunreinigung der ebenfalls am Bauteil angeordneten Mikrostrukturelemente verringert oder sogar verhindert. Neben dem gesteigerten Wirkungsgrad durch Vergrößerung der
Benetzungsfläche durch die Wölbstruktur und die Mikrostruktur ergibt sich somit der Effekt der automatischen Säuberung bzw. Instandhaltung der Mikrostruktur bzw. derer Elemente.
Die Mikrostrukturelemente können dabei auch nur bereichsweise auf der Bauteiloberfläche angeordnet werden, wobei der oder durch die Mikrostruktureiemente ausgebildeten Mikrostrukturbereiche im Bereich der Wölbungen oder außerhalb der Wölbungen oder auch die Grenzbereiche der Wölbungen überdeckend angeordnet sein können. Das heißt, dass die Mikrostrukturbereiche auch nur teilweise im Bereich der Wölbungen angeordnet sein können.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die die konkaven Partien aufweisende Oberfläche zwischen den konkaven Partien konvexe Partien aufweist. Das heißt, dass auch die konvexen Partien gewölbt sind und somit die Wöibstruktur, zumindest teilweise, ausbilden.
Dabei kann der Übergang zwischen konkaver Partie und konvexer Partie entweder in einem Wendepunkt oder durch zwischen den jeweiligen Partien befindlichen geraden Oberflächenabschnitten realisiert sein.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Mikrostruktureiemente auf den jeweiligen Wölbungen der Wölbstruktur angeordnet sind.
Eine Ausführungsalternative besteht darin, dass das mit der Wölbstruktur ausgestattete Bauteil ein Rohr ist, wobei die konkaven Wölbungen in die Außen-Oberfläche des Rohres eingebracht sind und die Mikrostruktureiemente zumindest abschnittsweise auf der Innen- Oberfläche des Rohres angeordnet sind. Durch die Profilierung des Rohres werden starke Turbulenzen im Inneren des Rohres bei Durchströmung mit einer Flüssigkeit erzeugt, wobei diese Turbulenzen ein Zusetzen beziehungsweise Verkleben oder Verschmutzen der Mikrostrukturen, insbesondere der in Fließrichtung zuerst angeströmten Mikrostruktur- elementbereiche, verhindern oder zumindest verringern.
In einer erweiterten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Mikrostruktureiemente auch auf der Außenseite des Rohres angeordnet sind, insbesondere im Bereich der konkaven Wölbungen.
Die Mikrostruktureiemente sind dabei derart dicht zueinander angeordnet, dass die dadurch erzeugte Mikrostruktur eine Aufbringungsdichte von 103 bis 109 pro cm2 aufweist.
In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mikrostruktureiemente an Mikrospikes angeordnet sind, die wiederum an der mit Wölbstruktur versehenen Oberfläche angeordnet sind. Das heißt, dass Mikrostruktureiemente mit regelmäßiger oder unregelmäßiger Form an Spikes angeordnet sein können, die mit der Oberfläche verbunden sind und selbst nur eine Größenordnung im Mikrometerbereich aufweisen. Insbesoπdere für den Zweck der Durchführung einer Katalyse können die Mikrostruktur- elemente mit wenigstens einem Katalysatorsubstrat beschichtet sein.
Zur Lösung der Aufgabe wird des Weiteren ein Verfahren zur Hersteilung des erfindungs- gemäßeπ Bauteils zur Verfügung gestellt, wobei an das herzustellende Bauteil, insbesondere an ein als Rohr ausgebildetes Bauteil, die Mikrostrukturelemente mittels galvanotechnischer Beschichtungs- und/oder mechanischer Sprühkompaktierungsverfahren aufgearbeitet werden. Erfindungsgemäß wird zumindest partiell auf die Oberfläche des Bauteils, insbesondere auf die konkav und gegebenenfalls konvex gewölbten Oberflächen, ein strahiungsempfindliches, der Wölbstruktur formmäßig komplementär anpassbares oder aπgepasstes Fotoresist aufgebracht, als Grundlage für das galvanische Aufbringen einer durchgängigen Mikrostruktur.
Das Resist wird an Stelle der aus dem Stand der Technik bekannten Folie eingesetzt und lässt sich mit entsprechender Technik, insbesondere mit lonenstrahltechniken in Kombination mit Tiefätztechnik, mit mikrofeinen Poren versehen, die beim Galvanoprozess die Form und Größe der anzulagernden Mikrostrukturen bestimmen.
Der Vorteil dieses Verfahrens liegt unter anderem in der einfachen und zeit- und kostensparenden Form des Aufbringens in einem Sprüh- oder Tauchverfahrensschritt.
VorteÜhafterweise wird das strahlungsempfindliche Resist als flüssiges Resist zur Beschichtung der Oberfläche verwendet.
Das heißt, das Resist kann in Form eines Lacks beziehungsweise einer Lackschicht auf die betreffende Oberfläche oder auch als Feststoff aufgebracht werden.
Das Bauteil kann dabei in Form eines Rohres oder einer Materialbahn vorliegen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass als flüssiges strahlungsempfindliches Resist ein Polycarbonat in der Art eines Lackes verwendet wird.
In einer Verfahrensalternative kann vorgesehen sein, dass statt des erfindungsgemäßen Resists eine Folie verwendet wird, wobei diese Folie als eine flächeπdeckende
Polymermembran in Form eines nahtlosen Schrumpfschlauches ausgebildet sein kann oder aus einem flächigen Gebilde zu einem nahttragenden Schrumpfschlauch zusammengefügt werden kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Einbringen der als Polymermembran ausgestalteten Folie in die konkaven Partien der Wölbstruktur des Bauteils bis zum formschlüssigen Anliegen in den konkaven Partien im erwärmten Zustand erfolgt.
Zur Erleichterung der Aufbringung der Polymermembran wird diese durch die Wirkung eines Haftmittels auf der Oberfläche des Bauteiles, insbesondere in den konkaven Partien, zur Haftung gebracht.ln einer besonderen Verfahrensausgestaltung ist vorgesehen, dass das Einarbeiten der Polymermembraπ in die konkaven Partien berührungslos, insbesondere mittels Luftdruck, durchgeführt wird. Bevorzugt wird dabei die Druckluft in Intervallen und somit in Druckluftstößen gegen die Polymermembran gerichtet. Diese Druckluftbehandlung kann mit oder ohne Wärmebehandlung der Polymermembran vorgenommen werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird außerdem ein Herstellungsverfahren für das erfindungsgemäße Bauteil zur Verfügung gestellt, bei dem nach Erzeugung der Mikrostrukturelemente auf einer Oberfläche des Bauteils, welches zunächst eine im Wesentlichen ebene Form aufweist, Umformungskräfte derart auf das Bauteil gerichtet werden, dass dieses zu einem Rohr umgeformt wird.
Das heißt, dass das Bauteil vor seiner Umformung zum Rohr eine derartige Form hat, dass eine Beschichtung der mit Mikrostrukturelementen zu versehene Fläche relativ problemlos möglich ist. Das heißt, dass das Bauteil bei der Vorbereitung des galvanischen Prozesses bereits eine Krümmung aufweisen kann. In einer einfachen Ausgestaltung des Verfahrens ist das Bauteil allerdings völlig eben ausgeführt und wird nach Aufbringung der Mikrostrukturelemente zu einem Rohr geformt und gegebenenfalls geschweißt.
Dabei werden die Umformkräfte bevorzugt auf die nicht mit den Mikrostrukturelementen versehene Oberfläche des flächigen Bauteils gerichtet und die Umformung derart vorgenommen, dass sich die Mikrostruktur an der Innenwand des erzeugten Rohres befindet. Es lassen sich dadurch Rohre herstellen, an deren Innenseite die Mikrostruktur angeordnet ist, was mit herkömmlicher Technologie nicht realisierbar ist.
Vorzugsweise wird die Umformung schrittweise vorgenommen und nach Realisierung der Hohizylinderform die erhaltene Form mit einer geeigneten Maßnahme, wie zum Beispiel das Zuschwetßen des entstandenen Spaltes, fixiert.
in einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass erst nach Herstellung der Rohform des Bauteils und Aufbringung der Mikrostrukturelemente in das rohrförmige Bauteil die konkaven Wölbungen eingearbeitet werden. Das heißt, dass ein Rohr, welches mit der Mikrostruktur versehen wird, oder auch ein bereits mit Mikrostruktur versehenes Bauteil, weiches zu einem Rohr umgeformt wird, erst nach Aufbringung der Mikrostruktureiemente mit den konkaven und gegebenenfalls, je nach Ausgestaltung, mit den konvexen Wölbungen versehen wird. Der Vorteil liegt insbesondere in der Verfahrensausgestaltung der Umformung eines flächigen, mit Mikrostruktur versehenen Bauteils zu einem Rohr, darin, dass ein Rohr mit an der Innenoberfläche angeordneter Mikrostruktur in einfacher Weise und guter Qualität hergestellt werden kann. Ein solches Rohr lässt sich im Wesentlichen wie ein vergleichbares Rohr gleichen Materials und Querschnitts mit den konkaven und/oder konvexen Wölbungen versehen, da die Mikrostruktur nur unwesentlichen Einfluss auf das axiale Widerstandsmoment des Rohres ausübt und auf Grund der festen Verbindung der Mikrostruktureiemente keine Beschädigung dieser Elemente durch die Erzeugung der Wölbungen erfoigt.
Die Erfindung erstreckt sich außerdem auch auf ein Verfahren, bei dem die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte des Aufbringens eines Resists in Form eines Lacks mit den Verfahrensschritten des Verformeπs eines im Wesentlichen ebenen Bauteils zu einem Rohr nach bereits erfolgter Aufbringung der Mikrostruktureiemente realisiert wird.
Selbstverständlich fallen unter diese Ausgestaltung des Verfahrens auch sämtliche in den jeweiligen Unteransprücheπ genannten bevorzugten Ausführuπgsformen.
Außerdem wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Realisierung eines effizienten Wärme- und/ oder Stofftransportes und/oder einer chemischen Reaktivität im Betrieb von Anlagen zur Übertragung von Wärmeenergie und/oder technischen Reaktionsführung, insbesondere zur Durchführung einer heterogenen Katalyse, zur Verfügung gestellt, bei dem durch ein Fluid, insbesondere durch ein strömendes Fluid, Wärmeenergie übertragen wird. Erfindungsgemäß wird das Fluid mit einem erfindungsgemäßen Bauteil in Kontakt gebracht.
Vorzugsweise ist das Bauteil ein Rohr, durch welches das Fluid strömt oder strömen kann. Auf Grund der Anordnung der Wöibstrukturen wird die Oberfläche des Bauteils wesentlich erhöht, so dass je sich aus den äußeren Abmaßen bestimmender Fläche mehr Wärmeenergie übertragen werden kann als bei einer nicht gewölbten Fläche. Die aufgebrachten Mikrostruktureiemente vergrößern die Oberfläche zusätzlich sehr stark, so dass noch mehr Wärme je Flächeneinheit transportiert und somit zum Beispiel eine Abkühlung oder Erwärmung durch das entsprechend temperierte Fluid wesentlich effektiver erfolgen kann. Außerdem wird durch die Anordnung der
Mikrostruktureiemente die Ausbildung eines die Oberfläche des Bauteils zum Teil thermisch isolierenden Siedefilms verringert oder sogar unterbunden. Durch die Kombination der Wölbstruktur und der Mikrostrukturelemente ergibt sich außerdem der Effekt der von der Wölbstruktur bei Überströmung erzeugten Turbulenzen im Fluid und damit eine Verringerung des Zusetzens beziehungsweise Verhinderung von Verunreinigungen der in Anströmrichtung zuerst angeordneten Mikrostruktureiemente.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf die Verwendung eines erfiπdungsgemäßen Bauteils zur Realisierung eines effizienten Wärme- und/oder Stofftransportes und/oder einer chemischen Reaktivität im Betrieb von Anlagen zur Übertragung von Wärmeenergie und/oder technischen Reaktionsführung, insbesondere zur Durchführung einer heterogenen Katalyse, bei dem durch ein Fluid, insbesondere durch ein strömendes Fluid, Wärmeenergie übertragen wird.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung der Erhöhung der Siedeleistung mit Mikrostrukturen beschichteter Strukturrohre;
Fig. 2: eine graphische Darstellung des Wärmeflusses mit Verwendung der mikrostrukturierten Rohre;
Fig. 3; eine graphische Darstellung der Verbesserung des k-Wertes;
Fig. 4: Ausbildungen der Mikrostrukturen auf den Strukturrohren,
Fig. 4a/b: die Oberflächen von Strukturrohren mit und ohne Oberflächenstruktur, Fig. 4c: eine Darstellung des Siedevorganges bei mikrostrukturierten Strukturrohren;
Fig. 5: einen nach der Erfindung gestalteten Rohrbündelwärmeübertrager;
Fig. 6: eine Anwendung der Rohre in Reaktoren mit endothermen Reaktionsabläufen;
Fig. 7: eine Anwendung der Rohre in Reaktoren mit exothermen Reaktionsabiäufen;
Fig. 8: eine schematische Darstellung eines Rohrröhrenreaktors;
Fig. 9: eine Ausbildung einer Grundbeschichtung auf dem Strukturrohr,
Fig. 9a: einen Ausschnitt der Grundbeschichtung auf der Rohrwand mit ausgeführter Struktur; Fig. 10: eine schematische Darstellung der lonenbestrahlung zur Erzeugung der Tracks, Fig. 10a: einen vergrößerten Ausschnitt der lonenspuren;
Fig. 11: einen Vorgang der UV-Bestrahlung in einer schematischen Darstellung,
Fig. 11 a: einen Ausschnitt der Lackschicht nach Fig. 11 mit den UV-sensibilisierten Tracks;
Fig. 12: eine schematische Darstellung eines chemischen Ätzvorganges, Fig. 12a: einen Ausschnitt der Grundbeschichtung in der Struktur mit eingeätzten Mikroporen;
Fig. 13: eine schematische Darstellung des Vorganges einer galvanischen Abformung der Mikrostrukturen, Fig. 13a: einen Ausschnitt vergrößert mit in der Grundbeschichtung ausgebildeten Mikroporen;
Fig. 14: in schematischer Darstellung den Lösungsprozess zur Freilegung der Strukturoberfläche, Fig. 14a: einen vergrößerten Ausschnitt der Oberfläche des Strukturrohres mit darauf befindlichen Mikrostrukturen;
Fig. 15: eine Ausführungsart des Aufbringen der Membran in einer schematischeπ Darstellung in einer Vorderansicht;
Fig. 16: eine weitere Ausführungsart des Aufbringens der Membran in einer schematischen Darstellung in einer Seitenansicht;
Fig. 17: eine andere Ausführungsart des Aufbringen der Membran in einer sche- matischen Darstellung in einer Seitenansicht;
Fig. 18: eine schematische Darstellung eines Durchlaufs des mit einer Membran belegten Rohres;
Fig. 19: das Andrücken der Polymermembran in die konkaven Bereiche;
Fig. 20: das Andrücken der Polymermembraπ in einem berührungslosen Vorgang; Fig. 21 : eine Form des Andrücken der Polymermembran auf ein Rohr mit flexiblen Rollen in einer Vorderansicht;
Fig. 22: einen Durchlauf des Aufbringens und berühruπgslosen Rxierens der Polymermembran in einer graphischen Darstellung, abgebildet in den Bereichen I, II, III;
Fig. 23: eine Darstellung des formschlüssigen Aufbringen der Membran auf ein platten- förmiges Bauteil;
Fig. 24: eine Darstellung eines durch Verformung hergestellten rohrförmigen Bauteiles mit mikrostrukturierter Innenfläche;
Fig. 25: eine erste Verformungsstufe bei der Herstellung eines rohrförmigen Bauteiles mit mikrostrukturierter Innenfläche;
Fig. 26: eine zweite Verformungsstufe;
Fig. 27: eine dritte Verformungsstufe mit untergestelltem Amboss;
Fig. 28: eine vierte Verformungsstufe mit untergestelltem Amboss und Figuration eines Halbrohres;
Fig. 29: eine weitere Verformungsstufe mit seitlich angelegten Spannbacken und unter- gestelltem Amboss;
Fig. 30: eine abschließende Verformungsstufe mit fertig geformtem Bauteil und
Fig. 31 : ein in Haltebacken eingeführtes fertig geformtes Bauteil zum Aufbringen der Verbindungsnaht
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Erhöhung der Wärmeleistung, dargestellt in einem Koordinatensystem im Vergleich mit anderen Rohrarten. Dabei ist die Temperatur auf der horizontalen Achse und der Wärmekoeffizient auf der vertikalen Achse aufgetragen. Die gestrichelte Linie ist für die Darstellung eines Wärmekoeffizienten eines Glattmantelrohres, die strichpunktierte Linie unmittelbar darüber für die Darstellung des Wärmekoeffizienten eines mit stnoidalen Nebenformen versehenen Strukturrohres vorgesehen und die punktierte Linie stellt die Wärmeübertragungsleistung eines mit Mikrostrukturen versehenen Strukturrohres mit sinoidaien Nebenformen dar. Ein mit der Materie vertrauter Fachmann erkennt unschwer, dass hier eine vielfache Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung bei den erfindungsgemäß ausgebildeten mikrostrukturierten Rohren gegenüber anderen Rohrarten erzielt worden ist.
Fig. 2 zeigt in einer graphischen Darstellung im Vergleich mit Giattrohren, einfach strukturierten Rohren und mit Mi kro strukturen ausgerüsteten Strukturrohren die Verbesserung des Wärmeflusses. Der mitlesende Fachmann erkennt sofort, dass der Wärmefluss sich bedeutend erhöht, wenn die mit sinoidaien Nebenformen ausgerüsteten Rohre mit Mikrostrukturen versehen sind.
Die graphische Darstellung gemäß Fig. 3 zeigt eine Verbesserung des k-Wertes, die bei mit sinoidaien Nebenformen versehenen Rohren erreicht wird, deren Oberfläche mit Mikrσ- Strukturen versehen ist. Der k-Wert steigt gegenüber dem mit normalen sinoidaien Nebenformen versehenen Rohr, gegenüber einem mit Mikrostrukturen versehenen Rohr gleicher Art von 4000 W/m2K auf 9000 WAm2K.
Fig. 4 zeigt die Lage und Anordnung der Mikrostrukturen auf einem Rohr mit sinoidaien Nebenformen. Fig. 4a und 4b zeigen die Ausbildung der Oberflächen von Rohren mit sinoidaien Nebenformen, bei denen ein Rohr gemäß Fig. 4a eine blanke Oberfläche und gemäß Fig. 4b eine mit Mikrostrukturen bedeckte Oberfläche aufweist. Hier ist zu erkennen, dass die konkav ausgebildeten Strukturflächen nicht mit Mikrostrukturen bedeckt sind. Fig. 4c stellt einen Siedevorgang vor, aus dem erkennbar ist, dass das Siedebild sehr aufgelockert und intensiv ist.
Die Fig. 5 stellt eine Verwendung der mikrostrukturierten, mit sinoidaien Nebenformen ausgestatteten Rohre in einem Rohrbündel-Wärmeübertrager 1 vor. Der Eintritt des Wärmeübertragermediums ist mit dem Pfeii 4 gekennzeichnet und dessen Austritt aus dem Wärme- Übertrager mit dem Pfeil 5. Der Pfeil 2 kennzeichnet den Eintritt unterkühlter oder siedender Flüssigkeit in den Wärmeübertrager, die ohne Dampf eingeführt werden soll, die nach einer Reaktionszeit im Reaktor als Satt- oder Nassdampf wieder aus dem Wärmeübertrager 1 beim Pfeil 3 austritt. Der mit sinoidafen Nebenformen versehene, an ihren äußeren Oberflächen mikrostrukturierten Rohren 6 ausgerüstete Wärmeübertrager 1 enthält zwischen den Rohren 6 ein Medium, das als heißes Wasser oder Ö! eingeführt, sich im Rohrbündel-Wärmeübertrager 1 abkühlt. Das Medium kann aber auch Dampf, vorliegend als Satt- oder Nassdampf sein, der an den Rohren 6 vollständig oder teilweise kondensiert. Im Wärmeübertrager 1 dieser Art fließt das Wärmeübertragermedium durch die Rohre 6 des Wärmeübertragers 1 in Richtung seiner Längsachse und tritt in Richtung des Pfeiles 5 aus. Dabei kann es für eine einwandfreie Funktion erforderlich sein, dass das verdampfende Medium, welches um die Rohre 6 fließt, sehr rein ist, weil sich die Mikrostrukturen der Rohre zusetzen und verstopfen können. Vorzugsweise finden Kältemittel, Silikonöle sowie hochreines Wasserkondensat und andere Stoffe Verwendung. Der mit Vorgängen dieser Art vertraute Fachmann erkennt ohne weiteres, dass in einem, mit mikrostrukturierten Oberflächen und sinoidalen Nebenformen versehenen Rohren ausgerüsteten Rohrbündel-Wärmeübertrager 1 die Rohre als Kondensatorrohre Verwendung finden. Bei derartigen Übertragertypen ist das Wärmeübertrager- medium kalt und das dampfförmige Medium, welches um die Röhre strömt, wird zum Auskondensieren gebracht.
Weitere Anwendungsgebiete der erfindungsgemäßen Rohre und Bauteile sind in der Polymerisation, z. B. Venylchlorid zu PVC, sowie in der Stoffspaltung, wie z. B. in der Entparaffinierung von Erdöl und anderen organischen Ölen angesiedelt. Diese Vorgänge, dargestellt in grundsätzlichen Ausführungsbeispielen, sollen auszugsweise unter Verwendung der Reaktionen in der Nähe einer Rohrwand 9 eines sinoidale Nebenformen aufweisende mikrostrukturierten Rohres 20 erläutert werden. Am Beispiel einer Entstickung, in einem endothermen Vorgang ablaufend, zeigen in Fig. 6 die Pfeile 10 den Wärmetransport aus dem Inneren des Rohres an die Rohrwand 9, die an ihrer äußeren Oberfläche mit Mikrostrukturen 8 versehen und katalytisch wirksam werden soll. Das Schaubild zeigt in einer abgehenden Richtung die Aufspaltung in N2 und O2 und in einer auf die Mikrostrukturen gewandten Richtung den Zugang von NO.
in Fig. 7 ist im Ablauf eines exothermen Vorganges der Abtransport der Wärme von den Rohrwänden 9 gezeigt; die auf ihrer Außenfläche mit sinoidalen Nebenformen versehen sind und Mikrostrukturen tragen. Dabei wird das CO auf die katalytisch wirkende Mikrostruktur der Rohroberfläche gerichtet und geht als CO2 von dieser ab. Der mitlesende Fachmann erkennt aus solcher ausschnittsweisen Darstellung, dass sich die Reaktionszone grundsätzlich um die Rohre herum erstreckt und der Katalysator sich nur im Bereich der mikrostrukturierten Zone befindet. Die Mikrostruktur 8 kann dabei selbst aus katalytischem Material bestehen( z. B. aus Kupfer oder Nickel. Eine weitere Möglichkeit der Anwendung ist darin zu sehen, dass die Mikrostruktur 8 mit einer kataiytisch wirkenden Schicht, beispielsweise bestehend aus Metalloxyden oder edlen Metallen, bedeckt ist. Der mitlesende Fachmann erkennt ohne weiteres, dass sich hier im Vergleich von Glattmanteirohren oder Rohren mit sinoidalen Nebenformen eine signifikant vergrößerte Oberfläche ergibt. Dieser Vorgang findet grundsätzliche Anwendung im Bereich der Synthese, z. B. im Fischer-Tropsch-Prozess, dargesteilt in der prinzipiellen Formel
Katalysator nCO + (n+l)H2O → H2(CH2) n + 1/2(n+l)O2
bei der Polymerisation, z. B. Venylchlorid zu PVC.
Weitere Reaktionsprozesse finden sich in der Stoffspaltung, wie der Entparaffinierung von Erdöl oder der Vergasung von organischen Ölen, dargestellt in der Formel zur Spaitgas- erzeug ung:
Katalysator H2(CH2Jn + (n+l)H2→ nCH4
In den Formeln bedeuten:
CO Kohlenmonoxid
H2 molekularer Wasserstoff
O2 molekularer Sauerstoff CH2 Kohlenwasserstoff monomer
H2(CH2Jn n-giiedriges Alkali
CH Methan n Anzahl der Monomere
Die erfindungsgemäße Lösung kann auch in anderen Apparatetypen, wie z. B. in Röhrenreaktoren, Verwendung finden, z. B. gemäß dem in Fig. 8 gezeigten Röhreπreaktor, der sich von den Apparaturen gemäß Fig. 5 dadurch unterscheidet, dass er ein hohes Raum- und Ausrüstungsvolumen aufweist. Die Rohre sind senkrecht angeordnet und die Reaktion verläuft in der Regel an einem Rohr. Hier ist die Umkehrung der Anwendbarkeit der mit sinoidalen Nebenformen und Mikrostrukturen ausgerüsteten Rohre sinnvoll. Die Fig. 8 zeigt hierbei einen Reaktor mit Schlangenrohrbündein in Gaszügen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Eintritt des Gases in Richtung des Pfeiles 13 oder alternativ in einer anderen Wirkrichtung gemäß dem Pfeil 13' angezeigt. Das Wärmeübertragermedium wird beim Pfeil 14 in den Reaktor eingeführt und verlässt ihn In Richtung des Pfeiles 14\ Eine ähnliche Verwendbarkeit findet diese Technologie auch in Fahnenrohrbündein weiterer Reaktoren.
Die in den vorgenannten Arten von Wärmeübertragern und Reaktoren verwendeten, mit Mikrostruktur versehenen Rohre mit sinoϊdalen Nebenformen haben in den konkav ausgebildeten Nebenformen keine mikrostrukturierte Oberfläche. Sie gewährleisten jedoch eine hochgradige Ausnutzung der Vorteile der Mikrostrukturierung auf Strukturrohren dieser Art und füllen die erfindungsgemäße Lösung aus. Gemäß der Darstellung nach Fig. 9 und den folgenden Figuren soll anhand des Ausführungsbeispieles ein Rohrtyp mit sinoidalen Nebenformen vorgestellt werden, dessen konkave Flächen der Struktur aus Nebenformen einschließlich der nicht strukturierten Oberflächen vollständig mit Mikrostrukturen bedeckt ist. Die dargestellte Lösung erhöht den Übertragungseffekt der Makrostruktur durch die vergrößerte Wirkfläche um ein Mehrfaches. Sie werden gemäß einer Technologie hergestellt, deren Verfahrensverlauf nachfolgend dargestellt werden soll:
Fig. 9 zeigt in dem Abschnitt eines strukturierten Rohres 20, vorbereitet für die Herstellung einer Grundbeschichtung, hier als ionenstrahlempfiπdliche Lackschicht 32, die vorzugsweise mit Polycarbonat 34 ausgebildet ist. Im Ausführungsbeispiel wird der Rohrabschnitt 20 in ein Lackbad getaucht und vollständig mit seiner Oberfläche, in der die sinoidalen Strukturen eingearbeitet sind, von dem Lack 32 lückenlos umschlossen. Dabei kann die Lackschicht 32 in ihrer flexiblen Wirkungsweise in die Nebenform 16 der Struktur der Rohroberfläche einfließen und sie lückenlos bedecken, so wie es in Fig. 9a dargestellt worden ist.
Eine Weiterführung des Verfahrens zeigt die Fig. 10. Hier wird das Rohr 20 oder der Rohrabschnitt einer lonenbestrahluπg ausgesetzt. Die Bestrahlungsrichtung erfolgt senkrecht auf die Rohrachse, so wie es die Pfeile 36 angeben und treffen dabei sowohl auf die strukturierten Nebenformen 16 als auch auf die nicht strukturierten Oberflächen des Rohres 20 auf, das dabei um seine Längsmittenachse rotiert, so wie es der Pfeil 35 angibt. Fig. 10a zeigt hierbei eine Einzelheit des der lonenbestrahlung ausgesetzten Rohres 20 im partiellen Bereich einer konkav ausgebildeten Struktur. Durch die lonenbestrahlung werden in der nun vergleichsmäßigen Lackschicht 32 latente lonenspuren, so genannte Tracks, ausgebildet, so wie es die Pfeile 37 zeigen, welche auf die Lackschicht 32 gerichtet sind.
Gemäß Fig. 11 erhält das Rohr 20 mit der Lackschicht 32 anschließend im Verfahrensverlauf eine UV-Bestrahlung, die von allen Seiten, wie mit den Pfeilen 38 dargestellt, auf die Rohroberfläche gerichtet ist. Die UV-Bestrahlung sensibilisiert die latenten lonenspuren 37 der sich ausbildenden Tracks in der Lackschicht 32, so wie in Fig. 11a in einem vergrößerten Ausschnitt dargestellt. Während der UV-Bestrahlung soll das Rohr nicht rotieren, da die UV- Bestrahlung in einer geschlossenen Kammer erfolgt und allseitig auf die Lackoberfiäche auftrifft. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt die chemische Ätzung der jetzt bestrahlten Grundschicht aus Polycarbonatlack 32 in einem Ätzbad 39, in dem es eine bestimmte Zeit verweilt. Bei der chemischen Ätzung werden die Temperatur und die Ätzkonzentration des Ätzbades so eingestellt und durch Rührung bewegt, dass die latenten lonenspuren ausgeätzt werden und sich dabei Mikroporen 40 in der Lackschicht 32 ausbilden, so wie es in Fig. 12a in einem Ausschnitt sichtbar ist. Dabei erhält der Polycarbonatlack 32 auf der Oberfläche eine definierte Porosität. Die Mikroporen 40 durchdringen die Lackschicht 32 und legen die betroffenen Oberflächen des Rohres 20 frei, damit in der Galvanoabformung gemäß Fig. 13 die Mikrostrukturen auf dem Rohr 20 hergestellt werden können. Dazu wird das Rohr 20 mit dem porösen Oberflächenfack als Kathode kontaktiert und in das galvanische Abscheidebad 33 eingelassen, in dem ein Cu-Elektrolyt enthalten ist. Durch den Galvanisierungsprozess werden in den Mikroporen 40 die Mikrostrukturen 44 zum Aufwachsen gebracht, indem sie diese ausfüilen, so wie es in der Fig. 13a dargestellt ist. Hier wachsen von der Oberfläche des Rohres 20 die Mikrostrukturen 44 in Form von Mikrospikes in der Lackschicht 32 auf. Als letzter Verfahrensschritt wird die mit Mikrostrukturen ausgestattete Oberfläche freigelegt, wie es in Fig. 14 vorgestellt wird, indem das Rohr 20 in ein Lösungsmittelbad 45 getaucht wird. Dabei wird die Grundbeschichtung, hier als Lackschicht 32 ausgebildet, abgelöst und die mikrostrukturierte Oberfläche des Rohres 20 mit Nebenformen herausgebildet. Die so hergestellte Mikrostruktur 8 bedeckt jetzt, so wie es in Fig. 14a gezeigt ist, lückenlos und gleichmäßig die gesamte Oberfläche des mit sinoidalen Nebenformen strukturierten Rohres sowohl auf seinen konkaven als auch den konvexen Partien.
in einer andersartigen Ausführungsart des Verfahrens zur Mikrostrukturierung ist ein mit sinoidalen Nebenformen versehenes Strukturrohr 20 dargestellt. Auf dieses nach Fig. 15 ausgebildete Rohr 20 wird ein Folienschlauch 21 als Grundbeschichtung aufgezogen, der als Polymermembran für den Vorgang der Mikrostrukturierung vorgesehen und entsprechend aufbereitet worden ist. Der mitlesende Fachmann erkennt hier ohne weiteres, dass es sich um einen Schrumpfschlauch handelt. Die Aufbereitung erfolgt damit, dass der Schlauch 21 bis zu einem bestimmten Zustand erwärmt worden ist und sich dabei ausdehnt. Durch die Ausdehnung vergrößert sich die radiale Erstreckung und eignet sich dazu, das Rohr über eine bestimmte Länge eines Längenabschnitts oder über die Gesamterstreckung des Rohres durch Aufschieben auf das Rohr oder Einschieben des Rohres 20 in den Schlauch 21 zu bedecken. Dabei überdeckt der Schlauch 21 die konvexen und konkaven Bereiche des Rohres 20. Vor seinem Abkühlen soll die radiale Erstreckung des Rohres 20 in einer losen Auflage vorliegen und das Rohr 20 in einer partiell anliegenden Form umschlungen sein.
Nach dem Abkühlen und Schrumpfen des Schlauches 21 wird die Struktur der Nebenform in einem vollständigen Formschluss bedeckt, wie in Fig. 16 dargestellt. Eine andere Ausführuπgsform des Einhüllens des Strukturrohres 20 ist in Fig. 17 erläutert. Sie zeigt, dass das Rohr 20 über die konvexen Bereiche des Rohres 20 hinweg in einem vorbestimmten Abschnitt seiner Längserstreckung von einer flächigen Ummantelungsfolie 22 in einem Umschlingungsvorgang umhüllt und gemäß Fig. 18 dadurch beendet wird, dass die Foiie 22 Stoß an Stoß in Richtung der Längsmittenachse des Rohres mit einer Naht verschlossen wird.
Gemäß den Fig. 15 bis 18 liegt der Foiienschlauch 21 , wie auch die Ummantelungsfolien 22 lose haftend, nicht formschlüssig auf der Oberfläche des Strukturrohres 20 auf. Eine erstgedachte Möglichkeit, die Ummanteluπg, ob Schlauch 21 oder Folie 22, zum Formschluss zu bringen, wird darin gesehen, die Folie durch Abkühlung auf das Rohr 20 aufzuschrumpfen. Dieser Vorgang könnte unvollständig sein, weil die Folie 22 die konkaven Bereiche 16 des Strukturrohres 20 nicht formschlüssig berührt, sondern durch den Schrumpfvorgang über diese gespannt wird.
Eine Möglichkeit, die konkaven Bereiche des Strukturrohres 20 mit den Ummantelungsfolien 22 formschlüssig zu bedecken, ist darin zu sehen, dass gemäß Fig. 19 das Rohr 20 durch eine Kammer 24 konzentrisch angeordnet geführt wird. Die Innenwände der Kammer 24 sind mit Anpresselementen 25, z. B. festen Borsten und/oder flexiblen, schnellausdehnungs- fähigen Stoffen versehen, welche die Ummantelungsfolie 22 bzw. den Folienschlauch 21 im noch weichen, gewärmten Zustand formschlüssig in die konkaven Bereiche der siπoidalen Nebenformen pressen, so wie es in Fig. 22 im Abschnitt H grundsätzlich eingeordnet ist.
Fig. 20 zeigt eine weitere Ausführungsart der formschlüssigen Aufbringung der Ummanteiung 22 oder des Folienschlauchs 21 durch ein Einführen des Rohres 20 in eine Kammer 24 in einer konzentrischen Lage. In der Kammer 24 sind Hochdruckdüsen 26 eingeordnet, deren
Druckstrahl auf den Folienschlauch 21 oder auf die Ummantelungsfoiie 22 gerichtet ist, die das Strukturrohr 20 überdecken. Die Hochdruckdüsen 26 können einen warm- oder kalttemperierten Druckstrahl erzeugen, der je nach Folienart der Grundbeschichtung, ausgeführt als Mantel oder Schlauch 21 , diese formschlüssig in die konkaven Bereiche der siπoidaien Nebenformen des Strukturrohres 20 eindrückt.
Eine weitere Ausführungsart zeigt die Fig. 21. Hier ist das Rohr 20 abschnittsweise zu sehen. Der Abschnitt ist mit einem Folienschlauch 21 oder mit einer Ummantelungsfoiie 22 ausgestattet, die in einem flexiblen, ausführungsgemäß erwärmten Zustand sind, im Verlaufsbereich der Strukturen 16 sind in Richtung der Läπgsmittenachse des Rohres 20 Andruckrollen 18; 18'; 18" zu sehen, die auf den Umfang entsprechend der Lage der konkaven Bereiche der Nebenformen angeordnet sind. Die Andruckrollen 18; 18'; 18" bestehen aus einem festen Kern, dem eine flexible, anpassbare Beschichtung zugeordnet ist. Sie können einen eigenen Antrieb besitzen oder durch Rollreibung auf dem Rohr 20 bewegt werden, das in Richtung der Rollen vorwärts transportiert wird und durch diese geführt verläuft. Die flexible Beschichtung dringt beim Durchlauf des Rohres 20 in die konkaven Bereiche der sinoidalen Nebenformen ein und presst die noch weiche flexible Ummantelungsfolie 22 oder den Foüenschlauch 21 , jetzt als Grundbeschichtung anliegend, formschiüssig in diese Bereiche ein. Diese Art des Einpressens der Ummantelungsfolie 22 in die konkaven Bereiche der Struktur 16 wird dadurch abgeschlossen, dass eine Fixierung der eingepressten und formschlüssig anliegenden Struktur erfolgt.
Fig. 22 zeigt in schematischer Form den Vorgang des Durchlaufens eines mit einer Ummantelung 22 oder einem Folienschlauch 21 umschfossenen Strukturrohres 20. Der besseren Übersicht halber sind die Bereiche mit römischen Ziffern I; Ii und III bezeichnet. Im Bereich I ist das Strukturrohr 20 im Aufziehbereich 28 mit einem Folienschlauch 21 oder einer Ummantelungsfolie 22 ausgestattet und wird durch Erwärmungsdüsen 3O1 die auf seinem Umfang verteilt sind, temperiert gehalten. Es wird dann in den Bereich Il bewegt, der mit Berührung oder berührungslos den Folienschlauch 21 oder die Ummantelungsfolie 22 formschlüssig in die konkaven Bereiche der Struktur 16 einformt. Der Abschnitt Hl, in den das Rohr 20 oder der Rohrabschnitt bewegt wird, ist der Abkühlbereich 29. In diesem Bereich wird die formschlüssig anliegende Ummantelung 22 des Strukturrohres 20 mit Kühidüsen 31 behandelt, die auf seinem Umfang verteilt sind und einen Schrumpfvorgang einleiten, der so ausgebildet ist, dass die Ummantelung 21, 22 schrumpft, ohne den Formschiuss aus den konkaven Bereichen zu zerstören. Das jetzt vorliegende ummantelte Rohr 20 weist eine in allen Bereichen des Strukturrohres 20 formschlüssig anliegende Ummantelungsfolie 22 als Polymermembran auf und ist für die Aufbringung der Mikrostruktur 8 sowohl in den konvexen als auch in den konkaven Abschnitten des Strukturrohres 20 vorbereitet.
Fig. 23 zeigt die grundsätzliche Darstellung eines planparallelen, geradflächigeπ Bauteils 15 mit angeformten sinoidalen Nebenformen, auf das die Polymermembran in Form einer
Ummantelungsfoiie 17 aufgelegt ist. Durch die lose Auflage der Folie 17 ist diese noch nicht in die Strukturen 16 des Bauteiles 15 formschlüssig eingeordnet. Der Formschiuss erfolgt durch Rollen 18; 18', die auf der oberen und unteren Fläche des Bauteils 15 ausführungsgerecht gegenüberliegend angeordnet sind und über eine flexible Beschichtung verfügen, welche beim Überrollen der konkaven partiellen Bereiche des Bauteils 15 die Folie
17 in der Struktur 16 formschlüssig zum Anliegen bringt. Eine darauf folgende Verfestigung der Folie 17 ist so vorgesehen, dass die Folie 17 in den konkaven Bereichen in einem Formschfuss mit dem Bauteil verbleibt.
Der mitlesende Fachmann erkennt, dass hier zur Realisierung des technologischen Vorganges eine Ummantelungsfoüe 22 oder flächige Folie 17 benötigt wird, deren molekulare Struktur so ausgebildet ist, dass sie ein freies Schrumpfen zulässt. Dabei darf die Ummantelung oder Bedeckung des Bauteils beim Krumpfen der Folie 22; 17, die als Polymermembran bei der Durchführung der Katalyse zum Herstellen der Mikrostruktur Verwendung findet, nicht aus dem Formschluss mit den konkaven Bereichen gelangen. Die Polymermembran kann dazu aus Poliofilen PTFE bestehen, das handelsüblich ist und die erwünschten Eigenschaften aufweist. Der daraus gefertigte Schrumpfschlauch wird als Vilonschrumpfschlauch eingesetzt. Die Erfindung sieht deshalb vor, dass der Bereich III als Kühlbereich so auszubilden ist, dass der ummantelte mit einem Formschluss versehene Rohrabschluss nicht nur abgekühlt und zum Schrumpfen gebracht, sondern während des Schrumpfvorganges mit haltenden Anpresselementen in der Art, wie in Fig. 19 dargestellt, ausgerüstet werden kann. Dazu ist der Bereich IH so zu verlängern, dass große Längsabschnitte des Rohres 20 bzw. Bauteiles 15 gleichzeitig ummantelt werden. Eine weitere Ausführungsart kann darin erkannt werden, dass der Bereich II! mit Hochdruckdüsen, wie vorstehend gezeigt, versehen wird, die jedoch in einer das Bauteil bzw. das Rohr ummantelnden Kammer arbeiten und schockartig mit sehr hohem Druck die Folie formschlüssig in den konkaven Abschnitten während des schockartigen Kühlungsvorganges hält und abkühlt. Eine weitere Ausführungsart besteht darin, den Schrumpfschlauch als Schlauch bzw. als flächig zusammengeführtes Gebilde auszuführen und dessen Innenseite, also die zum Bauteil gewandte Seite, mit einem Haftmitte! zu versehen, der nach dem Andrücken auf der Oberfläche des Bauteils insbesondere in den konkaven Bereichen der Polymermembran formschlüssig zur Haftung gebracht wird. Der mit der Materie vertraute Fachmann sieht dabei sofort, dass dieses Haftmittel so ausgelegt werden muss, dass der Katalysevorgang auf den mit sinoidalen Nebenformen versehenen Rohren oder flächigen Materialbahnen nicht beeinträchtigt wird. Die technischen Informationen des Ausführungsbeispiels lassen eindeutig erkennen, dass beginnend mit der Fig. 15 Ausführungsarten des Aufbringens der Grundbeschichtung dargestellt sind, wie in Fig. 9 mit Verwendung der Lackschicht 32 ausgeführt wurde. Der auf der Höhe seines Fachwissens befindliche Fachmann erkennt selbstverständlich, dass im Verfahrensverlauf eine Weiterbearbeitung der Grundschichten erfolgen muss, in der Art, wie sie in Fig. 10 und weiteren Figuren dargestellt worden ist. Grundsätzlich weicht die Form der Weiterbearbeitung nicht vom Stand der Technik des Aufbringen von Mikrostrukturen auf Metallkörpern ab.
Der mit der Lösung einer derartigen Aufgabe beauftragte Fachmann ist jetzt bei Vorliegen der Iπformationen ohne weiteres in der Lage, die hier vorgelegten Hinweise zum technischen Handeln, die weitestgehend auf Körper mit gleichmäßig oder ungleichmäßig gekrümmten Oberflächen ausgebildet sind, auf Bauteile zu übertragen, die in Form von Materiaibahnen ausgebildet sind. Die mechanischen sowie chemischen und elektrolytischen Vorgänge sind so gleichartig anzuwenden, dass ein erfinderisches Zutun nicht notwendig ist, um auf Bauteile, deren ebenen Oberflächen Strukturen mit sinoidalen Formen ausgebildet sind, Mikrostrukturen in einem galvanischen Prozess aufzuformen. Der technische Fortschritt und die erfinderische Leistung bestehen darin, dass es eindeutig dargestellt ist, dass Rohre und Bauteile so mit Mikrostrukturen zu versehen sind, dass nicht nur ihre konvexen Teile der Oberflächen, sondern auch ihre konkaven Strukturen mit MikroStrukturen bedeckt werden können und damit die Reaktionsoberfläche der MikroStrukturen, sei es zur Übertragung von Wärme oder für chemische oder katalytische Reaktionen, vergrößert worden ist.
Fig. 24 zeigt ein Bauteil 47, das zu einem Rohr 46 verformt ist und mit einer Längsnaht verschweißt worden ist. Auf der Innenseite des Rohres 46 sind Mikrostrukturen so angeordnet, dass sie eine weitestgehend geschlossene, mikrostrukturierte Innenfläche 48 ausbilden.
Fig. 25 zeigt einen ersten Verfahrensschritt zum Herstellen eines Rohres 46 aus einem planen, ebenen Bauteil 47, von dem eine Fläche mit MikroStrukturen 48 ausgerüstet ist. Das Bauteil 47 ist zwischen Spannbacken 51 ; 51' eingespannt und für einen Verformungsvorgang vorbereitet. Dabei ist die Fläche mit den Mikrostrukturen so angeordnet, dass sie die Innenfläche des später geformten Rohres ausbilden kann.
Fig. 26 zeigt einen ersten Fortschritt der Verformung des Bauteiles 47, indem die Spaπnbacken 51 ; 51 ' mit einer nach innen und oben gerichteten Verformungsbewegung das plane Bauteil 47 in eine zur Innenfläche 48 konkave Form bewegen und in der Weiterbewegung gemäß Fig. 27 das Bauteil 47 weiter verformend auf einen Amboss 52 aufliegend, der einen Haltedruck erzeugt, mit Hilfe dessen in einer Weiterbewegung der Spannbacken 51 ; 51 ' das Bauteil 47 in die Form gemäß Fig. 28 zu einem Halbrohr geformt wird. Zur Weiterverformung werden an die Außenfläche des jetzt vorliegenden Halbrohres Formstempel 53; 54 angelegt, welche das Bauteil 47, anfangs als Halbrohr mit noch gestreckten Schenkeln vorliegend, stufenweise durch Zusammenführen der Formstempel 53; 54 dem Bauteil 47 mit gleitendem Verformungsvorgang die endgültige rohrförmige Gestaltung verleihen, so wie es in Fig. 30 dargestellt ist. Hier ist das Rohr, mit seinen Außenkanten zusammenstoßend, noch nicht verbunden. Es ist vorteilhaft, dass die jetzt zusammengeführten Formstempel 53; 54 sowie der Amboss 52 ihre Konfiguration beibehaltend, in eine um das Rohr drehende Bewegung versetzt werden, um damit dem noch nicht verbundenen Rohr eine gleichförmig gekrümmte Kontur und einen kreisförmig ausgebildeten Querschnitt zu geben.
Weiter wird in Fig. 31 dargestellt, dass im weiter fortschreitenden Verformungsvorgang das rotationssymmetrisch verformte Bauteil 47 Haltebacken 55; 55' aufnimmt, welche das rohrförmige Bauteil 47 zwischen sich aufnehmend für ein Verschweißen des Materialstoßes für einen Schweißkopf 56 zuführen, der mit einer durchgehenden Schweißnaht 57 das jetzt fertiggestellte Rohr 46 für eine Ablage zur Komplettierung bereitstellt.
Bezugszeichen
1 Röhrbündel-Wärmeüberträger
2, 4, 13, 13' Eintritt
3, 5, 14 Austritt
6 mikrostrukturierte Siederohre
7 Medium
8 Mikrostrukturen
9 Rohrwand
10, 11 Wärmetransport
12 Röhrenreaktor
15 Bauteil
16 Struktur
17 Folie
18, 18', 18" Rollen
19 flexible Beschichtuπg
20 Strukturrohr
21 Folieπschlauch
22 Ummantelungsfolie
23 Naht
24 Kammer
25 Anpressθlemente
26 Hochdruckdüsen
27 Anpressbereich
28 Aufzieh be reich
29 Kühlungsbereich
30 Heizdüsen
31 Kühldüsen
32 Lackschicht
33 Behälter
34 Polycarbonat
35, 36, 38 Pfeil
37 lonenspuren
39 Ätzbad
40 Mikroporen 41 , 42 Polung
43 Cu-Elektro!ytbad
44 Mikrospikes (Mikrostruktur)
45 Lösungsmittel
46 Rohr
47 Bauteil
48 mikrostrukturierte Innenfläche
49 sinoidale Nebenformen
50 Verbindungsnaht
51, 51 ' Spannbacken
52 Amboss
53, 54 Formstempel
55, 551 Haltebacken
56 Schweißkopf
57 Schweißnaht

Claims

Patentansprüche
1. Bauteil zur Realisierung von Wärmeübertragung und/oder technischen Reaktionsführung, insbesondere zur Durchführung einer heterogenen Katalyse, mit wenigstens einer Oberfläche, die eine Wölbstruktur mit konkaven Partien aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil an wenigstens einer seiner Oberflächen angeordnete Mikrostrukturelemente aufweist.
2. Bauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die die konkaven Partien aufweisende Oberfläche zwischen den konkaven Partien konvexe Partien aufweist.
3. Bauteil nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturelemente auf den jeweiligen Wölbungen der Wöfbstruktur angeordnet sind.
4. Bauteil nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Wölbstruktur ausgestattete Bauteil ein Rohr ist, wobei die konkaven Wölbungen in die Außen-Oberfläche des Rohres eingebracht sind und die Mikrostrukturelemente zumindest abschnittsweise auf der Innen-Oberfläche des Rohres angeordnet sind.
5. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturelemente auch auf der Außenseite des Rohres angeordnet sind.
6. Bauteil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturelemente eine Aufbringungsdichte von 103 bis 10B pro cm2 aufweisen.
7. Bauteil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturelemente an Mikrospikes angeordnet sind, die wiederum an der mit Wölbstruktur versehenen Oberfläche angeordnet sind,
8. Bauteil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Mikrostrukturelemente, insbesondere für den Zweck der Durchführung einer Katalyse, mit wenigstens einem Katalysatorsubstrat beschichtet sind.
9. Verfahren zur Hersteilung eines Bauteils gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei an das herzustellende Bauteil, insbesondere an ein als Rohr ausgebildetes
Bauteil, die Mikrostrukturelemente mittels galvanotechnischer Beschichtungs- und/oder mechanischer Sprühkompaktierungsverfahren aufgearbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest partiell auf die Oberfläche des Bauteils, insbesondere auf die konkav und gegebenenfalls konvex gewölbten Oberflächen, ein strahlungsempfindliches, der
Wölbstruktur formmäßig komplementär anpassbares oder angepasstes Fotoresist aufgebracht wird, als Grundlage für das galvanische Aufbringen einer durchgängigen Mikrostruktur.
10. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das strahlungsempfindliche Resist als flüssiges Resist zur Beschichtung der Oberfläche verwendet wird.
11. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erzeugung der Mikrostrukturelemente auf einer Oberfläche des Bauteils, welches zunächst eine im Wesentlichen ebene Form aufweist, Umformungskräfte derart auf das Bauteil gerichtet werden, dass dieses zu einem Rohr umgeformt wird.
12. Verfahren zur Herstellung eines Bauteiles nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass nach Herstellung der Rohform des Bauteils und Aufbringung der Mikrostrukturelemente in das rohrförmige Bauteil die konkaven Wölbungen eingearbeitet werden.
13. Verfahren zur Herstellung eines Bauteiles nach wenigstens einem der Ansprüche 11 oder
12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter Anwendung des Verfahrens gemäß wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 10 realisiert wird.
14. Verfahren zur Realisierung eines effizienten Wärme- und/oder Stofftransportes und/oder einer chemischen Reaktivität im Betrieb von Anlagen zur Übertragung von Wärmeenergie und/oder technischen Reaktionsführung, insbesondere zur Durchführung einer heterogenen Katalyse, bei dem durch ein Fluid, insbesondere durch ein strömendes
Fluid, Wärmeenergie übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid mit einem Bauteil nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8 in Kontakt gebracht wird.
15. Verwendung eines Bauteils nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Realisierung eines effizienten Wärme- und/oder Stofftransportes und/oder einer chemischen Reaktivität im Betrieb von Anlagen zur Übertragung von Wärmeenergie und/oder technischen Reaktionsführung, insbesondere zur Durchführung einer heterogenen Katalyse, bei dem durch ein Fluid, insbesondere durch ein strömendes
Fluid, Wärmeenergie übertragen wird.
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