Rohrleitung mit ultraphober InnenwandPipeline with an ultraphobic inner wall
Die vorliegende Erfindung betrifft Rohrleitungen, insbesondere Wärmetauscher, die zur Reduzierung des Strömungswiderstandes und zur Verminderung von Ablagerungen an ihrer Innen- und/oder Außenwand mit einer ultraphoben Oberfläche versehen oder beschichtet sind.The present invention relates to pipelines, in particular heat exchangers, which are provided or coated with an ultraphobic surface in order to reduce the flow resistance and to reduce deposits on their inner and / or outer wall.
Zahlreiche fluide Medien z.B. Trinkwasser, Abwasser, Öl oder Gas werden über weite Entfernungen in Rohrleitungen transportiert. Dabei werden die Medien durch die Rohrleitungen gepumpt, d.h. mit Hilfe eines Druckgefälle vorangetrieben. Um u.a. den Druckverlust, der bei der Strömung des Mediums durch Reibungsverluste an der Innenoberfläche der Rohre entsteht, auszugleichen, sind auf langen Strecken wiederholt Pumpstufen vorzusehen. Jede dazu notwendige Druckerzeugungstufe ist aber energieintensiv.Numerous fluid media e.g. Drinking water, waste water, oil or gas are transported over long distances in pipelines. The media are pumped through the pipes, i.e. with the help of a pressure drop. To i.a. To compensate for the pressure loss that occurs in the flow of the medium due to friction losses on the inner surface of the pipes, pump stages must be provided repeatedly over long distances. However, each pressure generation stage required for this is energy-intensive.
Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, den Strömungswiderstand von Rohrleitungen zu reduzieren. So sind z.B. derzeit Rohrleitungen auf dem Markt, die eine besonders glatte innere Oberfläche aufweisen. Aber selbst bei diesen Rohrleitungen muß noch sehr viel Energie aufgewendet werden, um die Medien durch dieThere has been no shortage of attempts to reduce the flow resistance of pipelines. For example, Pipelines are currently on the market that have a particularly smooth inner surface. But even with these pipelines, a lot of energy has to be used to get the media through the
Leitungen zu pumpen.Pump lines.
Es stellt sich deshalb die Aufgabe Rohrleitungen zur Verfügung zu stellen, deren innere Oberfläche einen im Vergleich zum Stand der Technik reduzierten Strömungs- widerstand aufweisen.The task is therefore to provide pipelines whose inner surface has a reduced flow resistance compared to the prior art.
Eine besondere Bedeutung haben Rohrleitungen, die als Wärmetauscher dienen. Wärmetauscher haben die Aufgabe Wärme von einem Medium auf ein anderes Medium zu übertragen, ohne dass sich die beiden Medien miteinander vermischen. Dementsprechend weist ein Wärmetauscher sogenannte Wärmetauscherflächen, z.B. überströmte Platten oder Rohre, auf, an denen die beiden Medien jeweils auf einer
Seite der Wärmetauscherflächen vorbeiströmen und durch die die Wärme oder Kälte hindurch von einem Medium auf das andere Medium übertragen wird. Die Medien sind z.B. Kühlwasser, Öl, Gase oder Flüssigkeiten aus chemischen Produktionen beliebiger Art.Pipelines that serve as heat exchangers are particularly important. Heat exchangers have the task of transferring heat from one medium to another medium without the two media mixing together. Accordingly, a heat exchanger has so-called heat exchanger surfaces, for example overflowed plates or pipes, on which the two media are each on one Flow past the side of the heat exchanger and through which the heat or cold is transferred from one medium to the other medium. The media are, for example, cooling water, oil, gases or liquids from chemical productions of any kind.
Da die Medien, auf die Wärme oder Kälte übertragen werden sollen, oftmals Inhaltsstoffe aufweisen, die einen negativen oder positiven Lösungskoeffizienten haben, fallen im Bereich der Wärmetauscherflächen Partikel aus, die sich auf den Wärmetauscherflächen ablagern. Durch diese Ablagerungen bildet sich eine Schicht auf den Wärmetauscherflächen, die den Wärmeübergang reduziert, wodurch dieSince the media to which heat or cold are to be transferred often have ingredients that have a negative or positive solution coefficient, particles precipitate in the area of the heat exchanger surfaces and are deposited on the heat exchanger surfaces. Through these deposits, a layer forms on the heat exchanger surfaces, which reduces the heat transfer, thereby reducing the
Wärmetauscherleistung des Wärmetauschers abnimmt.Heat exchanger performance of the heat exchanger decreases.
Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, Wärmetauscherflächen zur Verfügung zu stellen, auf denen sich möglichst wenige Ablagerungen bilden. So sind z.B. derzeit Wärmetauscherflächen auf dem Markt, die eine besonders glatte Oberfläche aufweisen, so dass Partikel nicht so gut an der Oberfläche anhaften. Aber auch bei diesen Oberflächen bilden sich z.B. Kalkablagerungen auf den Wärmetauscherflächen, wenn z.B. hartes Wasser über einen längeren Zeitraum mit einem Wärmetauscher erhitzt wird.There has therefore been no lack of attempts to provide heat exchanger surfaces on which as few deposits as possible form. For example, currently heat exchanger surfaces on the market that have a particularly smooth surface so that particles do not adhere to the surface as well. But even with these surfaces, e.g. Limescale deposits on the heat exchanger surfaces, e.g. if hard water is heated with a heat exchanger for a longer period of time.
Es stellt sich deshalb die weitergehende Aufgabe Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen, auf deren überströmten Flächen sich weniger Ablagerungen bilden als auf Wärmetauscherflächen gemäß dem Stand der Technik.There is therefore the further task of making available heat exchangers on whose surfaces overflowed less deposits are formed than on heat exchanger surfaces according to the prior art.
Die Aufgabe wird erfindungs gemäß durch die Bereitstellung einer Rohrleitung oder eines Wärmetauschers gelöst, die auf ihrer überströmten Innenwand und/oder Außenwand mit einer ultraphoben Oberfläche versehen oder beschichtet sind.The object is achieved according to the invention by the provision of a pipeline or a heat exchanger which is provided or coated with an ultraphobic surface on its overflowed inner wall and / or outer wall.
Eine Rohrleitung im Sinne der Erfindung ist jede beliebig geformte dem Fachmann geläufige Rohrleitung aus jedem beliebigen Material. Vorzugsweise besteht dieA pipeline in the sense of the invention is any arbitrarily shaped pipeline made of any material familiar to the person skilled in the art. Preferably there is
Rohrleitung jedoch aus Kunststoff oder Metall.
Diese Rohrleitung, insbesondere der Wärmetauscher weist auf ihrer Innenseite und/oder Außenseite erfindungsgemäß eine ultraphobe Oberfläche auf. Eine ultra- phobe Oberfläche im Sinne der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Kontaktwinkel eines Wassertropfens, der auf der Oberfläche liegt, deutlich mehr alsHowever, pipeline made of plastic or metal. According to the invention, this pipeline, in particular the heat exchanger, has an ultraphobic surface on its inside and / or outside. An ultra-phobic surface in the sense of the invention is characterized in that the contact angle of a drop of water lying on the surface is significantly more than
90°, in guten Fällen nahe 180° beträgt und der Abrollwinkel der Oberfläche 10° nicht überschreitet.90 °, in good cases close to 180 ° and the roll angle of the surface does not exceed 10 °.
Als Abrollwinkel wird hier der Neigungswinkel einer grundsätzlich planaren, aber strukturierten Oberfläche gegen die Horizontale verstanden, bei dem ein stehenderThe roll angle here is understood to be the angle of inclination of a basically planar, but structured surface against the horizontal, at which a standing
Wassertropfen des Volumens lOμl aufgrund der Schwerkraft bewegt wird, wenn die Oberfläche gegen die Horizontale geneigt wird.Water drops of volume lOμl is moved due to gravity when the surface is inclined towards the horizontal.
Solche ultraphoben Oberflächen sind z.B. in der WO 98/23549, WO 96/04123, WO 96/21523 und in der WO 96/34697 offenbart, die hiermit als Referenz eingeführt werden und als Teil der Offenbarung gelten.Such ultraphobic surfaces are e.g. in WO 98/23549, WO 96/04123, WO 96/21523 and in WO 96/34697, which are hereby introduced as a reference and are considered part of the disclosure.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die ultraphobe Oberfläche eine Oberflächentopographie auf, bei der der Wert des Integrales der Funktion S(log f) = a(f) • f die einen Zusammenhang zwischen den Ortsfrequenzen der einzelnenIn a preferred embodiment, the ultraphobic surface has a surface topography in which the value of the integral of the function S (log f) = a (f) • f has a relationship between the spatial frequencies of the individual
Fourierkomponenten und deren Amplituden a(f) gibt, zwischen den Integrationsgrenzen log (fi/μm"1) = -3 und log (f /μm_1) = 3, mindestens 0,5, insbesondere mindestens 0,6 beträgt und aus einem ultraphoben Material oder aus einem haltbar ultraphobierten Material besteht. Eine solche ultraphobe Oberfläche wird in der unveröffentlichten internationalen Patentanmeldung mit dem AktenzeichenFourier components and their amplitudes a (f), between the integration limits log (fi / μm "1 ) = -3 and log (f / μm _1 ) = 3, are at least 0.5, in particular at least 0.6, and consist of an ultraphobic Material or consists of a durable ultraphobic material. Such an ultraphobic surface is filed in the unpublished international patent application
PCT/99/10322 beschrieben.PCT / 99/10322.
Vorzugsweise wird die Innenseite der Rohrleitung mit einer ultraphoben Oberfläche überzogen.
In einer bevorzugten Variante basiert die ultraphobe Oberfläche als modifiziertes Rohr oder Beschichtung des Rohres oder Wärmetauschers auf einer Aluminium- Oberfläche, die mit MikroStrukturen (periodische Strukturen der Tiefe 1 - 1000 μm und Abständen von 50 - 900 μm) versehen, anschließend eloxiert, gegebenenfalls mit Heißwasser behandelt, kalziniert, gegebenenfalls mit einer Haftvermittlerschicht beschichtet und anschließend mit einem hydrophoben Beschichtungsmittel versehen wird, so wie es in der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 19860137.9 beschrieben ist.The inside of the pipeline is preferably covered with an ultraphobic surface. In a preferred variant, the ultraphobic surface, as a modified tube or coating of the tube or heat exchanger, is based on an aluminum surface which is provided with microstructures (periodic structures with a depth of 1 to 1000 μm and intervals of 50 to 900 μm), then anodized, optionally with Hot water treated, calcined, optionally coated with an adhesive layer and then provided with a hydrophobic coating agent, as described in the unpublished German patent application with the file number 19860137.9.
Die Rohrleitung, insbesondere der Wärmetauscher, kann dabei insbesondere insgesamt aus Aluminium gefertigt sein oder weist vorzugsweise eine Aluminium-Innen- und/oder Außenauskleidung auf, wobei Oberfläche des Aluminiums wie zuvor angegeben behandelt wird.The pipeline, in particular the heat exchanger, can in particular be made entirely of aluminum or preferably has an aluminum inner and / or outer lining, the surface of the aluminum being treated as previously indicated.
In einer weiteren bevorzugten Variante ist die ultraphobe Oberfläche der Rohrinnenwand, insbesondere Wärmetauscherwand, eine Aluminium-Oberfläche, die gegebenenfalls anodisch oxidiert, mit heißem Wasser oder Wasserdampf behandelt, gegebenenfalls mit einer Haftvermittlerschicht beschichtet und anschließend mit einem hydrophoben Beschichtungsmittel versehen wird, so wie es in der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 19860138.7 beschrieben ist.In a further preferred variant, the ultraphobic surface of the inner tube wall, in particular the heat exchanger wall, is an aluminum surface which is optionally anodically oxidized, treated with hot water or steam, optionally coated with an adhesion promoter layer and then provided with a hydrophobic coating agent, as described in the unpublished German patent application with the file number 19860138.7 is described.
Die Rohrleitung, insbesondere der Wärmetauscher, kann hierbei insbesondere insgesamt aus Aluminium gefertigt sein oder weist vorzugsweise einen Aluminium- Überzug auf, wobei die Oberfläche des Aluminiums, wie oben angegeben behandelt wird.The pipeline, in particular the heat exchanger, can in particular be made entirely of aluminum, or preferably has an aluminum coating, the surface of the aluminum being treated as indicated above.
In einer weiteren bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Rohrleitung ist die ultraphobe Oberfläche der Rohrwand, insbesondere des Wärmetauschers, eine Oberfläche, die mit Ni(OH) -Partikeln beschichtet, gegebenenfalls mit einem Haftver- mittler überzogen und anschließend mit einem hydrophoben Beschichtungsmittel
versehen ist, so wie es in der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 19860139.5 beschrieben ist.In a further preferred variant of the pipeline according to the invention, the ultraphobic surface of the pipe wall, in particular of the heat exchanger, is a surface which is coated with Ni (OH) particles, optionally coated with an adhesion promoter and then with a hydrophobic coating agent is provided, as is described in the unpublished German patent application with the file number 19860139.5.
Vorzugsweise haben die Ni(OH)2-Partikel einen Durchmesser d50 von 0,5 bis 20 μm.The Ni (OH) 2 particles preferably have a diameter d 50 of 0.5 to 20 μm.
In einer weiteren vorteilhaften Anwendungsform der Erfindung ist die ultraphobe Oberfläche der Rohrwand, insbesondere des Wärmetauschers, aus Wolframcarbid aufgebaut, das mit einem Laser strukturiert, gegebenenfalls mit einem Haftvermittler beschichtet und anschließend mit einem hydrophoben Beschichtungsmittel versehen wird, so wie es in der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit demIn a further advantageous embodiment of the invention, the ultraphobic surface of the tube wall, in particular the heat exchanger, is constructed from tungsten carbide, which is structured with a laser, optionally coated with an adhesion promoter and then provided with a hydrophobic coating agent, as described in the unpublished German patent application with the
Aktenzeichen 19860135.2 beschrieben ist.Case number 19860135.2 is described.
Vorzugsweise wird die Rohrleitung nur mit Wolframcarbid beschichtet, das dann wie oben angegeben behandelt wird. Besonders bevorzugt hat die Wolframcarbidschicht eine Schichtdicke von 10 bis 500 μm.The pipeline is preferably only coated with tungsten carbide, which is then treated as indicated above. The tungsten carbide layer particularly preferably has a layer thickness of 10 to 500 μm.
In einer weiteren Variante kann die ultraphobe Oberfläche der Rohrwand dadurch erzeugt werden, daß die Oberfläche der Rohrleitung mit einem Strahlmittel gesandstrahlt, gegebenenfalls mit einer Haftvermittlerschicht beschichtet und anschließend mit einem hydrophoben Beschichtungsmittel versehen, wie es in der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 19860140.9 beschrieben ist.In a further variant, the ultraphobic surface of the pipe wall can be produced by sandblasting the surface of the pipe with an abrasive, optionally with an adhesion promoter layer and then providing it with a hydrophobic coating agent, as described in the unpublished German patent application with the file number 19860140.9 ,
Als hydrophobes Beschichtungsmittel (Phobierungshilfsmittel) sind grenzflächen- aktive Verbindungen mit beliebiger Molmasse anzusehen. Bei diesen Verbindungen handelt es sich bevorzugt um kationische, anionische, amophotere oder nichtionische grenzflächenaktive Verbindungen, wie sie z.B. im Verzeichnis „Surfactants Europa, A Dictionary of Surface Active Agents available in Europe, Edited by Gordon L. Hollis, Royal Socity of Chemistry, Cambridge, 1995 aufgeführt werden.
Als anionische Phobierungshilfsmittel sind beispielsweise zu nennen: Alkylsulfate, Ethersulfate, Ethercarboxylate, Phosphatester, Sulfosucinate, Sulfosuccinatamide, Paraffinsulfonate, Olefinsulfonate, Sarcosinate, Isothionate, Taurate und Lingninische Verbindungen.Surface-active compounds with any molar mass are to be regarded as a hydrophobic coating agent (phobicization aid). These compounds are preferably cationic, anionic, amophotere or nonionic surface-active compounds, as described, for example, in the “Surfactants Europe, A Dictionary of Surface Active Agents available in Europe, Edited by Gordon L. Hollis, Royal Socity of Chemistry, Cambridge , 1995 are listed. The following may be mentioned as anionic phobing aids: alkyl sulfates, ether sulfates, ether carboxylates, phosphate esters, sulfosucinates, sulfosuccinatamides, paraffin sulfonates, olefin sulfonates, sarcosinates, isothionates, taurates and Lingnine compounds.
Als kationische Phobierungshilfsmittel sind beispielsweise quarternäre Alkyl- ammoniumverbindungen und Imidazole zu nennenQuaternary alkylammonium compounds and imidazoles may be mentioned as cationic phobicization aids
Amphotere Phobierungshilfsmittel sind zum Beispiel Betaine, Glycinate, Propionate und Imidazole.Amphoteric phobicization aids are, for example, betaines, glycinates, propionates and imidazoles.
Nichtionische Phobierungshilfsmittel sind beispielsweise: Alkoxylate, Alkyloamide, Ester, Aminoxide und Alkypolyglykoside. Weiterhin kommen in Frage: Umsetzungsprodukte von Alkylenoxiden mit alkylierbaren Verbindungen, wie z. B. Fett- alkoholen, Fettaminen, Fettsäuren, Phenolen, Alkylphenolen, Arylalkylphenolen, wieExamples of nonionic phobing aids are: alkoxylates, alkyloamides, esters, amine oxides and alkypolyglycosides. Also suitable are: reaction products of alkylene oxides with alkylatable compounds, such as. B. fatty alcohols, fatty amines, fatty acids, phenols, alkylphenols, arylalkylphenols, such as
Styrol-Phenol-Kondensate, Carbonsäureamiden und Harzsäuren.Styrene-phenol condensates, carboxamides and resin acids.
Besonders bevorzugt sind Phobierungshilfsmittel bei denen 1-100 %, besonders bevorzugt 60-95 % der Wasserstoffatome durch Fluoratome substituiert sind. Beispielhaft seien perfluoriertes Alkylsulfat, perfluorierte Alkylsulfonate, perfluorierte Alkylphosphonate, perfluorierte Alkylphosphinate und perfluorierte Carbonsäuren genannt.Phobicization aids are particularly preferred in which 1-100%, particularly preferably 60-95%, of the hydrogen atoms are substituted by fluorine atoms. Examples include perfluorinated alkyl sulfate, perfluorinated alkyl sulfonates, perfluorinated alkyl phosphonates, perfluorinated alkyl phosphinates and perfluorinated carboxylic acids.
Bevorzugt werden als polymere Phobierungshilfsmittel zur hydrophoben Be- Schichtung oder als polymeres hydrophobes Material für die Oberfläche Verbindungen mit einer Molmasse Mw>500 bis 1.000.000, bevorzugt 1.000 bis 500.000 und besonders bevorzugt 1500 bis 20.000 eingesetzt. Diese polymeren Phobierungshilfsmittel können nichtionische, anionische, kationische oder amphotere Verbindungen sein. Ferner können diese polymeren Phobierungshilfsmittel Homo- und Copolymerisate, Pfropf- und Pfropfcopolymerisate sowie statistische Blockpolymere sein.
Besonders bevorzugte polymere Phobierungshilfsmittel sind solche vom Typ AB-, BAB- und ABC-Blockpolymere. In den AB- oder BAB-Blockpolymeren ist das A- Segment ein hydrophiles Homopolymer oder Copolymer, und der B-Block ein hy- drophobes Homopolymer oder Copolymer oder ein Salz davon.Compounds with a molecular weight M w > 500 to 1,000,000, preferably 1,000 to 500,000 and particularly preferably 1,500 to 20,000 are preferably used as polymeric phobicization aids for hydrophobic coating or as polymeric hydrophobic material for the surface. These polymeric phobicization aids can be nonionic, anionic, cationic or amphoteric compounds. Furthermore, these polymeric phobicization aids can be homopolymers and copolymers, graft and graft copolymers and random block polymers. Particularly preferred polymerizing auxiliaries are those of the type AB, BAB and ABC block polymers. In the AB or BAB block polymers, the A segment is a hydrophilic homopolymer or copolymer, and the B block is a hydrophobic homopolymer or copolymer or a salt thereof.
Besonders bevorzugt sind auch anionische, polymere Phobierungshilfsmittel, insbesondere Kondensationsprodukte von aromatischen Sulfonsäuren mit Formaldehyd und Alkylnaphthalinsulfonsäuren oder aus Formaldehyd, Naphthahnsulfonsäuren und/oder Benzolsulfonsäuren, Kondensationsprodukte aus gegebenenfalls substituiertem Phenol mit Formaldehyd und Natriumbisulfit.Anionic, polymeric phobicizing aids are also particularly preferred, in particular condensation products of aromatic sulfonic acids with formaldehyde and alkylnaphthalenesulfonic acids or from formaldehyde, naphthane sulfonic acids and / or benzenesulfonic acids, condensation products from optionally substituted phenol with formaldehyde and sodium bisulfite.
Weiterhin bevorzugt sind Kondensationsprodukte, die durch Umsetzung von Naphtholen mit Alkanolen, Anlagerungen von Alkylenoxid und mindestens teil- weiser Überführung der terminalen Hydroxygruppen in Sulfogruppen oder Halbester der Maleinsäure und Phthalsäure oder Bernsteinsäure erhältlich sind.Also preferred are condensation products which can be obtained by reacting naphthols with alkanols, additions of alkylene oxide and at least partially converting the terminal hydroxyl groups into sulfo groups or half esters of maleic acid and phthalic acid or succinic acid.
In einer anderen bevorzugten Ausführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens ist das Phobierungshilfsmittel aus der Gruppe der Sulfobernsteinsäureester sowie Alkyl- benzolsulfonate. Weiterhin bevorzugt sind sulfatierte, alkoxylierte Fettsäuren oder deren Salze. Als alkoxylierte Fettsäurealkohole werden insbesondere solche mit 5 bis 120, mit 6 bis 60, ganz besonders bevorzugt mit 7-30 Ethylenoxid versehene C6-C - Fettsäurealkohole, die gesättigt oder ungesättigt sind, insbesondere Stearylalkohol, verstanden. Die sulfatierten alkokylierten Fettsäurealkohole liegen vorzugsweise als Salz, insbesondere als Alkali- oder Aminsalze, vorzugsweise als Diethylaminsalz vor.In another preferred embodiment of the process according to the invention, the phobicization aid is from the group of the sulfosuccinic acid esters and alkylbenzenesulfonates. Sulfated, alkoxylated fatty acids or their salts are also preferred. Alkoxylated fatty acid alcohols are understood in particular to be those with 5 to 120, with 6 to 60, very particularly preferably with 7-30 ethylene oxide, C 6 -C -fatty acid alcohols which are saturated or unsaturated, in particular stearyl alcohol. The sulfated alkoxylated fatty acid alcohols are preferably present as a salt, in particular as alkali or amine salts, preferably as a diethylamine salt.
Durch die erfindungsgemäßen Rohrleitungen, insbesondere Wärmetauscher, können flüssige Medien jeglicher Art, vorzugsweise jedoch Wasser, Öl oder Gas geleitet werden.
Die erfindungsgemäßen Rohrleitungen weisen einen um bis zu 50%> geringeren Druckabfall auf als Rohre gemäß dem Stand der Technik. Die erfindungsgemäßen Rohre sind einfach und preisgünstig herzustellen.Liquid media of any kind, but preferably water, oil or gas, can be passed through the pipelines according to the invention, in particular heat exchangers. The pipes according to the invention have a pressure drop that is up to 50% lower than pipes according to the prior art. The tubes according to the invention are simple and inexpensive to manufacture.
Die bevorzugten Wärmetauscher können in Wärmetauscheranlagen beliebiger Art eingebaut werden, die ebenfalls Gegenstand der Erfindung sind. Diese Wärmetauscher werden vorzugsweise zur Erwärmung von kalkhaltigem Wasser, Flüssigkeiten mit suspendierten Feststoffen, Flüssigkeiten mit gelösten Inhaltsstoffen, die einen negativen Lösungskoeffizienten aufweisen und/oder Schlamm, vorzugsweise Klär- schlämm, eingesetzt.The preferred heat exchangers can be installed in any type of heat exchanger system, which are also the subject of the invention. These heat exchangers are preferably used for heating calcareous water, liquids with suspended solids, liquids with dissolved ingredients that have a negative solution coefficient and / or sludge, preferably sewage sludge.
An den Wärmetauscherflächen treten wesentlich weniger Ablagerungen auf als an Wärmetauscherflächen gemäß dem Stand der Technik. Dadurch können Reinigungszyklen für den Wärmetauscher erheblich reduziert werden oder völlig entfallen.Substantially fewer deposits occur on the heat exchanger surfaces than on heat exchanger surfaces according to the prior art. As a result, cleaning cycles for the heat exchanger can be significantly reduced or eliminated entirely.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Beispielen erläutert, die jedoch den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
The method according to the invention is explained below with the aid of examples, which, however, do not restrict the general inventive concept.
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
Zur Beschichtung des inneren Durchmessers eines Rohres (Material: Edelstahl V4a) wurde zunächst ein epoxyfunktionelles Harz (KBD7142) hergestellt. Dafür wurde eine Mischung ausAn epoxy-functional resin (KBD7142) was first produced to coat the inner diameter of a pipe (material: stainless steel V4a). For that, a mix was made
30 g Glycidylme hacrylat 70 g PFMA ([C9F 19CH2CH20-CO-C(CH3)=CH2])30 g glycidyl methacrylate 70 g PFMA ([C9F 19CH2CH20-CO-C (CH3) = CH2])
1 g AIBN (Azobisisobutyronitril) und 100 g MIBK (Methylisobutylketon)1 g AIBN (azobisisobutyronitrile) and 100 g MIBK (methyl isobutyl ketone)
über einen Zeitraum von 2h bei 90°C in einen Kolben getropft und 16h nachgerührt. Danach werden 50g 1,1, 2-Trichlortrifluorethan hinzugegeben.Dripped into a flask over a period of 2 hours at 90 ° C. and stirred for 16 hours. 50 g of 1,1,2-trichlorotrifluoroethane are then added.
Sodann wurde die KBD 7142 1 :50 in MIBK (Methylisobutylketon, 100 ml) gelöst und lg Aerosil R 812 (Degussa, Hanau) feinteiliges Si02 hinzugefügt.Then the KBD 7142 was dissolved 1:50 in MIBK (methyl isobutyl ketone, 100 ml) and 1 g of finely divided SiO 2 was added to Aerosil R 812 (Degussa, Hanau).
100 ml der KBD 7142-Lösung mit Aerosil wurden dann in ein Rohr mit einem100 ml of the KBD 7142 solution with Aerosil were then placed in a tube with a
Innendurchmesser von 21mm und einer Länge von 700mm geschüttet und mit Stopfen verschlossen. Das Rohr wurde waagerecht hingelegt und von Hand langsam gedreht (ca. 5 Umdrehungen). Im zweiten Schritt wurde das Rohr beim Drehen nach links und rechts geneigt. Nach dem Ausschütten der Lösung wurden die Rohrenden noch in die Lösung eingetaucht, um auch die Stellen zu beschichten, die von denInner diameter of 21mm and a length of 700mm poured and closed with a stopper. The tube was placed horizontally and slowly turned by hand (approx. 5 turns). In the second step, the pipe was tilted to the left and right while turning. After the solution had been poured out, the tube ends were still immersed in the solution in order to also coat the areas which are affected by the
Stopfen abgedeckt waren. Die Schichtdicke der Beschichtung beträgt etwa 50μm. Der Abrollwinkel für Wasser ist <5°.Plugs were covered. The layer thickness of the coating is approximately 50 μm. The roll angle for water is <5 °.
Danach wurde der Strömungswiderstand dieses Rohres mit dem Strömungswider- stand eines unbeschichteten Rohres gleicher Abmaße verglichen.
Dafür wurden die beiden Rohre jeweils an einer bodennahen Öffnung in der Mantelfläche eines zylinderförmigen Kunststoff-Kessels (Volumen 100 1) angeflanscht. Der Kessel wurde mit Wasser gefüllt und über das Testrohr in waagerechter Position entleert. Mit Hilfe eines Überlaufs wurde während der Entleerung ein konstant hoher Flüssigkeitsspiegel von 90cm eingestellt. Das ausgelaufende Wasser wird in einem weiteren Kunststoff-Kessel aufgefangen dessen Gewicht mit einer Waage während des Auslauf bestimmt wird. Das beschichtete Testrohr wies eine Auslaufzeit von 113 sec pro 100 1 Wasser. Beim dem unbeschichtete Vergleichsrohr wurden 183 sec benötigt um 100 1 Wasser aus dem Kessel auslaufen zu lassen.Then the flow resistance of this pipe was compared with the flow resistance of an uncoated pipe of the same dimensions. For this purpose, the two pipes were each flanged to an opening near the floor in the lateral surface of a cylindrical plastic boiler (volume 100 l). The kettle was filled with water and emptied over the test tube in a horizontal position. With the help of an overflow, a constantly high liquid level of 90 cm was set during emptying. The escaping water is collected in another plastic kettle, the weight of which is determined with a balance during the discharge. The coated test tube had an outflow time of 113 seconds per 100 liters of water. With the uncoated comparison pipe, it took 183 seconds to let 100 liters of water run out of the boiler.
Beispiel 2Example 2
Dieselben Rohre (unbeschichtete und beschichtete Rohre) wie bei Beispiel 1 wurden in der Versuchsanlage gemäß Figur 1 unter turbulenten Strömungsbedingungen getestet.The same pipes (uncoated and coated pipes) as in Example 1 were tested in the test installation according to FIG. 1 under turbulent flow conditions.
Die Versuchsanlage weist einen mit Wasser gefüllten Vorlagebehälter auf, aus dem mittels einer Kreiselpumpe 2 2000 1/h Wasser durch die Versuchsstrecke und zurück in den Vorlagebehälter im Kreis gepumpt werden. Die Versuchsstrecke weist einen Durchflußmesser und ein Manometer zur Messung des Druckverlustes, der bei derThe test facility has a storage tank filled with water, from which 2,000 l / h of water are pumped through the test section and back into the storage tank in a circle by means of a centrifugal pump. The test section has a flow meter and a manometer for measuring the pressure loss, which at
Strömung durch das zu testende Rohr anfällt, auf. Das zu testende Rohr war einmal wie unter Beispiel 1 beschrieben beschichtet und in einem Vergleichsversuch das unbeschichtete Rohr gemäß Beispiel 1.Flow through the pipe to be tested arises. The pipe to be tested was coated once as described in Example 1 and the uncoated pipe according to Example 1 in a comparison test.
Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.
Tabelle 1The test results are summarized in Table 1. Table 1
Es zeigt sich, daß der Druckverlust des unbeschichteten Rohres mittels der erfin- dungsgemäßen Beschichtung um mehr als 10% gesenkt werden kann.It can be seen that the pressure loss of the uncoated pipe can be reduced by more than 10% by means of the coating according to the invention.
Beispiel 3Example 3
Zur Beschichtung des inneren Durchmessers eines Kupferrohres eine Rohrbündel- Wärmeaustauschers wurde zunächst ein epoxyfunktionelles Harz (KBD7142) hergestellt. Dafür wurde eine Mischung ausAn epoxy-functional resin (KBD7142) was first produced to coat the inner diameter of a copper tube in a tube bundle heat exchanger. For that, a mix was made
30 g Glycidylmefhacrylat30 g glycidyl methacrylate
70 g PFMA ([C9F19CH2CH2O-CO-C(CH3)=CH2])70 g PFMA ([C 9 F 19 CH2CH 2 O-CO-C (CH 3 ) = CH 2 ])
1 g AIBN (Azobisisobutyronitril) und1 g AIBN (azobisisobutyronitrile) and
100 g MIBK (Methylisobutylketon)100 g MIBK (methyl isobutyl ketone)
über einen Zeitraum von 2h bei 90°C in einen Kolben getropft und 16h nachgerührt. Danach werden 50 g 1,1,2-Trichlortrifluorethan hinzugegeben.Dripped into a flask over a period of 2 hours at 90 ° C. and stirred for 16 hours. 50 g of 1,1,2-trichlorotrifluoroethane are then added.
Sodann wurde die KBD 7142 1 :50 in MIBK (Methylisobutylketon, 100 ml) gelöst und 1 g Aerosil R 812 (Degussa, Hanau) hinzugefügt.The KBD 7142 was then 1:50 dissolved in MIBK (methyl isobutyl ketone, 100 ml) and 1 g of Aerosil R 812 (Degussa, Hanau) was added.
100 ml der KBD 7142-Lösung mit Aerosil wurden dann in ein Kupferrohr mit einem Innendurchmesser von 21 mm und einer Länge von 700 mm geschüttet und mit100 ml of the KBD 7142 solution with Aerosil were then poured into a copper tube with an inner diameter of 21 mm and a length of 700 mm and with
Stopfen verschlossen. Das Rohr wurde waagerecht hingelegt und von Hand langsam gedreht (ca. 5 Umdrehungen). Im zweiten Schritt wurde das röhr beim Drehen nach links und rechts geneigt. Nach dem Ausschütten der Lösung wurden die Röhrenden
noch in die Lösung eingetaucht, um auch die Stellen zu beschichten, die von den Stopfen abgedeckt waren. Die Schichtdicke der Beschichtung beträgt etwa 50 μm. Der Abrollwinkel für Wasser ist < 5°.Plug closed. The tube was placed horizontally and slowly turned by hand (approx. 5 turns). In the second step, the tube was tilted to the left and right when turning. After pouring out the solution, the tube ends still immersed in the solution to coat the areas that were covered by the plugs. The layer thickness of the coating is approximately 50 μm. The roll angle for water is <5 °.
Das so behandelte Kupferrohr wurde in einen Rohrbündelwärmetauscher eingebaut, dessen Rohre von außen mit 110°C heißem Wasserdampf umströmt wurden. Durch das Innere der Rohre des Rohrbündelwärmetauschers wurde Wasser mit 2 % Schwebteilchen im Kreis gepumpt.The copper tube treated in this way was installed in a tube bundle heat exchanger, the tubes of which were heated by steam at a temperature of 110 ° C. from the outside. Water with 2% floating particles was pumped in a circle through the inside of the tubes of the tube bundle heat exchanger.
Der Wärmetauscher wurde einen Monat lang im Dauereinsatz betrieben. Danach wurden die Rohre des Rohrbündelwärmeaustauschers ausgebaut, zersägt und visuell auf Ablagerungen untersucht.The heat exchanger was operated continuously for one month. The tubes of the tube bundle heat exchanger were then removed, sawn and visually examined for deposits.
Während das erfindungsgemäß beschichtete Rohr auf dem inneren Durchmesser keinerlei Ablagerungen aufwies, war bei den nicht behandelten Rohren ein deutlicher, gleichmäßiger Belag zu sehen.While the pipe coated according to the invention had no deposits on the inner diameter, a clear, uniform coating was seen in the untreated pipes.
Der Fachmann erkennt selbstverständlich, dass nicht nur die Innenseite sondern auch die Außenseite eines Wärmetauscherrohres oder beide Seiten mit einer ultraphoben Oberfläche beschichtet werden kann.The person skilled in the art will of course recognize that not only the inside but also the outside of a heat exchanger tube or both sides can be coated with an ultraphobic surface.
Analoges läßt sich über die beiden Seiten einer Wärmetauscherplatte sagen.
The same can be said about the two sides of a heat exchanger plate.