DE2720078C2

DE2720078C2 - Verfahren zur Vergrößerung der wärmeaustauschenden Fläche von Graphitelementen in einem Wärmeaustauscher

Info

Publication number: DE2720078C2
Application number: DE19772720078
Authority: DE
Inventors: Eduard Göhl; Alfred 8901 Meitingen Längl
Original assignee: Sigri Elektrograhit GmbH
Current assignee: Sigri GmbH
Priority date: 1977-05-05
Filing date: 1977-05-05
Publication date: 1982-10-21
Also published as: DE2720078A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergrößern der wärmeaustauschenden Fläche eines Graphitelements in einem Wärmeaustauscher, das mit einem Graphitkörner enthaltenden Harzfilm beschichtet ist.

In Wärmeaustauschern, die mit einem gasförmigen und einem flüssigen oder kondensierenden Fluid beaufschlagt sind, ist der Wärmeübergangswiderstand auf der einen Seite der Wärmeaustauschfläche bezogen auf die Summe aller übrigen Widerstände im allgemeinen sehr groß. Unter diesen Bedingungen ist es möglich, die Wärmeübertragung durch eine Vergrößerung der Austauschfläche auf der Gasseite zu verbessern. Es ist bekannt, die Austauschfläche von beispielsweise Rohrbündelwärmeaustauschern dadurch zu vergrößern, daß die einzelnen Rohre des Bündels mit Rippen oder anderen geeigneten Profilen versehen werden. Die Berippung von Graphitrohren ist jedoch technisch schwierig und aufwendig, da die Rippen aus dem Graphitrohr herausgearbeitet werden müssen. Versuche, Rippen beim Formen der Rohre zu erzeugen, führten nicht zu einer technisch praktikablen Lösung. Die gleichen Schwierigkeiten bestehen ebenfalls für andere Elemente, wie Platten, Blöcke, Zylinder und dergleichen.

Durch die deutsche Auslegeschrift 19 33 369 ist es bekannt, in Chemieapparaten verwendete Werkstoffe mit einem korrosionsbeständigen Überzug zu versehen, der im wesentlichen aus einer Kunstharzmatrix und in der Matrix dispergierten Kohlenstoff- oder Graphitfasern besteht. Derartige Schichten, die zwar eine größere Wärmeleitfähigkeit als das reine Kunstharz aufweisen, verändern die Oberflächengröße der beschichteten Unterlage nicht i.'nd verbessern insbesondere nicht die Wärmeübertragung. Das gilt prinzipiell auch für Verbundwerkstoffe, die Graphitkörner in einer Kunstharzmatrix enthalten (DE-PS 27 05 807).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem technisch einfachen Verfahren die Austauschfläche von Graphitelementen in Wärmeaustauschern zu vergrößern und die Wärmeübertragung zu verbessern. Die Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß man zuerst den Harzfilm auf das Graphitelement aufbringt und danach Elektrographitkörner in den Harzfilm einarbeitet, dessen Durchmesser größer als die Dicke des Harzfilms ist.

Der Harzfilm, der in an sich bekannter Weise durch Streichen, Spritzen oder Spachteln auf die Mantelfläche des Graphitelements aufgebracht wird, ist in seiner Dicke so zu bemessen, daß die Elektrographitkörner fest auf der Mantelfläche verankert sind, ohne daß der Wärmewidersland des Rohres wesentlich zunimmt Zur Ausbildung des Films sind insbesondere Harze geeignet, die bei einer erhöhten Temperatur gegen aggressive Medien, wie Säuren, starke Basen und dergleichen

ίο beständig sind, z. B. Furanharze, Polyesterharze und Elastomer-Gießharze und vor allem Phenolformaldehydharze. Bevorzugt werden Phenolformaidehydharze verwendet. Die Konsistenz der Kunstharze ist so zu bemessen, daß die Harze in einfacher Weist auf die

Mantelfläche aufgebracht werden können, der Harzfilm auf der Unterlage gut haftet und nicht verläuft Zur Einstellung einer diese Forderung erfüllenden Zähigkeit werden in bekannter Weise dem Harz Lösungsmittel, wie Methanol, andere Alkohole, Ketone, Äther und dergleichen zugesetzt.

In einem zweiten Verfahrensschritt werden Elektrographitkörner in den Harzfiim eingebracht, beispielsweise durch Wälzen der beschichteten Rohre in einem Kornhaufwerk oder durch Aufspritzen der Körner. Der

Durchmesser der Körner ist größer als die Dicke des Harzfilms zu wählen, bevorzugt werden Körner mit einer Korngröße größer als 1 mm verwendet, wobei unter dem Begriff »Korngröße« der als Äquivalentdurchmesser bezeichnete Durchmesser einer Kugel mit dem gleichen Volumen zu verstehen ist. Da der erreichbare Flächenzuwachs mit steigender Korngröße abnimmt, ist die Verwendung von Körnern mit einem Durchmesser von ca. 5 mm und mehr nur ausnahmsweise, z. B. für Rohre mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser von Vorteil.

Graphitkörner weisen bedingt durch das jeweilige Ausgangsmaterial und die Herstellungsbedingungen die verschiedensten Formen auf. Stengelige oder plattige Körner sind weniger gut geeignet, da die längste Achse der Körper parallel zur Oberfläche der Graphitelemente orientiert wird und der Flächenzuwachs entsprechend klein bleibt. Bevorzugt werden daher kubische Elektrographitkörner. Eine Beschichtung von 60—80% der Fläche mit Elektrographit erbringt den größten Wirkungsgrad. Eine geringere Bedeckung ergibt entsprechend einen geringeren Flächenzuwachs; größere Bedeckungen lassen sich wegen der sich verschlechternden Wärmeübergangszahlen nicht mehr nutzen.

Werden die beschichteten Rohre mit einer höheren

so Temperatur, beispielsweise 200⁰C beaufschlagt, so ist es zweckmäßig, den Harzfilm in an sich bekannter Weise zuvor durch eine Härtungsbehandlung zu stabilisieren. Für Verwendungstemperaturen bis ca. 100⁰C ist eine derartige Behandlung in der Regel nicht erforderlich.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in seiner einfachen Durchführbarkeit. Die in Betracht kommenden Harze lassen sich leicht verarbeiten, sie können mit einfachen Mitteln auch auf schlecht zugängliche Stellen aufgebracht werden und Beschädi-

gungen darüber hinaus leicht repariert werden. Der Zuwachs an Austauschfläche beträgt in Abhängigkeit von der Korngröße der verwendeten Graphitkörner und dem Bedeckungsverhältnis bis zu 500%. Die Beschaffenheit der aufgebrachten Schicht, z. B. die Rauhigkeit, bewirkt eine zusätzliche Verbesserung des Wärmeübergangs.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels erläutert.

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Auf Graphitrohre mit einem Außendurchmesser von gewälzt, bis ein Eedeckungsverhältnis von ca. 70%

32 mm und einer Länge von 1600 mm wurde Phenolfor- erreicht war. Diese Rohre wurden in einem Rohrbündel-

maldehydharz mit einer Viskosität von ca. 1500 m Pa s wärmeaustauscher innen mit Heißwasser und außen mit

aufgepinselt Die durchschnittliche Dicke des geschlos- einem schwefelkohlenstoffhaltigen Gas beaufschlagt,

senen Harzfilms betrug etwa 0,1 — 0,2 mm. Diebeschich- 5 wobei die maximale Temperatur ca. 70⁰C betrug. Im

teten Rohre wurden in einem Kornhaufwerk aus Vergleich mit unbeschichteten Graphitrohren wurde

Elektrographitkörnern mit einem Korndurchmesser eine vierfach größere Austauschleistung erzielt
von 2—3 mm und einer vorwiegend kubischen Form

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Vergrößern der wärmeaustauschenden Fläche eines Graphitelements in einem Wärmeaustauscher, das mit einem Graphitkörner enthaltenden Harzfüm beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß man zuerst den Harzfilm auf das Graphitelement aufbringt und danach Elektrographitkörner in den Harzfilm einarbeitet, deren Durchmesser größer als die Dicke des Harzfüms ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korngröße größer als 1 mm aufweisende Elektrographitkörner in den HarzFilm eingebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß kubische Elektrographitkörner verwendet werden.