EP0533097A2 - Verfahren zum Imprägnieren eines Wärmetauschers - Google Patents

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EP0533097A2
EP0533097A2 EP92115722A EP92115722A EP0533097A2 EP 0533097 A2 EP0533097 A2 EP 0533097A2 EP 92115722 A EP92115722 A EP 92115722A EP 92115722 A EP92115722 A EP 92115722A EP 0533097 A2 EP0533097 A2 EP 0533097A2
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fins
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Uwe Schürbrock
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Vaillant GmbH
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Vaillant Ltd
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Vaillant NV
Joh Vaillant GmbH and Co
Vaillant GmbH
Vaillant SARL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • 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
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside 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
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/04—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of rubber; of plastics material; of varnish

Definitions

  • the invention relates to a method for coating areas at risk of corrosion, such as cavities and gaps, of a finned heat exchanger with a thermally and chemically resistant resin and to a method for producing a heat exchanger suitable for coating.
  • Heat exchangers in heating devices are wanted as a result of certain operating conditions, in particular in the case of condensing devices, or are more or less exposed to exhaust gas condensate unintentionally.
  • This condensate has a corrosive effect on metals.
  • there are different signs of corrosion that directly affect the service life of the heat exchanger, since they preferably occur in the area between the fins and the water-carrying pipes and can thus lead to leaks in the system.
  • Another aspect of condensing boilers is the enrichment of the exhaust gas condensate with metals and metal compounds material detachment processes occurring at the heat exchanger, some of which exceed the permissible limit values.
  • a heat exchanger has become known from EP-PS 184 612, in which the water-carrying pipes in the lamella area are continuously covered without a gap with a protective layer applied before the lamellas are attached.
  • EP-PS 184 612 there is still a risk of corrosion due to gaps and caverns between the fins or the fins and the heat exchanger tube.
  • gaps and caverns aggressive components of the flue gas can attack the heat exchanger tube in a concentrated manner, so that gap corrosion and pitting can also occur with stainless steel tubes or tubes coated according to the above-mentioned EP-PS.
  • impregnation processes are also known in which the part to be impregnated is inserted into an autoclave, which evacuated and flooded with an impregnating agent in the event of overpressure.
  • evacuation and impregnation are carried out at the same time, as a result of which a high depth of penetration of the impregnating agent into cavities can be achieved.
  • Capillary forces which act in particular in tubular cavities, as described in US Pat. No. 4,453,301, can also be used for this purpose.
  • these known methods cannot easily be transferred to the special problems associated with heat exchangers. It is important that not too much and not too little resin is applied to the areas that are really at risk of corrosion.
  • the object of the invention is to provide a coating method for heat exchangers which can be limited to the areas which are actually at risk of corrosion and which offers increased security against corrosion.
  • This vacuum impregnation process using the Maldaner method means that only the cavities and the gaps in the heat exchanger are filled with synthetic resin.
  • the heat exchanger can optionally first be cleaned at approximately 120 ° C. or alternatively washed alkaline and then dried in an oven at 120 ° C. This ensures that the gaps and cavities are free of grease and dry.
  • the Maldaner process requires a maximum vacuum pressure of 5 mbar. At this pressure, the impregnation resin easily penetrates all gaps and cavities. After the vacuum is released, the impregnation resin is pressed into the gaps and cavities by the atmospheric pressure and thus reaches even the finest branches. During the subsequent cleaning in a water bath, the entire heat exchanger is washed off in such a way that no surface film remains. Only the impregnation resin in the gaps and cavities can no longer be washed out due to capillary forces. Finally, the resin is cured in the polymerization bath at 90 ° C.
  • the expansion behavior of the resin is also advantageous. If the heat exchanger expands as a result of temperature stress, the resin forms a flexible seal between the fins, which prevents the formation of noise - cracking due to different thermal expansion - prevented.
  • the gap widths are between 0.002 mm and 0.2 mm and that the temperature in the area of the resin does not exceed 250 ° C.
  • the very wide tolerance range with regard to the gap widths can already be taken into account when manufacturing the heat exchanger base body.
  • the fins are preferably fixed to the heat exchanger tubes in such a way, in particular soldered on or pressed or shrunk onto the stainless steel heat exchanger tubes that the clear widths of the gaps and cavities between 0.002 and 0.2 mm.
  • Slats with a U-shaped foot part L-shaped slats or hockey stick-shaped slats are preferably used.
  • lamellae 1 which are bent in a U-shape are provided in the foot region and are connected to a heat exchanger tube 3 via a solder foil 2. Adjacent slats lie against each other with their U-legs, whereby column 4 is formed. The curvature in the foot region also creates cavities 5 between the fastening points of the fins 1 on the heat exchanger tube 3.
  • the impregnation resin remains only in the columns 4 and cavities 5 of the heat exchanger.
  • the excess resin is completely removed by the washing-out process, but not the resin held in the columns 4 and cavities 5 by capillary forces.
  • the same method can also be used in the heat exchangers according to FIGS. 2 to 4.
  • the lamellae are L-shaped and, with the short legs 6 forming the lamella feet, each abut the long legs 7 of adjacent lamellae 1 '.
  • FIG. 3 likewise shows L-shaped fins 1 ', these fins 1' not being soldered to the heat exchanger tube 3, but rather being pressed or shrunk onto a heat exchanger tube 3 ', preferably made of stainless steel.
  • a heat exchanger constructed according to FIG. 4 is also suitable for using the vacuum impregnation method described above.
  • This heat exchanger has fins 1 '' in the form of a hockey stick, which are arranged stacked one on top of the other in the foot region 8 and are only soldered to the heat exchanger tube 3 in the region of the tips 9.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments specified above; rather, a number of variants are conceivable which make use of the invention even with a fundamentally different structure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung korrosionsgefährdeter Bereiche, wie Hohlräume und Spalte, eines lamellenbestückten Wärmetauschers mit einem thermisch und chemisch beständigen Harz sowie ein Verfahren zur Herstellung eines für die Beschichtung geeigneten Wärmetauschers. Um Korrosion und gegebenenfalls die Anreicherung des Kondensates mit korrosiv abgelösten Partikeln sicher zu verhindern, ist vorgesehen, daß die Hohlräume (5) und Spalte (4) im Bereich zwischen den Lamellen (1, 1', 1'') beziehungsweise den Lamellen (1, 1', 1'') und den Wärmetauscherrohren (3, 3') in Anlehnung an ein an sich bekanntes Vakuumimprägnierverfahren mit dem Harz gefüllt werden, wobei folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind:
  • Evakuieren des Wärmetauschers in einem Autoklaven,
  • Beaufschlagen des Wärmetauschers mit dem Harz,
  • Einpressen des Harzes in die Hohlräume und Spalte mittels atmosphärischem oder Überdruck,
  • Ausspülen beziehungsweise -waschen des nicht eingepreßten Harzes,
  • Polymerisieren des Harzes in einem ca. 90 °C aufweisenden Wasserbad.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung korrosionsgefährdeter Bereiche, wie Hohlräume und Spalte, eines lamellenbestückten Wärmetauschers mit einem thermisch und chemisch beständigen Harz und ein Verfahren zur Herstellung eines für die Beschichtung geeigneten Wärmetauschers.
  • Wärmetauscher in Heizgeräten werden infolge bestimmter Betriebsbedingungen gewollt, insbesondere bei Brennwertgeräten, oder ungewollt mit Abgaskondensat mehr oder weniger stark beaufschlagt. Dieses Kondensat wirkt auf Metalle korrosiv. Es kommt je nach konstruktiven Gegebenheiten und verwendeten Materialien zu unterschiedlichen Korrosionserscheinungen, die die Lebensdauer des Wärmetauschers direkt beeinflussen, da sie vorzugsweise im Bereich zwischen den Lamellen und den wasserführenden Rohren auftreten und so zu Undichtigkeiten des Systems führen können.
  • Bei Brennwertgeräten kommt als weiterer Aspekt die Anreicherung des Abgaskondensates mit Metallen und Metallverbindungen infolge am Wärmetauscher auftretender Materialablösungsprozesse hinzu, die teilweise die zulässigen Grenzwerte überschreiten.
  • Zur Unterbindung dieser Auswirkungen werden vor allem Beschichtungsverfahren in Form von Tauchen oder Lackieren mit einem kondensatfesten Material angewandt. Diese Verfahren haben den Nachteil, daß immer der gesamte Wärmetauscher lackiert oder getaucht werden muß. Folglich werden Flächen behandelt, die einen Korrosionsschutz nicht benötigen. Das überflüssigerweise aufgebrachte Material verbrennt häufig, belastet die Umwelt und führt zu einer Verschmutzung des Wärmetauschers.
  • Aus der EP-PS 184 612 ist ein Wärmeübertrager bekanntgeworden, bei dem die wasserführenden Rohre im Lamellenbereich mit einer vor dem Aufstecken der Lamellen aufgebrachten Schutzschicht durchgehend spaltfrei überzogen sind. Die Korrosionsgefahr aufgrund immer vorhandener Spalte und Kavernen zwischen den Lamellen beziehungsweise den Lamellen und dem Wärmetauscherrohr besteht jedoch weiterhin. In den Spalten und Kavernen können aggressive Bestandteile des Rauchgases das Wärmetauscherrohr konzentriert angreifen, so daß es auch bei Edelstahlrohren beziehungsweise gemäß der oben genannten EP-PS beschichteten Rohren zu Spaltkorrosion und Lochfraß kommen kann. Darüber hinaus besteht bei derartigen Beschichtungsverfahren die Gefahr, daß Verschmutzungen und/oder eingelagerte Gase unter der Beschichtung während des Betriebes zu einer Zerstörung der Schutzschicht führen.
  • Bekannt sind prinzipiell auch Imprägnierverfahren, bei denen das zu imprägnierende Teil in einen Autoklaven eingesetzt wird, welcher evakuiert und bei Überdruck mit einem Imprägniermittel geflutet wird. Bei einem in der DE-PS 34 23 483 beschriebenen Verfahren zum Imprägnieren hohler Bauteile wird gleichzeitig evakuiert und imprägniert, wodurch eine hohe Eindringtiefe des Imprägniermittels in Hohlräume erreichbar ist. Dazu nutzbar sind auch kapillare Kräfte, die insbesondere in rohrförmigen Hohlräumen wirken, wie in der US-PS 44 53 301 beschrieben. Diese bekannten Verfahren lassen sich aber nicht ohne weiteres auf die besondere Problematik bei Wärmetauschern übertragen. Hier kommt es darauf an, daß nicht zu viel und nicht zu wenig Harz auf die wirklich korrosionsgefährdeten Stellen aufgebracht wird.
  • Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Beschichtungsverfahren für Wärmetauscher anzugeben, das sich auf die tatsächlich korrosionsgefährdeten Bereiche eingrenzen läßt und eine erhöhte Korrosionssicherheit bietet.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Hohlräume und Spalte im Bereich zwischen den Lamellen beziehungsweise den Lamellen und den Wärmetauscherrohren in Anlehnung an ein an sich bekanntes Vakuumimprägnierverfahren mit dem Harz, wobei folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind:
    • Evakuieren des Wärmetauschers in einem Autoklaven,
    • Beaufschlagen des Wärmetauschers mit dem Harz,
    • Einpressen des Harzes in die Hohlräume und Spalte mittels atmosphärischem oder Überdruck,
    • Ausspülen beziehungsweise -waschen des nicht eingepreßten Harzes,
    • Polymerisieren des Harzes in einem ca. 90 °C aufweisenden Wasserbad.
  • Durch dieses Vakuumimprägnierverfahren nach der Maldaner-Methode werden nur die Hohlräume und die Spalte des Wärmetauschers mit Kunstharz gefüllt.
  • Zur Vorbereitung der Verfahrensschritte kann der Wärmetauscher gegebenenfalls zunächst bei ca. 120 °C gereinigt werden oder alternativ alkalisch gewaschen und anschließend im Ofen bei 120 °C getrocknet werden. Damit ist gewährleistet, daß die Spalte und Hohlräume fettfrei und trocken sind.
  • Beim Verfahren nach Maldaner ist ein Vakuum-Maximaldruck von 5 mbar erforderlich. Bei diesem Druck dringt das Imprägnierharz problemlos in alle Spalten und Hohlräume ein. Nachdem das Vakuum aufgehoben ist, wird das Imprägnierharz durch den atmosphärischen Druck in die Spalte und Hohlräume gepreßt und erreicht so auch die feinsten Verästelungen. Bei der anschließenden Reinigung im Wasserbad wird der komplette Wärmetauscher so abgewaschen, daß keinerlei Oberflächenfilm zurückbleibt. Nur das in den Spalten und Hohlräumen befindliche Imprägnierharz läßt sich aufgrund kapillarer Kräfte nicht mehr auswaschen. Abschließend erfolgt die Aushärtung des Harzes im Polymerisationsbad bei 90 °C.
  • Von Vorteil ist auch das Ausdehnungsverhalten des Harzes. Dehnt sich der Wärmetauscher infolge Temperaturbelastung aus, bildet das Harz eine flexible Abdichtung zwischen den Lamellen, die die Entstehung von Geräusch - Knacken durch unterschiedliche Wärmeausdehnung - verhindert.
  • Voraussetzung für die erfolgreiche Anwendung des Vakuumimprägnierverfahrens ist lediglich, daß die Spaltweiten im Bereich zwischen 0,002 mm und 0,2 mm liegen und daß die Temperatur im Bereich des Harzes 250 °C nicht übersteigt. Der sehr breite Toleranzbereich bezüglich der Spaltweiten läßt sich bereits bei der Herstellung des Wärmetauscher-Grundkörpers berücksichtigen.
  • Bevorzugt werden bei einem Verfahren zur Herstellung eines für die oben beschriebene Beschichtung geeigneten Wärmetauschers die Lamellen derart an die Wärmetauscherrohre fixiert, insbesondere angelötet oder auf die aus Edelstahl bestehenden Wärmetauscherrohre aufgepreßt oder aufgeschrumpft, daß die lichten weiten der Spalte und Hohlräume zwischen 0,002 und 0,2 mm betragen.
  • Bevorzugt werden Lamellen mit U-förmigem Fußteil, L-förmige Lamellen oder hockeyschlägerförmige Lamellen verwendet.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet beziehungsweise werden nachfolgend zusammen mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 einen Schnitt durch ein Wärmetauscherrohr mit angelöteten Lamellen einer ersten Ausführungsform,
    • Figur 2 wie Figur 1, jedoch mit Lamellen einer zweiten Ausführungsart,
    • Figur 3 wie Figur 2, jedoch mit auf das Wärmetauscherrohr aufgeschrumpften oder aufgepreßten Lamellen und
    • Figur 4 eine weitere Ausführungsform an das Wärmetauscherrohr angelöteter Lamellen.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 sind im Fußbereich U-förmig umgebogene Lamellen 1 vorgesehen, welche über eine Lötfolie 2 mit einem Wärmetauscherrohr 3 verbunden sind. Benachbarte Lamellen liegen mit ihren U-Schenkeln aneinander, wobei Spalte 4 entstehen. Durch die Krümmung im Fußbereich entstehen darüber hinaus Hohlräume 5 zwischen den Befestigungsstellen der Lamellen 1 auf dem Wärmetauscherrohr 3.
  • Die Spalte 4 und Hohlräume 5 (Kavernen) sind grundsätzlich immer vorhanden, so daß es unvermeidlich ist, daß Kondensat in die Spalte 4 und Hohlräume 5 eindringt beziehungsweise sich dort bildet. Es kommt zur Korrosion, und die Korrosionsprodukte finden sich im Kondensat wieder. Um diesen Erscheinungen entgegenzuwirken, werden die Spalte 4 und Hohlräume 5 mit einem thermisch und chemisch beständigen Harz gefüllt. Dazu sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen:
    • Evakuieren des Wärmetauschers,
    • Beaufschlagung mit Imprägnierharz,
    • Wärmetauscher dem Luftdruck aussetzen,
    • Auswaschen des Wärmetauschers,
    • Polymerisation des Harzes im Wasserbad bei ca. 90 °C.
  • Durch diese Methode, die an die an sich bekannte Imprägnierung nach Maldaner angelehnt ist, verbleibt das Imprägnierharz nur in den Spalten 4 und Hohlräumen 5 des Wärmetauschers. Durch den Auswaschvorgang wird das überflüssige Harz restlos entfernt, nicht aber das durch Kapillarkräfte festgehaltene Harz in den Spalten 4 und Hohlräumen 5. Das gleiche Verfahren läßt sich auch bei Wärmetauschern gemäß den Figuren 2 bis 4 anwenden.
  • Gemäß Figur 2 sind die Lamellen L-förmig ausgebildet und liegen mit den die Lamellenfüße bildenden kurzen Schenkeln 6 jeweils an den langen Schenkeln 7 benachbarter Lamellen 1' an.
  • Ebenfalls L-förmige Lamellen 1' zeigt Figur 3, wobei diese Lamellen 1' nicht an das Wärmetauscherrohr 3 angelötet, sondern auf ein vorzugsweise aus Edelstahl bestehendes Wärmetauscherrohr 3' aufgepreßt oder aufgeschrumpft sind.
  • Auch ein gemäß Figur 4 aufgebauter Wärmetauscher ist zur Anwendung des oben geschilderten Vakuumimprägnierverfahrens geeignet. Dieser Wärmetauscher besitzt hockeyschlägerförmig gestaltete Lamellen 1'', welche im Fußbereich 8 aufeinandergeschichtet angeordnet sind und nur im Bereich der Spitzen 9 an das Wärmetauscherrohr 3 angelötet sind.
  • Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiele; vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders geartetem Aufbau von der Erfindung Gebrauch machen.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Beschichtung korrosionsgefährdeter Bereiche, wie Hohlräume und Spalte, eines lamellenbestückten Wärmetauschers mit einem thermisch und chemisch beständigen Harz, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (5) und Spalte (4) im Bereich zwischen den Lamellen (1, 1', 1'') beziehungsweise den Lamellen (1, 1', 1'') und den Wärmetauscherrohren (3, 3') in Anlehnung an ein an sich bekanntes Vakuumimprägnierverfahren mit dem Harz gefüllt werden, wobei folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind:
    - Evakuieren des Wärmetauschers in einem Autoklaven,
    - Beaufschlagen des Wärmetauschers mit dem Harz,
    - Einpressen des Harzes in die Hohlräume (5) und Spalte (4) mittels atmosphärischem oder Überdruck,
    - Ausspülen beziehungsweise -waschen des nicht eingepreßten Harzes,
    - Polymerisieren des Harzes in einem ca. 90 °C aufweisenden Wasserbad.
  2. Verfahren zur Herstellung eines für die Beschichtung nach Anspruch 1 geeigneten Wärmetauschers, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (1, 1', 1'') derart an die Wärmetauscherrohre (3) fixiert, insbesondere angelötet, aufgeßreßt oder aufgeschrumpft werden, daß die lichten Weiten der Spalte (4) und Hohlräume (5) zwischen 0,002 mm und 0,2 mm betragen.
  3. Verfahren nach Anspruche 2, dadurch gekennzeichnet, daß Lamellen (1) mit U-förmigem Fußteil, L-förmige Lamellen (1') oder hockeyschlägerförmige Lamellen (1'') verwendet werden.
EP92115722A 1991-09-19 1992-09-14 Verfahren zum Imprägnieren eines Wärmetauschers Expired - Lifetime EP0533097B1 (de)

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EP0533097A3 EP0533097A3 (en) 1993-06-16
EP0533097B1 EP0533097B1 (de) 1996-07-17

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EP0533097A3 (en) 1993-06-16
AT400012B (de) 1995-09-25
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DE59206777D1 (de) 1996-08-22
ATA188191A (de) 1995-01-15
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