FoulingResist – Effizienzverbesserung durch Verminderung von Fouling in Wärmeüberträgerrohren

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Oberflächenmodifikation für Wärmeübertragerflächen, die sich, bei hoher Oberflächenstabilität und gleichbleibendem Wärmedurchgang, durch eine hohe Resistenz gegenüber Fouling auszeichnet. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Modifikation der Innenflächen von Wärmeüberträgerrohren zur Vermeidung von Kristallisationsfouling (auch als „Scaling" bezeichnet).

Während des Betriebs von Wärmeüberträgern bilden sich auf den kühlwasserseitigen Oberflächen der Apparate mineralische und biologische Beläge. Diese zusätzlichen Beläge erhöhen den Wärmedurchgangswiderstand, verringern dadurch den übertragenen Wärmestrom und beeinträchtigen somit die Funktion des Wärmeüberträgers. Dieser als „Fouling" bezeichnete Prozess ist ein grundlegendes Problem der thermischen Verfahrenstechnik. Die dadurch verursachten Kosten werden für hochindustrialisierte Länder auf 0,25 % des Bruttoinlandsproduktes geschätzt. Die Belagsbildung erfordert bei der Auslegung des Wärmeüberträgers eine starke Überdimensionierung (häufig im Bereich von 20 % bis 60 %) sowie während des Betriebs eine regelmäßige chemische oder mechanische Reinigung der betroffenen Oberflächen. Diese Vorgehensweise ist derzeit bei vielen Anwendungsfällen in der Kraftwerkstechnik und in der Industrie Stand der Technik, führt allerdings zu erhöhten Investitions- und Betriebskosten sowie einem erhöhten Energiebedarf.

Mit Hilfe modernster Verfahren der Oberflächentechnik sollen Innenflächen von Metallrohren so modifiziert werden, dass foulingresistente Flächen entstehen. Diese Oberflächeneigenschaften sollen durch das Aufbringen einer dünnen funktionellen Schicht mittels PECVD erzeugt werden. Ein zweiter Ansatz zur Veränderung des Foulingverhaltens der Wärmeüberträgerflächen ist die Strukturierung der Oberflächen im Sub-Mikrometer- und Mikrometerbereich. Dies soll mittels direkter Laserinterferenzstrukturierung (DLIP) in dem Vorhaben systematisch realisiert werden.