ip tubes: Vervielfachte Wärmeübertragung

Glatt- oder Strukturrohr? Bei einem neuen Hochleistungskondensator aus Brandenburg sollen Rohre mit gezielt veränderten Oberflächen für bisher unerreichte Effekte sorgen. Ein Klimatechnik-Spezialist aus Baden-Württemberg nutzt das innovative Material bereits für Wärmetauscher zum Einsatz in Trocknungs-, Lackierungs- oder Pulverbeschichtungsanlagen.

Wissenschaftler der TFH Wildau (Brandenburg) entwickeln gemeinsam mit Forschungsingenieuren des ortsansässigen Wärmetauscher-Spezialisten La Mont-Kessel einen multifunktionalen Rohrbündelkondensator, der sich inzwischen als Superkondensator erweist. Nach Angaben des Entwicklerteams soll die für Kraftwerks- und Industrieanwendungen konzipierte Kondensatorfamilie gegenüber herkömmlichen Systemen mit Glattrohr eine mehrfach höhere Wärmeübertragungsleistung bei halbiertem Anlagenvolumen haben. Auch die unerwünschte Materialablagerung in oder an den Rohren, die sog. Foulingneigung, soll um rund 80 Prozent sinken. Damit verlängern sich die Wartungsintervalle erheblich.

Ermöglicht wird dieser Effizienzsprung durch Verwendung sogenannter „industrial power tubes“ (ip tube®) – Strukturrohre mit differenziert ausleg- bzw. strukturierbarer Oberfläche. Nach patentierten Verfahren werden dazu Halbzeuge mit Durchmessern von acht bis 60 Millimetern aus Stahl, Edelstahl oder Kupfer durch gleichmäßige Prägungen unterschiedlicher Tiefe und Gestalt umgeformt und mit bedarfsangepassten kristallinen Kupfer- oder Nickelstrukturen bestückt.

Die Wandverformung erzwingt in durchströmenden Medien wie Wasserdampf oder organischen Substanzen Turbulenzen. So lässt sich die Intensität der Wärmeübertragung gegenüber geradlinig, laminar strömenden Stoffen um den Faktor drei bis fünf erhöhen, wie realitätsnahe Tests unter Beweis gestellt haben. „Das gestattet drastisch geringere Abmessungen und einen erheblich reduzierten Materialeinsatz in der Produktion“, erklärt LaMont-Geschäftsführer Dr.-Ing. Udo Hellwig. Mikrostrukturen wirkten dagegen nach anderen physikalischen Prinzipien; sie verbesserten massiv und nachhaltig Tempo sowie Intensität der Dampfkondensation. Die besten Ergebnisse seien durch Kombination beider Technologien zu erzielen. So umgesetzt, steige die Siedeleistung von ip tube®-Material mit Makro- und Mikrostrukturierung um den Faktor sechs. Ein Vergleichstest mit Zementschlamm habe zudem ein deutlich überlegenes Anti-Foulingverhalten der Strukturrohe gezeigt: Während ein Glattrohr bereits nach einer Woche weitgehend zugesetzt und unbrauchbar war, wiesen ip tube®-Vergleichsstücke keine bzw. nur minimale Ablagerungen auf.

Die Entwicklung des multifunktionalen Hochleistungskondensators wird vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert. Bereits Ende Juni solle nach Aussagen der TFH Wildau die Produktionsreife erreicht sein, erste Produktauslieferungen könnten noch 2011 erfolgen. Einsatzfelder für die Neuentwicklung mit einem Leistungsvermögen bis zu mehreren Megawatt finden sich überall dort, wo in vertikaler oder horizontaler Anwendung Temperaturdifferenzen effizienter bzw. unter beengten Raumverhältnissen genutzt werden sollen.

Partnerfirmen setzen bereits auf die vorteilhaften Eigenschaften der strukturierten Rohre. Die Bleher Klimatechnik GmbH & Co. KG in Pliezhausen (Baden-Württemberg) beispielsweise hat in den letzten zwei Jahren mehrere Versuchsanlagen mit dem Material gebaut, umfangreiche Tests zu seinem Dehnungsverhalten durchgeführt und jetzt ein eigenes System entwickelt. „Wir können bei unseren Edelstahl-Wärmetauschern mit den ip tubes deutlich längere Bautiefen erzielen“, erläutert Firmenchef Werner Bleher. Bei konstantem Rohrdurchmesser erhöhten sich Heizfläche und Leistung, das Einbauvolumen sinke gegenüber Glattrohr-Lösungen erheblich. Obendrein werde gravierend weniger Material für die Sekundärheizflächen benötigt, einige Schweißnähte entfielen – und die Systeme erwiesen sich zudem als wesentlich schwingungsresistenter. Nach Fertigstellung einer neuen Produktionshalle wolle seine Firmengruppe mit knapp 80 Mitarbeitern deshalb spätestens im Herbst die Produktion mit größeren Stückzahlen starten. Hersteller von Lackieranlagen für den Automobilbau, die KFZ-Reparaturbranche ebenso wie von Pulverbeschichtungsanlagen oder Trocknern für Steine, Beton und Lebensmittel könnten damit „deutliche Effizienzvorteile“ erzielen, ist sich der erfahrene Anlagenbauer sicher. Er war von Unternehmerkollegen auf die Neuentwicklung aus Berlin aufmerksam gemacht worden.

La Mont-Kessel ist seit 80 Jahren auf Energietechnik spezialisiert. Die technologische Überlegenheit seiner ip tube® zeigt sich bereits seit 2003 in Industrieanwendungen verschiedener Branchen. Die modifizierten Rohre bewähren sich in Wärmeübertragern für die dezentrale Energieversorgung eines süddeutschen Industriegebiets, im Bereich der thermischen Nachverbrennung in Chemieindustrie und Automobilbau, in Verdampfern der Lebensmittelindustrie sowie bei der Bauteilkühlung.

Kontakt:
Prof. Dr.-Ing. Udo Hellwig, GF La Mont-Kessel GmbH & Co.KG,
Tel. 033 75 / 21 95-0, info@lamont-services.com