Böhler, Sven Friedrich (2024)
Beschichtung von Kühlwasserrohren mittels dielektrischer Barriereentladung zur Minderung von Fouling.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00026509
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion
Kurzbeschreibung (Abstract)
Kühlprozesse werden durch Ablagerungen auf Wärmeübertrageroberflächen in verschiedenen Anwendungen wie beispielsweise Kondensatoren in Kraftwerken beeinträchtigt. Der reduzierte Wärmeübergang sowie der daraus resultierende Effizienzverlust macht aufwendige und umweltschädliche Reinigungsprozesse notwendig. Ziel dieser Arbeit ist es, eine kostengünstige und umweltfreundlichere Alternative zu entwickeln. Mittels eines Beschichtungsverfahrens für Rohrbündelwärmeübertrager sollen die Rohroberfläche insbesondere vor biologischem Fouling geschützt werden, welches bei fluss- oder meerwassergekühlten Systemen die Hauptursache für Ablagerungen darstellt. Herausforderungen hierbei stellen die geringen Rohrdurchmesser, heterogenen Ablagerungen und eine mögliche Hemmung der Wärmeübertragung durch die Beschichtung dar.
Als Abscheidungsprozess wird eine plasmaaktivierte Chemische-Gasphasenabscheidung (PECVD) ausgewählt und hierfür eine dielektrische Barrieentladungsdüse konstruiert, welche die Abscheidung dünner Polydimethylsiloxanschichten in den Rohren ermöglicht. Um das Plasma zwischen Entladungsdüse und Rohrwand zu kontrollieren, wird eine Versuchsanlage aufgebaut, welche die Beschichtung bis zu drei Meter langer Rohrstücke ermöglicht. Die Beschichtung wird durch umfangreiche Versuchsreihen mittels unterschiedlicher Plasmaparameter, Gasmischungen und konstruktiver Anpassungen der Düse untersucht. Dabei kommen zur Bewertung der Beschichtungen und ihrer Wirksamkeit Messungen der Oberflächeneigenschaften, mikrobiologische Bewuchsversuche und Langzeituntersuchungen der Schichtstabilität zur Anwendung. Insbesondere auf den häufig genutzten Edelstahloberflächen zeigt die Beschichtung eine gute Langzeitstabilität und eine Reduktion des biologischen Foulings. Konstruktiv wird die Düse mittels CFD-Simulationen optimiert, um gleichmäßigere Beschichtungen und Beschichtungsraten von bis zu 0,9 m/min zu erreichen.
Typ des Eintrags: | Dissertation | ||||
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Erschienen: | 2024 | ||||
Autor(en): | Böhler, Sven Friedrich | ||||
Art des Eintrags: | Erstveröffentlichung | ||||
Titel: | Beschichtung von Kühlwasserrohren mittels dielektrischer Barriereentladung zur Minderung von Fouling | ||||
Sprache: | Deutsch | ||||
Referenten: | Etzold, Prof. Dr. Bastian J. M. ; Andrieu-Brunsen, Prof. Dr. Annette | ||||
Publikationsjahr: | 22 Juli 2024 | ||||
Ort: | Darmstadt | ||||
Kollation: | xi, 121 Seiten | ||||
Datum der mündlichen Prüfung: | 6 Juni 2024 | ||||
DOI: | 10.26083/tuprints-00026509 | ||||
URL / URN: | https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26509 | ||||
Kurzbeschreibung (Abstract): | Kühlprozesse werden durch Ablagerungen auf Wärmeübertrageroberflächen in verschiedenen Anwendungen wie beispielsweise Kondensatoren in Kraftwerken beeinträchtigt. Der reduzierte Wärmeübergang sowie der daraus resultierende Effizienzverlust macht aufwendige und umweltschädliche Reinigungsprozesse notwendig. Ziel dieser Arbeit ist es, eine kostengünstige und umweltfreundlichere Alternative zu entwickeln. Mittels eines Beschichtungsverfahrens für Rohrbündelwärmeübertrager sollen die Rohroberfläche insbesondere vor biologischem Fouling geschützt werden, welches bei fluss- oder meerwassergekühlten Systemen die Hauptursache für Ablagerungen darstellt. Herausforderungen hierbei stellen die geringen Rohrdurchmesser, heterogenen Ablagerungen und eine mögliche Hemmung der Wärmeübertragung durch die Beschichtung dar. Als Abscheidungsprozess wird eine plasmaaktivierte Chemische-Gasphasenabscheidung (PECVD) ausgewählt und hierfür eine dielektrische Barrieentladungsdüse konstruiert, welche die Abscheidung dünner Polydimethylsiloxanschichten in den Rohren ermöglicht. Um das Plasma zwischen Entladungsdüse und Rohrwand zu kontrollieren, wird eine Versuchsanlage aufgebaut, welche die Beschichtung bis zu drei Meter langer Rohrstücke ermöglicht. Die Beschichtung wird durch umfangreiche Versuchsreihen mittels unterschiedlicher Plasmaparameter, Gasmischungen und konstruktiver Anpassungen der Düse untersucht. Dabei kommen zur Bewertung der Beschichtungen und ihrer Wirksamkeit Messungen der Oberflächeneigenschaften, mikrobiologische Bewuchsversuche und Langzeituntersuchungen der Schichtstabilität zur Anwendung. Insbesondere auf den häufig genutzten Edelstahloberflächen zeigt die Beschichtung eine gute Langzeitstabilität und eine Reduktion des biologischen Foulings. Konstruktiv wird die Düse mittels CFD-Simulationen optimiert, um gleichmäßigere Beschichtungen und Beschichtungsraten von bis zu 0,9 m/min zu erreichen. |
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Alternatives oder übersetztes Abstract: |
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Freie Schlagworte: | Beschichtungen, Wärmeübertrager, Fouling, DBD, PECVD | ||||
Status: | Verlagsversion | ||||
URN: | urn:nbn:de:tuda-tuprints-265094 | ||||
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie | ||||
Fachbereich(e)/-gebiet(e): | 07 Fachbereich Chemie 07 Fachbereich Chemie > Ernst-Berl-Institut 07 Fachbereich Chemie > Ernst-Berl-Institut > Fachgebiet Technische Chemie |
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Hinterlegungsdatum: | 22 Jul 2024 12:07 | ||||
Letzte Änderung: | 23 Jul 2024 05:20 | ||||
PPN: | |||||
Referenten: | Etzold, Prof. Dr. Bastian J. M. ; Andrieu-Brunsen, Prof. Dr. Annette | ||||
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: | 6 Juni 2024 | ||||
Export: | |||||
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