El-besparelser ved kalk-, fouling- og friktionsnedsættende materialer
Efter test hos Vestas Aircoil viste den ubehandlede veksler kraftig korrosion-dannelse. Foto: Projektgruppen.
Teknologisk Institut har påvist, at nye typer overflader i form af tribologiske overflader og sol-gel overflader har gode kalkafvisende egenskaber. Gennem en korrosionstest i salttågekammer er det desuden påvist, at sol-gel overfladerne også er korrosionshæmmende. Disse overfladematerialer er afprøvet på blæserhjul, varmelegemer og ladeluftskøler med generelt positive resultater, idet sol-gel overfladen dog medførte en uacceptabel forringelse af varmeovergangen mellem luft og køler. En efterfølgende fase 2, der er bevilget som et PSO-2005 projekt,vil bl.a. inddrage andre apparattyper, og der vil blive arbejdet på at forbedre sol-gel overfladens varmeovergang, optimere sprøjte- og dyppeprocesser m.v..
Projektet havde til formål at undersøge, om der kan udvikles overflader, der kan afvise kalk- og andre belægninger i produkter som varmelegemer (f.eks. til vaskemaskiner), sensorer, køle- og hedeflader samt nedsætte friktionen i f.eks. pumper.
Såfremt belægninger kan undgås og friktionen kan nedsættes vil elforbruget kunne reduceres betydeligt. Projektets mål har været at få bekræftet en teori om, at nye materialer med lave overfladespændringer i form af tribologiske overflader og varianter af lakbaserede sol-gel overflader vil være foulingafvisende og afvisende over for kalkbelægninger pga. de lave overfladespændringer.
Kalk og andre former for belægninger vurderes til alene i Danmark at give et unødvendigt energiforbrug på over 100 GWh/år og en tilsvarende CO2 udledning. En reduktion af kalk og andre belægninger falder fint i tråd med Danmarks politik om at reducere udledningen af CO2 i henhold til Kyoto-aftalen.
Laboratorieprøver
Laboratorieprøverne på de forskellige overfladers evne til at afvise kalkbelægning viste, at begge de tribologiske overflader havde gode kalkafvisende egenskaber. Overfladen af wolfram med kulstof var blandt prøvernes bedste, selv om denne belægning havde forholdsvis høje overfladeenergier. Fire af de fem testede sol-gel overflader havde også gode eller overordentlig gode kalkafvisende egenskaber.
Korrosionstesten i salttågekammer viste, at sol-gel overfladerne også hæmmer korrosion fra saltholdigt vand, idet de overfladebehandlede ladeluftskølere havde markant mindre korrosion end referencen.
Afprøvning af et sol-gel behandlet blæserhjul fra en Electrolux-tørretumbler viste, at denne overflade er god til at afvise fnuller fra det tørrede tøj (se forsidefoto) sammenlignet med referencen i rustfrit stål. Denne felttest er derfor fulgt op i USA, hvor der er særlige problemer med tilsmudsning af blæserhjul. Også her har resultater af tre måneders forsøg været meget lovende. Et forsøg med varmelegemer i vaskemaskiner er gennemført i både Danmark og Sverige, men inden afslutningen af 1. fase nåede kalkbelægningen ikke et omfang, der gjorde det muligt at sammenligne de tribologiske overflader og sol-gel behandlede legemer med de ubehandlede referencer. Denne felttest fortsætter derfor i projektets 2. fase.
Et feltforsøg med sol-gel behandlet ladeluftskøler afslørede, at sol-gel overfladen reducerede varmeovergangen, formentlig pga. en ændret strømningsprofil omkring kølefinnerne. Vestas AirCoil vil derfor i projektets 2. fase forsøge at forbedre varmeovergangen med en ændret geometri af kølefinnerne og gennem profilering af sol-gel overfladen, da sol-gel behandlingen har en meget positiv effekt på sodaflejring og korrosion i motoren.
Ny bevilling til at fortsætte arbejdet
Projektgruppen har fået mulighed for at fortsætte arbejdet via en ny bevilling i 2005. Her vil Grundfos og APV Invensys supplere Electrolux og Vestas AirCoil som leverandører af apparater, og der satses på også at teste apparater som pumper, sensorer, vekslerplader og flader, der skal rengøres i levnedsmiddelindustrien. Arla Foods medvirker i den praktiske afprøvning som slutbruger.
Herudover skal projektgruppen i fase 2 forsøge at forbedre sol-gel overfladens varmeovergang fra luft til køleelement, fx ved at ændre kølefladernes geometri.
Overfladeenergier og kalkafvisende egenskaber hænger ikke entydigt sammen. Derfor er der behov for at klarlægge andre parametre, som har betydning for vedhæftning af kalk og smuds. En anden vigtig udviklingsopgave gælder metoder til at skabe indre spændinger mellem kalk og underlag og optimere disse med overfladernes gode kalkafvisende egenskaber. Med Teknologisk Instituts erfaringer fra teknik, der anvendes til produktion af sjapis, kan nanoteknologi komme på tale, ligesom der kan bruges bl.a. ultralyd og temperaturudvidelse.
I en senere fase vil der også blive brug for at optimere de sprøjte- og dyppeprocesser, der skal påføre de kalkafvisende overflader på elementer med komplicerede geometrier, for at gøre overfladebehandlede produkter mere konkurrencedygtige.
Mere information
334-008