Hocheffiziente mikroporöse Dämmung für Festoxid-Brennstoffzellensysteme (SOFC)
Kundenhintergrund und Herausforderung
Ein führendes Engineering-Unternehmen, das auf stationäre Festoxid-Brennstoffzellensysteme (SOFC) für die dezentrale Energieerzeugung spezialisiert ist, wandte sich mit einer anspruchsvollen Herausforderung im Bereich des Wärmemanagements an uns. Die SOFC-Systeme des Kunden wurden für Wohngebäude sowie leichte gewerbliche Kraft-Wärme-Kopplungsanwendungen (KWK) entwickelt, bei denen Systemwirkungsgrad, Spannungsstabilität, kompakte Bauweise und niedrige Außentemperaturen entscheidende Leistungsmerkmale sind.
Der Kunde stand bei der Isolierung der Hot Box vor drei wesentlichen Herausforderungen: (1) eine hocheffiziente Wärmedämmung auf äußerst begrenztem Raum zu realisieren – das Gehäuse der Hot Box bot nur minimalen Platz für Dämmmaterial, während die Außentemperatur trotz einer Innentemperatur von 750 °C unter 60 °C bleiben musste; (2) die Anpassung an komplexe Innenstrukturen mit Rohrleitungen kleiner Durchmesser, zahlreichen Bögen, unregelmäßigen Geometrien und verschiedenen Durchführungen; sowie (3) die Gewährleistung einer stabilen und zuverlässigen Leistung über die gesamte Lebensdauer des Systems.
Unicorn-Lösung
Um eine einfache Installation innerhalb der komplexen Innenstrukturen des Systems sowie eine hohe Wärmedämmleistung der gesamten Hot Box sicherzustellen, kamen G1000-Hochfestigkeitsplatten zur Aufnahme der Bodenlasten, maßgefertigte oder granulatbasierte mikroporöse Dämmstoffe für die komplexen Rohrleitungssysteme sowie TT 1000 Classic-Platten in Kombination mit flexiblen SFlex-Paneelen rund um den SOFC-Stack zum Einsatz. Alle Produkte sind für den Dauerbetrieb bis 1.000 °C ausgelegt und bieten eine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit sowie eine hohe mechanische Festigkeit bei erhöhten Temperaturen.
Kundenvorteile
Minimiert Wärmeverluste durch eine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit und verbessert dadurch den Gesamtwirkungsgrad der SOFC-Hot-Box.
Reduziert die Dämmstärke um bis zu 60 % gegenüber herkömmlichen Dämmstoffen und ermöglicht dadurch kompaktere SOFC-Systemdesigns.
Unterstützt komplexe Hot-Box-Geometrien durch präzisionsgefertigte Bauteile, flexible Paneele und mikroporöse Granulate, die sich für gekrümmte Oberflächen, Rohrdurchführungen und beengte Einbauräume eignen.
Bietet langfristige thermische Stabilität und Zuverlässigkeit. Die anorganische mikroporöse Struktur enthält keine organischen Bindemittel, wodurch thermische Zersetzung vermieden wird und eine hervorragende langfristige Maß- und Temperaturstabilität auch unter kontinuierlichem Hochtemperatureinsatz gewährleistet ist. Dieses Materialkonzept unterstützt eine lange Lebensdauer in anspruchsvollen SOFC-Anwendungen.
Gewährleistet eine hervorragende Brandsicherheit in SOFC-Systemen. Die Einstufung als A1 nicht brennbarer Werkstoff bietet ein Höchstmaß an Brandschutz für das System und seine Betriebsumgebung.
Technischer Support – Unsere Ingenieure arbeiten mit den Kunden von der Konzeptentwicklung bis zur Produktvalidierung eng zusammen und unterstützen sie mit thermischen Simulationen, der Auswahl geeigneter Dämmstoffe, Prototypentests sowie maßgeschneiderten Dämmlösungen. Dieser ingenieurtechnische Ansatz trägt dazu bei, die thermische Leistung zu optimieren und gleichzeitig die Entwicklungszeit zu verkürzen.
Mikroporöse Dämmplatte zur Verbesserung der thermischen Effizienz von Stahlgießpfannen
Kundenhintergrund und Herausforderung
Ein renommierter chinesischer Stahlhersteller, der mehrere Dutzend Stahlgießpfannen betreibt, wandte sich an Unicorn, um die thermische Effizienz seiner Gießpfannen zu verbessern. Das Hauptziel bestand darin, die Temperatur der Pfannenschale zu senken und Wärmeverluste zu minimieren, ohne die bestehende Dämmstärke zu erhöhen.
Aufgrund der festen Abmessungen der Gießpfannen und der erforderlichen Produktionskapazität war eine Erhöhung der Dämmstärke keine praktikable Lösung. Daher benötigte der Kunde ein leistungsfähigeres Dämmmaterial, das innerhalb des vorhandenen Einbauraums einen deutlich besseren Wärmeschutz bietet.
Der ursprüngliche Aufbau der Pfannendämmung sowie die gemessenen Schalentemperaturen waren wie folgt:
Arbeitsauskleidung: 220 mm Korund + 100 mm Bauxit
Hinterdämmung: 10 mm Keramikfaserplatte
Gemessene Außenschalentemperatur: 315–330°C im Normalbetrieb, ansteigend auf über 380°C nach mehreren Aufheizzyklen.
Unicorn-Lösung
Unicorn ersetzte die vorhandene 10 mm starke Keramikfaser-Hinterdämmung durch TT 1000 Ironflex – eine flexible mikroporöse Dämmplatte, die speziell für industrielle Hochtemperaturanwendungen entwickelt wurde.
Im Vergleich zu herkömmlicher Keramikfaserdämmung bietet TT 1000 Ironflex eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit bei hohen Temperaturen. Dadurch wird der Wärmeeintrag vom flüssigen Stahl auf die Pfannenschale reduziert, ohne dass die Dämmstärke verändert werden muss.
Die Lösung ermöglichte eine deutliche Verbesserung der thermischen Leistung, ohne die bestehende Konstruktion der Gießpfanne zu verändern oder deren Arbeitskapazität zu verringern.
Testergebnisse
Der Kunde führte umfangreiche Messungen an mehreren Stahlgießpfannen durch. Die Ergebnisse zeigten eine deutliche Verbesserung:
| Parameter |
Vorher (Keramikfaser) |
Nachher (Unicorn-Panel) |
| Temperatur auf der Kaltseite |
315°C – 330°C |
ca. 260°C (Durchschnitt) |
| Maximale Schalentemperatur |
380°C+ |
<320°C |
| Validierung im Produktionsbetrieb |
Regelbetrieb |
Über 1.500 Chargen |
Kundenvorteile
Höhere thermische Effizienz und geringere Wärmeverluste
Der Austausch der herkömmlichen Keramikfaserdämmung durch mikroporöse Dämmstoffe reduziert den Wärmedurchgang durch die Pfannenschale erheblich. Die gemessene Verringerung der Schalentemperatur bestätigt die verbesserte Dämmleistung und trägt dazu bei, die Wärmeverluste zu minimieren, ohne die Dämmstärke zu erhöhen.
Niedrigere Schalentemperatur für mehr Arbeitssicherheit
Durch die Modernisierung der Dämmung konnte die Außenschalentemperatur um etwa 50 bis 80°C gesenkt werden. Dadurch wurde die Wärmestrahlung im Bereich der Gießpfanne reduziert und ein sichereres Arbeitsumfeld für das Bedienpersonal geschaffen.
Unterstützt stabilere Stahlherstellungsprozesse
Durch die Verringerung der Wärmeverluste der Gießpfanne trägt die mikroporöse Dämmung dazu bei, während des Transports und der Verarbeitung von flüssigem Stahl stabilere thermische Bedingungen aufrechtzuerhalten. Dies unterstützt gleichmäßigere Stahlherstellungsprozesse, ohne die bestehende Konstruktion oder Arbeitskapazität der Gießpfanne zu verändern.
Potenziell längere Lebensdauer der Gießpfanne
Niedrigere Schalentemperaturen verringern die thermische Belastung der Pfannenschale und der umgebenden Konstruktionen. Dadurch können Wartungsintervalle verlängert, Wartungskosten reduziert und die Gesamtlebensdauer der Gießpfanne erhöht werden.
