Cerpor

Key Data

• Acronym: CERPOR
• Name: Optimization of ceramic components for porous burners
• Duration: 30 months (01.06.2003 | 31.12.2005)
• Number of Partners: 9
• Funding source: German National Funds (BMWi website)
• Total budget: €1.4M
• Project webpage: Cerpor webpage
• Status: closed

Abstract (available only in german)

In den letzten Jahren wurde ein neues Verbrennungskonzept, die so genannte Porenbrennertechnik am Lehrstuhl für Strömungsmechanik der Universität Erlangen- Nürnberg entwickelt. Dabei findet die Verbrennung vollständig innerhalb der Poren eines meist keramischen Porenkörpers statt. Hiermit unterscheidet sich die Porenbrennertechnologie grundlegend von herkömmlichen Verbrennungstechniken, in denen Flammen im freien Raum (Diffusionsbrenner) oder an einer porösen Oberfläche (Oberflächenstrahlungsbrenner) stabilisiert werden. Aufgrund technologisch bedingter Vorteile (hohe Leistungsdichte, große Leistungs- und Luftzahldynamik, niedrige Emissionen) ist die Porenbrennertechnologie für viele unterschiedliche Anwendungen attraktiv. Bild 1 zeigt einen Porenbrenners im offenen Betrieb und dessen Funktionsweise.

Nachdem in einer Reihe von Forschungsprojekten die wichtigsten verbrennungstechnischen Fragestellungen der Porenbrennertechnologie geklärt und die Vorteile der Technologie in vielen Anwendungsgebieten an Funktionsmustern aufgezeigt werden konnten, ist die Entwicklung von langzeitstabilen Keramikwerkstoffen eine der wichtigsten noch verbleibenden Entwicklungsaufgaben. Bedingt durch die vollständige Verbrennung innerhalb der porösen Struktur, werden die im Brenner eingesetzten Materialien extremen thermischen und chemischen Bedingungen ausgesetzt. Durch intensive Entwicklungsarbeiten ist es in den vergangenen Jahren gelungen, die Lebensdauer der Materialien auf einige tausend Betriebsstunden zu erhöhen. Für die meisten Anwendungen werden jedoch deutlich höhere Standzeiten benötigt. Zusätzlich führt die schwankende Materialqualität zu unberechenbaren Ausfällen. Ziel des vom BMWA geförderten Verbundprojektes CERPOR ist die Neu- und Weiterentwicklung von Keramikkomponenten, die zum einen die verbrennungstechnischen Anforderungen wie Porosität, Wärmeleitfähigkeit und Druckverlust und andererseits trotz extremer Beanspruchung eine ausreichende Lebensdauer aufweisen. B

Die Weiterentwicklung und Optimierung der eingesetzten Keramiken ist ein aufwendiger Vorgang und erfordert interdisziplinäre Kompetenzen. Die am Projekt CERPOR beteiligten Keramikhersteller PTC SA, Duotherm Isoliersysteme und Pritzkow Spezialkeramik haben bisher Pionierleistungen erbracht, sind jedoch bisher nicht in der Lage, das für eine systematische Weiterentwicklung der Materialien und der Herstellprozesse notwendige Know-how und Instrumentarium an Analysegeräten aufzubringen. Außerdem sind bisher nur stark begrenzte Kapazitäten bei den drei beteiligten Brennerherstellern bzw. Systemlieferanten zur Durchführung von echten Dauertests sowie beschleunigten Lebensdauertests mit simultaner Charakterisierung des Betriebsverhaltens vorhanden, die für eine systematische Vorgehensweise unverzichtbar sind.
Im Projekt CERPOR sollen diese Hindernisse beseitigt werden, um in kurzer Zeit Materialien bereitzustellen, die eine schnelle Verbreitung der Porenbrennertechnologie ermöglichen. Durch die Kooperation mit auf Hochtemperaturkeramiken spezialisierten Instituten DLR Stuttgart und DLR Köln sowie der Eidgenössischen Materialprüfanstalt EMPA in der Schweiz werden die KMU’s in die Lage versetzt, ihre Keramik-Produkte durch neues Know-how und erweiterte Analysemöglichkeiten zu optimieren. Die Anforderungen ihrer ebenfalls zukünftigen Kunden GoGaS, Enginion und DaimlerChrysler (Brennerhersteller bzw. Systemlieferanten) können bei der Weiterentwicklung berücksichtigt werden, da die wichtigsten Porenbrennerhersteller und –anwender ebenfalls im Projekt vertreten sind. Der LSTM-Erlangen, der als technologisches Zentrum der Porenbrennertechnologie gilt, bringt sein gebündeltes Know-how aus den bisherigen Erfahrungen ein. Zudem wurde hier eine Infrastruktur zur Untersuchung des Langzeitverhaltens aufgebaut, die erlaubt, dass Materialien anwendungsübergreifend auf ihre Langzeitstabilität untersucht werden können.

Mittlerweile sind bereits ca. 40 Anwendungen bekannt, in der die Porenbrennertechnologie eingesetzt werden kann. Die Anwendungsbreite reicht von einfachen Industriestrahlungsbrennern über Haushaltsbrenner bis hin zu Wärmequellen für miniaturisierte KWK-Anlagen und Komponenten im Brennstoffzellenumfeld.
Diese Potenziale der Porenbrennertechnologie können zukünftig nur genutzt werden, wenn die im Porenbrenner eingesetzten Komponenten eine ausreichende Lebensdauer besitzen. Während im Bereich der Hellstrahler eine Markteinführung kurz bevor steht, befinden sich viele andere Anwendungen noch im Entwicklungs- oder Erprobungsstadium und das Erreichen der Marktreife ist an die Existenz geeigneter Werkstoffe gekoppelt. Daneben können Fortschritte im Bereich der Hochtemperaturkeramiken auch außerhalb der Porenbrennertechnologie genutzt werden. Poröse Keramikwerkstoffe werden bereits heute als Trägermaterial für Katalysatoren verwendet. Weitere innovative Anwendungsfelder für Keramikporenkörper sind beispielsweise im Luft- und Raumfahrtbereich und bei volumetrischen Solarreceivern vorhanden.

Partners

• LSTM University of Erlangen (Germany) | Webpage
• German Aerospace Center (Germany) | Webpage
• EMPA (Switzerland) | Webpage
• Daimler Chrysler AG (Germany) | Webpage
• PTC SA* (Switzerland) | Webpage
• Duotherm Isoliersysteme GmbH (Germany) | Webpage
• Enginion AG (Grmany) | Webpage
• Gogas Goch GmbH & Co. (Germany) | Webpage
• Walter E.C. Pritzkow Spezialkeramik (Germany) | Webpage

*: The project was carried out by PTC SA, before being incorporated in Erbicol SA, and before being spinned off to EngiCer SA.