Neue Erkenntnisse von Kelvion und dem Institut für Korrosionsschutz Dresden (IKS) sorgen für verbesserte Trinkwasser-Hygiene

Langzeituntersuchung zur Korrosionsbeständigkeit von Plattenwärmeübertragern liefert überraschende Ergebnisse

01. Februar 2022 Überraschende Ergebnisse für optimale Trinkwasserhygiene lieferte eine von der Kelvion Brazed PHE GmbH in Auftrag gegebene Studie.

Neue Erkenntnisse von Kelvion und dem Institut für Korrosionsschutz Dresden (IKS) sorgen für verbesserte Trinkwasser-Hygiene
Neue Erkenntnisse von Kelvion und dem Institut für Korrosionsschutz Dresden (IKS) sorgen für verbesserte Trinkwasser-Hygiene
Abbildung 1: Vermutete typische Verläufe der Nickel-Migration
Neue Erkenntnisse von Kelvion und dem Institut für Korrosionsschutz Dresden (IKS) sorgen für verbesserte Trinkwasser-Hygiene
Abbildung 2: Verläufe der gemessenen Nickel-Migration
Neue Erkenntnisse von Kelvion und dem Institut für Korrosionsschutz Dresden (IKS) sorgen für verbesserte Trinkwasser-Hygiene
Abbildung 3: Gemessene Cu-Migration

Während bei Trinkwasseranwendungen neue, auf Basis der CVD-Technik mit Siliziumdioxid innenbeschichtete Plattenwärmetauscher eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit erreichen sollen, zeigte nun die beim Dresdner Institut für Korrosionsschutz (IKS) in Auftrag gegebene Langzeitstudie, dass die Nickelmigration unbeschichteter Kupfer- (Cu-) frei gelöteter Plattenwärmetauscher nach höherer Anfangsmigration längerfristig deutlich unter dem Grenzwert der Trinkwasserverordnung (TrinkwV) bleibt. Bei beschichteten Cu-gelöteten BPHE (Brazed Plate Heat Exchanger) war dagegen der umgekehrte Fall zu beobachten: Während die Anfangswerte unter dem Grenzwert lagen, hatte die Beschichtung bereits nach kurzer Zeit ihre Schutzwirkung verloren.
Zum Hintergrund: Plattenwärmeübertrager, oder -tauscher, die zur Erwärmung von Trinkwasser im privaten Umfeld eingesetzt werden, sind in so genannten Trinkwasserstationen zwischen den Wasserleitungen der Straße und dem Wohnhaus verortet. Trinkwasserstationen bestehen im Normalfall aus einer Ladepumpe, einer Regelung und einem Plattenwärmetauscher.  

Sobald der Warmwasserhebel im Haus betätigt wird, fördert die Ladepumpe warmes Wasser aus einem Heizungspufferspeicher zum Wärmetauscher. Dieser wird ebenfalls von kaltem Frischwasser durchflossen. Im Wärmetauscher werden nun das zu erwärmende Trinkwasser und das heiße Heizungswasser – getrennt durch die Wärmetauscherlamellen – aneinander vorbeigeführt. Dabei gibt das heiße Heizungswasser seine Wärmeenergie an das Trinkwasser ab, das dadurch auf die gewünschte Temperatur erhitzt wird.  

Um den hohen Anforderungen der Trinkwasserverordnung (TrinkwV) /1/ in Deutschland zu entsprechen, arbeitet Kelvion Brazed PHE GmbH seit mehr als zwei Jahrzehnten kontinuierlich an der weiteren Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit seiner gelöteten

Warum gelötete Plattenwärmeübertrager?

Gelötete Plattenwärmetauscher bestehen aus einer individuell bestimmten Anzahl von gewellten Edelstahlplatten, die mithilfe von Kupfer, Nickelbasis- oder VacInox in einem speziellen Verfahren dauerhaft miteinander verbunden werden. Sie werden ohne Verwendung von Dichtungen hermetisch verschlossen und ermöglichen so höchste Betriebsdrucke und Temperaturen. Die Lebensdauer von gelöteten Plattenwärmetauschern beträgt je nach Wasserqualität und -härte zwischen drei und 20 Jahren. Die an der Verwendungsstation vorhandene Wasserqualität beeinflusst auch die Wahl des jeweiligen für den Lötprozess verwendeten Edelmetalls.

Plattenwärmeübertrager (oder BPHE, kurz für Brazed Plate Heat Exchanger). Einen besonderen Schwerpunkt der Forschung und Entwicklung bildet dabei die Minimierung der Abgabe von Metallionen in das Medium, insbesondere bei Trinkwasseranwendungen.

Über VacInox:

Bei VacInox handelt es sich um einen eigens entwickelten buntmetallfreien Werkstoff, der als Lotmittel eingesetzt wird, insbesondere für die Verwendung im Bereich der Trinkwasser- und Heizungsanwendungen und in industriellen Prozessen.

Die VacInox-Technologie zeichnet sich durch eine solide und temperaturresistente Verbindung von Edelstahlplatten aus. Sie ermöglicht nicht nur eine kompakte Bauform, sondern kombiniert darüber hinaus maximalen Korrosionsschutz mit hoher Druckfestigkeit bei hohen Temperaturen.

Weitere Anwendungsbereiche sind Laserkühlung, Fernwärme und -kühlung sowie Verflüssigung und Verdampfung für Ammoniak-Anlagen.

Mit den buntmetallfrei gefügten Apparaten z.B. der Kelvion BPHE VacInox-Serie stehen dem Markt Wärmeübertrager mit exzellenter Korrosionsresistenz und damit auch minimaler Migration von Metall-Ionen für Trinkwasseranwendungen zur Verfügung. Neu am Markt sind auch gelötete Plattenwärmeübertrager, die eine dauerhafte Begrenzung der Ionenabgabe auf hygienisch zulässige Werte der TrinkwV durch organo-keramische Siliziumdioxid-Dünnschichten (auf Basis CVD-Technik) erreichen sollen. Kelvion Brazed PHE GmbH verfolgt in Zusammenarbeit mit renomierten Beschichtungsanbietern auch diese Ansätze im Hinblick auf eine weitere Steigerung der Korrosionsresistenz.

Da bei Trinkwasseranwendungen aus Kostengründen gelötete Plattenwärmeübertrager zum Einsatz kommen, die nicht gereinigt oder gewartet, sondern bei Fehlfunktion ausgetauscht werden, ist für eine generelle hygienische Eignung beschichteter Apparate im Trinkwasserbereich natürlich vor allem die Lebensdauer der Beschichtung über die Gebrauchsdauer des Trinkwassertauschers hinweg von entscheidender Bedeutung.

Die Korrosionsspezialisten bei Kelvion stellten dabei  die Hypothese auf, dass die Beschichtung die Nickelmigration bis zu einem bestimmten Zeitpunkt zunächst vermindert, dann jedoch möglicherweise (aufgrund von abrassiven bzw. thermischen / mechanischen Wechselbeanspruchungen) zu einem unbestimmten Zeitpunkt an Wirksamkeit verliert.

Da entsprechende, belastbare Langzeittests im Hinblick auf die Einhaltung der in der TrinkwV vorgegebenen Grenzwerte nicht bekannt bzw. nicht publiziert sind, hat Kelvion Brazed PHE GmbH am Institut für Korrosionsschutz Dresden (IKS) Langzeittests in Auftrag gegeben. Diese waren auf einem Prüfstand nach DIN EN 15664-1, der mit Prüfwasser 1 nach DIN EN 15664-2 /2/, einem sehr harten, neutralem Wasser mit hohem Neutralsalzgehalt betrieben wurde, in Anlehnung an DIN EN 16058 /3/ über einen Versuchszeitraum von 26 Wochen angelegt. Dafür wurde das Dresdner Wasser durch Dosierung so aufgestockt, dass die Zusammensetzung dem Prüfwasser 1 entsprach.

In der vorliegenden Versuchsreihe sind zwei unbeschichtete, buntmetallfrei gelötete Apparate parallel mit einem kupfergelöteten, aber sonst baugleichen Wärmeübertrager, der mit einem dem aktuellen Stand der Technik entsprechenden CVD-Verfahren mit einer Siliziumdioxid-Beschichtung versehen wurde, verglichen worden. Als Prüfwasser kam Prüfwasser 1 in Anlehnung an  DIN EN 15664-2 /4/ zum Einsatz.

Durchschnittliche Wasserwerte des aufbereiteten Prüfwasser 1 (lt. DIN EN 15664-2):

pH-Wert:

pH 7,4

 

Gesamthärte:

 21 °dH

Wassertemperatur:

20,9 °C

 

Chlorid-Gehalt:

125 mg/L

Leitfähigkeit bei 20 °C:

1175 µS/cm

 

Sulfat-Gehalt:

175 mg/L

Alkalinität KS4,3:

5,9 mmol/L

 

TW-Druck:

 3,5 bar 

TOC:

2,8 mg/L

   

Der nunmehr abgeschlossene Langzeittest zeigte, dass die Beschichtung bereits nach kurzer Zeit ihre Schutzwirkung verloren hat, wohingegen die unbeschichteten, buntmetallfrei gelöteten Serienapparate ein abnehmendes Migrationsverhalten der Nickelionen auf insgesamt niedrigem Niveau zeigen.

Weiter schließt sich aus der Studie, dass für Anlagen, bei denen Buntmetalle verboten sind, eine SiO2-Innenbeschichtung der Plattenwärmeübertrager offensichtlich nicht hinreichend ist, die gesetzlichen, hygienischen Vorgaben zur Buntmetallabgabe einzuhalten. Wie aus Diagramm 3 ersichtlich, kann zum Beispiel die Abgabe von Kupfer durch eine derartige Beschichtung nicht dauerhaft verhindert werden

Veröffentlichungsvermerk: Bei Veröffentlichung bitten wir um ein Belegexemplar.

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Karin Pyc
Karin PycHead of Communication Telefon: +49 234 980 2580

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