M. Wetzel

Zur Reduzierung der Emission ozon- und klimaschädigender Gase werden FCKW und FKW vermehrt durch natürliche Kältemittel (z.B. CO2, NH3, Propan) ersetzt. Als ein solches natürliches Kältemittel wird CO2 aufgrund guter Wärmeübertragungseigenschaften und vorteilhafter Stoffeigenschaften für den Einsatz als Kältemittel heutzutage bereits eingesetzt, z.B. (Tief-)Kühlung, Busklimaanlagen und Wärmepumpen. Neben der Wahl des Kältemittels hat auch die Verdampfergeometrie Einfluss auf die Effektivität des Systems. Zu diesem Zweck werden am Institut für Thermische Verfahrenstechnik der Einsatz innenstrukturierter Rohre (vgl. Abbildung) als Verdampfer zur Verbesserung der Rohrbenetzung und somit zur Steigerung des Wärmeübergangs erprobt. Weiterhin wird der Einfluss von Kältemaschinenöl auf Wärmeübergang und Druckverlust untersucht, da das Öl als Schmiermittel für Verdichter eines kältetechnischen Systems auch in den Kältemittelkreislauf übergeht. Ziel hierbei ist es, reproduzierbare Messdaten zur Entwicklung zuverlässiger Vorausberechnungsmodelle zu gewinnen und hierdurch eine effektive Auslegung von Verdampfern zu ermöglichen.

Abbildung: innenstrukturierte Messstrecke (links), Cuprofin-EDX Rohr, Fa. Wieland (rechts)

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Umbau der Versuchsanlage erfolgen. Dieser sieht vor, die bisher eingesetzten Vorverdampfer zu ersetzen und somit einerseits einen sicheren Betrieb und andererseits den Einsatz der innenstrukturierten Messstrecke zu ermöglichen.

Zum Zweck der Reproduzierbarkeit sind zunächst Versuche zu Wärmeübergang und Druckverlust beim Strömungssieden von CO₂ im Glattrohr unter Verwendung der bisher eingesetzten Vorverdampfer durchzuführen. Anschließend sind die Vorverdampfer durch neue Ersatzstrecken auszutauschen. Für den Einsatz einer innenstrukturierten Messstrecke ist ein entsprechender Vorverdampfer als Ersatz für den Glattrohr-Vorverdampfer 4 auszulegen und zu konstruieren. Nach erfolgter Installation der Vorverdampfer sind für die Versuchsauswertung relevante Parameter (Wärmedurchgangskoeffizient, Wärmeübertragungsfläche) für jede Vorverdampferstrecke experimentell zu ermitteln und in die Auswerteroutinen zu integrieren. Die Temperaturmesstechnik ist mit neuen Thermoelementen zu ergänzen und vollständig zu kalibrieren. Anhand erneuter Versuche zu Wärmeübergang und Druckverlust unter gleichen Bedingungen wie zu Arbeitsbeginn ist die Reproduzierbarkeit der Messdaten zu überprüfen. Unter Variation von Ölgehalt (0-3 Gew.-%), Druck (14-26 bar), Massenstromdichte (50-300 kg/m²s), Eintrittsdampfgehalt (0,1-0,9) und Wärmestromdichte (0-120 kW/m²) sind anschließend Versuche im innenstrukturierten Rohr durchzuführen und mit den Glattrohrmessdaten zu vergleichen.