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. So werden bspw. innenstrukturierte Rohre (vgl. Abb.1) zur Verbesserung der Rohrbenetzung und somit zur Steigerung des Wärmeübergangs erprobt. Dabei kann die Verbesserung des Wärmeübergangs die strukturbedingte Druckverlust-Erhöhung deutlich übersteigen. Aufgrund der Schmierung von Kompressoren in realen Kältesystemen und der somit bedingten Ausbildung eines Kältemittel-Öl-Gemischs im Kreislauf wird die Leistungsfähigkeit eines Verdampfers auch durch die Ölkonzentration im Kältemittel beeinflusst.

Abb.1  Cuprofin EDX Rohr (Quelle: Wieland)

Um den Einfluss der Verdampfergeometrie und des Ölgehalts im Kältemittel auf Wärmeübergang und Druckverlust zu untersuchen, sind am Institut für Thermische Verfahrenstechnik Versuche zum Strömungssieden von CO₂-Öl-Gemischen geplant. Neben einer konventionellen Glattrohrmessstrecke soll eine innenstrukturierte Kupfermessstrecke (vgl. Abb.2) hinsichtlich einer Effizienzsteigerung untersucht werden. Für einen sicheren Betrieb der Anlage, insbesondere im Hinblick auf das Schauglas, sind zunächst konstruktive Schutzmaßnahmen erforderlich.

Abb.2  Aufbau der Messstrecke: Axialschnitt (links), Querschnitt (rechts)

Im Rahmen dieser Arbeit soll zunächst ein geeigneter Personenschutz konstruiert und in Absprache mit der institutseigenen Werkstatt angefertigt werden. Für die Gestaltung sind geltende Vorschriften und Richtlinien (bspw. Betriebssicherheitsrecht, DGUV Informationen) zu berücksichtigen. Weiterhin ist in die Planung und Umsetzung das KIT-Sicherheitsmanagement miteinzubeziehen. Im zweiten Teil der Arbeit sind die erforderlichen Messaufnehmer, insbesondere der in die Rohrwand der Messstrecke eingelassenen Thermoelemente und die Druckmessumformer, für den Betrieb mit CO₂ und CO₂-Öl-Gemischen zu kalibrieren.