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InnovA² > Teilprojekte > A1 Mikrostrukturierte Verdampfer

Einsatz strukturierter Rohre in Verdampfern

Prozessintegrierte Energieeffizienz in energie- und verfahrenstechnischen Anlagen wird nur mit neuen innovativen Apparatekonzepten gelingen. Da für diese noch keine hinreichenden Referenzanwendungen und Daten für die Auslegung und keine Nachweise zur Betriebssicherheit vorliegen, werden diese trotz großer energetischer Vorteile nicht angewandt. Im Teilprojekt A1 werden Apparate betrachtet, die bei besonders kleinen Temperaturdifferenzen zwischen wärmeabgebender und wärmeaufnehmender Seite effektiv und sicher einen Wärmestrom übertragen. Dies sind mit strukturierten Rohren versehene Verdampfer.

Das Ziel des Teilprojektes ist, Mikrostrukturen aufzuzeigen, die besonders effizient hinsichtlich des Wärmeübergangs und mit relativ geringem Aufwand in großer Stückzahl mit gleich-bleibender Struktur zu fertigen sind. Ferner soll eine belastbare Datenbasis für die Auslegung von Verdampfern mit solchen Mikrostrukturen aufgebaut werden. Daher werden im Labormaßstab einzeln und in kleinen Rohrbündeln verschieden mikrostrukturierte Verdampferrohre, die beim Projektpartner industriell hergestellt werden (Fa. Wieland, Ulm), untersucht. Ausgewählte Strukturen werden anschließend im Technikum des Projektpartners (Linde, Pullach) eingesetzt, um die Übertragbarkeit vom Labormaßstab – Einzelrohr, Mini-bündel – auf technische Maßstäbe zu validieren.

Mikrostrukturen bieten Keimstellen zur Dampfblasenbildung. Dies führt zu einer Reduzierung der für den Wärmetransport erforderlichen Temperaturdifferenz und dadurch zu wesentlich verbesserten Transporteigenschaften. Die optimale Mikrostruktur ist eine Funktion von vielfältigen Parametern: Stoffeigenschaften des siedenden Fluids, des Heizflächenmaterial, der Betriebsparameter Druck, Wärmestromdichte bzw. Überhitzung sowie Parameter des gesamten Apparates. Aufgrund der Vielzahl der Einflussgrößen und der Wechselwirkung zwischen ihnen sind die eigentlichen Mechanismen für Aktivierungskriterien weitgehend unbekannt. Daher werden in dem geplanten Forschungsvorhaben sogenannte Hochleistungsverdampferrohre mit speziellen strukturierten Oberflächen untersucht. Die Effekte unterschiedlicher elementarer Oberflächenstrukturen deutlich unter 1 mm, die in regelmäßiger Anordnung auf Rohre aufgebracht sind, werden in weiten Druck- und Temperaturbereichen betrachtet.

Kontakt

Fachgebiet Technische Thermodynamik
Universität Kassel

Kurt-Wolter-Str. 3
34125 Kassel

Projektpartner

Wieland Werke AG
Linde Group Engineering Division
Technische Universität München

Ansprechpartner

Dipl.-Wirtsch.-Ing. Patrick Bujok
bujok@uni-kassel.de
Tel.: +49 (0) 561/804-3063

Dipl.-Ing. (FH) Yabai Wang, M. Sc.
y.wang@uni-kassel.de
Tel.: +49 (0) 561/804-3272

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Andrea Luke
luke@uni-kassel.de
Tel.: +49 (0) 561/804-3268