Ziel der Entwicklung

Wärmeübertrager sowie andere wärmetechnische Apparate sind für die Energiewende von herausragender Bedeutung. Mit der aktuell zu befürchtenden drastischen Verknappung bzw. Verteuerung fossiler Primärenergieträger wächst zudem die Notwendigkeit, bisher nicht verfügbare Reservoirs regenerierbarer thermischer Energie zu nutzen. Das Bedürfnis der Anwender, über solche Systeme zu verfügen bzw. deren Effektivität zu steigern, ist in allen Wirtschaftszweigen spürbar. Gefragt sind Systeme, welche die Rückgewinnung thermischer Energie auch bei geringen Temperaturunterschieden bzw. niedrigen Temperaturniveaus gestatten.
Das Projekt Thermosyphon mit in situ beschichtetem Verdampfer wendet sich dieser Thematik zu. Ziel ist es, durch die Beschichtung der Verdampferoberfläche die Leistungsfähigkeit von Phasenwechselsonden (Wärmerohre) zu steigern.

Vorteile und Lösungen

Trotz der hohen Wärmeübergangsraten, die von Phasenwechselsonden bekannt sind, werden erhebliche experimentelle und technologische Anstrengungen unternommen, um diese Koeffizienten weiter zu steigern. Hierzu gehören die mikromechanische und die lasertechnische Bearbeitung von Verdampferoberflächen. Diese Technologien sind vergleichsweise teuer und nicht in engen Kanälen bzw. Rohren anwendbar. Die Zielstellung des Vorhabens ist daher eine Steigerung der Leistungsfähigkeit von Thermosyphons durch eine in-situ-Beschichtung der Verdampferoberfläche.
Von der ILK Dresden gGmbH wurden experimentelle Untersuchungen zur Verwendung von Suspensionen als Arbeitsfluide in Thermosyphons durchgeführt (Kujawska et al., 2019). Bei den verwendeten Partikelmaterialien handelte es sich um Siliziumoxyd, Gold und Graphen. In allen drei Fällen stieg die übertragene Wärmemenge insbesondere bei geringer Überhitzung des Verdampfers deutlich an. Die genannten Experimente ergaben, dass die Steigerungsraten für Suspensionen mit Partikeln aus Siliziumoxyd am höchsten sind. Diese Effekte näher zu untersuchen und Empfehlungen für praktisch umsetzbare Beschichtungen zu geben, ist Gegenstand des Projektes.
Als konkrete technische Zielparameter sind zu nennen:
– Charakterisierung des Zusammenhanges zwischen primärem Arbeitsfluid (Siliziumoxydsuspension) und Struktur der Beschichtung im Hinblick auf die Anfachung des Siedevorganges.
– Steigerung der übertragbaren Wärmemenge von 20 bis 40 % im Vergleich
zum Betrieb mit reinem Wasser bei geringer Überhitzung.
– In einem alternativen Ansatz wird das Einlegen einer Gitter- bzw. Gewebestruktur (Stent) in den Verdampfer geprüft.
– Für die optimale Nutzung der erwarteten Steigerung wird eine Anpassung
des Kondensators durchgeführt.

Zielgruppe und Zielmarkt

Zielgruppen und Zielmärkte
Gruppe 1: Hersteller von Maschinen für die Produktion von Partikeln
Gruppe 2: Hersteller von Suspensionen, die primär nicht für thermodynamische Anwendungen gedacht sind
Gruppe 3: Hersteller von Wärmerohren und Unternehmen aus dem Bereich