Ziel der Entwicklung
Mit dem Projekt „Wärmerohre mit optimierten Kühlmedien“ wurde das Ziel verfolgt, aktuellen Entwicklungen der Wärmeübertragung im Bereich Wärmerohre, speziell Thermosyphons und Heatpipes, Rechnung zu tragen. Schwerpunkt war die Untersuchung von Nanofluiden auf ihre Tauglichkeit als Arbeitsmedien in den genannten Apparaturen. Bei Nanofluiden handelt es sich um Suspensionen, bestehend aus einem Basisfluid und dispergierten Nanopartikeln. Das bisher weltweit am häufigsten untersuchte Basisfluid ist Wasser. Die Materialien der Nanopartikel, deren Größe zwischen 10 und 100 Nanometer liegt, variieren zwischen reinen Metallen (Kupfer, Gold, Silber), keramischen Oxiden (Aluminium-, Silizium-, Titandioxid) und Kohlenstoffvariationen (Diamant, Kohlenstoffnanoröhrchen). Im Projekt wurden die Möglichkeiten, herkömmliche Arbeitsmedien in Wärmerohren durch Nanofluide zu ersetzen, ausgelotet. Insbesondere wurde erwartet, dass der thermische Widerstand von Thermosyphons und Heatpipes gemindert werden kann. Hierfür wurden entsprechende Versuchsstände aufgebaut. Ein wesentliches Ziel dieses Projektes war es, Nanofluide für eine Überführung in den Markt für innovative Wärmerohrtechnik vorzubereiten.
Vorteile und Lösungen
Generell wurde festgestellt, dass alle Nanofluide den thermischen Widerstand des Thermosyphons mindern. Diese Minderung ist besonders deutlich für Wärmeströme unterhalb 200 Watt. Ursache ist in den meisten Fällen die von den Nanopartikeln aufgebaute Beschichtung der Verdampferwand. Besonders massiv erfolgte diese Beschichtung durch das Siliciumdioxidnanofluid (Foto in der Abbildung). Diese Beschichtung ist porös und verursacht eine Dochtwirkung, so dass Basisfluid bei der Blasenbildung nicht nur durch direkte Verdampfung an der Phasengrenze flüssig / gasförmig in eine Blase gelangen kann.
Mit der Minderung des thermischen Widerstandes ist eine Steigerung der übertragbaren Wärmemenge verbunden. Diese Steigerung kann in Abhängigkeit vom Betriebspunkt bis zu 20 Prozent betragen.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Durchführung des Projektes „Wärmerohre mit optimierten Kühlmedien“ hat für die ILK Dresden gGmbH einen signifikanten Zugewinn an Know-how bezüglich der Verwendung von Nanofluiden als Wärmeträger erbracht. Dieser Wissenszuwachs geht über die konkret im Projekt untersuchten Wärmerohre hinaus. Dies betrifft insbesondere die Auslegung und Optimierung komplexer strömungstechnischer und thermodynamischer Apparaturen und fließt bereits jetzt in weitere Forschungsprojekte sowie Industrieaufträge ein. Weitere Bereiche des internen wirtschaftlichen Gewinn- beziehungsweise Wissenszuwachses sind insbesondere die Auslegung von konventionell ausgelegten Kühlsystemen, bei denen Wärmrohre mit Nanofluiden Verwendung finden können. Ein anderer Bereich ist die Verwendung von Nanofluiden in Thermosyphons und Heatpipes (Geothermie, Kühlung von Bauteilen, Klimatisierung von Nullenergiehäusern).
Während des Projektes gelang es der ILK Dresden gGmbH, Mitglied des europäischen Netzwerkes NanoUptake zu werden. Es wird damit möglich, die Projektergebnisse nicht nur im deutschen, sondern auch im europäischen Maßstab zu vermarkten.