04 Fakultät Energie-, Verfahrens- und Biotechnik
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Item Open Access Thermal conductivity of saturated R123 and R134a : transient hot wire measurements(1990) Groß, Ulrich; Song, Youwang; Kallweit, Jörg; Hahne, ErichChemical stable chlorinated hydrocarbons destroy the protecting ozone layer in the upper parts of the atmosphere - this has been found about 15 years ago, and since that time it became more and more clear how serious the problem is. Traditional refrigerants, e.g. R11 (CCl 3F) and R12 (CCl 2F 2), have to be replaced in course of the next few years by substances which contain less or even no chlorine, for example by R123 (C2HCl 2F 3) and R134a (C 2H2 F4) respectively. Application of new substances as working fluids in refrigeration cycles and as blowing agents in foaming of polyurethane (PUR) requires detailed information about toxicological, chemical and thermophysical properties, like latent heat of vaporization, density, boiling curve, viscosity - and thermal conductivity.Item Open Access Eisspeicher - Stand der Technik und Ansatzpunkte zur Optimierung der Beladung sowie deren Modellierung(2016) Oechsle, Ursina; Spindler, KlausItem Open Access Effektive Wärmeleitfähigkeit von Metalllhydriden(1994) Kallweit, Jörg; Song, Youwang; Spindler, Klaus; Hahne, ErichIn der Phase II des Teilprojektes B4 im SFB 270 wird auf experimentellem Wege der Einfluß verschiedener Parameter auf die effektive Wärmeleitfähigkeit von Metallhydriden und damit auf den Wärme- und Stofftransport ermittelt. Die Versuchsergebnisse werden mit Ergebnissen aus Modellrechnungen verglichen. Die Messungen der effektiven Wärmeleitfähigkeit an HWT 5800 (Ti 0,98, Zr 0,02, V 0,43, Fe 0,09, Cr 0,05, Mn1,5) sowie an Mg (Ni-dotiert) erfolgen mit Hilfe der in Phase I aufgebauten Heißdraht-Apparatur. Diese wurde lediglich für den Hochtemperaturbereich geringfügig modifiziert. Aufbauend auf dem Modell der Einheitszelle von Zehner, Bauer und Schlünder für nicht reagierende Schüttungen wird ein erweitertes Modell zur Berechnung der effektiven Wärmeleitfähigkeit von Metallhydrid-Schüttungen entwickelt. Dabei werden die aus der Elastizitätstheorie abgeleiteten Zusammenhänge der Hertzschen Pressung verwendet. Maßnahmen zur Verbesserung des Wärmetransports wie das Einbringen von Wärmeleitstrukturen können hierin ebenfalls berücksichtigt werden. Für Metallhydrid-Materialien, die zum Versintern neigen (Mg) und somit selbst eine Wärmeleitstruktur bilden, ist das erweiterte Modell bisher nicht anwendbar.Item Open Access Effective thermal conductivity of metal hydride powders : measurement and theoretical modelling(1994) Kallweit, Jörg; Hahne, ErichDesorption of hydrogen from metal hydrides requires a supply of reaction enthalpy, absorption requires the removal of this enthalpy. Therefore, the effective thermal conductivity λe of the powdered metal hydride strongly influences the velocity of absorbing and desorbing hydrogen. Based on the cellular-model by Zehner, Bauer and Schlünder (1970, 1972, 1978) for porous media with inert void gases, an extended model is developed to calculate λe of powdery materials with a reaction between gas and solid. This reaction causes an elastic expansion of the particles. The extended model also takes into account methods of increasing λe such as a built-in metallic matrix.Item Open Access Effizienzsteigerung einer Ammoniak/Wasser-Absorptionskältemaschine(2013) Müller, Marius; Spindler, KlausDas Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung von Ammoniak/Wasser-Absorptionskältemaschinen im Leistungsbereich bis 12 kW. Die fortlaufende Entwicklung der Kältemaschine wurde in den letzten Jahren regelmäßig auf der DKV-Tagung vorgestellt und anhand von Messdaten und Simulationen diskutiert. Im aktuellen Beitrag werden Maßnahmen zur Effizienzsteigerung der Absorptionskältemaschine vorgestellt und bewertet. Ein entscheidender Punkt ist dabei der Austreiber der Absorptionskältemaschine. Er wurde in den vorhergehenden Anlagen des ITW in Behälterbauweise realisiert. Der Austreiber stellte dabei das größte und teuerste Bauteil der Anlage dar und bot somit das größte Optimierungspotential. Aufgrund seines Volumens war er außerdem mit einer großen Menge Ammoniak/Wasser gefüllt. In der letzten Anlagenkonfiguration konnte der Austreiber mit einem Plattenwärmeübertrager realisiert werden, wodurch Anlagengewicht und Anlagenvolumen deutlich reduziert werden konnten. Die Ammoniakmenge im System hat sich von 15 kg auf 4 kg verringert, wodurch das Emissionspotential der Anlage stark verringert und der Umgang mit dem System erleichtert wurde. Die Leistung des Systems konnte im Zuge dieser Umbauten trotz der beschriebenen Einsparungen weiter gesteigert werden. Alle wärmeübertragenden Bauteile der Absorptionskältemaschine sind Plattenwärmeübertrager, wodurch die spezifischen Kosten (€/kW) entscheidend reduziert werden konnten.Item Open Access Untersuchung des Förderverhaltens einer Thermosiphonpumpe bei unterschiedlichen Beheizungsarten(2015) Bierling, Bernd; Schmid, Fabian; Spindler, KlausAm Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) wurde eine Diffusions-Absorptionskältemaschine (DAKM) im Leistungsbereich von ca. 400 Watt entwickelt. DAKMs benötigen keine mechanische Pumpe, da der Lösungsumlauf mittels einer Thermosiphonpumpe erfolgt, und arbeiten demzufolge geräuscharm und verschleißfrei. Zum Antrieb benötigt eine DAKM thermische Energie. Im Rahmen der Untersuchungen hat sich gezeigt, dass die Beheizungsart, also der Ort des Wärmeeintrags, einen großen Einfluss auf die Kälteleistung der DAKM hat. Mit einem Laborprüfstand wird das Förderverhalten einer Thermosiphonpumpe bei einer punktuellen und einer flächigen Beheizung des Förderrohres untersucht. Der Prüfstand ist so aufgebaut, dass neben der Heizleistung der Förderrohrdurchmesser, die Förderhöhe bei unterschiedlichen Förderrohrlängen und die Temperatur der ins Förderrohr eintretenden Flüssigkeit variiert bzw. eingestellt werden können. Zudem bietet der Laborprüfstand die Möglichkeit zur Untersuchung eines neuen Konzeptes für die Beheizung bzw. den Antrieb einer DAKM. Zur Beheizung kann ein Plattenwärmeübertrager mit nachgeschaltetem Förderrohr verwendet werden. Die Beheizung und die Förderung der Lösung sind somit voneinander entkoppelt, was eine kompaktere Bauweise sowie eine höhere Förderleistung einer DAKM ermöglicht. Somit können verschiedene Energiequellen, wie Nah- und Fernwärme sowie Solar- und Abwärme, als Antrieb einer zweiphasigen Thermosiphonpumpe genutzt werden. Es wird der Aufbau der Laboranlage detailliert vorgestellt. Das Förderverhalten der Thermosiphonpumpe mit dem Arbeitsmedium Wasser wird für die drei verschiedenen Beheizungsarten bei unterschiedlichen Heizwärmeströmen analysiert. Zukünftige Entwicklungsschritte und weitergehende Untersuchungen werden erläutert.Item Open Access Förderverhalten eines Plattenaustreibers mit nachgeschaltetem Förderrohr für thermisch angetriebene Kälteanlagen(2017) Bierling, Bernd; Schmid, Fabian; Spindler, KlausDiffusions-Absorptionskältemaschinen (DAKM) werden durch Wärme angetrieben, die am Austreiber bzw. an der Thermosiphonpumpe zugeführt wird. Die Wärmezufuhr führt zur partiellen Verdampfung von flüssigem Kältemittel und zur Entstehung von Dampfblasen. Diese schließen sich zu Kolben zusammen und fördern die Lösung in der Thermosiphonpumpe mit nach oben. Die partielle Verdampfung sorgt neben der Förderung dafür, dass das Kältemittel aus der Lösung ausgetrieben wird. Am Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) werden Untersuchungen zur Beheizung einer DAKM über einen Austreiber in Form eines Plattenwärmeübertragers mit nachgeschaltetem vertikalen Förderrohr durchgeführt. Die Beheizung des Plattenaustreibers am Fußpunkt der Thermosiphonpumpe ermöglicht ein gutes Förderverhalten und eine kompakte Bauweise der DAKM. Die Beheizung erfolgt über einen externen Heizkreislauf. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Förderung der Lösung mittels Plattenwärmeübertrager im Vergleich zu einem Doppelrohrwärmeübertrager bei deutlich geringerer logarithmischer Temperaturdifferenz zwischen Heiz- und Arbeitsmedium auftritt. Das Förderverhalten von verschiedenen Plattenaustreibern mit nachgeschaltetem Förderrohr wird mit demineralisiertem Wasser als Reinstoff sowie dem Zweistoffgemisch Ethanol-Wasser als Arbeitsmedium dargestellt. Das Förderverhalten der Thermosiphonpumpe wird unter der Variation der Antriebstemperatur des Heizkreislaufs, der Plattenstruktur, der Strömungsart sowie -führung des Plattenaustreibers analysiert. Zudem wird der Übergang vom Plattenaustreiber auf das nachgeschaltete Förderrohr untersucht. Zusammenhänge der Zweiphasenströmung im Plattenaustreiber und im Förderrohr unter Verwendung eines Zweistoffgemisches werden erläutert.Item Open Access Messung der effektiven Wärmeleitfähigkeit von Metallhydrid LaNi4,7Al0,3Hx in Pulverform(1991) Groß, Ulrich; Song, Youwang; Kallweit, Jörg; Hahne, ErichInhalt der Phase I des Teilprojektes B4 im SFB 270 sind Konzeption, Konstruktion und Aufbau einer Heißdraht-Apparatur zur Messung der effektiven Wärmeleitfähigkeit von Metallhydridpulver sowie die Ausführung erster Messungen an Materialien im MitteItemperaturbereich. Im vorliegenden Bericht wird die entwickelte Apparatur beschrieben, außerdem werden erste Versuchsergebnisse mit dem Mitteltemperatur-Metallhydrid LaNi4,7Al0.3Hx vorgestellt. Die Messungen der effektiven Wärmeleitfähigkeit erfolgen bei Temperaturen und Drücken im Bereich -20 < ν < 100°C bzw. 10-6 < p < 30 bar, und zwar unter folgenden Bedingungen: - Nicht-aktiviertes Metallpulver im Anlieferungszustand mit unterschiedlichen Füllgasen (Argon, Stickstoff, Helium, Wasserstoff), - Metallhydrid bei Absorption und Desorption von Wasserstoff, bei unterschiedlichen Drücken, Temperaturen, Konzentrationen. Als Haupteinflußgröße für die effektive Wärmeleitfähigkeit erweist sich der Druck (Smoluchowski-Effekt). Der Wert von λeff nimmt zusätzlich durch die bei der Beladung steigende Wasserstoffkonzentration etwas zu, während die Temperatur keinen Einfluß zeigt. Bei Absorption und Desorption ergibt sich eine geringfügige Hysterese.Item Open Access Convection effects on stratification during charging of a hot water store(1989) Hahne, Erich; Kübler, Rainer; Kallweit, JörgIn domestic hot water stores the preservation of hot water layers is essential for the effective operation. Such stores are operated intermittently: when hot water is taken from the store, cold water is fed into it, so that part of the water in the store is hot and part of it is cold. These two parts should not mix, because this would deteriorate the efficiency of the store. When mixing occurs between the hot and cold parts, the hot water temperature is decreased. Thus, the store has, to be heated to a temperature above the needed temperature from the very beginning. With higher temperature, heat losses are also larger. More heat has to be fed into the mixed store than into the stratified when the same amount of heat shall be taken out with the same amount of water. Consequently, the energetic store efficiency as the ratio of heat taken from the store to heat fed into the store is less when the store temperature is higher. Thus, the store with no mixing is the best store.Item Open Access The evaluation of thermal stratification by exergy(1989) Hahne, Erich; Kübler, Rainer; Kallweit, JörgWhat makes a good heat store? Is it a large store, with a large volume? And is the largest the best? We experienced this question when the first solar houses were built: many stores were oversized and never reached temperatures high enough for heating. It was learned that consumer needs, solar collector areas a nd storage capacity have to be well balanced to give a satisfying solar heating system. Not to speak of costs which usually promote the final decision. It is quite simple to calculate external losses; it is complicated and requires a number of assumptions to calculate internal degradation. But nevertheless, there is the need to quantify advantages and disadvantages of the various stores in order to compare them and to improve them.