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Publication Type: search.filters.UBSTyp.KonferenzbeitragInstitute: search.filters.UBSInstitut.Institut für Thermodynamik und WärmetechnikStart date: 2010End date: 2017

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    Effizienzsteigerung einer Ammoniak/Wasser-Absorptionskältemaschine
    (2013) Müller, Marius; Spindler, Klaus
    Das 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.
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    Untersuchung des Förderverhaltens einer Thermosiphonpumpe bei unterschiedlichen Beheizungsarten
    (2015) Bierling, Bernd; Schmid, Fabian; Spindler, Klaus
    Am 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.
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    Förderverhalten eines Plattenaustreibers mit nachgeschaltetem Förderrohr für thermisch angetriebene Kälteanlagen
    (2017) Bierling, Bernd; Schmid, Fabian; Spindler, Klaus
    Diffusions-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.
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    Leistungssteigerung einer direkt solarthermisch angetriebenen Diffusions-Absorptionskältemaschine
    (2012) Schmid, Fabian; Bierling, Bernd; Spindler, Klaus
    Der Diffusions-Absorptionskälteprozess bietet die Möglichkeit einer verschleißfreien, strom- und geräuschlosen Kälteanlage. Am Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik wird auf Grundlage dieses Prozesses eine dezentrale solare Kälteanlage entwickelt. Der Austreiber und die Thermosiphonpumpe des Prozesses sind im Kollektor integriert und werden somit direkt beheizt. Durch einen zweiten Kreislauf im Kollektor kann dieser auch zur Brauchwassererwärmung eingesetzt werden. Pro Solarkollektor (ca. 2,5 m²) wird eine Kälteleistung von 400 W angestrebt. Für höhere Kälteleistungen können mehrere Kälteanlagen modular miteinander verschaltet werden. Im Rahmen der DKV-Tagung 2011 wurden der Aufbau der Anlage, die ersten Messdaten und Betriebsergebnisse vorgestellt. Seitdem konnte sowohl die Kälteleistung als auch die Leistungszahl der Diffusion-Absorptionskälteanlage deutlich gesteigert werden. Hierfür wurden Lösungsmittelwärmeübertrager, Verdampfer, Absorber und Gaswärmeübertrager hinsichtlich der Anlageneffizienz optimiert. Zusätzlich konnte mit einer Bypassleitung ein stabiler Anlagenbetrieb erreicht werden. Über diese Leitung wird bereits im Lösungsmittelwärmeübertrager ausgetriebenes Kältemittel abgeführt. Zusätzlich wurde zur Wirkungsgradsteigerung ein Kondensatvorkühler integriert. Zur detaillierten Untersuchung des Hilfsgaskreislaufs wurden mit einem Ultraschallsensor der Volumenstrom und die Konzentration des Hilfsgaskreislaufs untersucht. Um die Einflussfaktoren mittels einer Parameterstudie bewerten zu können, wurde die Stoffübertragung im Hilfsgaskreislauf, basierend auf dem Zweifluidmodell, simuliert. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sowie der aktuelle Anlagenaufbau und die aktuellen Messergebnisse werden im Folgenden vorgestellt.
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    Entwicklung einer direkt solar angetriebenen Kälteanlage auf Basis des Diffusions-Absorptions-Kälteprozesses
    (2011) Schmid, Fabian; Zetzsche, Marco; Spindler, Klaus
    In den letzten Jahren lag der Fokus der solaren Kühlung auf Ad- und Absorptionskälteanlagen. Diese Anlagen haben einen Leistungsbereich von mehr als 10 kW. Am Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik wird ein neues Konzept zur dezentralen solaren Kühlung entwickelt. Grundlage ist der Diffusions-Absorptionskälteprozess. Hierbei erfolgt der Lösungsmittelumlauf durch das Thermosiphonprinzip. Dadurch hat die entwickelte Anlage den Vorteil, dass sie verschleißfrei, strom- und geräuschlos arbeitet. Die Bauteile der Kälteanlage werden teilweise direkt in den Solarkollektor integriert Thermosiphonpumpe/Austreiber). Es wird eine Kälteleistung von circa 400 W angestrebt. Für größere Kälteleistungen sollen mehrere Anlagen modular verschaltet werden. Durch den im Solarkollektor ebenfalls integrierten Mäander, kann der Solarkollektor bei Bedarf auch zur Brauchwassererwärmung eingesetzt werden. Die Anlage wurde im Labor vermessen. Dabei wurde der Einfluss von unterschiedlichen Heizleistungen sowie der Einfluss von Rückkühlung durch freie und erzwungene Konvektion auf die Kälteleistung der Anlage untersucht. Die inneren Wärmeübertrager haben einen großen Einfluss auf die Leistung sowie die Leistungszahl der Anlage. Im Zuge der Entwicklung sind verschiedene Wärmeübertrager untersucht und in der Anlage getestet worden. Es wird das Verfahren zur Kälteerzeugung detailliert beschrieben und die Laboranlage vorgestellt. Weiterhin wird über die ersten Betriebserfahrungen und die gewonnenen Messwerte berichtet. Die zukünftigen Entwicklungsschritte und Potentiale der Technik werden erläutert.