Grundlagenuntersuchungen

Schwerpunkte

  • Arbeitsmittel für Sorptionskreisläufe
  • Wärme- und Stoffübertragung
  • Materialuntersuchungen, Korrosion

Korrosionsuntersuchungen und neue Werkstoffsysteme

Rasterelektronenmikroskopaufnahme von Edelstahl vor/nach dem Test (links/rechts)

Effiziente Energieumwandlungs- und speichersysteme, wie Kältemaschinen, Wärmepumpen oder Latentwärmespeicher nutzen oft salzhaltige Medien. Diese wirken jedoch stark korrosiv auf preiswerte metallische Werkstoffe mit der Folge von hohen Kosten und Störungen im großtechnischen Betrieb.
Ein Ziel des ZAE Bayern ist daher die Untersuchung des Korrosionsverhaltens und daraus die Ableitung neuer, preisgünstiger Werkstoffsysteme in Kombination mit geeigneten Lösungen sowie umweltfreundlichen Inhibitioren. Zu diesem Zweck werden Korrosionsuntersuchungen bei Temperaturen bis zu 250 °C und im Druckbereich 0,1 – 8,5 bar durchgeführt und systematisch analysiert. Bei einem Test verschiedener Metalle in inhibierter LiBr-Lösung bei ca. 200 °C und 2,8 bar zeigte ein spezieller Edelstahl mit einer Korrosionsrate von unter 0,5 ug/cm² (Fe,Ni) gute Ergebnisse. Das häufig für Wärmetauscher verwendete Kupfer oder Kupfer/Nickel korrodierte jedoch sehr stark, so dass hier ein Forschungsschwerpunkt gesetzt wird.

Behältersieden von wässriger Lithiumbromidlösung

Wärmeübergangskoeffizienten von wässriger Lithiumbromidlösung

Absorptionskälteanlagen mit dem Stoffpaar Wasser / Lithiumbromid können mit Niedertemperaturwärme angetrieben werden und erlauben bei der Gebäudeklimatisierung eine erhebliche Primärenergieeinspaarung gegenüber Kompressionskälteanlagen. Derzeit werden Kleinanlagen mit Kälteleistungen bis zu 20 KW entwickelt.

Im Hinblich auf eine Reduzierung des Bauvolumens dieser Anlagen wird der Einsatz eines überfluteten Austreibers untersucht, bei dem das Kältemittel Wasser durch subatmosphärisches Behältersieden aus der wässrigen Lithiumbromidlösung desorbiert wird. Es werden hierzu Siedeversuche unter typischen Betriebsbedingungen durchgeführt und der Einfluss von Füllhöhe und Wärmetauschergeometrie analysiert. Die Erkenntnisse über den Siedeprozess bestätigen die Praxistauglichkeit des überfluteten Austreiberkonzeptes und bilden die Basis für die Optimierung von kompakten Absorptionskältemaschinen.

Modellierung und experimentelle Untersuchung zum Siedeverhalten in vertikalen Rohren

FEM-Berechnung eines abgasbeheizten stehenden Siederohres

Das ZAE Bayern befasst sich mit der Entwicklung eines Hochtemperaturaustreibers für das Stoffpaar H2O/LiBr, basierend auf dem Funktionsprinzip eines Naturumlauf-Verdampfers. Als Ausgangspunkt für die Auslegung und Konstruktion des Apparates wurde eine thermo-hydraulische Modellierung erstellt, mit deren Hilfe sowohl die zweiphasige Strömung der LiBr-Lösung in den Rohren als auch die Auskühlung der im Kreuzstrom über das Rohrbündel geführten Rauchgasströmung dargestellt werden kann. Mit Hilfe des Modells können eventuell auftretende Hotspots (lokale zu hohe Rohrwandtemperaturen, die in Verbindung mit der stark korrosiven LiBr-Lösung zu Materialschädigungen führen) vor der Konstruktion detektiert bzw. vermieden werden. Die Auslegung von kompakten Hochtemperaturaustreibern mit stehenden Siederohren unter Berücksichtigung einer maximal auftretenden Wärmestromdichte an den einzelnen Siederohren und angestrebter Rauchgasauskühlung wird durch das entwickelte Modell ermöglicht. Ein Versuchswärmetauscher wird momentan in einer Double-Effect/Single-Effect-Absorptionskältemaschine im Verbund mit einem Motor-BHKW getestet. Basierend auf den Versuchsergebnissen soll die numerische Modellierung verifiziert bzw. angepasst werden.

Über das ZAE Bayern

Als eine der führenden Einrichtungen auf dem Gebiet der angewandten Energieforschung verbindet das Bayerische Zentrum für Angewandte Energieforschung (ZAE Bayern) exzellente Forschung mit exzellenter Umsetzung der Resultate in die wirtschaftliche Praxis. Hierzu bietet das ZAE seinen Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft ein breites Leistungsspektrum an, das sich von messtechnischen Dienstleistungen über Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten bis zu kompletten Innovationspaketen erstreckt.

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