M. Wetzel

Zur Reduzierung der Emission ozon- und klimaschädigender Gase werden FCKW und FKW vermehrt durch natürliche Kältemittel (z.B. CO₂, NH₃, Propan) ersetzt. Als ein solches natürliches Kältemittel wird CO₂ aufgrund guter Wärmeübertragungseigenschaften und vorteilhafter Stoffeigenschaften für den Einsatz als Kältemittel heutzutage bereits eingesetzt, z.B. (Tief-)Kühlung, Busklimaanlagen und Wärmepumpen. Neben der Wahl des Kältemittels hat auch die Verdampfergeometrie Einfluss auf die Effektivität des Systems. So werden bspw. innenstrukturierte Rohre (vgl. Abb.1) zur Verbesserung der Rohrbenetzung und somit zur Steigerung des Wärmeübergangs erprobt. Dabei kann die Verbesserung des Wärmeübergangs die strukturbedingte Druckverlust-Erhöhung deutlich übersteigen. Aufgrund der Schmierung von Kompressoren in realen Kältesystemen und der somit bedingten Ausbildung eines Kältemittel-Öl-Gemischs im Kreislauf wird die Leistungsfähigkeit eines Verdampfers auch durch die Ölkonzentration im Kältemittel beeinflusst.

Abb.1  Cuprofin EDX Rohr (Quelle: Wieland)

Um den Einfluss der Verdampfergeometrie und des Ölgehalts im Kältemittel auf Wärmeübergang und Druckverlust zu untersuchen, werden am Institut für Thermische Verfahrenstechnik Versuche zum Strö-mungssieden von CO₂-Öl-Gemischen durchgeführt. Neben einer konventionellen Glattrohrmessstrecke wird eine innenstrukturierte Kupfermessstrecke (vgl. Abb.2) hinsichtlich einer Effizienzsteigerung untersucht. Als Öl wird ein in Tieftemperaturkälteanlagen eingesetztes, mit in CO₂ vollständig lösliches POE Öl verwendet.

Abb.2  Aufbau der Messstrecke: Axialschnitt (links), Querschnitt (rechts)

Im Rahmen dieser Arbeit sollen Versuche zum Druckverlust beim Strömungssieden von CO₂-Öl-Gemischen  mit Ölgehalten von 0 bis 3 Gew.-% im innenstrukturierten Rohr durchgeführt werden. Hierbei sind der Dampfdruck (10 bis 39 bar), die Massenstromdichte (25 bis 300 kg/m²s), der Strömungsdampfgehalt (0,1 bis 0,9) und die Wärmestromdichte (0 bis 100 kW/m²) zu variieren und deren Einfluss auf den Druckverlust mit Bezug auf das verwendete CO₂-Öl-Gemisch zu diskutieren. Bewährte und aktuelle Korrelationen aus der Literatur sind in der Auswertung miteinzubinden und hinsichtlich der Übereinstimmung mit den experimentellen Messdaten zu bewerten.