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Ziel
Entwicklungsziel des Antrages sind optimierte Arbeitsfluide, die den thermischen Widerstand von Wärmerohren um 20 % senken und damit die übertragbare Wärmemenge entsprechend steigern. Die Arbeitsfluide werden mit Nanopartikeln dotiert, so dass der Wärmeübergang im Verdampfer erhöht wird. Für Heatpipes wird zudem die Entwicklung nanostrukturierter Dochte angestrebt. Durch diese Strukturierung wird das Vermögen der Dochte Arbeitsfluid zu transportieren erhöht.Beschreibung
Thermosyphon und Heatpipe werden trotz ihrer unterschiedlichen Wirkprinzipien im deutschen Sprachgebrauch oft unter dem Begriff Wärmerohr zusammengefasst. Da Wärmerohre den Phasenübergang flüssig-gasförmig und damit die latente Wärme zum Wärmetransport nutzen, liegt ihre Leistungsfähigkeit deutlich über der von Wärmeübertragern klassischer Bauweise. Dabei kommt dem verwendeten Arbeitsmittel, der Struktur von Verdampfer- bzw. Kondensatoroberfläche sowie für Heatpipes der Dochtstruktur eine entscheidende Bedeutung zu. Wie eine im Vorfeld dieses Antrages durchführte Studie (Buschmann, 2013) zeigt, gestattet die Verwendung von Nanofluiden als Arbeitsfluid eine Minderung des thermischen Widerstandes von Wärmerohren von bis zu 20 %. Unter Nanofluiden werden dabei Suspensionen zumeist auf wässriger Basis verstanden. Solche Suspensionen enthalten neben dem Basisfluid Nanopartikel mit Abmessungen zwischen 10 nm und 100 nm. Nanopartikel ändern nicht nur die Stoffwerte des Arbeitsfluides sondern verursachen auch komplexe Wechselwirkungen mit der Verdampferwand von Thermosyphons bzw. dem Docht eines Heatpipes. Im ersten Fall kommt es zur Bildung von porösen Schichten, die eine verbesserte Verdampfung des Arbeitsfluides ermöglichen. Für Heatpipes wird über die Ablagerung von Nanopartikeln im Docht berichtet. Diese Ablagerungen verkleinern den minimalen Radius des Dochtes und erhöhen damit den Kapillardruck. Es kann mehr Arbeitsfluid im Docht transportiert und damit im Verdampfer verdampft werden. Erste im Rahmen des Projektes “Hochleistungswärmerohr zur Außenluftaufbereitung“ (MF110030) durchgeführte Untersuchungen mit zwei Demonstratoren bestätigen die Minderung des thermischen Widerstandes bei Verwendung von Nanofluiden im Thermosyphon (Buschmann & Franzke, 2014).Projektpartner
- TU Bergakademie Freiberg
- Fraunhofer Institut für keramische Technologien Dresden
