Analyse der Unterkühlung wässriger Lösungen mit verschiedenen Additiven und Wärmeübertrageroberflächen

摘要

Wird Wasser mit einem den Gefrierpunkt senkenden Stoff - wie z.B. Ethanol, Glykol oder Salz -gemischt und unterkühlt, kann Eisbrei erzeugt werden, ein umweltfreundlicher zweiphasiger Kälteträger. Durch die im Phasenwechsel gespeicherte latente Wärme hat Eisbrei eine hohe Energiedichte und im Vergleich zu einphasigen Kälteträgern einen doppelt so hohen Wärmeübergang. Er eignet sich als Kälteträger, zur Energiespeicherung oder zur Direktkontaktkühlung. Ein Grund, weshalb Eisbrei noch nicht in der breiten industriellen Anwendung vorhanden ist, ist der Herstellungsprozess. Zur Eisbreierzeugung werden häufig Wärmeübertrager herabgekühlt, sodass es auf deren Oberfläche zur Eisbildung kommt. Durch mechanische Einwirkung schabender Elemente wird diese Eisschicht kontinuierlich entfernt. Die hierfür verwendeten Bauteile verschleißen und benötigen einen elektrischen Antrieb, und erhöhen dadurch die Investitions- sowie Betriebskosten. Deshalb soll ein Eisbreierzeuger entwickelt werden, dessen Wärmeübertrageroberfläche dauerhaft eisfrei bleibt, sodass auf die mechanischen Bauteile verzichtet werden kann. Der neue Herstellungsprozess besteht aus einer Kombination aus Zusatzstoff, Strömungsform, Zusatzstoffgehaltgehalt, Eisanteil, Wärmeübertrageroberfläche und Temperaturdifferenz zwischen Wärmeübertrageroberfläche und Fluid, bei der es zu keiner Eisbildung auf der Wärmeübertrageroberfläche kommt. In dieser Veröffentlichung werden die Ergebnisse aus Untersuchungen mit verschiedenen Additiven und unterschiedlichen Wärmeübertragern beschrieben. Bei Experimenten „ohne Eispartikel" konnte festgestellt werden, dass sich die Additive Glykol und Salz hin zu höheren Additivgehalten günstiger als der bisher verwendete Ethanol verhalten. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass eine Verbesserung der Temperaturdifferenz zwischen Wärmeübertrageroberfläche und Fluid, unter Verwendung oberflächenbehandelter Wärmeübertrager, nicht erkennbar ist.