Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die umweltfreundliche Erzeugung von W\u00e4rme zum Heizen und K\u00e4lte zur Klimatisierung ist weltweit eine wichtige Zukunftsaufgabe. Zu diesem Zweck bietet sich die Absorptionstechnik an, die sich jedoch aus Mangel an effizienten und ungef\u00e4hrlichen Arbeitsstoffpaaren noch nicht in gro\u00dfem Umfang durchsetzen konnte. Deshalb sollte das bisher verwendete Arbeitsstoffpaar Wasser-Lithiumbromid durch ein umweltfreundliches und ungef\u00e4hrliches Arbeitsstoffpaar Wasser-Ionische Fl\u00fcssigkeit ersetzt werden.
\nZiel des vorliegenden Projekts war es den Funktionsnachweis f\u00fcr einen Absorptionsprozess mit ionischen Fl\u00fcssigkeiten als Absorptionsmittel zu erbringen. Dar\u00fcber hinaus sollte die Leistungsf\u00e4higkeit eines Arbeitsstoffpaars Wasser-Ionische Fl\u00fcssigkeit im Falle einer Klimatisierungsanwendung (Temperaturbereich um 10 \u00b0C) ermittelt werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn der ersten Projektphase wurden Phasengleichgewichtsmessungen durchgef\u00fchrt und anhand dieser und anderer Stoffdaten in Frage kommende Arbeitsstoffpaare ausgew\u00e4hlt, mit denen eine Versuchsanlage betrieben werden sollte.
\nDie Leistungsf\u00e4higkeit dieser Arbeitsstoffpaare wurde zun\u00e4chst in einem eigens entwickelten Simulationsprogramm theoretisch untersucht.
\nParallel dazu wurde eine Kooperation mit der Firma SK Sonnenklima, Berlin, initiiert und erste Messungen an der solargetriebenen Laboranlage der Firma durchgef\u00fchrt. Mit Hilfe dieser Messdaten konnten die Ergebnisse des Simulationsprogramms validiert werden.
\nIm Anschluss an die ersten Messungen in Berlin wurde eine Absorptionsk\u00e4lteanlage mit einer K\u00e4lteleistung von 10 kW mit geringen Modifikationen gegen\u00fcber der Standardbaureihe bei dieser Firma bestellt. Diese wurde an eine am ITTK aufgebaute Peripherie mit entsprechender Messtechnik angeschlossen.
\nDie Inbetriebnahme erfolgte am 07.07.2008. Nach \u00c4nderungen an der Anlage, einigen kleinen Reparaturen und einer Aufarbeitung der L\u00f6sung durch den Projektpartner IoLiTec erfolgt seit Mitte November 2008 der Versuchsbetrieb.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Es konnte sowohl theoretisch, als auch experimentell bewiesen werden, dass ionische Fl\u00fcssigkeiten f\u00fcr den Einsatz als Absorptionsmittel in K\u00e4ltemaschinen und W\u00e4rmepumpen geeignet sind.
\nDie Kriterien f\u00fcr die Eignung des Arbeitsstoffpaares Wasser-Diethylmethylammoniummethansulfonat in Absorptionsk\u00e4ltemaschinen und -w\u00e4rmepumpen
\n–\tnicht toxisch,
\n–\tnicht explosiv,
\n–\tchemische Best\u00e4ndigkeit bis 150 \u00b0C,
\n–\thohe Verdampfungsenthalpie des K\u00e4ltemittels Wasser,
\n–\thohe L\u00f6slichkeit des K\u00e4ltemittels im Absorptionsmittel (Absorbens),
\n–\tdeutliche Dampfdruckerniedrigung des Arbeitsmittels beim L\u00f6sen im Absorbens,
\n–\tverschwindend geringer Dampfdruck des Absorbens,
\n–\tv\u00f6llige Mischbarkeit beider Stoffe innerhalb des vorgesehenen Arbeitstemperaturbereichs,
\nsind zweifelsfrei erf\u00fcllt.
\nDie theoretischen Untersuchungen ergaben, dass das genannte Arbeitsstoffpaar die Leistungsf\u00e4higkeit von Wasser-Lithiumbromid erreicht.
\nIm Experiment wurde bei Kaltwasseraustrittstemperaturen von minimal 11,0 \u00b0C ein W\u00e4rmeverh\u00e4ltnis (Nutzen\/Aufwand) von durchschnittlich 0,48 erreicht. Dabei lag die K\u00e4lteleistung durchschnittlich bei 1,51 kW und die Temperaturdifferenz von Kaltwasservor- und r\u00fccklauf betrug 5,3 K.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
–\tPublikation zu den Phasengleichgewichtsmessungen (Constantinescu D.; Viscosities, Vapor
\n Pressures and Excess Enthalpies of Choline Lactate + Water, Choline Glycolate + Water, and
\n Choline Methanesulfonate + Water Systems; J. Chem. Eng. Data, 52(4), pp. 1280-1285; 2007
\n–\tVortrag anl\u00e4sslich der 26. Osnabr\u00fccker Umweltgespr\u00e4che am 18.01.2007:Arbeitsstoffgemische
\n mit ionischen Fl\u00fcssigkeiten f\u00fcr Absorptionsk\u00e4ltemaschinen
\n–\tVortrag anl\u00e4sslich der 27. Osnabr\u00fccker Umweltgespr\u00e4che am 25.06.2008:Arbeitsstoffgemische
\n mit ionischen Fl\u00fcssigkeiten f\u00fcr Absorptionsw\u00e4rmepumpen und Absorptionsk\u00e4ltemaschinen
\n–\tVortrag anl\u00e4sslich des Thermodynamik Kolloquiums am 26.09.2008:Arbeitsstoffgemische mit
\n ionischen Fl\u00fcssigkeiten f\u00fcr Absorptionsk\u00e4ltemaschinen und Absorptionsw\u00e4rmepumpen
\n–\tVortrag vorgesehen anl\u00e4sslich der 29. ACHEMA am 13.05.2009:Absorption refrigeration cycles
\n using mixtures of water and ionic liquids as new working solutions<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das Ziel des Vorhabens, ionische Fl\u00fcssigkeiten als Absorptionsmittel in W\u00e4rmepumpen und K\u00e4ltemaschinen einzusetzen, konnte wie vorgesehen n\u00e4herungsweise realisiert und am Beispiel einer Absorptionsk\u00e4ltemaschine demonstriert werden.
\nGegen\u00fcber Wasser-LiBr als Arbeitsstoffpaar hat das eingesetzte Arbeitsmittel Wasser-IL ung\u00fcnstigere Eigenschaften beim W\u00e4rme\u00fcbergang. Diese Nachteile k\u00f6nnten jedoch durch leistungsf\u00e4higere Apparate, mit an die Eigenschaften der ionischen Fl\u00fcssigkeiten angepassten Geometrien, ausgeglichen werden.
\nIn Versuchen mit einer f\u00fcr Wasser-Lithiumbromid ausgelegten K\u00e4lteanlage wurde gezeigt, dass sowohl f\u00fcr die Klimatisierung ausreichende Vorlauftemperaturen erzeugt werden k\u00f6nnen als auch eine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und R\u00fccklauf gew\u00e4hrleistet werden kann.
\nDie Verwendung der derzeit verwendeten Rohrb\u00fcndelw\u00e4rme\u00fcbertrager f\u00fcr den Betrieb mit ionischen Fl\u00fcssigkeiten als Absorptionsmittel ist problematisch. Die K\u00e4lteleistung h\u00e4ngt sehr stark von der Benetzung der W\u00e4rme\u00fcbertragerrohre ab. Dadurch ist insbesondere das Design des Absorbers ausschlaggebend f\u00fcr die Erzeugung h\u00f6herer K\u00e4lteleistungen.
\nUm die Benetzung der W\u00e4rme\u00fcbertragerrohre zu verbessern, w\u00e4re es beispielsweise m\u00f6glich, deren Oberfl\u00e4che zu strukturieren. Andererseits sollten auch andere W\u00e4rme\u00fcbertragertypen in Erw\u00e4gung gezogen werden. Dabei w\u00e4re es sinnvoll, kommerziell erh\u00e4ltliche Standardkomponenten zu verwenden, die an den Betrieb mit ionischen Fl\u00fcssigkeiten angepasst werden k\u00f6nnten.
\nBei der Verwendung von ionischen Fl\u00fcssigkeiten als Absorptionsmittel k\u00f6nnen au\u00dferdem Werkstoffe eingesetzt werden, die wegen der Korrosivit\u00e4t der Lithiumbromid-L\u00f6sung nicht geeignet sind.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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