Verdampferprüfstand zur Untersuchung des Wärmeübergangs bei der Dünnfilmverdampfung

 

Der Verdampferprüfstand des Lehrstuhls wird zur Untersuchung des Wärmeübergangs bei der Verdampfung verschiedener Kältemitteln genutzt. Dabei ist der Prüfstand auf die Untersuchung der Dünnfilmverdampfung von Wasser und Wasser-Alkohol-Gemischen an verschiedenen Verdampferrohren spezialisiert.

Der Prüfstand besteht aus den beiden vakuumdichten Hauptkomponenten Verdampfer und Kondensator (siehe Abbildung). Die Verdampferrohre werden von innen mit einem Wärmeträgerfluid durchströmt. Das Kältemittel verdampft auf der Außenseite der Verdampferrohre unter natürlicher Konvektion (Behältersieden). Als Wärmeträgerfluid dient Wasser bzw. ein Wasser-Glykol-Gemisch für Temperaturen unterhalb von 0 °C. Die Eintrittstemperatur und der Volumenstrom des Wärmeträgerfluids werden über ein Temperiergerät eingestellt. Der Druck im Verdampfer und damit die Siedetemperatur kann über eine Regelung der Kondensatortemperatur eingestellt und während eines Versuchs auch bei steigender Verdampferleistung konstant gehalten werden. Bei dem Füllstand des Kältemittels im Verdampfer sind zwei Betriebsmodi möglich: (1) Eine quasi-stationäre Messung mit kontinuierlich sinkendem Füllstand während der Messung und (2) eine stationäre Messung mit beliebigen diskreten Füllstanden. Der Füllstand kann online über die Auswertung von Kamerabildern bestimmt werden. Der Prüfstand befindet sich in einer Klimakammer, die entsprechend der Siedetemperatur temperiert werden kann, um einen Wärmeeintrag/-verlust aus/an der/die Umgebung zu vermeiden. Des Weiteren kann die Luft in der Klimakammer entfeuchtet werden und damit die Bildung von Kondenswasser auf den Prüfstandskomponenten verhindert werden.

Zur Bestimmung des Wärmeübergangs ist der Verdampferprüfstand mit diverser Messtechnik ausgestattet. Die Bilanzierung der Verdampferleistung erfolgt mittels Temperatur- und Volumenstromsensoren des Wärmeträgerfluids. Die Siedetemperatur kann entweder aus dem Drucksignal berechnet oder mithilfe von verschiedenen Temperatursensoren bestimmt werden. Die vollautomatisierte Messdatenaufzeichnung und Prüfstandssteuerung erfolgt mittels eines LabVIEW-Kontrollprogramms.

Die wichtigsten Eckdaten des Prüfstands können der nachfolgenden Tabelle entnommen werden. Alle weitere Details des Prüfstands, wie zum Beispiel Maße oder verwendete Messtechnik, können unserer Veröffentlichung zum Verdampferprüfstand entnommen werden.

Tabelle mit Eckdaten des Prüfstands

Verdampfungsart	Dünnfilmverdampfung (Behältersieden)
Kältemittel	Wasser, Alkohole, Gemisch
Wärmeträgerfluid	Wasser, Wasser-Glykol
Volumenstrom Wärmeträgerfluid	1-12 L/min
Temperaturbereich Wärmeträgerfluid	-10 - 40 °C
Siedetemperaturen	-10 - 40 °C
Druckbereich	0,1 - 1000 mbar
Leistung	0,1 – 1,5 kW
Anzahl Verdampferrohre	Bis 4
Außendurchmesser Verdampferrohre	Bis 15 mm
Länge Verdampferrohre	510 mm

Alle Temperatursensoren sind mittels zweier hochgenauer Ahlborn-Temperatursensoren kalibriert. Die resultierende Messunsicherheit aller Temperatursensoren ist kleiner als 0,05 K. Die Messunsicherheit aller Volumenstromsensoren beträgt 0,2% vom Messwert und die Messunsicherheit des verwendeten Drucksensors beträgt 0,1 % vom Messwert. Alle Unsicherheitsangaben gelten für eine einfache Standardunsicherheit.

  Urheberrecht: © Lehrstuhl für Technische Thermodynamik der RWTH Aachen