Die Bereitstellung von Nutzkälte erfolgt bislang überwiegend mit Kompressionskältemaschinen. Eine energieeffiziente Alternative sind Absorptionskältemaschinen (AKM), bei denen Abwärme als Antriebsenergie genutzt wird. In diesen stellt der Absorber laut mehreren Untersuchungen die den Gesamtprozess limitierende Komponente dar, wobei von Problemen bei der Benetzung der Apparateoberfläche berichtet wird. Daher ist es zur Effizienzsteigerung von AKM unerlässlich, den Einfluss der Mikrostruktur auf die Benetzbarkeit und den Wärme- und Stoffübergang bei der Absorption zu betrachten.
Für die Untersuchungen zur Benetzbarkeit werden polierte, gezogene und sandgestrahlte Mikrostrukturen auf verschiedene Versuchsrohre aufgebracht. Während polierte Oberflächen mit einer sehr geringen Oberflächenrauheit schlecht benetzbar sind, verbessert sich die Benetzbarkeit signifikant, wenn durch die Mikrostruktur eine Mindestrauheit überschritten wird. Ursache für das beobachtete Verhalten ist ein durch die jeweilige Mikrostruktur entstehendes feines Kanalnetz, das durch eine Kapillarwirkung ein verbessertes Spreiten der Flüssigkeit auf der Oberfläche ermöglicht.
Der Wärme- und Stoffübergang bei der Absorption wird zunächst an einem Apparat mit gezogener Referenzoberfläche unter Variation der Berieselungsdichte und der Lösungskonzentration betrachtet. Mit steigender Berieselungsdichte verbessert sich der Wärme- und Stoffübergang. Die Ursache hierfür ist die Zunahme der mit einem Flüssigkeitsfilm belegten Apparatefläche. Demgegenüber wird kein Einfluss der Lösungskonzentration auf den Wärme- und Stoffübergang im Untersuchungsbereich festgestellt. Auf Basis der erzielten Ergebnisse wird eine semi-empirische Korrelation für den filmseitigen Wärmeübergang entwickelt und mit Daten aus der Literatur validiert. Analog zu den Ergebnissen zur Benetzbarkeit kann der Wärme- und Stoffübergang bei der Absorption im Rieselfilm durch den Einsatz mikrostrukturierter Oberflächen verbessert werden.
Aktualisiert: 2020-12-26
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