Projekte
Aktuelle Projekte
Kooperationspartner: CompAir Drucklufttechnik, Spilling Technologies GmbH
Laufzeit: 01.02.2023 - 31.01.2026
Förderung durch: Carl-Zeis-Stiftung im Rahmen des Programms "CZS Transfer"
Im theoretischen Modell führen isotherme Zustandsänderungen in Kompressoren und Expansionsmaschinen zu den bestmöglichen Wirkungsgraden mit Wirkungsgradsteigerungen von bis zu 25 % gegenüber dem Status Quo. Unter isothermen Zustandsänderungen versteht man dabei eine Änderung von Druck und spezifischem Volumen bei konstanter Temperatur.
In Grundlagenversuchen wurde nachgewiesen, dass durch Sprayinjektion in Gasatmosphären isotherme Zustandsänderungen möglich werden. Im Projekt sollen daher Einspritzparameter so optimiert werden, dass sie in Kompressoren, Gasexpansionsmaschinen und Stirlingmotoren anwendbar werden. Das entwickelte Flüssigkeits-Einspritzsystem soll damit isotherme Expansion und Kompression in Verdichtern und Motoren ermöglichen.
Mit Unterstützung industrieller Partner wird die Zuverlässigkeit der Methode am Beispiel von Verdichtern und Expansionsmaschinen reproduzierbar demonstriert. Die Übernahme der Technologie könnte einen Primärenergie- und CO2-Einspareffekt von 10–25 % erzielen.
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Abgeschlossene Projekte
Kooperationspartner: HS-Offenburg; HS-Karlsruhe; INSA-Strasbourg; Universität Freiburg; Fachhochschule Nordwestschweiz
Laufzeit: 01.09.2019 - 31.08.2022
Förderung durch: EFRE- Interreg am Oberrhein
Der Anteil volatiler Energieerzeuger nimmt infolge des Ausbaus der erneuerbaren Energiewirtschaft stetig zu. Die Energieerzeuger sind in lokalen bzw. regionalen Verteilnetzen integriert. Um sowohl eine hohe Versorgungssicherheit gewährleisten und die Kosten für die Netzintegration gering halten zu können, werden in der Literatur unter anderem Lösungsansätze auf Prosumer-Ebene mit Sektorenkopplung als erfolgsversprechender Lösungsansatz diskutiert. In ersten Demonstrationsvorhaben werden dezentrale Speicher, lokales Lastmanagement sowie Kraft-Wärme-(Kälte-) Kopplung und diverse Power-to-Heat/Cold-Technologien erfolgreich eingesetzt.
Werden diese Systeme mit übergeordneten Betriebsalgorithmen ausgestattet, können solche MicroGrids netzdienlich betrieben werden. Dazu fehlen Steuerungs-, Entscheidungs- und Abstimmungsprozesse sowie ein koordinierter Datenaustausch zwischen den einzelnen Akteuren und Systemkomponenten. Dies betrifft sowohl die technische als auch die wirtschaftliche und teilweise auch regulatorische Ebene.
Mit den Energieversorgern und -genossenschaften sowie den Hochschulen am Oberrhein bietet die Region eine hervorragende Möglichkeit anwendungsorientierte Konzepte grenzüberschreitend anzuwenden.
Der Arbeitsplan sieht sowohl in der numerischen Optimierung und der Entwicklung der Betriebsführungsstrategien als auch mit einer realen Verknüpfung von fünf Energieinseln (davon je eine in der Schweiz und in Frankreich und drei in Deutschland) eine ganz konkrete überregionale Umsetzung.
Kooperationspartner: Aprovis Energy Systems GmbH; LSTM der FAU Erlangen
Laufzeit: 01.07.2015 - 30.09.2017
Förderung durch: Deutsche Bundesstifung Umwelt - DBU
Das Projekt befasst sich mit der Verbesserung von Rauchrohr-Abgaswärmeübertragern, die in fast allen Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen Anwendung finden. Die angestrebte flächeneffiziente Wärmeauskopplung vom Abgas über die Rohrwand in die kältere Flüssigkeit wird durch den hohen Wärmewiderstand zwischen Abgas und Rohrwand beschränkt. Ursachen hierfür sind die Stoffeigenschaften der Gase, sowie zahlreiche Strömungsparameter und die Oberflächenbeschaffenheit sowie die Kontur der Wand.
Das Vorhaben hat zum Ziel statt Glattrohre Rohre mit geschickten Wandkonturen zu finden und diese sicher vorausberechnen zu können, die zugleich deutlich höhere Wärmestromdichten als Glattrohre aufweisen bei nur geringfügig erhöhten Druckverlusten und höherer Steifigkeit, so dass die Rohrwandstärken zur Materialersparnis verringert werden kann, all dies ohne die Verschmutzungsgefahr zu erhöhen.
Geeignet erscheinen unterschiedlichste Spiralrillenrohre, Querrillenrohren und Dellrohre, da ihre mikroskopische Rauigkeit derjenigen von Glattrohren entspricht, die Wandkontur jedoch wiederholt makroskopische Turbulenzen erzeugen kann, die den Wärmetransport durch Überführung von Stromlinien aus heißen Bereichen in kältere Bereich in Wandnähe befördert. Die zusätzlich erzwungenen Turbulenzen lassen erwarten, dass Rohrdimensionen existieren, die einen im Vergleich zu Glattrohren deutlich höheren gasseitigen Wärmeübertragungskoeffizienten aufweisen bei unerheblich höherem Druckverlust und im Idealfall gar selbstreinigenden Strömungseigenschaften. Dabei sollen die Verformungen gleichzeitig die längsseitige Steifigkeit erhöhen, dass es möglich sein kann, deutlich dünnere Wandstärken zu verwenden. Durch die Kaltverfestigung der Verformung und der Konturierung ist ein zusätzlicher positiver Effekt für die Handhabung dünnwandiger Rohre dann zu erwarten, wenn durch die Wahl der richtigen Geometriekombinationen bei Lagerung der Rohre und Berohrung der Bündel eine Verbiegung und ein Beulen der Rohrwand vermieden wird. Diese Zusammenhänge soll in der Hochschule Koblenz durch Finite Elemente Analysen und Mes-sungen im Werkstoffkundelabor untersucht und optimiert werden.
Wegen der Vielzahl möglicher Einflussparameter auf die für die Wärmeübertragung entscheidende Strömungs- und Temperaturgrenzschicht ist geplant, eine Auswahl typischer Bauformen von Spiralrillenrohren und Dellrohren in einem nicht-isothermen Rohrprüfstand hinsichtlich Wärmeübertragungseigenschaften und Druckverlust zu vermessen. Mit Hilfe von CFD-Rechnungen sollen aussichtsreiche Wandkonturen nachgerechnet werden. Dabei sollen in der Studie die Einflüsse der die Kontur bestimmenden Parameter wie Einprägekontur abhängig von der Rohrwandstärke, Einprägetiefe, Spiralwinkel, Rillenabstand sowie Strömungsparameter wie Reynoldszahl und Temperaturspreizung untersucht werden.
Die Turbulenz der Strömung im Rohr ist der für den Wärmeübergang maßgebliche Effekt. Als entscheidender Meilenstein auf dem Weg zur optimierten Rohrgeometrie muss ein Turbulenzmodell angepasst, weiterentwickelt oder neuentwickelt werden. Eine Validierung dieser Modellierung von Turbulenz durch experimentelle Versuche muss erfolgen, damit Druckverlust und Wärmeübergangskoeffizient erstmals verlässlich vorhergesagt werden können.
Feldmessungen von auszuliefernden Apparaten der APROVIS Energy Systems GmbH sollen die Mess- und Simulationsergebnisse validieren und verifizieren.
Kooperationspartner: IKONUM GmbH
Laufzeit: 04.10.2012 - 10.08.2015
Förderung durch: HS-Forschungsinitiative
Durch Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWK-Anlagen) werden in den Wintermonaten im Unterschied zu konventionellen Kraftwerken energetische Wirkungsgrade bis 90 % erreicht, wohingegen deren Wirkungsgrade in den Sommermonaten wegen der dann nicht nutzbaren Abwärme auf das Niveau konventioneller Kraftwerke (z.B. < 40% in Kohlekraftwerken) abfällt. Daher ist es sehr erstrebenswert aus Abwärme in den Sommermonaten Kälte erzeugen zu können und damit aus KWK-Anlagen, Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungs-Anlagen (KWKK) mit Gesamtwirkungsgraden von bis zu 80 % zu realisieren. Dies gelingt mit Absorptions- oder Adsorptions-Kälteanlagen. Absorptionskälteanlagen verwerten Abwärme wirtschaftlich ab einem Temperaturniveau > 100 °C bei Leistungen > 100 kW wohingegen Adsorptions-Kälteanlagen auch für Abwärme < 100 °C geeignet sind. Ein Entwicklungsbedarf besteht bei kleinen Leistungen < 20 kW in Kombination mit Mikro-Blockheizkraftwerken.
Übergeordnetes Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines funktionsfähigen Prototyps einer Adsorptionskälteanlage kleiner Leistung auf der Basis von Silikagel als Adsorbens und Wasser als Kältemittel, das die Abwärme eines kleinen Hubkolbenmotors (Stirling-Motor) bis zu einer Abgas-Austrittstemperatur von < 60 °C nutzen kann und damit die CO2-Bilanz bei zukünftiger dezentraler Energiebereitstellung kleiner Leistungen deutlich verbessert werden kann.
Die Einzelziele sind:
• Marktstudie zu vorhandenen Adsorptions-Kälte-Anlagen
• Wärmetechnische Auslegung und konstruktiver Entwurf von Einzelkomponenten
• Modellierung der Desorption (und Kondensation) sowie der Adsorption
• Aufbau einer Versuchsanlage mit Austauschmöglichkeiten der Kernkomponenten Verdampfer,
Kondensator, Adsorber und Desorber, sowie Optimierung des internen Wärmeaustauschs
