kryokondensation eines gases innerhalb eines dämmstoffes€¦ · kryokondensation eines gases...

1

Kryokondensation eines Gases innerhalb eines Dämmstoffes

DPG Frühjahrstagung Hamburg 09

Jan Hoffmann

Zentrum für angewandte Energieforschung Bayern e.V

Hamburg 03.03.2009

2

Übersicht

• Anwendungen

• Kryokondensation eines Gases• Experimenteller Aufbau und Messmethoden

• Ergebnisse • Zusammenfassung

3

Anwendungen

Für die Supraleitung (verlustfreie Stromleitung) werden wärmegedämmte Kabel benötigt.

Das Projekt icefuel® (integrated cable energy system for fuel and power) behandelt Rohrleitungen zum Transport von LH2.

Für eine ausreichende Dämmung ist es notwendig, dass die mittlere Wärmeleitfähigkeit des Dämmstoffes entsprechend klein ist.

Quelle: [1]

Quelle: [2]

4

KryokondensationVergleich der Wärmeleitfähigkeiten

Vergleich von λgas, λrad und λsolid einer Pulverschüttung

0 100 150 200 250 300 350 400

0

20

40

60

80

100

Wär

mel

eitfä

higk

eit [

10-3 W

/m*K

]

Temperatur [K]

Gaswärmeleitfähigkeit λgas

Festkörperwärmeleitfähigkeit λsolid

Strahlungswärmeleitfähigkeit λrad

5

KryokondensationEvakuieren einer Dämmung

105104

103

Vakuum

300 K

mechanisches Evakuieren:

+ gut erprobte Technik

+ sehr geringe Drücke möglich

- Anschlüsse notwendig

- Dauer

- keine Flexibilität nach evakuierenVakuum

Vakuum

Druck [Pa] Temperatur [K]

Dämmung

Dämmung

~140 K

6

KryokondensationKryokondensation innerhalb einer Dämmung

105104

300 K

~140 K

Druck [Pa] Temperatur [K]

200 K103

Kryokondensation innerhalb einer Dämmung:

+ Flexibilität während des Verbaus

+ keine Anschlüsse notwendig

+ kurze Zeit

- Restdruck bleibt

- Erhöhung der Festkörperwärmeleitung

Dämmung

Dämmung

7

KryokondensationPulverschüttung

REM Aufnahme: Pulverschüttung aus Glaskugeln

Beschreibung durch angepasstes Modell:

• Pulver (Kugeln)

8

KryokondensationModell zur Ablagerung innerhalb einer Pulverschüttu ng

Kondensation eines Gases innerhalb einer Pulverschüttung:

Ohne Ablagerung

)()( 2 TT bulkra

solidct λλ =

Homogene Ablagerung Zwickelablagerung

9

KryokondensationFestkörperwärmeleitfähigkeit bei verschiedenen Abla gerungenformen

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

Wär

mel

eitfä

higk

eit λ

solid

, [W

/m∗K

]

β = Fraction of CO2 deposited at the contact point

λλλλsolid

evakuiertx1.3

x8.7

calculations for 10µm spheres

Berechung von λsolid für beide Fälle:

β=Ablagerung von CO2 am Kontaktpunkt

Berechnung für 10 µm Glaskugeln

Experimenteller Aufbau und MessmethodenAufbau der Messzelle

λtotal, dtotal

T1

T2T3

T4

T5

λ1, d1λ2, d2λ3, d3

λ4, d4

TAdP

totaltotalel

∆=λ

)( 1 ii

iel

TTAdP

i −+=λ

temperature

λ1

λ2

λ3

λ4

T2

T1

T3

T4

T5

d1 d2 d3 d4

position x

11

Ergebnisseeffektive Wärmeleitfähigkeit bei verschiedenen Bela dungen

d1

d2

d3

d4

dtotal

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

evacuated

ef

fekt

ive

Wär

mel

eitfä

higk

eit λ

tota

l [10-3

W⋅m

-1⋅K

-1]

Schicht

12

Ergebnisseeffektive Wärmeleitfähigkeit bei verschiedenen Bela dungen

d1

d2

d3

d4

dtotal

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

evacuated 2.77 Vol-‰ CO

2

ef

fekt

ive

Wär

mel

eitfä

higk

eit λ

tota

l [10-3

W⋅m

-1⋅K

-1]

Schicht

13

Ergebnisseeffektive Wärmeleitfähigkeit bei verschiedenen Bela dungen

d1

d2

d3

d4

dtotal

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

evacuated 2.77 Vol-‰ CO

2

5.54 Vol-‰ CO2

ef

fekt

ive

Wär

mel

eitfä

higk

eit λ

tota

l [10-3

W⋅m

-1⋅K

-1]

Schicht

14

Ergebnisseeffektive Wärmeleitfähigkeit bei verschiedenen Bela dungen

d1

d2

d3

d4

dtotal

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

evacuated 2.77 Vol-‰ CO

2

5.54 Vol-‰ CO2

11.1 Vol-‰ CO2

ef

fekt

ive

Wär

mel

eitfä

higk

eit λ

tota

l [10-3

W⋅m

-1⋅K

-1]

Schicht

15

Zusammenfassung

� Bedarf für Kryodämmstoffe vorhanden

� Durch Kryokondensation wird die Gaswärmeleitfähigkeit innerhalb der

Dämmung gesenkt (auf „Kosten“ einer Erhöhung der

Festkörperwärmeleitung)

� Die Ablagerung scheint sich homogen auf der Oberfläche des Pulvers abzuscheiden und erhöht die Wärmeleitfähigkeit des Materials um einen kleinen Faktor

16

Schluss

Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit!

Kontakt: Jan.Hoffmann@zae.uni-wuerzburg.de

17

Bilderverzeichnis

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/File:CERN-cables-p1030764.jpg

[2] http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:MAN_Wasserstoffverbrennungsmotor.jpg&filetimestamp=20081016172323

[3] ZAE Bayern e.V.