Wärmeübertrager zählen in der verfahrenstechnischen Industrie zu den meist eingesetzten Apparaten. Bisher war der Aufbau von Wärmeübertragern durch die verfügbaren Halbzeuge, etwa Rohre oder geprägte Platten, und durch die zugehörigen konventionellen Fertigungsverfahren bestimmt und limitiert. Die additive Fertigung bietet nun die Möglichkeit, völlig neue und anwendungsoptimierte Apparatekonzepte und Wärmeübertragertypen zu entwickeln. Auch in vielen Hochdruckanwendungen werden Wärmeübertrager benötigt und müssen dort enormen Betriebsdrucken standhalten, was viele konventionelle Fertigungsverfahren nicht mehr gewährleisten.
Solche Hochdruck-Wärmeübertrager werden beispielsweise in Wasserstofftankstellen benötigt. Je nach Tanksystem treten nach SAE-Norm J2601 beim Betankungsvorgang maximale Betriebsdrücke von bis zu 875 bar auf. Bei diesem Druck muss der Wasserstoff auf eine Tankeintrittstemperatur zwischen -33°C und -40°C abgekühlt werden. Um dies zu gewährleisten wird ein Wärmeübertrager benötigt, der diesem enormen Betriebsdruck standhält, die thermische Leistung für alle beim Tankvorgang auftretenden Massenströme bereitstellt und außerdem kompakt genug ist um im Bauraum der Zapfsäule positioniert zu werden.
In Kooperation mit dem IPeG und einem Industriepartner wird in diesem Forschungsprojekt ein mittels Laserstrahlschmelzen aus 1.4404 hergestellter Hochdruck-Minichannel-Wärmeübertrager mit einem Designdruck von 1050 bar entwickelt. Dieser kann dann unter anderem in Wasserstofftankstellen zum Einsatz kommen, aber auch für weitere Hochdruckanwendungen soll der Apparat anwendbar und skalierbar sein. Die Fertigung mittels Laserstrahlschmelzen ohne Fügen stellt hier eine sinnvolle Alternative zu anderen aufwendigen Herstellungsverfahren mit deutlich stärkeren geometrischen Restriktionen dar. Das Projekt beinhaltet die Geometriefindung, Festigkeitsberechnung unter Nutzung von FEM-Simulationen sowie im Hauptteil die thermofluiddynamsiche Untersuchung unter Nutzung von CFD-Simulationen und experimenteller Charakterisierung zur Ableitung geeigneter Korrelationen und Modelle zur Apparateauslegung.
Gefördert durch Investitions- und Förderbank Niedersachsen – NBank
30823 Garbsen
