Fraunhofer-Gesellschaft

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Temperierung mit Hilfe von Wärmerohren und Latentwärmespeichern

 
: Sohr, Johanna
: Schneider, Dorothea

Dresden, 2014, 99 pp.
Dresden, TU, Dipl.-Arb., 2014
German
Thesis
Fraunhofer IWU ()
Wärmerohr; Latentwärmespeicher

Abstract
Wärmerohre übertragen Wärme effizient und zielgerichtet, sodass sie in zahlreichen Industriezweigen zum Heizen oder Kühlen von Bauteilen verwendet werden. Für das Glätten von Temperaturverläufen und Abfangen von thermischen Leistungsspitzen sind Latentwärmespeicher prädestiniert. Im Werkzeugmaschinenbau kommen beide Komponenten bislang nicht zum Einsatz, obwohl die Kühlung dieser hochkomplexen Maschinen noch viel Optimierungspotential birgt.
Diese Arbeit entstand am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) vor dem Hintergrund, die Eignung von Wärmerohren und Latentwärmespeichern für die Anwendung in Werkzeugmaschinen zu überprüfen. Aufgrund der hohen Anforderungen an derartige Kühlsysteme ist die Kenntnis des Wärmeübertragungsverhaltens der eingesetzten Komponenten essentiell. So wurden im Rahmen dieser Arbeit Untersuchungen zur Charakterisierung von Wärmerohren hinsichtlich der maximal übertragbaren Wärmeströme sowie der thermischen Widerstände durchgeführt. Dazu wurde zunächst ein Versuchsstand zur Ermittlung der erforderlichen Messgrößen entwickelt, in welchen ein Phasenwechselmaterial als Latentwärmespeicher integrierbar ist. Es erfolgten Messungen unter Variation der Wärmerohrausrichtung, der aufgeprägten Heizleistung sowie des Temperaturniveaus. Die Ergebnisse weisen im betrachteten Leistungsspektrum auf zwei verschiedene Übertragungsverhalten des Wärmerohres hin, welche auch bei identischen Versuchsbedingungen auftreten können und sich insbesondere im thermischen Widerstand unterscheiden. Mithilfe der gewonnenen Daten wurde ein Modell des Versuchssystems in Matlab Simulink aufgestellt, welches für eine der Verhaltensweisen des Wärmerohres eine sehr hohe Übereinstimmung mit den Messdaten liefert.

 

Heat pipes are able to transfer heat specifically and efficiently. Hence, they are used in many branches of industry for the heating and cooling of equipment and devices. Latent heat storage systems are predestinated to keep temperatures in balance and to buffer high peaks in thermal input. So far, these components are not established in machine tools, although the cooling of production machines has high potential for improvements.
The background to this paper is a project at Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology analyzing possible applications of heat pipes and latent heat storage systems in machine tools. Due to the very high requirements for those specific cooling devices it is essential to understand the heat transfer properties of the installed components. Thus, this paper aims at the characterization of heat pipes particularly with regard to maximal heat flux and thermal resistance. Therefore, an experimental setup was developed, including phase change material as a latent heat storage unit. Measurements were carried out with variation of heat pipe orientation, heat flow and temperature. During these measurements two heat transfer characteristics were detected, even at similar basic conditions. These differ especially in thermal resistance of the heat pipe. Based on the experimental data a simulation model was designed in Matlab Simulink. For one transfer behavior the results of simulation and measurement correspond very well.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-307312.html