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FracTherm® - Fraktale Hydraulikstrukturen für Solarabsorber und andere Wärmetauscher

Universität/Institut:Fraunhofer - Institut für Solare Energiesysteme ISE
Abteilung:Solarthermie
Region:Baden-Württemberg
Ansprechpartner:Dr.-Ing. Michael Hermann
Tel.: +49 (0) 7 61/45 88-54 09
Email: This e-mail address is being protected from spam bots, you need JavaScript enabled to view it
Projektlaufzeit:
Inhalt:Wärmetauscher stellen wichtige Komponenten technischer Systeme sowohl bei der Nutzung fossiler als auch erneuerbarer Energieträger dar. Zu ihnen zählt beispielsweise auch der Solarabsorber, das Herzstück eines Sonnenkollektors, in dem die Solarstrahlung absorbiert und an das Wärmeträgermedium abgegeben wird. Die Energieeffizienz eines solchen Wärmetauschers hängt sehr stark davon ab, wie gleichmäßig seine Kanäle vom Wärmeträgermedium durchströmt werden und wie hoch der Druckverlust dieses Bauteils ist (Energiebedarf für die Pumpe).

Übliche Wärmetauscher weisen in der Regel seriell bzw. parallel angeordnete Kanalstrukturen auf (in der Solartechnik als Mäander- oder Serpentinenabsorber bzw. Harfenabsorber bekannt). Mit diesen sind jedoch oft Nachteile – hoher Druckverlust bzw. ungleichmäßige Durchströmung – verbunden.

Auch in der Natur müssen oft Netzwerke von Strömungskanälen für eine energieeffiziente Wärme- und/oder Stoffübertragung gebildet werden (Blutbahnen, Leitbündel in Blättern). Jedoch findet man bei natürlichen Konstruktionen in der Regel weder serielle noch parallele, sondern meist mehrfach verzweigte Strukturen, die mathematisch als "Fraktale" beschrieben werden können.

Am Fraunhofer ISE wurde ein Algorithmus entwickelt und zum Patent angemeldet, der versucht, derartige natürliche Strukturen auf die Technik zu übertragen (bionischer Ansatz). Mit Hilfe dieses FracTherm®-Algorithmus kann eine vorgegebene Fläche nach Festlegung des Ein- und Austrittspunktes mit einer geeigneten fraktalen Hydraulikstruktur versehen werden.

Mit Hilfe eines auf dem FracTherm®-Algorithmus basierenden gleichnamigen Computerprogramms lassen sich hydraulische sowie thermische Simulationen zur Beurteilung der einzelnen Varianten durchführen. Die erzeugten Strukturen können problemlos als DXF-Dateien exportiert werden und stehen damit üblichen CAD- und CAM-Programmen für die weitere Verwendung zur Verfügung. Somit lassen sich Prototypen und Serienprodukte durch Fräsen, Gießen, Prägen, Rollbonding oder ähnliche Verfahren herstellen.

Relevanz:Mit FracTherm® lassen sich individuelle Lösungsvorschläge für Wärmetauscherstrukturen nach Kundenwunsch realisieren. Das Interesse an gemeinsamen Projekten mit der Industrie besteht jederzeit.
Kooperationsmöglichkeiten:Wärmetauscherhersteller
Themenbereiche- Umweltfreundliche Energieerzeugung
- Energieeffizienz
Letzte Änderung:26. März 2010