Untersuchung der Vereisung von Mikrokanal-W?rmeübertragern

摘要

In batterieelektrischen Fahrzeugen werden reversible W?rmepumpen zur energieeffizienten Beheizung des Fahrzeuginnenraums eingesetzt. Dabei fungiert der Umgebungsw?rmeübertrager (hier Mikrokanal-W?rmeübertrager) als Verdampfer und nimmt W?rme aus der Umgebung auf. Befindet sich die Oberfl?chentemperatur des Verdampfers unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser und unterschreitet die Au?enluft beim Durchstr?men des W?rmeübertragers ihren Taupunkt, desublimiert der in der Luft enthaltene Wasserdampf an der Oberfl?che des W?rmeübertragers. W?hrend des Vereisungsprozesses verringert sich die übertragungsf?higkeit und der luftseitige Druckverlust des W?rmeübertragers erh?ht sich. Dadurch kann die Gesamteffizienz der W?rmepumpe soweit abnehmen, dass die ben?tigte Heizleistung nicht mehr über die W?rmepumpe abgedeckt werden kann und ein elektrischer Zusatzheizer zugeschaltet werden muss. Hat sich die Effizienz der W?rmepumpe drastisch verringert, wird der vereiste Umgebungsw?rmeübertrager i.d.R. durch Prozessumkehr abgetaut. Anschlie?end kann der W?rmepumpenbetrieb erneut beginnen. Mithilfe eines Simulationsmodells einer W?rmeübertragervereisung l?sst sich der Vereisungsprozess bei der Auslegung eines Fahrzeugw?rmepumpen-Verdampfers oder bei einer Entwicklung einer Regelungsstrategie berücksichtigen. In dieser Arbeit wird ein Modell zur Vorhersage des Reifwachstums vorgestellt, mit dem der übertragene W?rmestrom, die Reifdicke sowie die Reifmasse des W?rmeübertragers bei unterschiedlichen Randbedingungen berechnet werden kann. Das Modell wurde anhand experimenteller Messungen mit drei unterschiedlichen W?rmeübertragergeometrien (Lamellenteilung 2,0, 2,3 und 2,8 mm) validiert. Zudem werden bekannte Berechnungsmodelle zur Bestimmung des luftseitigen Druckverlusts w?hrend einer Vereisung beleuchtet und dabei ausblickend eine Modifikation der Modelle diskutiert.