Entwicklung einer Steuerung für einen Kältespeicher

Für den Betrieb von thermischen Kältespeichern in Zusammenhang mit Lösungen für solar versorgte Kühlsysteme werden Kleinsteuerungen zur Überwachung und Steuerung benötigt. Dabei stehen neben Überwachungen und Temperaturregelungen auch energetische Bilanzierungen zu Ermittlung des Ladezustandes im Fokus. Im Rahmen der Aufgabe soll eine solche Kleinsteuerung auf Basis eines Arduino-Controllers qualifiziert werden. Eine Konzeption der Sensoranbindung und der Softwarestruktur soll erstellt und davon ausgehend die Steuerungssoftware entwickelt werden. Die Steuerung soll in einen Versuchsaufbau mit Kältespeicher integriert werden. Der Funktionsnachweis soll erbracht und der Betrieb optimiert werden.

Mögliche Arbeiten: Praktikum, Bachelor-, Master-, Diplomarbeit

Ansprechpartner: Wolfgang Hernschier (Mail)

Messtechnische Analyse eines Kältespeichers für solare Kühlsysteme

Auf dem Gebiet der thermischen Kältespeicherung für solar versorgte Kühlsysteme gibt es zahlreiche individuelle Lösungen. Ein neuer modularer Kältespeicher soll den Einsatz thermischer Speicher vereinfachen. Dazu sollen neue Speicher in einem solar versorgten Versuchsstand messtechnisch untersucht werden. Die Aufgabe beinhaltet die Unterstützung beim Aufbau des Versuchstandes, die Durchführung von Messungen bei verschiedenen Betriebszuständen und die Aufbereitung und Auswertung der Messergebnisse. Optional kann als Teil der Auswertung eine Analyse hinsichtlich des Optimierungspotentials beim Speicherbetrieb erstellt werden.

Mögliche Arbeiten: Praktikum, Bachelor-, Master-, Diplomarbeit

Ansprechpartner: Wolfgang Hernschier (Mail)

Einbindung einer Software und Weiterentwicklung zur Messung der Viskosität von Kältemittel-Öl-Gemischen für Hochtemperaturwärmepumpen

Für die Auslegung von Kältemaschinen und Wärmekraft­ma­schi­nen ist die Kenntnis der thermodynamischen Daten der verwen­de­­ten Arbeitsstoffe essentiell. Das umfasst bei Kältemitteln die den Dampfdruck, die Dichte, und thermische Transportgrößen, wie Wärmekapazität und Wärme­leit­fähigkeit. Als weitere Arbeitsstoffe kommen Öle zum Einsatz. Die wichtigste Funktion der Öle ist die Schmierung der bewegten Bauteile, hauptsächlich der Verdichter bzw. der Expansions­ma­schi­nen. Die Schmier­fähigkeit eines Öles kann in Näherung durch seine Viskosität beurteilt werden. Jedoch werden die Eigen­schaften dieser beiden chemisch und physika­lisch sehr verschiedenen Arbeitsstoffe durch Einlösung des Kältemittels im Öl und umgekehrt stark verändert. So verringert sich die Viskosität des Schmier­stoffes (Öls) nicht nur durch die Tempera­tur­erhöhung beim Kompressionsprozess, sondern auch durch Verdünnung von Kältemittel dramatisch. Dadurch kann die Schmier­fä­hig­keit des Öles teilweise ganz aufgehoben werden, was eine Mangel­schmie­rung und einen möglichen Ausfall des Kompressors zu Folge haben kann. Diese Probleme müssen schon bei der Maschinenentwicklung mitbedacht werden.  Dazu ist es erforder­lich die Gemisch­eigenschaften, in diesem Fall Dampfdruck, Dichte und Viskosität zu bestimmen. Durch Messung von Druck und Temperatur innerhalb eines Kompressors im Betrieb kann dann aus den  gewonnenen Daten, die Viskosität und somit die realistische „Schmierfähigkeit des „Öl“-Filmes“ berechnet werden.

Die Gemischeigenschaften der Arbeitsstoffe der Kälte- und Wärmepumpentechnik werden am ILK Dresden gemessen. Die Arbeiten werden dabei bisher weitestgehend „per Hand“ durchgeführt, da für diese druck- und temperaturab­hängigen Messungen keine automatisierten Messplätze zur Verfügung stehen. Die Messung der Viskosität erfolgt mit einem Viskosimeter der Firma Cambridge.

Ausgangssituation:

Die Daten des Viskosimeters werden über eine serielle Schnittstelle von den Messgeräten an einen Rechner übermittelt. Für die elektronische Erfassung stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung, beispielsweise das Auslesen via die Windows™ (eigenen) Tools. Über diese Tools können sowohl ASCII-files (*.txt) für die spätere Verwendung in Berechnungsprogrammen (Excel™, Origin™ u.a.) erzeugt werden, als auch die Kommunikation (Befehle, Variablenzuordnung, Kalibriersets etc.) mit den Geräten erfolgen (in/out-Prozesse). Es stehen auch zwei weitere Programme für das Auslesen der Daten und die Kommunika­tion mit den Messgeräten zur Verfügung, welche derzeit von ILK aber nicht genutzt werden. Grund dafür ist die Komplexität der Programme und deren Anbindung an die Hardware.

Aufgabe:

Während der Arbeiten am ILK Dresden sollen die Möglichkeiten der Anbindung der Viskosimeter an die Rechnertechnik evaluiert und umgesetzt werden. Als Minimalziel wird die Anbindung der Messtechnik an ein LABVIEW™ - basiertes Programm gefordert. Die Dokumentation der Programmierung  inklusive aller für die Messungen nötigen Anpassungen der Programme sowie für einen Messbetrieb nötigen Informationen sollen in das Praktikum einfließen. In zweiter Linie soll die Software gewährleisten, dass ein Temperier­schrank gesteuert werden kann, um Messungen der Viskosität vollautomatisch und sicher durchführen zu können. Dazu gehört die Überwachung von Sicherheitseinrichtungen und die Einbindung von Druck- und Temperatursen­sorik.  Die Messung von thermodynamischen Daten eines umweltfreundlichen und zukunfts­fähigen Kältemittel-Öl-Gemischs für Hochtemperaturwärmepumpen, und daraus abgeleitet, das chemische und physikalische Verständnis der eingangs erwähnten Problemstellungen, werden begleitend zum Praktikum durchgeführt.

Voraussetzungen:

• Grundlagenkenntnisse zum Verständnis thermodynamischer Eigenschaften von Flüssigkeiten
• Kenntnisse zum Verständnis der Interaktion/Kommunikation von Hard- und Software - Schnittstellen
• Grundlagenkenntnisse zu Programmierung, bestenfalls Kenntnisse im Umgang mit LABVIEW™ oder ähnlichen grafischen Programmiertools
• Sicherer Umgang mit Microsoft Office Produkten wie Word™, Excel™ und PowerPoint™
• Grundlagenkenntnisse der Verwendung grafischer Auswerteprogramme, bestenfalls Kenntnisse im Umgang mit Originlab ORIGIN™

Mögliche Arbeiten: Praktikum, Bachelor-, Master-, Diplomarbeit

Ansprechpartner: Dr. rer. nat. Steffen Feja  (steffen.feja@ilkdresden.de)