GE Research druckt Wärmetauscher für mehr Energieeffizienz
Im Rahmen einer zweieinhalbjährigen Mission unter der Leitung der Advanced Research Projects Agency startete GE Research ein 2,5-Millionen-Dollar-Projekt zum Drucken eines Hochtemperatur-, Hochdruck- und Superkompaktwärmetauschers in 3D. Ziel ist es, sauberere und effizientere Energie für die Plattformen bestehender und zukünftiger Kraftwerke zu erzeugen. Die Forschungsabteilung der Gruppe hat sich mit der University of Maryland und dem Oak Ridge National Laboratory (ORNL) zusammengeschlossen, um dieses ehrgeizige Projekt abzuschließen. Die Partner konnten einen ersten Prototyp präsentieren, der überzeugend war.
Ein Wärmetauscher ist eine Vorrichtung, die es ermöglicht, thermische Energie eines Stoffstrom auf einen anderen überträgt, sei es Wärme oder Kälte. Die Temperatur zirkuliert, ohne dass sich die beiden Flüssigkeiten vermischen. Es wird begonnen, diese Vorrichtungen, mittels additiver Fertigung zu entwickeln. So kann das Bauteil mit Metall-3D-Druck komplexer konstruiert werden und gleichzeitig Produktionszeiten und -kosten reduziert werden.
Bildnachweis: GE Research
Ein Wärmetauscher, der von GE Research in 3D gedruckt wurde.
GE und seine Partner erklären, dass ihre Wärmetauscher in Umgebungen von bis zu 900°C und 248 bar betrieben werden könnten. Peter de Bock, Thermo-Ingenieur bei GE Research, erklärt: „Wir nutzen unser umfangreiches Wissen im Metallmanagement und Thermomanagement und wenden es dank der Leistungsfähigkeit des 3D-Drucks wie nie zuvor an. Dank dieser Methode können wir nun neue geometrische Entwürfe realisieren, die bisher unmöglich waren. Auf diese Weise können wir ein „UPHEAT“-Gerät entwickeln, das bei Temperaturen, die höher sind als die von aktuellen Wärmetauschern (+250°C), kostengünstig arbeiten kann.„
Es ist zu beachten, dass Wärmetauscher eine Funktion erfüllen, die der unserer Lunge ähnlich ist. DeBock sagt: „Die Lunge ist der ultimative Wärmetauscher. Sie zirkuliert die Luft, die Sie atmen, damit der Körper mit voller Kapazität arbeiten und gleichzeitig seine Temperatur regulieren kann. Wärmetauscher in Stromerzeugungsanlagen, wie z.B. Gasturbinen, erfüllen im Wesentlichen die gleiche Funktion, jedoch bei wesentlich höheren Temperaturen und Drücken. Durch die additive Herstellung werden GE und die University of Maryland nun komplexere biologische Formen und Designs erforschen, um eine radikale Änderung der Wärmetauscherleistung zu ermöglichen, die einen höheren Wirkungsgrad und geringere Emissionen bietet.“ Die Teams verwendeten daher den menschlichen Körper, insbesondere die Lunge und den Körper, als Modell für ihren Wärmetauscher.
Der Wärmetauscher wurde aus einer bruchfesten und hochtemperaturbeständigen Nickel-Superlegierung gedruckt, die vom Team von GE Research speziell für den additiven Herstellungsprozess entwickelt wurde. Dabei sollten die von Concept Laser entwickelten 3D-Drucker wie der M2 Cusing verwendet werden. Das ORNL nutzte seine Expertise in der Korrosionswissenschaft, um die langfristige Leistungsfähigkeit von Materialien zu testen und zu validieren.
Laura Dial (Materialforscherin bei GE Research) und Peter DeBock. Bildnachweis GE
Die Partner behaupten, dass der Wärmetauscher nach seiner Fertigstellung die thermische Effizienz indirekter Energiekreisläufe wie der Brayton-Kraftwerke mit überkritischem Kohlendioxid (sCO2) erhöhen und damit den Energieverbrauch und die Emissionen reduzieren wird. Es könnte auch neue Möglichkeiten in der Luft- und Raumfahrtbranche eröffnen, insbesondere für besonders fortgeschrittene Anwendungen. Weitere Informationen über das Projekt finden Sie HIER.
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