Labor Wärmetechnik

Das Labor Wärmetechnik umfasst die nachfolgend beschriebenen Maschinen und Anlagen zur Energieumwandlung, Messeinrichtungen und Versuchsaufbauten.

• Brennstoffzelle: Das Betriebsverhalten von PEM-Brennstoffzellen kann an einem Brennstoffzellenteststand analysiert werden. Als Brennstoff wird Wasserstoff eingesetzt; als Oxidator wird wahlweise Luft oder Sauerstoff verwendet. Der Prüfstand ist ausgelegt für Prüflinge mit einer Leistung von bis zu 1 kW; zum Einsatz kommt ein aus 24 Zellen bestehender Stack mit einer Leistung von mindestens 500 W bei 55 °C.

• Stirling-Prüfstand: Der Prüfstand ermöglicht die Ermittlung des Betriebsverhaltens einer Stirlingmaschine bei unterschiedlichen Einstellungen des Motors. Der Antrieb erfolgt durch eine temperaturgeregelte elektrische Heizung mit einer maximalen Leistung von 10,8 kW. Der abtriebsseitig eingebaute Generator erzeugt eine elektrische Leistung von bis zu 1 kW. Zur Aufzeichnung des Kreisprozesses und zur Ermittlung charakteristischer Größen ist der Motor zusätzlich mit einer Vielzahl von Messeinrichtungen ausgestattet.

• Solar-Stirling: Ein Stirlingmotor wird von einem konzentrierenden Sonnenkollektor mit Sonnenstandsnachführung angetrieben und stellt im Inselbetrieb eine elektrische Leistung von maximal 350 W zur Verfügung. Der Durchmesser des konzentrierenden Kollektors beträgt 2,2 m.

• Solarkocher: Im Rahmen mehrerer studentischer Arbeiten ist ein Solarkocher berechnet und entwickelt worden. Der Solarkocher besteht aus einem Schefflerreflektor als Parabolspiegel mit Nachführeinrichtung sowie einer Kochbox, auf welche die Solarstrahlung konzentriert wird. Anhand der aufgebauten Anlage sollen seine Eigenschaften in der Praxis getestet werden.
  
  

• Windkraftanlage: Die auf dem Hochschulgelände aufgestellte Windkraftanlage wurde im Rahmen einer Projektarbeit ausgelegt, konstruiert und schließlich gebaut. Die Anlage verfügt über drei 1,75 m lange Rotorblätter (Profil: NACA 4412), die an der Hochschule hergestellt wurden. Die erzeugte elektrische Leistung wird in das Hochschulnetz eingespeist.
  
  

• Ottomotor: Ein ortsfester Einzylinder-Viertakt-Ottomotor arbeitet mit dem Brennstoff Gas. Die Verdichtung des Motors kann variabel eingestellt werden; darüber hinaus kann der Motor nach einigen Umbauten auch als Dieselmotor betrieben werden.
  
  

• Kältemaschine: Die zwei im Labor aufgestellten Kältemaschinen werden mit den Kältemitteln R134a bzw. R22 betrieben. Die Kälteleistung beider Maschinen beträgt 11 kW (R134a-Maschine) und 14 kW (R22-Maschine).
  
  

• Philips-Gaskältemaschine: Die mit Helium betriebene Gaskältemaschine, die nach der Umkehrung des Stirling-Prozesses arbeitet, erreicht in zwei Stufen Temperaturen von 80 K bzw. 30 K. Zur Messung der Kälteleistung sind beide Stufen mit elektrischen Heizern ausgerüstet; alternativ kann die Kälteleistung zur Erzeugung von Vakuum verwendet werden.
  
  

• Verflüssigung von Stickstoff: Die Stickstoffverflüssigungsanlage erzeugt durch Rektifikation der Umgebungsluft bei sehr niedriger Arbeitstemperatur und Atmosphärendruck flüssigen Stickstoff. Die niedrigen Temperaturen werden durch eine mit Helium betriebene Gaskältemaschine erreicht. Bei normalen Betriebsbedingungen werden stündlich etwa 6 Liter flüssigen Stickstoffs mit einer Reinheit von 99,5 % produziert.
  
  

• Wirbelrohr: Das Wirbelrohr besteht aus einem zylindrischen Rohr, in das ein Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit durch eine Düse tangential eingeblasen wird. Im Rohr ist nahe der Düse eine Blende eingebaut; am anderen Ende des Rohres befindet sich ein Ventil, das einen Teil der Luft dazu zwingt, durch die Blende zu strömen. Dieser Luftstrom kühlt sich ab, der durch das Ventil strömende Anteil erwärmt sich. In Abhängigkeit vom Druck vor der Düse werden die Temperaturen des kalten und warmen Luftstroms gemessen.

• Heizwert von Gasen: Der Heizwert von gasförmigen Brennstoffen kann mit Hilfe von 5 Junkers-Kalorimetern bestimmt werden.
  
  
• Viskosität von Flüssigkeiten: Zur Messung der Viskosität von Flüssigkeiten sind 5 Kugelfall-Viskosimeter, 2 Viskowaagen, ein Kapillarviskosimeter, ein Handviskotester sowie ein Rotationsviskosimeter vorhanden.
  
  
• Reibwert von Festkörpern: Der Reibwert von Festkörpern (mit und ohne Schmierfilm) kann in Abhängigkeit von Belastung (Normalkraft) und Drehzahl gemessen werden.

• Wärmeleitfähigkeit von Isolierstoffen: Mit einem Versuchsstand zur Messung der Wärmeleitfähigkeit von Isolierstoffen nach DIN 52612 können die Dämmeigenschaften verschiedener Wärmedämmstoffe untersucht werden.

• Kritischer Punkt: Das Verhalten eines Stoffes am kritischen Punkt kann anhand von Schwefelhexafluorid (SF6 mit einer kritischen Temperatur von 45,5 °C und einem kritischen Druck von 37,6 bar) beobachtet werden.

• Messung thermischer Größen:  Im Labor stehen Messgeräte zur Bestimmung von Temperatur, Druck, Strömungsgeschwindigkeit, Strahlungsintensität der Sonneneinstrahlung sowie von meteorologischen Daten wie Barometerstand, Windgeschwindigkeit und Windrichtung zur Verfügung.

Die Einrichtungen der Labore Wärmetechnik werden in erster Linie zur Ausbildung der Studierenden eingesetzt. Darüber hinaus kann ein Teil der Ausstattung für Vorhaben aus dem Bereich der angewandten Forschung und Entwicklung genutzt werden. Mit Hilfe von Projekt- und Abschlussarbeiten werden vorhandene Prüfstandseinrichtungen erneuert sowie neue Versuchsstände aufgebaut.