Wärmetauscher

Wärmetauscher aus poröses Aluminium

Poröses Aluminium ist für die Anwendung als Wärmetauscher hervorragend geeignet. Für die Wärmeübertragung wird aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit überwiegend Aluminium verwendet. Die Wärmetauschfähigkeit von porösem Aluminium ist höher als bei herkömmlich verarbeitetem Aluminium, da poröses Aluminium im Verhältnis zum Volumen eine sehr grosse innere Oberfläche hat.

Grosse Oberflächen haben aber auch andere poröse Materialien, z.B. Sintermetalle. Heute ist es aber noch nicht möglich, Produkte aus Aluminium mit hoher Volumenporosität und genügender Festigkeit nach der Sintertechnologie herzustellen. Ein weiterer Vorteil von porösem Aluminium ist die gegossene Struktur, was ebenfalls die Wärmeleitfähigkeit fördert. Bei Sintermetallen entsteht an den Kontaktstellen der verpressten Kugeln ein Wärmewiderstand.

In der Technischen Universität Bergakademie Freiberg ist die Wärmeleitfähigkeit des poröses Aluminiums getestet worden: je nach Porengrösse liegt die Wärmeleitfähigkeit des Materials im Bereich 30 – 50 W/(m*K). Produkte aus Porösem Aluminium können also sehr gut zur Wärmeübertragung verwendet werden.

Aufgrund der hohen Volumenporosität bzw. der grossen inneren Oberfläche sind sie zudem als Wärmetauscher in der konvektiven Wärmeübertragung geeignet. Wasser oder andere Flüssigkeiten, Luft oder Gas fliessen durch das poröse Aluminium, welches die Temperatur durch die grosse innere Oberfläche optimal aufnimmt. Diese Temperatur kann an einen Festkörper oder auf gleiche Weise an ein Fluid abgeben werden.
Auch zur Kühlung ist poröses Aluminium hervorragend geeignet. Das zu kühlende Obiekt wird direkt auf das poröse Aluminium befestigt und die Wärme wird durch die grosse innere Oberfläche optimal an die Aussenluft abgeleitet, wenn nötig mit Lüftung.

Aufgrund seiner hohen Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit wird Aluminium häufig in verschiedenen thermischen Prozessen verwendet. Poröses Aluminium bietet zusätzliche Vorteile um effiziente Wärmetauscher zu kreieren. Vor allem in den Branchen, in denen es auf das geringe Materialgewicht ankommt:

Automobilindustrie, einschliesslich Elektrofahrzeuge
Flugzeugindustrie
Raumfahrtindustrie

Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit

Wärmeabsorption aufgrund der hohen Wärmekapazität von Aluminium: Je grösser die Aluminiummasse, desto mehr Wärme kann sie beim Erhitzen absorbieren.

Wärmeableitung dank hoher Wärmeleitfähigkeit: Je grösser der Temperaturgradient und je grösser der Querschnitt des Produkts, desto intensiver der Wärmefluss durch das poröse Aluminium.

Wärmeübertragung aufgrund der hohen spezifischen Oberfläche von porösem Aluminium: Je grösser die spezifische Oberfläche, desto intensiver ist der Wärmeübergang des durch poröses Aluminium strömenden flüssigen oder gasförmigen Mediums

Wärmekapazität: (poröses) Aluminium und (sinter) Kupfer

Wärmeleitfähigkeit: (poröses) Aluminium und (sinter) Kupfer

Vorteile der Porenstruktur

1. Grosse Kontaktfläche zwischen Gas und poröser Aluminiummatrix

2. Eine lange Kontaktzeit des Gases und der Matrix aus porösem Aluminium. Gasströme folgen komplexen Wege mit Wirbel.

Der grosse Vorteil von porösem Aluminium für die Herstellung effizienter Wärmetauscher ist seine Durchlässigkeit für Flüssigkeiten und Gase. Wenn Flüssigkeit oder Gas durch einen Block aus porösem Aluminium durchfliesst, dann erhält es oder abgibt Wärmeenergie aufgrund einer grossen Kontaktfläche mit der Aluminiumoberfläche.

Dank grossen Auswahl an verfügbaren Porengrössen ist es möglich, Wärmeabsorption- und Wärmeübertragungsprozesse in porösem Aluminium sehr genau zu steuern, unter anderem durch Organisation eines mehrstufigen Prozesses:

Poröses Aluminium ist ein wirksames Material zur Lösung solcher Aufgaben wie:

Kühlen, Heizen, Verdampfen von Flüssigkeiten
Erwärmung, Abkühlung und Kondensation von Gasen und Dämpfen