Zielsetzung und Anlaß des Vorhabens

Durch seine physikalischen Eigenschaften hat Eisbrei ein hohes Potential beim umweltfreundlichen Einsatz als Sekundärkälteträger in Kälteanlagen. Eine Herausforderung beim Betrieb von Eisbreianlagen ist deren Zuverlässigkeit. Diese wird aufgrund sich im Betrieb bildender großer Eiskristalle, die die Fließeigenschaften des Eisbreis verschlechtern und im schlimmsten Fall zu Verstopfungen der Anlage führen beeinträchtigt. Das Ziel des Projektes ist es deshalb durch Zugabe von rekristallisationshemmenden Stoffen zum Sekundärkälteträger das Wachstum von Eiskristallen im Eisbrei zu hemmen und dadurch dessen Eigenschaften in vielerlei Hinsicht (Betriebssicherheit der Anlage, Fließfähigkeit, Energiedichte, Lagerfähigkeit) zu verbessern.

Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden

Der Arbeitsplan ist so strukturiert, dass zunächst Untersuchungen im Kleinstmaßstab mit geringen Zusatzstoffmengen im ruhenden System durchgeführt werden. Der Vorteil hierbei ist, dass viele Stoffkombinationen parallel untersucht werden können. Dies ermöglicht das notwendige Screening von Stoffkombinationen, was im dynamischen System nur mit erheblichem Zeitaufwand und großen Kosten möglich wäre. Hierzu sollen zunächst am KIT verschiedene Zusatzstoffe (Antigefrierproteine, Polyvinylalkohol, κ-Carrageen) auf ihre Tauglichkeit als rekristallisationshemmender Stoff in typischen Kälteträgergemischen (z. B. Ethanolösung, Propylenglykollösung) überprüft werden. Anschließend werden in Lagerversuchen die vielversprechendsten Kombinationen aus rekristallisationshemmendem Stoff und Kälteträger bestimmt. Diese Kombinationen werden danach in einer Eisbreiversuchsanlage an der Hochschule Karlsruhe eingesetzt. Hierbei werden die Auswirkungen der Zusatzstoffe auf den Eisbrei einer Standardanlage unter realistischen Betriebsbedingungen getestet. Es wird der Eisbrei sowohl im permanent gerührten Speichertank als auch im ungerührten Speichertank untersucht, um zusätzlich den Einfluss der Zusatzstoffe auf Koaleszenzprozesse zu überprüfen. Messungen von Eiskristallen aus der Lösung ohne Rekristallisationshemmer dienen als Referenz. Parallel hierzu werden auch die Auswirkungen auf die rheologischen Eigenschaften des Eisbreis untersucht.