Von der Natur inspiriert

Wärmetauscher stellen wichtige Komponenten technischer Systeme sowohl bei der Nutzung fossiler als auch erneuerbarer Energieträger dar. Zu ihnen zählt beispielsweise auch der Solarabsorber, das Herzstück eines Sonnenkollektors, in dem die in Wärme umgewandelte Solarstrahlung an das Wärmeträgermedium abgegeben wird.

Die Energieeffizienz eines solchen Wärmetauschers hängt sehr stark davon ab, wie gleichmäßig seine Kanäle vom Wärmeträgermedium durchströmt werden und wie hoch der Druckverlust und damit der Energiebedarf für die Pumpe ist. Übliche Wärmetauscher weisen in der Regel seriell oder parallel angeordnete Kanalstrukturen auf. Mit diesen sind jedoch oft Nachteile wie hoher Druckverlust bzw. ungleichmäßige Durchströmung verbunden.

Der Forscher ließ sich von der Natur inspirieren. Auch dort müssen oft Netzwerke von Strömungskanälen für eine energieeffiziente Wärme- und/oder Stoffübertragung gebildet werden. Beispiele sind unsere Blutbahnen oder die Leitbündel in Blättern. Die Natur bildet hierfür weder serielle noch parallele, sondern meist mehrfach verzweigte Strukturen, die mathematisch als Fraktale beschrieben werden können.

Er griff diese Idee auf und entwickelte einen Algorithmus, der versucht, derartige natürliche Strukturen auf die Technik zu übertragen. Mit Hilfe dieses Algorithmus kann eine vorgegebene Fläche nach Festlegung des Ein- und Austrittspunkts mit einer geeigneten fraktalen Hydraulikstruktur versehen werden. So lassen sich individuelle Lösungsvorschläge für Wärmetauscherstrukturen realisieren.

COMPAMED.de; Quelle: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE