Auslegung eines Rohrbündelwärmeübertragers für Flüssigsalz-Wärmespeicher an solarthermischen Kraftwerken

Kurzfassung

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde eine technische Machbarkeitsstudie durchgeführt, anhand einer wärmetechnischen Auslegungsrechnung und einer Druckverlustberechnung eines Öl- Salz- Wärmeübertrager. Mit Hilfe einer Skriptsprache zur analytischen Lösung mathematischer Probleme, GNU Octave, wurde ein Auslegungsprogramm geschrieben. Dieses Programm bestimmt mittels empirischer Formeln, die zur Übertragung der Wärmemenge notwendigen Geometrien des geplanten Rohrbündelwärmeübertrager sowie dessen Druckverluste. Die so ermittelten geometrischen Abmaße, der unterschiedlichen Variationen wurden auf die Möglichkeit des Einbaus in die feststehende Wand, sowie die Einhaltung der Druckverlustgrenze hin überprüft. Die Auslegung erfolgte auf der Basis verschiedener geometrischer Vorgaben und Schaltungsarten. Die Auslegungsvariationen zeigten, unter Berücksichtigung des Raumes in der feststehenden Wand und der maximal zulässigen Druckverluste, dass ein Immersionswärmeübertrager realisierbar ist. Des Weiteren sind aufgrund der Breite der feststehenden Wand von ca. 300 mm keine Komplikationen für die Kinematik der variablen Wand zu erwarten. Aus diesen Daten entstand eine Entscheidungsmatrix, die als Grundlage zur abschließenden Auswahl der sinnvollsten Konfigurationen diente. Da keine Preise zur Verfügung standen, konnte für den externen sowie für den Immersionswärmeübertrager keine optimale Konfiguration ausgewählt werden. Dabei wurden für den externen Wärmeübertrager mehrere Konfigurationen aus fertigungstechnischen Gesichtspunkten empfohlen: • Eine Reihenschaltung mit 5 Wärmeübertragern, • Insgesamt 7170 Rohre mit einem Durchmesser von 16mm und einer Länge von 18m, • und einem Manteldurchmesser von 0,85 m. • Eine Parallelschaltung, bei der 3 von jeweils 5 in Reihe geschalteten Wärmeübertrager, parallel gekoppelt werden, • Insgesamt 7040 Rohre mit einem Durchmesser von 16mm und einer Länge von 18m, • und einem Manteldurchmesser von 0,6 m. • Eine Parallelschaltung, bei der 3 von jeweils 5 in Reihe geschalteten Wärmeübertrager, parallel gekoppelt werden, • Insgesamt 7245 Rohre mit einem Durchmesser von 16mm und einer Länge von 18m, • und einem Manteldurchmesser von 0,5 m. Für den Immersionswärmeübertrager empfiehlt sich aus konstruktiven Gründen, folgende Konfiguration • eine Parallelschaltung, bei der 2 von jeweils 5 in Reihe geschalteten Wärmeübertrager, parallel gekoppelt werden, • Insgesamt 7040 Rohre mit einem Durchmesser von 16mm und einer Länge von 18m, • und einer Wandbreite von 0.3m. zu wählen. Diese aufgrund technischer Kriterien gefällten Empfehlungen müssen allerdings im Rahmen einer ökonomischen Betrachtung weiter eingegrenzt bzw. hinterfragt werden.