Konstruktion eines Latentwärmespeichers auf Basis sogenannter Pillow-Plates mit Fokus auf Kostenreduktion

Kurzfassung

Zusammenfassung Bisher entwickelter Latentwärmespeicher verfolgt ein sogenanntes RippenrohrKonzept in Anlehnung an Rohrbündelwärmeübertrager, welches Drücke des Wärmeträgerfluids von über 100 bar ermöglicht. In jüngerer Zeit durchgeführte F&E-Arbeiten lassen darauf schließen, dass für Drücke unterhalb von ca. 30 bar ein vollständig anderes Design basierend auf Pillow-Plates (PP) eine signifikante Kostenreduktion zulässt. In Rahmen dieser Arbeit soll ein Konzept für Latentwärmespeicher auf Basis von Pillow Plates mit dem Ziel von Kostenreduktion erarbeitet werden. Dabei wird nur der gesamte Speicher ohne detaillierte Auslegung von bestimmten Komponenten wie Pillow Plates betrachtet. Anhand der VDI 2221 Richtlinie werden zuerst die Designanforderungen bestimmt. Daraus lassen sich ein paar mögliche Konzepte überlegen und in CAD veranschaulichen. Danach werden sie bezüglich ihrer Kosten, Design usw. systematisch bewertet und ein geeignetes Konzept wird im Endeffekt ausgesucht. Prinzipiell hat das Speicherkonzept eine Größe von 40 Fuß Hi-Cube Schiffcontainer, worin sich zwei gleich große PCM Tanks, Isolationen und Gestelle befinden, und eine Kapazität von 5,48 MWh (mit Natriumnitrat als PCM). In einem PCM Tank stehen sechs PP in Längs-Richtung, kammförmige Wärmeleitstrukturen (WLS), PPHalterungen und 168 Heizstäbe zur Verfügung. Der Speicher hat nur eine Öffnung am oben und wird durch acht gleich große Containerdeckel geschlossen. Durch die Laufwagen und Laufschienen können die Deckel mit einem bestimmten Abstand rechts und links verschoben werden. Das Speicherkosten macht insgesamt ca. 484.000€ aus, aus dessen sich der Anteil des Kostens von WLS auf ca. 56% beläuft. Berechnung in ANSYS Fluent zeigt sich, dass sich mit der WLS von 18% Volumenanteil und 285°C PCM-Anfangstemperatur eine Beladedauer des Speichers von 19 h 41 min bei 335°C Beladetemperatur ergibt. Mit einer Erhöhung des Volumenanteil von WLS um 1% beschleunigt sich die Beladedauer um ca. 2 h. Mit Erhöhung von Beladetemperatur, also bei 350°C und erhöhtem Volumenanteil (19%) beläuft sich die Beladedauer auf 11 h 45 min. Beim Entladen mit 18% Volumenanteil-WLS, 285°C Entladetemperatur und 335°C PCM-Anfangstemperatur ergibt sich eine Entladedauer von 11 h 51 min,