Experimentelle Studie zur Modellparametrisierung eines induktiv beheizten Strömungserhitzers

Abstract

Die laufende globale Transformation von fossilen zu erneuerbaren Energieträgern führt zu steigender Bedeutung von sogenannten thermische Energiespeichern in Kombination mit Power-to-Heat Technologien. Eine in diesem Bereich etablierte Technologie sind die ElektroStrömungserhitzer, welche häufig zur Sektorenkopplung zwischen Stromsektor und Wärmesektor verwendet werden. Mit diesen kann ein Wärmeträgerfluid, wie z.B. Luft, elektrisch auf eine Zieltemperatur erwärmt werden und diese Hochtemperaturwärme an Feststoffspeicher zur Speicherung übertragen. In dieser Arbeit wird in einem neuen Ansatz untersucht, inwiefern neuartige Werkstoffe sich induktiv erwärmen lassen, um so konventionelle Temperaturgrenzen zu überschreiten. Hierfür findet die Konzeptionierung und der Umbau eines bestehenden Induktions-Teststandes, für den Betrieb mit Luftdurchströmten Strukturen, statt. Es wird eine Messkampagne durchgeführt und die notwendigen die notwendige Messtechnik zur Aufnahme und Darstellung aller Betriebsgrößen wird implementiert. Der Fluss von relevanten elektrischen, strömungstechnischen und thermischen Messwerten wird mithilfe eines Fließdiagramms dokumentiert. Durch die Verwendung von keramischen Rohren in Induktornähe werden Herausforderungen für die Dichtigkeit identifiziert und gelöst. Mithilfe von Konzeptionierung und Auslegung zentraler Bauteile wie speziellen Adapterplatten und einem Strömungsgleichrichter wird der Aufbau strömungsgünstig ermöglicht. Es wird ein Dichtigkeitskonzept entwickelt, welches dem Teststand im laufenden Versuch ermöglicht thermische Audehnungen auszugleichen und mithilfe einer speziellen Anpressvorrichtung in Flächenlast innerhalb der Dichtflächen umzuwandeln. Während der Messkampagne werden elementare Größen wie die Verlustleistung des Induktors, die Wirkleistung des Generator sowie die Temperatur beider Phasen räumlich aufgelöst und aufgenommen.