Inbetriebnahme eines Latentwärmespeicher-Einzelrohr-Versuchstands

Kurzfassung

Diese Arbeit behandelt die Inbetriebnahme einer Latentwärmespeicher-Einzelrohr-Versuchsanlage zur Dampferzeugung. Der Versuchsstand dient der Untersuchung der gekoppelten Wärmeübertragung zwischen dem Wärmeübertragerfluid und dem Phasenwechselmaterial, dem Test optimierter Betriebsstrategien und der Erzeugung von Validierungsdaten für numerische Speicher-Modelle. Die Anlage besteht aus dem Speicher und einer Be- und Entladeinfrastruktur, durch die der Massenstrom, der Druck und die Temperatur des Mediums Wasser eingestellt und gemessen wird. Der verwendete Speicher ist ein passiver Latentwärmespeicher im Rippenrohrdesign. Er hat einen Durchmesser von ca. 8 cm und ist 1,5 m hoch mit dem Phasenwechselmaterial PlusICE A133 befüllt. Auf fünf Messebenen im Abstand von 30 cm sind Thermoelemente angebracht, die die Temperatur des Phasenwechselmaterials, der Rippen, des Rohrs und des Wärmeübertragerfluids messen. Die quantitative Beurteilung des Ist-Betriebs im Vergleich zum Soll-Betrieb erfolgt durch die Überprüfung der geforderten Kriterien zu den Fluid-Eintrittsparametern Massenstrom, Temperatur und Druck am Speichereintritt sowie der Temperaturverteilung im Speicher zu Beginn der Be- und Entladung. Die Fluidparameter werden auf die Kenngrößen Präzision, Genauigkeit und Stationarität überprüft. Die Auswertung zeigt, dass in der ersten Konfiguration 23 % und nach der Optimierung des Versuchsstands 50 % der Ergebnisse den Kriterien genügen. Die umgesetzten Optimierungsmaßnahmen werden vorgestellt und weitere Maßnahmen für den zukünftigen Betrieb vorgeschlagen. Für die Ableitung der Speicherleistung wird die Eignung zweier Bilanz-Methoden auf HTF-Seite überprüft und die Ergebnisse mit Hilfe einer Speicher-seitigen Bilanz validiert. Die Speicherleistung von 1650 W wird während der Beladung über 10 Minuten gehalten. Über einen Zeitraum von 16 Minuten werden so 1550 kJ eingespeichert. Aus der PCM-seitigen Bilanz ergibt sich aus dem Prozess eine Enthalpieänderung von 1470 kJ im Speicher, dessen Unsicherheitsbereich sich mit dem der 1550 kJ aus der HTF-seitigen Bilanz überschneidet. Aus den Ergebnissen wird eine angepasste, realisierbare Messmatrix abgeleitet, die für zukünftige Untersuchungen verwendet werden kann.