Versuchsanlage thermische Energiespeicher : Technische Dokumentation, Wirkungsweise und Analyse

Abstract

Ein neuer Versuchsaufbau mit verschiedenen Wärmespeichern soll am Institut für Energietechnik und Thermodynamik in Betrieb genommen werden. Vier verschiedene Speicheraufbauten sollen experimentell untersucht werden: Zwei Latentwärmespeicher nutzen den Schmelz- bzw. Erstarrungsvorgang von Natriumnitrat, die anderen beiden Speicher die sensible Wärmeaufnahme von Quarzsand. Die Besonderheit der Quarzsandspeicher stellt die Fluidisierung des Sandes mittels Druckluft dar, und dient dem Sandtransport und der Verbesserung des Wärmeübergangs. Zur Be- und Entladung werden alle Speicher von Thermalöl durchströmt. Eine Thermalölanlage heizt Thermalöl elektrisch bis 390 °C auf, zur Abkühlung des Thermalöls ist eine Rückkühlanlage vorgesehen. Im Rahmen der Diplomarbeit werden verschiedene Anlagenkomponenten konstruiert, zahlreiche Bauteile ausgewählt. Berechnungen zu Wärmeverlusten in allen heißen Komponenten werden erstellt und dienen als Entscheidungsgrundlage für die Dimensionierung von Isolierung und Begleitheizung. Zudem wird der Entstehungsprozess des Versuchsaufbaus in dieser Arbeit dokumentiert.

The Institute for Energy Systems and Thermodynamics desires to put a new experimental setup under operation. This setup allows experimental investigations of four different thermal energy storages. The first two storages use the latent energy of Sodium Nitrate, the other two storages warm up silica sand. A special feature is the compressed air fluidization of silica sand to improve heat transfer and enable sand transportation. To charge and discharge the storages, a stream of thermal oil is used. A special installation heats the thermal oil up to 390 °C (734 °F), and heat exchangers are used for re-cooling the oil. In the context of this thesis, a number of components is constructed and installed, and various components are selected. Advanced calculations of heat losses of all hot parts are conducted and serve as a decision basis for designing the insulation and trace heating. The design process of the overall experimental setup is described in this thesis as well.