Oestreich, F.; Urbaneck, T.
Wärmepumpen-Speicher-System zur Dampfbereitstellung - Auslegung des Hochtemperatur-Speichers
In: Deutscher Kälte- und Klimatechnischer Verein e. V. DKV (Hrsg.): Deutsche Kälte‐ und Klimatagung 2024 Dresden. Tagungsband (Datenträger). – ISBN 978-3-932715-59-4 https://www.dkv.org/index.php?id=162
Kurzfassung
Im Rahmen des Verbundvorhabens Forschungsplattform Kälte- und Energietechnik – KETEC [1], [2] wurde ein neuartiges Wärmepumpen-Speicher-Konzept [3], [4] zur emissionsarmen Bereitstellung von Prozesswärme bzw. – Wasserdampf (über 110 °C) erarbeitet [3]. Als Speicher kommt unter anderem ein Hochtemperatur-Speicher (HT-SP) zum Einsatz. Der vorliegende Artikel diskutiert Anforderungen und vergleicht zwei Konzepte zur Auswahl und konstruktiven Gestaltung des Speichermaterials. Ziel ist die Realisierung einer hohen thermischen Speicherkapazität mit Ausnutzung des Phasenwechsels über eine lange Zeitspanne während der Be- und Entladung. Die Konstruktion sollte ein niedriges technisches Risiko aufweisen und wirtschaftlich wettbewerbsfähig sein. Das Konzept A sieht den Einsatz von makroverkapselten Phasenwechselmaterial (PCM) als Speichermedium vor. Im genannten Temperaturbereich liegen jedoch nur wenige geeignete Stoffe vor. Ein aussichtsreicher Kandidat ist hochverdichtetes Polyethylen (HD-PE). Dessen Einsatz weist u. a. aufgrund der hohen thermischen Volumenausdehnung technische Risiken (z. B. Minderung der Wärmeübertragung, mechanische Spannungen) auf. Deshalb schlagen die Autoren im alternativen Konzept B den Einsatz von Rundstäben z. B. aus Stahl vor. Für die Untersuchungen beider Konzepte kommt Ansys Mechanical zum Einsatz. Im Ergebnis präsentiert dieser Artikel die thermische, mechanische und wirtschaftliche Bewertung für das Konzept A und B. Der Beitrag liefert ab schließend erste Auslegungsempfehlungen.
Schlagwörter: Speicher, Konstruktion, PCM, Stahl, Eisen, Wärmeübertragung, Dampf