Prozesstechnische Optimierung eines Kratzeiserzeugers zum erweiterten Einsatz in speichergestützten Kälteversorgungssystemen

摘要

Die Anforderungen an zukünftige Kälteanlagen werden entgegen klassischer Auslegungsprinzipien durch die Minimierung von Primärkältemittelmengen sowie durch Adaption eines effizienten Lastmanagements geprägt sein. Als vielversprechender Lösungsansatz stellt Flüssigeis (Eisbrei, engl. Ice Slurry) eine sichere, umweltfreundliche und effiziente Lösung zur thermischen Energiespeicherung dar. Im Rahmen der vorzustellenden Arbeit wurde die Flüssigeiserzeugung mittels Kratzeisverfahren hinsichtlich der Herstellungsparameter Volumenstrom und Rotordrehzahl untersucht. Dazu konnten die Einflüsse auf die Prozesssicherheit, den Wärmedurchgang sowie die Systemeffizienz ermittelt und bewertet werden. Weiterhin wurde die Charakterisierung von Flüssigeis hinsichtlich Größenverteilung und resultierender Druckverluste vorgenommen. Hierzu wurde ein Versuchsaufbau zur visuellen Bewertung von Flüssigeisströmungen konzipiert, aufgebaut und in eine bestehende Versuchsfeldstruktur integriert. Es konnte festgestellt werden, dass höhere Rotordrehzahlen zur Bildung kleinerer Eiskristalle führen. Weiterhin wurde in Abhängigkeit der Herstellungsparameter und des Eisanteils die jeweilige Grenze für stabile Betriebsbedingungen ermittelt. Ausgehend von einer energetischen Betrachtung konnte der optimale Betriebspunkt zur Speicherbeladung ermittelt werden.