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Entwicklung eines elektrischen Kompaktvorwärmers

Die Erwärmung von Schmiermitteln und hochviskosen Kraftstoffen erfolgt mittels elektrischer Energie überall dort, wo Vorheizung mittels sekundärer Medien nicht möglich oder nicht wirtschaftlich ist. Heutige Vorwärmer, die auf einer elektrischen Heizung beruhen, sind in der Regel als Tauchheizkörper-Wärmeübertrager ausgeführt. Bedingt durch diese Bauart sind Platzbedarf und Investitionskosten verhältnismäßig groß. Gerade bei mobilen Anlagen, z. B. im Schiffsbetrieb oder bei Windkraftanlagen ist dies kritisch. Aus diesem Grund wurde in einem Kooperationsprojekt ein Kompaktvorwärmer entwickelt und optimiert, der sowohl den Kriterien Platzbedarf und Kosten als auch Druckverlust und Oberflächenlast genügt. Der Vorwärmer ist ähnlich einem Plattenwärmeübertrager aufgebaut, mit dem Unterschied, dass nur ein Fluid gefördert wird und dieses mittels Heizplatten erwärmt wird.

Die Entwicklung erfolgte mit Prototypen-Wärmeübertragerplatten an einem Prüfstand, der die Bewertung des Betriebs mit unterschiedlichen Schmier- und Kraftstoffen ermöglichte. Damit konnte das Betriebsverhalten bei variierenden Randbedingungen, wie Eintrittstemperatur, Heizleistung, Volumenstrom untersucht werden.

Darüber hinaus sind Modellierungswerkzeuge zum Einsatz gekommen, wie 3D-CFD zur Vertiefung des Verständnisses der Strömungsführung und Wärmeübertragung sowie zur Optimierung der Geometrie. 

 

 

Zusätzlich wurde ein 1-dimensionales Modell des Wärmeübertragers erstellt, mit dem das instationäre Verhalten simuliert werden konnte. Daraus ließen sich Rückschlüsse zu Bewertung unterschiedlicher Regelungskonzepte ziehen.

 

 

In dem beschriebenen Projekt konnte ein Kompaktvorwärmer entwickelt werden, der den Anforderungen der Erwärmung hochviskoser Fluide entspricht:

Geringe Abmessungen

Geringe Oberflächenlast von < 0,8 W/cm².

Wärmekapazität des Kompaktvorwärmers (Summe aller erwärmten Bauteile des Kompaktvorwärmers) kleiner als die doppelte Wärmekapazität des Fluidvolumens

Vermeidung von Kurzschlussströmungen und Rezirkulationsgebieten in der Plattenströmung

Geringes Füllvolumen des Fluids im Kompakterwärmer < 4,5l

Einheitliches Plattendesign in einem Viskositätsbereich von 1 bis 380 cST

Modulare Bauweise zur Verringerung der Herstellungskosten bei gleichzeitig hoher Flexibilität in der Heizleistungsauswahl.

 

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