ISBN 978-3-8439-4847-0

978-3-8439-4847-0, Reihe Ingenieurwissenschaften

Alexander Janzen
Analyse von elektrischen Wärmeübertragungselementen unter Berücksichtigung des Kristallisationsfoulings in der Warmwasseraufbereitung

181 Seiten, Dissertation Universität Paderborn (2021), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In dieser Arbeit werden Schicht-Wärmeübertragungselemente auf kreisringförmigen Substrat-Geometrien für die Fluiderwärmung vorgestellt und analysiert. Die Untersuchungen zeigen, dass folgende Größen einen Einfluss auf das Kristallisationsfouling haben: der Sättigungsindex und die Wasserinhaltsstoffe, die Fluid- und die Oberflächentemperatur, die Fluidgeschwindigkeit und der elektrische Stromfluss. Alle vorgestellten Wärmeübertragungselemente arbeiteten unter sauberen Wärmeübertragungsoberflächen für 1000 Stunden ohne Veränderung des elektrischen Widerstands. In den Fouling-Versuchsreihen konnte gezeigt werden, dass alle Heizelemente mit Erhöhung des Durchflusses ihre Fouling-Neigung reduzieren. Heizdraht-Wärmeübertragungselemente wiesen aufgrund ihrer hohen Wärmeübergangskoeffizienten die höchsten Induktionszeiten und die niedrigsten Fouling-Widerstände auf. Für die Schicht-Wärmeübertragungselemente wurden am Ende ihrer Lebensdauer die höchsten Fouling-Widerstände erreicht. Obwohl bei den neuartigen Heizelementen hohe Fouling-Massen abgelagert wurden, war ihre Lebensdauer länger als die von konventionellen Rohrheizkörpern. Weiterhin wurde gezeigt, dass der elektrische Widerstand des Heizleiters durch die Verschmutzung negativ beeinflusst wurde. Es ließ sich beobachten, dass mit einer Erhöhung des Fouling-Widerstands die Degradation des elektrischen Widerstands begann, bevor die Heizelemente ausfielen. Diese Beobachtung wurde bei neuartigen und bei konventionellen Wärmeübertragungselementen gemacht. Mit dem abgeleiteten Modellansatz können Ergebnisse für den Fouling-Widerstand, die Lebensdauer, die Fouling-Rate, die Fouling-Masse und die zeitliche Widerstandsänderung in einem Genauigkeitsbereich von ±30 % über alle untersuchten Wärmeübertragungselemente wiedergegeben werden.