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Design of a pilot scale directly irradiated, high temperature, and low pressure moving particle cavity chamber for metal oxide reduction

Singh, Abhishek Kumar und Lapp, Justin und Grobbel, Johannes und Brendelberger, Stefan und Reinhold, Jan Philipp und de Oliveira, Lamark und Ermanoski, Ivan und Siegel, Nathan P. und McDaniel, Anthony und Roeb, Martin und Sattler, Christian (2017) Design of a pilot scale directly irradiated, high temperature, and low pressure moving particle cavity chamber for metal oxide reduction. Solar Energy, 157, Seiten 365-376. Elsevier. doi: 10.1016/j.solener.2017.08.040. ISSN 0038-092X.

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Offizielle URL: http://ac.els-cdn.com/S0038092X17307181/1-s2.0-S0038092X17307181-main.pdf?_tid=cba0bb5c-8ee0-11e7-a2c1-00000aacb35d&acdnat=1504248359_8b3f9b619f29bbc4cc8577ba8c85beb9

Kurzfassung

Recently a novel design concept of a reactor—the cascading pressure reactor—for the thermochemical fuel production, using a solar-driven redox cycle, was proposed. In this concept, thermal reduction of metal oxide particles is completed in multiple stages, at successively lower pressures. This leads to an order of Magnitude decrease in the pumping power demand as compared to a single stage, which in turn increases the solar to fuel efficiency. An important step in the process is the transfer of heat in the form of concentrated solar radiation to the particles, while providing reducing conditions in the space surrounding the particles. In this context, a novel system for heating and reducing particles, with a focus on operating at the small prototype scale (below 20 kW), is investigated. The key goals of the system are continuous operation, uniform heating of the reactive material, the ability to heat reactive material to 1723 K or higher, and flexibility of control. These criteria have led to the conceptual design of a continuous thin-layer particle conveyor, contained in an apertured, windowed cavity and enclosed in a vacuum chamber. This chamber, in combination with a water-splitting chamber and other System components, allows the possibility of testing multiple redox materials without any significant change in the reactor design. The present work shows a potential design for the proposed component, feasibility tests of the physics of moving particles with relevant materials, and series of interconnected numerical models and calculations that can be used to size such a system for the appropriate scales of power and mass flow rates. The use of a unified design strategy has led to efficient development of the system. Experimental investigations of the horizontal motion plate allowed effective determination of motion profiles and bed uniformity. The most important factors determined through the modeling effort were the aperture diameter, which serves as the coupling point between the solar simulator lamp array and the cavity particle heating, and the particle bed thickness, which has a strong effect on the outlet temperature of the particles.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/113868/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Design of a pilot scale directly irradiated, high temperature, and low pressure moving particle cavity chamber for metal oxide reduction
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Singh, Abhishek KumarAbhishek.Singh (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lapp, JustinJustin.Lapp (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Grobbel, JohannesJohannes.Grobbel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9942-5484NICHT SPEZIFIZIERT
Brendelberger, StefanStefan.Brendelberger (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reinhold, Jan PhilippJan.Reinhold (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
de Oliveira, Lamarklamark.de-oliveira (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ermanoski, IvansandiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Siegel, Nathan P.bucknell universityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
McDaniel, AnthonysandiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roeb, MartinMartin.Roeb (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sattler, ChristianChristian.Sattler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4314-1124NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 September 2017
Erschienen in:Solar Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:157
DOI:10.1016/j.solener.2017.08.040
Seitenbereich:Seiten 365-376
Verlag:Elsevier
ISSN:0038-092X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Thermochemical Metal oxide Reduction reactor Pressure cascade
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Erneuerbare Energie
HGF - Programmthema:Solare Brennstoffe
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Solare Brennstoffe (alt)
Standort: Jülich , Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung > Solare Verfahrenstechnik
Hinterlegt von: Sattler, Prof. Dr. Christian
Hinterlegt am:19 Sep 2017 14:58
Letzte Änderung:28 Mär 2023 23:49

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