Aufbau und Charakterisierung einer Messstrecke zur Untersuchung thermochemischer Reaktionen im Unterdruck

Abstract

Diese Arbeit ist Teil einer übergeordneten Forschungsfrage, in der es um die Entwicklung einer regelbaren Wärmedämmung geht. Diese soll durch die Kombination von Gas-Feststoff-Reaktionen und einem Vakuumisolationspaneel realisiert werden, indem die druckabhängige Wärmeleitfähigkeit poröser Strukturen ausgenutzt wird. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Versuchsstand aufgebaut und in Betrieb genommen, mit dessen Hilfe sich Metallhydrid-Wasserstoff-Reaktionssysteme im Unterdruck untersuchen lassen. Im Speziellen wird die Frage nach den geometrischen Einflüssen der Wasserstoffinfrastruktur im System auf den Gastransport und somit auf das Reaktionsverhalten adressiert. Dazu wird eine Messmatrix aus Rohrlängen und -durchmesser sowie verschiedener Filtereinsätze aufgestellt. Messungen zu einer definierten Referenz-Strecke werden durchgeführt sowie eine erste Strecken-Variation umgesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Unterdruck-Versuchsstand die nötigen Anforderungen erfüllt und Untersuchungen des Reaktionsverhaltens im Vakuum ermöglicht werden. Anhand der ReferenzStrecke lässt sich erkennen, dass die Druckverläufe der Desorptionen primär durch die Temperaturregelung beeinflusst wird und dadurch reproduzierbar sind. Dagegen weisen die Absorptionen in Wiederholungsmessungen eine teilweise ausgeprägte Streuung im Druckverlauf und damit verbundenen Temperaturverlauf auf. Die Divergenz des Absorptionsverhaltens wird detailliert betrachtet und Erklärungsansätze entwickelt sowie plausibiliert. Die Ergebnisse des eingebauten Filters lassen keinen Einfluss auf Druck oder Temperatur während der Desorptionen erkennen. Dagegen bewirkt der Filter bei den Absorptionen im niedrigen Druckbereich (etwa p < 200 mbar) eine deutliche Verlangsamung des Druckverlaufs und einen Anstieg des Enddrucks im Vergleich zum Referenz-Fall.