Untersuchung von Maßnahmen zur Wärmeübergangserhöhung an einem Reaktor für eine Metallhydrid-Kältemaschine

Abstract

Vor dem Hintergrund eines neuen Klimatisierungskonzepts für mobile Brennstoffzellenanwendungen wird ein Metallhydridreaktor untersucht. Der Reaktor, der als Kernkomponente einer Kältemaschine vorgesehen ist, wird hinsichtlich seines äußeren Wärmeübergangs evaluiert und optimiert, um die Leistungsdichte des Gesamtsystems zu erhöhen. Mehrere Konzepte zur Wärmeübergangserhöhung im Ringspalt um den Reaktor werden mit Korrelationen aus der Literatur bewertet. Die Variation des hydraulischen Durchmessers und das Einbringen einer Drallströmung werden über Experimente zur Reaktordynamik und mit Simulationsmodellen weiter untersucht. Eine Reduktion des hydraulischen Durchmessers und die Erhöhung der Durchflussrate des Wärmeträgerfluids steigerten die desorbierte Wasserstoffmenge in einem Kühlzyklus. Die Drallströmung lieferte hier hingegen keine Steigerung im Vergleich zum unveränderten Ringspalt. Zwei Simulationsmodelle mit unterschiedlicher Implementierung des Wärmeübergangs und Fluidstroms wurden definiert und beschreiben das Verhalten der Reaktorkonstruktion. Die Ergebnisse bestätigen eine Erhöhung der desorbierten Wasserstoffbeladung bei Steigerung des Wärmeübergangs. Mit Hilfe von simulierten Parameterstudien werden verschiedene Konfigurationen und Betriebspunkte beurteilt und ein ideales Auslegungs- und Betriebsfenster vorgeschlagen.