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Induction Heating of a Fluidized Pebble Bed: Numerical and Experimental Analysis

Belik, Sergej und Khater, Omar und Zunft, Stefan (2023) Induction Heating of a Fluidized Pebble Bed: Numerical and Experimental Analysis. Applied Sciences, 13(4) (2311), Seiten 1-23. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/app13042311. ISSN 2076-3417.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
7MB

Offizielle URL: https://www.mdpi.com/2076-3417/13/4/2311

Kurzfassung

The development of energy-efficient Power-to-Heat (PtH) technologies with high power density on a utility scale is a key element in the future of flexible energy systems. Although existing solutions for electric flow heaters (EFH) based on resistance heating have a high efficiency, the process outlet temperature and power output are limited by the lifetime of the contact heating elements. Inductively heated packed bed heaters can achieve higher gas outlet temperatures with a higher power density, which is essential for an efficient process. This paper focuses on the modeling, experimental validation and numerical analysis of inductively heated pebble bed gas heater. Foremost, a model that is based on a 3D finite volume method approach is introduced. After that, an experimental setup for different sphere arrangements is used to obtain results for concept verification and model validation. With the model validated, the design space for the PtH concept is investigated by varying the heat transfer area and material properties of the pebble bed. Design solutions with high energy efficiency above 90% and power density over 5.5 MW/m3 are presented for magnetic as well as non-magnetic materials at laboratory and utility scale.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/194172/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Induction Heating of a Fluidized Pebble Bed: Numerical and Experimental Analysis
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Belik, SergejSergej.Belik (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5424-1585NICHT SPEZIFIZIERT
Khater, OmarNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zunft, StefanStefan.Zunft (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8499-3067NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 Februar 2023
Erschienen in:Applied Sciences
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:13(4)
DOI:10.3390/app13042311
Seitenbereich:Seiten 1-23
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
Name der Reihe:Enhanced Heat Transfer and Advanced Energy Conversion Technology
ISSN:2076-3417
Status:veröffentlicht
Stichwörter:power-to-heat; electric flow heater; induction gas heater; packed bed; numerical analysis
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Thermochemische Prozesse
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Thermische Prozesstechnik
Hinterlegt von: Belik, Sergej
Hinterlegt am:10 Mär 2023 10:39
Letzte Änderung:10 Mär 2023 10:39

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