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Design, commissioning and closed-loop operation of a high-temperature Brayton heat pump — CoBra

Yücel, Fatma Cansu und Oehler, Johannes und Kriese, Maximilian und Jende, Enrico und Setzepfand, Nico und Stathopoulos, Panagiotis (2025) Design, commissioning and closed-loop operation of a high-temperature Brayton heat pump — CoBra. Applied Thermal Engineering, 279 (127947). Elsevier. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2025.127947. ISSN 1359-4311.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431125025396

Kurzfassung

This work presents the design, commissioning, and closed-loop operation of the high-temperature heat pump (HTHP) “CoBra”, developed by the Institute of Low-Carbon Industrial Processes at the German Aerospace Center (DLR). CoBra is the first HTHP of its kind to implement a closed-loop reverse Brayton cycle using dry air as the working fluid. The system consists of a two-stage centrifugal compression unit, an axial turbine, and three shell-and-tube heat exchangers, with recuperation enabled, via a switchable 3/2-way valve. The compression and turbine systems are mounted on separate shafts, allowing for independent speed control and modular component replacement. The demonstrator was successfully operated in a closed-loop configuration for the first time in May 2024 and is now fully operational. Compressor outlet temperatures of up to 230 °C were reached. On the heat source side, turbine outlet temperatures of roughly −30 °C were feasible. However, during the commissioning experiments, presented in this current work, the cooling cycle was operated mostly at temperatures above 0 °C, due to a lack of insulation, which has been subsequently added to the system. The data presented in this work serves as proof-of-concept and shows that a closed-loop Brayton HTHP can deliver process heat and process cooling at industry-relevant temperature levels.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/222368/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Design, commissioning and closed-loop operation of a high-temperature Brayton heat pump — CoBra
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Yücel, Fatma Cansufatma.yuecel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1252-7013220765835
Oehler, JohannesJohannes.Oehler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6226-5328NICHT SPEZIFIZIERT
Kriese, MaximilianMaximilian.Kriese (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jende, EnricoEnrico.Jende (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0000-8429-1287NICHT SPEZIFIZIERT
Setzepfand, NicoNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stathopoulos, PanagiotisPanagiotis.Stathopoulos (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:23 August 2025
Erschienen in:Applied Thermal Engineering
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:279
DOI:10.1016/j.applthermaleng.2025.127947
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
bansal, PRADEEPNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
ISSN:1359-4311
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Brayton high-temperature heat pumpTurbo-machine driven high-temperature heat pumpAir as working fluid
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 - Dekarbonisierte Industrieprozesse
Standort: Cottbus
Institute & Einrichtungen:Institut für CO2-arme Industrieprozesse
Institut für CO2-arme Industrieprozesse > Hochtemperaturwärmepumpen
Hinterlegt von: van den Biggelaar-Yücel, Fatma Cansu
Hinterlegt am:15 Jul 2026 14:49
Letzte Änderung:24 Jul 2026 13:02

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