Heat Transfer Between Particles in a Heat Recovery System for Solar Thermochemical Cycles - Experimental Investigation

Abstract

Solare thermochemische Kreisprozesse zur Spaltung von Wasser oder Kohlenstoffdioxid setzen die Einbindung von Wärmerückgewinnung voraus, um deutliche Effizienzsteigerungen zu erreichen. In der vorliegenden Arbeit werden Kreisprozesse betrachtet, die partikelförmige Redoxmaterialien verwenden. Simulationen eines Systems auf Basis eines Quasi-Gegenstromwärmeübertrager und eines zweiten partikelförmigen Mediums zur Wärmeübertragung zeigten erreichbare Wärmeübertragungsraten von über 70 %. Der Mangel an wissenschaftlicher Kenntnis des Wärmeübergangs zwischen Partikeln in binären Schüttungen erfordert seine experimentelle Untersuchung. Der Wärmeübergangskoeffizient zwischen Zirkonoxid-Ceroxid-Partikeln und Aluminiumoxid-Kugeln wird in einem Teststand gemessen, die einer Stufe des vorgeschlagenen Wärmeübertragerkonzeptes entspricht. Experimente wurden für niedrige und hohe Temperaturen durchgeführt, unter Berücksichtigung verschiedener Einflussfaktoren auf den Wärmeübergang. Die Ergebnisse zeigen Werte des Wärmeübergangskoeffizienten von maximal 260 W/m2K für Temperaturen zwischen 20 und 250 °C und Werte von bis zu 786 W/m2K im Bereich effektiver Temperaturen von 870 bis 970 °C. Eine detaillierte Messunsicherheitsanalyse wird durchgeführt, um die dem Wärmeübergangskoeffizienten beigeordneten Unsicherheiten und die Beiträge der verschiedenen Quellen zu bestimmen. Die Arbeit schließt mit einem neuen Konzeptvorschlag für einen genuinen Partikel-zu-Partikel-Wärmeübertrager im Gegenstrom.