Lehrstuhl für Feststoffverfahrenstechnik Institut für Technische Thermodynamik Prof. Dr. -Ing. Marcus Petermann Prof. Dr. André Thess Masterarbeit Experimentelle Untersuchung des Gastransports in einem thermochemischen Speichermaterial unter Reaktionsbedingungen Benjamin Priggemeier Matr.-Nr. RUB: 108 009 225329 Betreuerin am DLR: Dipl. -Ing. Marie Gollsch Betreuer am FVT: Dr. -Ing. Stefan Pollak Eingereicht am: 01.06.2015 YYY&.4FGLQDU 5VCTVGP5KG+JTG/KUUKQPDGKO&.4 &CU&.4KUVFCU(QTUEJWPIU\GPVTWOHØT.WHVWPF4CWOHCJTVUQYKGFKG4CWOHCJTVCIGPVWTFGT$WPFGUTGRWDNKM &GWVUEJNCPF4WPF/KVCTDGKVGTKPPGPWPF/KVCTDGKVGTHQTUEJGPIGOGKPUCOCPGKPGTGKP\KICTVKIGP8KGNHCNVXQP 6JGOGPKP.WHVHCJTV9GNVTCWO'PGTIKG8GTMGJTWPF5KEJGTJGKV+JTG/KUUKQPGPTGKEJGPXQPFGT )TWPFNCIGPHQTUEJWPIDKUJKP\WT'PVYKEMNWPIXQPKPPQXCVKXGP#PYGPFWPIGPWPF2TQFWMVGPXQPOQTIGP9GPP CWEJ5KGUKEJHØT5RKV\GPHQTUEJWPIKPGKPGTKPURKTKGTGPFGPYGTVUEJÀV\GPFGP7OIGDWPIDGIGKUVGTPUVCTVGP5KG+JTG /KUUKQPDGKWPU #DUEJNWUU5VWFKGPCTDGKV 'ZRGTKOGPVGNNG7PVGTUWEJWPIFGU)CUVTCPURQTVUKPGKPGO VJGTOQEJGOKUEJGP5RGKEJGTOCVGTKCNWPVGT4GCMVKQPUDGFKPIWPIGP &CU+PUVKVWVHØT6GEJPKUEJG6JGTOQF[PCOKMFGU&.4HQTUEJVOKVØDGT/KVCTDGKVGTKPPGPWPF/KVCTDGKVGTPCWHFGO )GDKGVGHHK\KGPVGTWPFTGUUQWTEGPUEJQPGPFGT'PGTIKGURGKEJGTWPF'PGTIKGYCPFNWPIUVGEJPQNQIKGPFGTPÀEJUVGP )GPGTCVKQP +JTG<KGNUGV\WPI &KG/ÒINKEJMGKVFGT5RGKEJGTWPIVJGTOKUEJGT'PGTIKGMCPPKP<WMWPHVGKPGPYKEJVKIGP$GKVTCI\WGKPGT MQUVGPIØPUVKIGPWPFTGUUQWTEGPUEJQPGPFGP'PGTIKGXGTUQTIWPINKGHGTP/KVFGTEJGOKUEJGP5RGKEJGTWPIVJGTOKUEJGT 'PGTIKGDGUEJÀHVKIVUKEJCO5VCPFQTV5VWVVICTVFCU(CEJIGDKGV6JGTOQEJGOKUEJG5[UVGOGFGT#DVGKNWPI6JGTOKUEJG 2TQ\GUUVGEJPKM6JGTOQEJGOKUEJG5RGKEJGTDGKFGPGPFKG9ÀTOGGKPGTTGXGTUKDNGPEJGOKUEJGP4GCMVKQP\WT 5RGKEJGTWPIIGPWV\VYKTFUKPFKPUDGUQPFGTGCWH)TWPFFGTFCOKVXGTDWPFGPGPJQJGPURG\KHKUEJGP5RGKEJGTFKEJVG FGT/CVGTKCNKGPGKPGXKGNXGTURTGEJGPFG/ÒINKEJMGKVVJGTOKUEJG'PGTIKGMQUVGPIØPUVKI\WURGKEJGTP'KPUQNEJGU /CVGTKCNUVGNNVDURYFCU)CU(GUVUVQHH4GCMVKQPUU[UVGO%C1%C 1*FCTFCUCMVWGNNHØT#PYGPFWPIGPKO 6GORGTCVWTDGTGKEJ\YKUEJGP%WPF%WPVGTUWEJVYKTF&CDGKJCVUKEJIG\GKIVFCUUGKPWP\WTGKEJGPFGT 5VQHHWPF9ÀTOGVTCPURQTVKPPGTJCNDFGU4GCMVKQPUDGVVGUGKPGFGWVNKEJG.KOKVKGTWPIFGU4GCMVKQPUXGTNCWHU\WT(QNIG JCDGPMCPPWPFFGUJCNDGPVUEJGKFGPFKUVHØTFKG#WUNGIWPIWPFFGP$GVTKGDFGU5RGKEJGTU <KGNFKGUGT#TDGKVKUVFCJGTFKGGZRGTKOGPVGNNG7PVGTUWEJWPIFGU)CUVTCPURQTVUKO%C1%C 1*5[UVGOUWPVGT 4GCMVKQPUDGFKPIWPIGP*KGT\WUQNNGKP6GUVUVCPFKP$GVTKGDIGPQOOGPWPFGTUVG8GTUWEJGOKVFGO 4GCMVKQPUOCVGTKCNFWTEJIGHØJTVYGTFGP>(QMWUNKGIVFCDGKCWH8GTÀPFGTWPIGPFGU5VQHHVTCPURQTVUFKGCWHITWPF FGTEJGOKUEJGP4GCMVKQPWPFFGT<[MNKGTWPIFGU/CVGTKCNUCWHVTGVGP +JTG/KUUKQP +O4CJOGPFGT#TDGKVUQNNGPHQNIGPFG6GKNCWHICDGPDGCTDGKVGVYGTFGP +PDGVTKGDPCJOGGKPGU6GUVUVCPFU\WT&TWEMXGTNWUVOGUUWPIWPVGT4GCMVKQPUDGFKPIWPIGP GZRGTKOGPVGNNG7PVGTUWEJWPIFGU%CNEKWOQZKF%CNEKWOJ[FTQZKF5[UVGOU #WUYGTVWPIFGT'ZRGTKOGPVGWPF$GYGTVWPIFGT'TIGDPKUUG +JTG3WCNKHKMCVKQP 5VWFKWOGKPGT+PIGPKGWTUYKUUGPUEJCHV 'PGTIKG7OYGNV8GTHCJTGPUVGEJPKMQFGTÀJPNKEJGU (TGWFGCPGZRGTKOGPVGNNGO#TDGKVGP 'KIGPKPKVKCVKXGWPF5GNDUVUVÀPFKIMGKV +JT5VCTVCD1MVQDGT0QXGODGTHØT/QPCVG -QPVCMVDGK4ØEMHTCIGP /CTKG)QNNUEJ&.4+PUVKVWVHØT6GEJPKUEJG6JGTOQF[PCOKM2HCHHGPYCNFTKPI5VWVVICTV 6GNQFGT'/CKNOCTKGIQNNUEJ"FNTFG Inhaltsverzeichnis I Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung.............................................................................................................. 1 2 Grundlagen thermischer Energiespeicherung .................................................. 3 2.1 Übersicht thermischer Energiespeicher.......................................................... 3 2.2 CaO/Ca(OH)2-Reaktionssystem ..................................................................... 6 3 Druckverlust in Schüttungen ............................................................................ 11 3.1 Permeabilität in Schüttungen ....................................................................... 11 3.1.1 Darcy-Gesetz ................................................................................... 11 3.1.2 Erweiterungen der Darcy-Gleichung ................................................ 13 3.2 Modellvorstellungen zur Berechnung des Druckverlustes in Schüttungen ... 15 3.3 Modellierung des Reaktionsbettes ............................................................... 18 4 Versuchsaufbau ................................................................................................. 19 4.1 Umbau des Versuchsstands ........................................................................ 19 4.2 Versuchsstand ............................................................................................. 21 4.2.1 Bauteile ............................................................................................ 22 4.2.2 Messtechnik ..................................................................................... 25 4.3 Verwendetes Calciumhydroxid ..................................................................... 27 5 Versuchsdurchführung ..................................................................................... 28 6 Versuchsergebnisse und Auswertung ............................................................. 31 6.1 Validierung der Messergebnisse .................................................................. 31 6.2 Permeabilitätsuntersuchung der Ausgangsschüttung der 1. Messreihe ....... 32 6.3 Permeabilitätsuntersuchung der Ausgangsschüttung der 2. Messreihe ....... 39 6.4 Permeabilitätsuntersuchung der Schüttung zwischen und nach der Zyklierung..................................................................................................... 45 7 Zusammenfassung und Ausblick ..................................................................... 54 Literaturverzeichnis ................................................................................................ 56 Anhang ..................................................................................................................... 59
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