Publikation

Entwicklung eines offenen Adsorptionsprozesses in einem Trommelreaktor

Outline:

B. Zettl - Entwicklung eines offenen Adsorptionsprozesses in einem Trommelreaktor - Proceedings of the 11th Int. Conf. on Solar Heating and Cooling, Gleisdorf AUSTRIA, Österreich, 2014

Abstract:

Um thermische Haushaltsdienstleistungen ganzjährig mit erneuerbaren Energieträgern oder industrieller Abwärme zu ermöglichen, ist die Entwicklung neuer Speichertechnologien notwendig. Wärme muss bei hoher Dichte mit niedrigen Verlusten speicherbar sein. Durch die Verwendung von Sorptionsmaterialien können verlustfreie, kompakte Wärmespeicher für die saisonale Speicherung von Solarenergie realisiert werden. Die gespeicherte Wärme wird bei der Adsorption freigesetzt. Im Rahmen des Projektes „FLOW-TCS“ wurde hierfür am Austria Solar Innovation Center (ASiC) gemeinsam mit dem AIT ein Konzept für die Adsorption in einem kontinuierlichen Fließverfahren formuliert. Basierend auf diesem Konzept wurde für die Anwendung in einem offenen Sorptionszyklus eine rotierende Wärmetrommel als Reaktionsraum entwickelt. Wasserdampf ist das Sorptionsmittel, Umgebungsluft dient zum Transport von Wärme und Feuchte. Um Temperatur und Feuchtegehalt der Zuluft variieren zu können, wurde eine Luftaufbereitungsstrecke angefertigt. Somit wurde ein Adsorber-Prototyp realisiert. Zur Charakterisierung des kontinuierlichen Fließverfahrens wurde technisches Zeolith als Sorptionsmaterial verwendet. Die für das Verfahren relevanten Parameter der Wärmetrommel wurden bestimmt. Mithilfe von angepasster Messtechnik konnte der Verlauf charakteristischer Verfahrensgrößen, bei Durchläufen mit unterschiedlichen Betriebseinstellungen, ausgewertet werden. Das Adsorptionsverhalten der Adsorber-Material-Kombination, die charakteristischen Temperaturverläufe und die Wärmeströme im Verfahren wurden analysiert. Während der Versuchsdurchläufe konnte Wärme bis zu 12,5 Stunden abgeführt werden. Dabei wurden Leistungen bis zu 1,5 Kilowatt frei. Die Energiebilanzen von Durchläufen mit regeneriertem Material zeigen, dass durchschnittlich 90 Prozent der theoretisch erzielbaren Energiedichte von Zeolith mit dem Verfahren genutzt werden können. Mit Desorptionstemperaturen von 230 Grad Celsius konnte bis zu 538 Kilojoule Wärme pro Kilogramm Zeolith freigesetzt werden. Dies entsprich der zweieinhalbfachen Energiedichte eines Wasserspeichers bei einem Temperaturhub von 50 Kelvin. Bei hoher Zuluftfeuchte sind Temperaturhübe von bis zu 36 Kelvin zwischen Zu- und Abluft erzielbar. Die Analyse ausgewählter Betriebspunkte zeigt, dass die Versorgung thermischer Haushaltsdienstleistungen möglich ist.