【Ziel】 Zur Verbesserung der Effizienz des Wärmeübertragers im CO2-Energiespeichersystem werden Sonnensalz und überkritisches Kohlendioxid (S-CO₂) als Kalt- und Heißmedium verwendet und deren Strömungs- und Wärmeübertragungsleistung in einem gedruckten Leiterplatten-Wärmeübertrager (printed circuit heat exchanger, PCHE) untersucht. 【Methode】 Als unabhängige Variablen wurden Kanalquerschnittsdurchmesser, Umkehrwinkel und Anzahl der Umkehrzyklen gewählt; als Antwortwerte der Gesamtwärmeübergangskoeffizient K sowie das Verhältnis von Wärmeübergangskoeffizient zu Druckabfall K/ΔP; mittels numerischer Simulation kombiniert mit der Response-Flächen-Methode wurden die Einflüsse der Variablen und deren Wechselwirkungen analysiert und Parameter optimiert. 【Ergebnisse】 Im Bereich von Kanaldurchmessern 1,0 bis 2,0 mm, Umkehrwinkeln 5 bis 30° und Umkehrzyklen 6 bis 10 führt eine Verringerung des Kanaldurchmessers sowie eine Erhöhung von Umkehrwinkel und -zyklen zu einer Steigerung der Wärmeübertragungseffizienz; der Kanaldurchmesser hat einen sehr signifikanten Einfluss auf K und K/ΔP, dessen Wechselwirkung mit der Anzahl der Umkehrzyklen ist ebenfalls signifikant; es wurden optimale Parameter für K (Durchmesser 1,003 mm, Umkehrwinkel 29,71°, Umkehrzyklen 9,935, K bis zu 1.313 W/(m²·K)) sowie für K/ΔP (Durchmesser 2,0 mm, Umkehrwinkel 9,407°, Umkehrzyklen 6, K/ΔP bis 0,4537 W/(m²·K·Pa)) ermittelt; die Größe des PCHE ist etwa ein Zehntel der eines herkömmlichen Rohrbündelwärmeübertragers. 【Fazit】 Die Studie bestätigt, dass Änderungen des Kanaldurchmessers, des Umkehrwinkels und der Anzahl der Umkehrzyklen im Z-förmigen PCHE die Wärmeübertragungsleistung beeinflussen und die Response-Flächen-Methode effektiv Parameter der Kanalstruktur zur Verbesserung der Wärmeleistung optimieren kann. Zudem bietet der PCHE deutliche kompakte Vorteile im CO2-Energiespeichersystem.

CO2-Energiespeichersystem; Sonnensalz; gedruckter Leiterplatten-Wärmeübertrager; Response-Flächen-Methode