Die Verbrennung in porösen inerten Medien wird heute vor allem im Kontext spezifischer Anwendungen genutzt. Immer dann, wenn eine hohe Modulationsfähigkeit, die Möglichkeit, verschiedene Brennstoffe in einem Brenner zu nutzen sowie deren äußerst schadstoffarme Umsetzung von Bedeutung sind, stellt sie eine Option dar. In Verbindung mit einem geeigneten, d.h., thermomechanisch und chemisch beständigen Materialsystem wie Siliziumkarbid kann sie ihre spezifischen Vorteile ausspielen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden, ausgehend von einer verfahrenstechnischen und konstruktiven Auslegung von Brennern für ein Festoxid-Brennstoffzellensystem sowie ein hochmodulierendes Brennwertheizgerät, Fragestellungen zur Stabilisierung von Reaktionszonen und zu deren Überwachung untersucht. Dabei konnte über die Identifikation der wesentlichen Mechanismen ein bisher nicht bekannter Zusammenhang zwischen der Flammengeschwindigkeit und der Brennraumtemperatur in relevanten Temperaturbereichen ermittelt werden. Weiterhin wurden erstmals systematisch Flammenüberwachungsmethoden für kinematisch stabilisierte Porenbrenner untersucht und bewertet.
Aktualisiert: 2022-09-20
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Die Entwicklung effizienterer Energiewandlungstechnologien, zur Bereitstellung von elektrischem Strom, wird aufgrund weltweit knapper werdender Energiereserven zur Notwendigkeit. Vorzugsweise sind Technologien von Interesse, die für eine Kopplung mit erneuerbaren Energien gut geeignet sind. Die Brennstoffzellentechnologie und insbesondere Festoxid-Brennstoffzellen (engl.: solid oxide fuel cell, SOFC) bieten die Chance dazu.Die vorliegende Arbeit soll hier einen Beitrag leisten. Das grundsätzliche verfahrenstechnische Verständnis des Einsatzes der SOFC-Technologie in Systemen soll gestärkt werden. Die möglichen SOFC-Systemkonzepte sollen, den Einsatz derzeit verfügbarer Brennstoffe berücksichtigend, erklärt und bewertet werden, um Systementwicklern und -operatoren die Potentiale und Möglichkeiten der SOFC-Technologie aufzuzeigen. Dazu wird ein thermodynamisches Systemmodell aufgestellt. Ein Abgleich mit Messdaten betriebener Systeme dient der Modellvalidierung und der Analyse realen Systemverhaltens.
Aktualisiert: 2022-09-19
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Das Ziel dieser Arbeit ist die regelungstechnische Optimierung der Steuerung eines Brennstoffzellensystems (BZ-System) im dynamischen Betrieb unter der Zuhilfenahme des Softwareentwicklungsprozesses des Rapid Control Prototyping. Erstens wird eine modellgeführte Steuerung der H2-Konzentration mittels eines N2-Diffusionsmodells entwickelt, mittels Simulationen validiert und getestet. Zweitens wird die Optimierung der Regelung des Kühlsystems anhand einer Störgrößenaufschaltung auf die Stellgröße gezeigt und eine Verbesserung der Regelgüte von 4 , % auf 1 , % erzielt. Drittens wird eine Betriebsstrategie für einen Turboverdichter, bestehend aus einer Pumpgrenzüberwachung zur Gewährleistung des sicheren Betriebs und der Regelung des Verdichter- und Kathoden-Luftmassenstroms, entworfen und erfolgreich getestet.
Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der aktuellen BZ-System-Generation der Volkswagen Aktiengesellschaft. Die modellgeführte Steuerung der H2-Konzentration und die Betriebsstrategie für den Turboverdichter sind Lösungen für die aus der neuen Systemarchitektur des untersuchten BZ-Systems entstandenen Herausforderungen an die Steuerung. Die Optimierung der Regelung des Kühlsystems wird als Weiterentwicklung der bis dahin bestandenen Regelung zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit definiert.
Aktualisiert: 2019-12-12
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Der Durchbruch der Brennstoffzelle wird seit Jahren vorhergesagt, allerdings fristet
diese vielversprechende Technologie bis heute nur einNischendasein. Dabei werden
der Hochtemperatur-Brennstoffzellentechnologie SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)
neben der PEM (Polymer Elektrolyt Membran)-Brennstoffzelle die höchsten
Chancen eingeräumt, diesen Anspruch eines Tages zu erfüllen.
Insbesondere bei Anwendungen, in denen Bauraum und -größe eines Stromerzeugers
nachrangig sind, aber möglichst hohe Wirkungsgrade erzielt und ein
kohlenwasserstoffbasierter Brennstoff verwendet werden soll, ist der Einsatz einer
SOFC vielversprechend. Da bei dieser Technologie zahlreiche Peripheriekomponenten
verwendet werden müssen, ist eine ganzheitliche Systembetrachtung, wie
in dieser Arbeit für einen Systementwurf exemplarisch durchgeführt, essentiell.
Neben den Auswirkungen der teilweisen Anodengasrezirkulation auf die zentralen
Komponenten wird hier eine Exergieverlustanalyse durchgeführt, die Aufschluss
darüber gibt, an welchen Stellen im System die Arbeitsfähigkeit des Brennstoffs
verlorengeht. Hiermit werden gleichzeitig Empfehlungen ausgesprochen, wo
innerhalb eines Brennstoffzellensystems weitere Verbesserungen möglichst große
Auswirkungen haben.
Aktualisiert: 2019-10-17
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