Konstruktion und Simulation eines SOFC-Systems mit Anodenabgasrezirkulation:
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| Published: |
Göttingen
Cuvillier Verlag
2014
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| Edition: | 1. Auflage |
| Series: | Schriftenreihe des Energie-Forschungszentrums Niedersachsen (EFZN)
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INHALTSVERZEICHNIS
ERKLAERUNG 1
KURZFASSUNG 3
ABSTRACT 5
DANKSAGUNG 7
1. EINLEITUNG 13
2. STAND DER TECHNIK 15
2.1. SOFC-STACKS UND-SYSTEME 15
2.2. MODELLIERUNG UND SIMULATION 19
2.2.1. OD-SIMULATION 19
2.2.2. 3D-SIMULATION 21
2.3. VERGLEICH MIT ENERGIEWANDLUNG-SYSTEMEN AEHNLICHER LEISTUNGSKLASSE .
22
2.3.1. DIESEL- BZW. BENZIN-GENERATOR 22
2.3.2. PEM-BRENNSTOFFZELLENHEIZGERAET 22
3. BESCHREIBUNG DER VERSUCHSANLAGEN UND KOMPONENTEN-MODELLE 25
3.1. PROZESS-BESCHREIBUNG 25
3.1.1. 1 KW-SYSTEM 25
3.1.2. 500 W-SYSTEM 27
3.2. KOMPONENTEN FUER SOFC-SYSTEME 31
3.2.1. BRENNSTOFFZELLEN-STACK 31
3.2.2. BRENNER 33
3.2.3. REFORMER 39
3.2.4. WAERMEUEBERTRAGER 44
3.2.5. PUMPEN UND VERDICHTER 51
3.2.6. ROHRLEITUNGEN UND KOMPENSATOREN 56
3.2.7. MISCHER-ELEMENTE 59
3.2.8. PVC-SPIILGEHAEUSE 61
KONSTRUKTION 65
4. KATHODENLUFT-WAERMEUEBERTRAGER 67
4.1. RANDBEDINGUNGEN 68
9
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INHALTSVERZEICHNIS
4.2. ANALYTISCHE AUSLEGUNG 69
4.3. 1 D-MODELL 74
4.4. NUMERISCHE STROEMUNGSSIMULATION 79
4.4.1. ENTWICKLUNG DES BASIS-DESIGNS 79
4.4.2. VERTIKALE GASVERTEILUNG 80
4.4.3. HORIZONTALE GASVERTEILUNG 87
4.4.4. WAERMEUEBERGANG 90
4.5. BAU DES WAERMEUEBERTRAGERS 91
4.5.1. SPANENDE BEARBEITUNG 92
4.5.2. FUEGEN DER PLATTEN 98
4.5.3. GESTALTUNG DER SCHNITTSTELLEN 99
4.5.4. ERGEBNISSE 102
5. ANODENABGAS-VERDICHTER 105
5.1. KONSTRUKTION DER TEMPERATURBELASTETEN BAUTEILE 106
5.1.1. VENTILE 106
5.1.2. ZYLINDERGEHAEUSE 107
5.1.3. ZYLINDERKOPF 109
5.1.4. ZYLINDERLAUFBUCHSE 115
5.1.5. KOLBEN UND KOLBENDICHTUNG 117
5.1.6. KOLBENSTANGE UND KOLBENSTANGENDICHTUNG 120
5.2. KONSTRUKTION DES ANTRIEBSSTRANGS 122
5.2.1. KREUZKOPF-GELENK 122
5.2.2. PLEUEL 123
5.2.3. MASSENAUSGLEICH 127
5.2.4. ANTRIEBSMOTOR 131
5.2.5. GRUNDPLATTE 132
5.3. FUNKTIONSPRUEFUNGEN IM KALTZUSTAND 134
5.4. THERMISCHE KONDITIONIERUNG DES ANODENABGASES 137
5.4.1. KONZEPT 137
5.4.2. AAGR-WAERMEUEBERTRAGER 138
5.4.3. THERMO-MASSEN 144
SIMULATION 147
6. VERGLEICH MESSUNG UND SIMULATION 1 KW-SYSTEM 149
6.1. KOMPONENTEN 149
6.1.1. SOFC-STACK 149
6.1.2. INJEKTOR 150
6.1.3. BRENNER-REFORMER EINHEIT 151
6.1.4. KATHODENLUFT-WAERMEIIBERTRAGER 153
6.2. GESAMTSYSTEM 155
6.2.1. AUFHEIZVERHALTEN 155
6.2.2. REFORMAT-BETRIEB 158
10
6.2.3. STATIONAERER BETRIEB 160
7. VERGLEICH MESSUNG UND SIMULATION 500 W-SYSTEM 163
7.1. KOMPONENTEN 163
7.1.1. AAGR-WAERMEIIBERTRAGER 163
7.2. GESAMTSYSTEM 165
7.2.1. AUFHEIZVERHALTEN 165
7.2.2. REFORMAT-BETRIEB 175
7.2.3. STATIONAERER BETRIEB 182
8. OPTIMIERTE ANFAHR- UND SYSTEMKONZEPTE 185
5.1. 1 KW-SYSTEM 185
5.2. 500 W-SYSTEM 189
8.2.1. OPTIMIERUNG DES SYSTEMS 189
8.2.2. VEREINFACHUNG DES SYSTEMS 194
8.2.3. VERGLEICH OPTIMIERUNGS-VARIANTEN 196
9. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 197
A. ANHANG 203
R+L FLIESSBILDER 205
BAUGRUPPE B1: HEISSGASVERDICHTER 209
BAUGRUPPE B2: DOPPELROHR-WAERMEUEBERTRAGER 225
BAUGRUPPE B3: KATHODENLUFT-WAERMEUEBERTRAGER 237
KANTENMASSE WAERMEUEBERTRAGER 1 KW-SYSTEM 245
SYMBOLVERZEICHNIS 249
LITERATURVERZEICHNIS 261
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