Erprobung des strom- sowie wärmebedarfsgeführten Betriebs des Modells einer Brennstoffzellen-Hausheizung
- Art: Diplomarbeit
- Autor: Oskar Lamla
- Abgabedatum: August 1997
- Umfang: 99 Seiten
- Dateigröße: 4,1 MB
- Note: 1,0
- Institution / Hochschule: Hochschule Ulm Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-0482-6
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-0482-6 P - ISBN (CD) :978-3-8324-0482-6 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Lamla, Oskar August 1997: Erprobung des strom- sowie wärmebedarfsgeführten Betriebs des Modells einer Brennstoffzellen-Hausheizung, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: Brennstoffzelle, Brennstoffzellenparameter, Hausheizung, Systemkonzepte, Wärmebedarfsgeführt
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Diplomarbeit von Oskar Lamla
Zusammenfassung:
In der Diplomarbeit wird die Erprobung des strombedarfsgeführten sowie wärmebedarfsgeführten Betriebs des Modells einer Brennstoffzellen-Hausheizung bearbeitet. Es werden verschiedene Befeuchtungssysteme nach ihren Einsatzmöglichkeiten in der Brennstoffzelle untersucht. Nachfolgend wird das Modell der Brennstoffzellen-Hausheizung unter Einbindung der erprobten Befeuchtungssysteme mit einer elektrischen Leistung von 100W aufgebaut. Beim Aufbau der Zellen kommen Metallgitter als Gasverteilerstruktur zum Einsatz und ersetzen die aufwendigen und teuren Graphitbipolarplatten.
Das so entstandene Stack wird experimentell nach der möglichen Wärmeauskopplung und der dazugehörigen elektrischen Leistung charakterisiert. Zuerst werden die stationären Parameter in Abhängigkeit des Kühlsystems unter Variation des Kühlmittelvolumenstroms und der Rücklauftemperatur aufgenommen. Hier hat sich gezeigt, dass mit dem vorliegenden Befeuchtungssystem die elektrische Leistung unabhängig von dem Kühlsystem ist. Die thermische Leistung hingegen kann auf den Brennwert bezogen werden. Nach Bestimmung der optimalen Parameter wird das dynamische Verhalten der Brennstoffzelle untersucht. Hier wird über eine Sprungantwort das Verhalten der Stackspannung US und der thermischen Leistung aufgezeichnet. Die maximale elektrische Leistung steht nach ca. 40ms zur Verfügung. Die maximale Wärme kann nach ca. 10-15min abgenommen werden. 80% der Wärmeleistung steht jedoch schon nach 3min zur Verfügung.
Mit den gewonnen Daten über die Leistungsfähigkeit der aufgebauten Brennstoffzelle wird das Modell in ein Hausheizungskonzept unter unterschiedlichen Optionen eingebunden.
Inhaltsverzeichnis:
| I. | Inhaltsverzeichnis | |
| 1. | Einleitung | 1 |
| 2. | Brennstoffzellen zur Strom- und Wärmeerzeugung | 3 |
| 2.1 | Geschichte der Brennstoffzelle | 3 |
| 2.2 | Funktionsprinzip | 3 |
| 2.3 | Anwendungsgebiete der Brennstoffzelle | 5 |
| 2.4 | Polymermembranbrennstotfzelle (PEMBZ) | 6 |
| 3. | Theoretische Grundlagen der PEMBZ | 9 |
| 3.1 | Gasdurchfluss | 9 |
| 3.2 | Elektrische Kenngrößen | 10 |
| 3.3 | Thermische Kenngrößen | 12 |
| 3.4 | Wirkungsgrade | 14 |
| 3.5 | Energiebilanz | 16 |
| 3.6 | Wasserhaushalt der PEMBZ | 17 |
| 4. | Aufbau einer PEM-Brennstoffzelle mit Messtechnik | 20 |
| 4.1 | Konfiguration einer Einzelzelle | 21 |
| 4.2 | Experimenteller Aufbau des PEMBZ-Stacks | 27 |
| 4.3 | Durchführung der Messungen | 31 |
| 5. | Ergebnisse und deren Diskussion | 33 |
| 5.1 | Untersuchung zur Befeuchtung | 33 |
| 5.1.1 | DRYPOINT | 33 |
| 5.1.2 | Umluft | 37 |
| 5.1.3 | Bewertung des Betriebsverhaltens | 39 |
| 5.2 | Stationäre Parameter des Brennstoffzellen-Stacks | 42 |
| 5.2.1 | U(I) / hel(I)-Kennlinien | 42 |
| 5.2.2 | P(I) / Q(I)-Kennlinien | 43 |
| 5.2.3 | hQ in Abhängigkeit vom Kühlsystems | 45 |
| 5.3 | Dynamische Parameter des Brennstoffzellen-Stacks | 50 |
| 5.3.1 | DI-Sprünge für strombedarfsgeführten Betrieb | 50 |
| 5.3.2 | DTrücklauf-Sprünge für wärmebedarfsgeführten Betrieb | 52 |
| 5.4 | Tagesganglinie eines kleinen Mehrfamilienhauses | 55 |
| 5.5 | Dauerbetrieb | 59 |
| 6. | Einbindung einer PEMBZ in ein Hausheizungskonzept | 61 |
| 7. | Vorschläge für die Weiterarbeit | 65 |
| II. | Literaturverzeichnis | 68 |
| II. | Anhang | 70 |
| (A) | Symbolverzeichnis | 70 |
| (B) | Stoffwerte | 73 |
| (C) | Messdaten zur Befeuchtung | 75 |
| (D) | Zeichnungen zu den Einzelkomponenten | 76 |
| (E) | Messdaten zu Einzelzellenkonfiguration | 78 |
| (F) | Messdaten „Stationäre Parameter“ | 79 |
| (G) | Messdaten „Dynamische Parameter“ | 84 |
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Link zur Arbeit:
http://www.diplom.de/ean/9783832404826
Arbeit zitieren:
Lamla, Oskar August 1997: Erprobung des strom- sowie wärmebedarfsgeführten Betriebs des Modells einer Brennstoffzellen-Hausheizung, Hamburg: Diplomica Verlag
Schlagworte:
Brennstoffzelle, Brennstoffzellenparameter, Hausheizung, Systemkonzepte, Wärmebedarfsgeführt
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