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Katalytische Verbrennung zur Stromerzeugung

Studien zu Thermogenerator, Gasoxidation und Injektorbrenne…
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Produktdetails

Titel: Katalytische Verbrennung zur Stromerzeugung
Autor/en: Ewald Maria Sütterlin

EAN: 9783836608633
Format:  PDF ohne DRM
Studien zu Thermogenerator, Gasoxidation und Injektorbrenner.
Dateigröße in MByte: 11.
Bedey Media GmbH

11. April 2014 - pdf eBook - 63 Seiten

Inhaltsangabe:Einleitung:
Es soll ein System entwickelt werden, das in der Lage ist, innerhalb bestimmter Rahmenbedingungen durch eine heterogen katalytische Gasoxidation Wärmeenergie bereitzustellen. Diese Wärmeenergie soll nachfolgend in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Energieerzeugung wird in Abhängigkeit des Energiebedarfs gestartet. Das Projektziel ist die Entwicklung eines Kleinstmoduls. Dieses System soll für eine minimale Energieerzeugung ausgelegt werden.
Ziel der Diplomarbeit ist es, einen katalytischen Brenner mit der dafür erforderlichen Gaszufuhreinrichtung, unter Einhaltung der geforderten Rahmenbedingungen, zu entwickeln.
Die Erstellung der Dokumentation über die Entwicklung des Brenners sollen Angaben zum Wirkungsgrad in Abhängigkeit der mechanischen Abmessungen des Brenners sowie der Systemlebensdauer enthalten. Zu der Schnittstelle der Energieumwandlung (thermische Energie in elektrische Energie), dem Thermo/-Spannungswandler, sind im Rahmen dieser Arbeit keine Angaben möglich.
Gemäß Lastenheft sind für die Entwicklung des Energieerzeugungssystems folgende Rahmenbedingungen vorgegeben: 1. Die Lebensdauer des Systems soll größer als 10 Jahre sein. 2. Für die katalytische Verbrennung soll ein handelsübliches Gas, z.B. Butan, verwendet werden. 3. Der Gasbehälter sollte im Idealfall die Größen von 16,5 mm Durchmesser x 34 mm Länge oder 14,0 mm Durchmesser x 34 mm Länge nicht überschreiten.
Beschreibung des Gesamtsystems: Ein Mikroprozessor gibt im kritischen Entladezustand seines Versorgungskondensators ein Schaltsignal an das Entnahmeventil des Gasbehälters. Gas strömt durch die Rohrleitung und wird unter Luftsauerstoff-Zufuhr an der Oberfläche des Katalysators oxidiert.
Die durch die stöchiometrische Oxidation des Gases an der Katalysatoroberfläche entstehende Temperaturdifferenz T wird mit einem geeigneten Thermoelement erfaßt und in ein analoges Spannungssignal umgewandelt ("Seebeck-Effekt"). Sie löst beim Erreichen einer bestimmten Ladekapazität des Versorgungs-Kondensators im Mikroprozessor einen Schaltvorgang aus, der das Gasentnahmeventil schließt und damit die katalytische Oxidation beendet. Bei Unterschreiten einer kritischen Versorgungskapazität beginnt der Zyklus von neuem.
Gang der Untersuchung:
Zu Beginn des Projektes müssen einige grundlegende Vorüberlegungen und Abschätzungen bezüglich des eingesetzten Gases gemacht werden. Es soll ein geeignetes handelsübliches Gas ermittelt werden. Dazu ist ein Vergleich der Gaskenndaten und eine Bestimmung des vorhandenen Energieinhalts notwendig.
In einem zweiten Schritt sind die Möglichkeiten der Brennstoffzufuhr (Gas), unter Berücksichtigung des richtigen Verbrennungsverhältnisses mit Luftsauerstoff, zu ermitteln.
Als nächste Aufgabe steht die Auslegung einer zur Oxidation benötigten Reaktionskammer an. Hierbei sind die Rahmenbedingungen der Projektausschreibung zu beachten. Die Auslegung dieser Reaktionszelle soll die Bestimmung des Systemwirkungsgrades und die Systemlebensdauer beinhalten. Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
FormelzeichenIII
IndizesV
1.Projektbeschreibung1
1.1Ziel der Diplomarbeit1
1.2Konkrete Beschreibung des Gesamtsystems1
1.3Vorgehensweise2
2.Vorbetrachtungen3
2.1Abschätzung der Systemlebensdauer3
2.1.1Ausgangsdaten3
2.1.2Theoretische Systemlebensdauer5
2.2Zündung6
2.2.1Gasauswahl6
2.2.2Zündschaltung7
2.3Prinzipien der Gaszufuhr8
3.Treibstrahl-Förderprinzip9
3.1Bestimmung des Isentropenexponenten von iso-Butan9
3.2Treibstrahl-Förderer10
3.2.1Auslegung der Treibstrahldüse15
3.2.2Das kritische Druckverhältnis16
3.2.3Erste Größenschätzung der Treibdüsenmündung20
3.2.4Die maximal ausströmende Masse21
3.2.5Reale Größenschätzung der Treibdüsenmündung22
3.2.6Auslegung des gesamten Treibstrahlförderers22
3.3Ergebnisse: Treibstrahl-Förderprinzip25
3.4Beurteilung: Treibstrahl-Förderprinzip26
4.Katalytischer Butan-Diffusionsbrenner27
4.1Dimensionierung einer Druckdrossel28
4.1.1Porenweite
Ewald Maria Sütterlin, Ingenieur-Studium an der Hochschule für Technik in Furtwangen, Abschluss 1995 als Diplom-Ingenieur (FH) Verfahrenstechnik, Aufbaustudium Berufsschulpädagogik und Didaktik, 2. Staatsexamen 2003, mehrjährige Tätigkeit als Projektleiter im Anlagenbau und der Mess-Steuer-Regeltechnik für umwelttechnische Anlagen, Derzeit tätig als wissenschaftlicher Lehrer im Bereich Verfahrenstechnik.

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