Thermal Management and Integration of SOFC Fuel Reformer Unit for Natural Gas

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2006
Department
Konetekniikan osasto
Major/Subject
Lämpötekniikka ja koneoppi
Mcode
Ene-39
Degree programme
Language
en
Pages
104 + liitt. (+10)
Series
Abstract
Polttokenno on pienipäästöinen energiakonversiolaite, jolla voidaan saavuttaa korkeita hyötysuhteita. Kiinteäoksidipolttokenno (SOFC) on tehokkain tapa konvertoida kemiallista energiaa sähköksi ja lämmöksi. Wärtsilä Oyj kehittää 20 kW SOFC järjestelmää hajautettuun energian tuotantoon sekä lisätehoyksiköksi. SOFC kuuluu korkean lämpötilan polttokennoihin, minkä johdosta koko systeemin lämpötila on korkea. Termodynaaminen hallinta on tärkeää korkean lämpötilan systeemissä, sillä lämpöhäviöt ovat merkittävää suuruusluokkaa. Lämpöhäviöitä ja tarvittavien eristeiden määrää voidaan vähentää termodynaamisen integroinnin avulla, jolloin putkien määrä pienenee. Jokainen putki aiheuttaa sekä lämpö- että painehäviöitä. Tähän työhön sisältyy kirjallisuusselvitys, jonka tavoite oli arvioida mikrotekniikan soveltuvuutta lämmönvaihtimen ja esireformointireaktorin korvaajaksi. Selvitys osoitti, että mikrotekniikka ei ole sopiva ratkaisu termodynaamisen integroinnin haasteisiin. Tämän jälkeen työssä keskityttiin perinteisen kokoisiin komponentteihin. Viisi erilaista integrointimallia esitellään diplomityössä. Näitä malleja silmällä pitäen mitoitetaan kolme lämmönvaihdinta. Jokaiselle integrointimalleissa esiintyvälle komponentille on laskettu lämpöhäviöt. Wärtsilän SOFC järjestelmän integrointityötä tulisi jatkaa. Tämä diplomityö on osoittanut, että parhaat tulokset saavutetaan, kun integrointi suoritetaan yhteistyössä lämpöinsinöörien, kemiantekniikan insinöörien, kemistien, mekaniikka-suunnittelijoiden ja CFD-mallintajien kesken.
Description
Supervisor
Lampinen, Markku
Thesis advisor
Kivisaari, Timo
Keywords
thermal integration, termodynaaminen integrointi, thermal management, termodynaaminen hallinta, SOFC, kiinteäoksidipolttokenno, pre-reforming reactor, esireformointireaktori, heat exchanger, lämmönvaihdin, microtechnology, mikrotekniikka
Other note
Citation