Dynamische Simulation von Turbinen für Brennstoffzellenanwendungen

Mittels Konzeptauswahlmethoden werden die leitradlose konstante Radialturbine und die teilbeaufschlagte Turbine als favorisierte Turbinenkonzepte für Brennstoffzellensysteme identifiziert, da sie einen guten Kompromiss der zuvor ermittelten Systemanforderungen (in Kap. 3) ermöglichen. Aus den Ergebnissen der Systemsimulation geht hervor, dass im Fall einer konstanten Radialturbine eine aktive Druckregelung mit einem Ventilsystem am Austritt der Turbine notwendig ist, um die geforderte Anforderung hinsichtlich der Ansprechzeit zu erfüllen. Aufgrund der geringeren Sensitivität zwischen Verteilervolumen und minimaler Ansprechzeit des Systems ist eine Anwendung auch für Systeme mit einer höheren Anzahl an Brennstoffzellen möglich. Die Ergebnisse der Untersuchungen mit der teilbeaufschlagten Turbine zeigen, dass die geforderte Ansprechzeit mit 25% Beaufschlagungsgrad im Vollastpunkt möglich ist, was jedoch zu deutlich schlechteren Turbinenwirkungsgraden führt als im Fall einer konstanten Radialturbine. Da sich das Konzept der leidradlosen konstanten Radialturbine sowohl im Rahmen der Konzeptevaluation als auch anhand der durchgeführten Systemsimulationen als vielversprechend erweist, wird es für die nächsten Auslegungsschritte in Abb. 2 verwendet. In zukünftigen Arbeiten werden zusätzlich dazu alternative Möglichkeiten zur Teilbeaufschlagung entwickelt, welche einen höheren Wirkungsgrad im Volllastbetriebspunkt ermöglichen