In diesem Video begrüßt Steven Oji(Hyfindr) Stephan Pflugfelder(smk), einen Experten für Laserschweißen und Wärmetauscher, um über die Technologie der Wasserstoffwirtschaft zu sprechen. Stephan bringt einen SOFC-Wärmetauscher für SOFC-Anwendungen (Solid Oxide Fuel Cell), die für ihre hohe Effizienz bei der Stromerzeugung aus Wasserstoff bekannt sind. Die SOFC-Technologie arbeitet bei Temperaturen von etwa 700-900 Grad Celsius und erfordert spezielle Materialien und Komponenten, um effektiv zu funktionieren. Der Wärmetauscher, den Stephan mitgebracht hat, ist speziell für diese hohen Anforderungen ausgelegt.
Erfahren Sie mehr über SOEC/SOFC-Wärmetauscher und die entsprechende Systemauslegung
Die SOFC-Technologie unterscheidet sich von anderen Brennstoffzellensystemen wie der PEM (Proton Exchange Membrane) und der AFC (Alkaline Fuel Cell) durch ihre Funktionsweise und den höheren Wirkungsgrad des Prozesses.
Die Zelle kann entweder zur Stromerzeugung (SOFC) oder zur Wasserstoffproduktion (SOEC) eingesetzt werden. Zur Veranschaulichung des SOFC-Prozesses stellt Stephan ein Diagramm vor, das den Luft- und Wasserstoffkreislauf einschließlich der entsprechenden Wärmetauscher zeigt. Wasserstoff und Sauerstoff reagieren miteinander und erzeugen Strom, während die Wärme der heißen Gase von Kathode und Anode durch den Einsatz von Wärmetauschern in den SOFC-Kreislauf zurückgeführt wird.
Stephan erklärt, dass in der Regel zwei SOFC-Wärmetauscher mit dem Stack verbunden sind, einer für die Luft- und einer für die Brennstoffseite. Der Betrag kann je nach den Bedürfnissen des OEM (Original Equipment Manufacturer) variieren. Im SOFC-Betrieb ist der Brennstoffwärmetauscher, wie der von Stephan mitgebrachte, im Vergleich zum Luftwärmetauscher volumenmäßig kleiner. Die in die Wärmetauscher eintretenden Gase haben eine Temperatur von etwa 800 Grad Celsius, und die Wärmetauscher sind in der Lage, diese Wärme mit hohem Wirkungsgrad (>90 %) an die in den Kamin eintretenden Frischgase zu übertragen. Dabei werden die verwendeten Gase auf etwa 150-200 Grad Celsius heruntergekühlt.
Bei der Konstruktion der Wärmetauscher müssen thermomechanische Spannungen berücksichtigt werden, da sich die Materialien bei Temperaturschwankungen ausdehnen und zusammenziehen. Das Laserschweißen wird eingesetzt, um die Materialien bei geringer Wärmezufuhr zu verbinden, um die Spannungen in den Materialien zu minimieren und den Wärmetauscher haltbarer zu machen. Jedes Gerät wird vor der Auslieferung gründlich getestet. Die Validierung wird auf der Grundlage der Kundenspezifikationen durchgeführt, um den ordnungsgemäßen Betrieb über die gesamte Lebensdauer sicherzustellen.
Stephan unterstreicht auch die Bedeutung der Sicherheit bei der Konstruktion der Wärmetauscher, da sie für den stationären Dauerbetrieb vorgesehen sind. smk verwendet dickere Wärmeübertragungsplatten, um den Wärmetauscher robuster zu machen. Der Stack ist in der Regel empfindlicher gegenüber thermomechanischen Belastungen, so dass die Wärmetauscher die Aufheiz- und Abkühlanforderungen der OEMs problemlos erfüllen können.
Insgesamt hat die SOFC/SOEC-Technologie den Vorteil eines hohen Wirkungsgrads und der Fähigkeit, rund um die Uhr zu arbeiten, was sie zu einer vielversprechenden Lösung für die Strom- und Wasserstofferzeugung macht.
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Steven ist Konstrukteur von Brennstoffzellensystemen und wird zusammen mit echten Experten die Technologie, die die Wasserstoffwirtschaft ermöglicht, eingehend untersuchen. Wir hoffen, dass Ihnen das neue Format gefallen wird.