Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Preliminary design of anode gas recycle blower for Solid Oxide Fuel Cell Module

Tomasz Świercz

Abstract

A Solid oxide fuel cell (SOFC) is a fuel cell whose electrolyte is composed of solidstate material. It works at high temperatures (1000°C) and outlet gas can be used in gas turbine (SOFC/GT Hybrid). This work presents the preliminary design of anode gas recycle blower for solid oxide fuel cell module. The blower can be placed instead of the ejector and has the same role. The analysis was made for the tubular SOFC module 220 kW developed by Siemens Power Generation. The examination of the existing ejector allowed to define the working conditions for the designed axial-flow fan. In order to determine the optimal dimensions of the fan the efficiency analysis was made. The paper presents the relation among losses, geometrical parameters (dimensions, airfoil shape) and kinematical parameters (Reynolds number, Mach number). This analysis allowed to calculate the optimal fan dimensions for various nominal rotational speed. The Microsoft Excel Solver add-in was used for optimization. On the basis of these calculations the nominal rotational speed was assumed (90 000 rpm) and geometrical parameters were calculated. Moreover technical drawings of the conception were made. The designed blower has higher efficiency than the ejector which can be beneficial for the efficiency of the SOFC module. Moreover, in contrast to the ejector, the blower allows us to control the recycled part of anode gas regardless of mass flow of fuel, which helps to avoid many problems on starting the SOFC, during its turn off and as well as during a part load operation.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Tomasz Świercz (FPAE) Tomasz Świercz,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Wstępny projekt wentylatora osiowego do recyrkulacji gazów anodowych w ogniwie SOFC
Supervisor
Jarosław Milewski (FPAE/IHE) Jarosław Milewski,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)
Study subject / specialization
, Energetyka (Power Engineering)
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
04-06-2007
Issue date (year)
2007
Pages
97
Internal identifier
MEL; PD-376
Reviewers
Andrzej Miller (FPAE/IHE) Andrzej Miller,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Jarosław Milewski (FPAE/IHE) Jarosław Milewski,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
WENTYLATORY, OGNIWA PALIWOWE, SOLID OXIDE FUEL CELL, WENTYLATORY OSIOWE, ENERGETYKA
Keywords in English
xxx
Abstract in Polish
Ogniwa paliwowe typu SOFC (ang. Solid Oxide Fuel Cell) są to ogniwa ze stałym elektrolitem tlenkowym. Charakteryzują się one tym, Ŝe ich praca odbywa się w wysokich temperaturach (ok. 1000°C), a ciepło gazów wylotowych moŜe być wykorzystane w turbinie gazowej, tworząc układ hybrydowy SOFC/GT. W pracy przedstawiono wstępny projekt wentylatora osiowego do recyrkulacji gazów anodowych w ogniwie SOFC, który mógłby zastąpić stosowaną w tym celu strumienicę. W analizie wykorzystano model ogniwa SOFC/GT w konstrukcji rurowej firmy Siemens Power Generation o mocy 220 kW. Analiza parametrów pracy strumienicy pozwoliła na określenie warunków pracy projektowanego wentylatora. W celu określenia optymalnego kształtu i wymiarów urządzenia przeprowadzono analizę sprawności poszczególnych jego elementów, tj.: konfuzora wlotowego, układu łopatkowego i dyfuzora wylotowego. Badając kanał łopatkowy przedstawiono związki pomiędzy zachodzącymi stratami, a parametrami geometrycznymi palisady (wypełnienie, kąt ustawienia, kształt profilu) i kinematycznymi przepływu (liczba Reynoldsa, liczba Macha) oraz przeanalizowano wpływ tych parametrów na poszczególne straty: profilowe, tarcia i indukowane. Analiza ta pozwoliła na wyznaczenie optymalnych wymiarów urządzenia dla róŜnych znamionowych prędkości obrotowych wirnika. W optymalizacji wykorzystano dodatek do programu Microsoft Excel – Solver. Na podstawie obliczeń przyjęto, Ŝe znamionowa prędkość obrotowa wirnika będzie wynosić 90 tys. obr/min i dla tej prędkości policzono wielkości geometryczne kanału łopatkowego. Otrzymane wyniki pozwoliły na stworzenie szeregu rysunków koncepcyjnych wentylatora. Do napędu wykorzystano przełączalny silnik reluktancyjny, który charakteryzuje się moŜliwością pracy w wysokiej temperaturze i osiąga bardzo duŜe prędkości obrotowe. Zaprojektowany wentylator charakteryzuje się większą sprawnością od strumienicy, dzięki temu mógłby on pozytywnie wpływać na sprawność całego urządzenia. Ponadto w przeciwieństwie do strumienicy daje on moŜliwość kontrolowania ilości recyrkulujących gazów anodowych niezaleŜnie od ilości dostarczanego paliwa, co pozwala na uniknięcie wielu problemów związanych z uruchomieniem, wyłączeniem i zmianami mocy całego modułu SOFC.
File
  • File: 1
    praca inżynierska-Tomasz Świercz.pdf
Request a WCAG compliant version

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT8116ac92ec7646799e0907e5fc719963/
URN
urn:pw-repo:WUT8116ac92ec7646799e0907e5fc719963

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page