Dieses Projekt legt den Grundstein für eines der zukunftsträchtigsten Antriebssysteme im regionalen Marktsegment: HYLENA (HYdrogen eLectrical Engine Novel Architecture). Der untersuchte zyklusintegrierte Hybrid aus Festoxid-Brennstoffzelle und Gasturbine (SOFC-GT) bietet ein hohes Potenzial zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads, indem die von der SOFC erzeugte elektrische Energie sowie die während des SOFC-Betriebs entstehende Hochtemperaturabwärme und der Wasserdampf synergetisch genutzt werden.
Während der Untersuchung des Entwurfsraums wurden verschiedene konzeptionelle Ideen entwickelt, um daraus eine Sammlung konkreter Konzeptentwürfe zu aggregieren. Die Integration der SOFC in die Gasturbinengondel, die vor allem durch Fortschritte in der Fertigungstechnik zur Herstellung kompakter mikroröhrenförmiger SOFCs ermöglicht wird, wurde als eine der Hauptherausforderungen identifiziert. Daher wurden potenzielle SOFC-Integrationsmöglichkeiten wie die ringförmige sowie die kastenförmige Integration vorgestellt und diskutiert. Letztendlich werden fünf Kandidaten für SOFC-GT-Integrationskonzepte vorausgewählt, diskutiert und einer vorläufigen Bewertung unterzogen.
Das ausgewählte HYLENA-Konzept, das am Ende den besten Kompromiss zwischen Wirkungsgrad, Masse und operativen Auswirkungen bot, zeichnet sich durch seinen Kreuzgegenstrom-Rekuperator zur Vorwärmung der SOFC-Einlassluft sowie durch die nichtaxiale, kastenförmige Integration der mikroröhrenförmigen SOFC und des Wärmetauschers aus. Die elektrische Leistung der SOFC wird über einen Elektromotor direkt auf die Abtriebswelle integriert, und das Konzept ermöglicht es, dass die Kerndüse zur Schubgenerierung beiträgt.
Skizze der Integration des SOFC-GT-Hybrids in die Triebwerksgondel
Das ausgewählte Konzept wird in die Gondel integriert dargestellt, einschließlich der detaillierten geometrischen Anordnung der Komponenten.
Mikroröhrenförmiger SOFC-Stack
Schematische Darstellung eines mikroröhrenförmigen Zellelements (SRU) in einer Explosionsdarstellung eines Stacks, einschließlich der SRU-Komponenten Kathode, Elektrolyt, Anode und Verbindungselement.
Glossar:
SOFC-GT solid oxide fuel cell gas turbine / Festoxid-Brennstoffzellen-Gasturbine,
HEX heat exchanger / Wärmetauscher,
PMAD power management and distribution / Energie-management und Stromverteilung,
EM electric motor / Elektromotor,
GBX gear-box / Getriebe,
SRU single repeating unit / Zellelement
