Katalytische Verbrennung zur Stromerzeugung (PDF)

Inhaltsangabe:Einleitung:
Es soll ein System entwickelt werden, das in der Lage ist, innerhalb bestimmter Rahmenbedingungen durch eine heterogen katalytische Gasoxidation Wärmeenergie bereitzustellen. Diese Wärmeenergie soll nachfolgend in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Energieerzeugung wird in Abhängigkeit des Energiebedarfs gestartet. Das Projektziel ist die Entwicklung eines Kleinstmoduls. Dieses System soll für eine minimale Energieerzeugung ausgelegt werden.
Ziel der Diplomarbeit ist es, einen katalytischen Brenner mit der dafür erforderlichen Gaszufuhreinrichtung, unter Einhaltung der geforderten Rahmenbedingungen, zu entwickeln.
Die Erstellung der Dokumentation über die Entwicklung des Brenners sollen Angaben zum Wirkungsgrad in Abhängigkeit der mechanischen Abmessungen des Brenners sowie der Systemlebensdauer enthalten. Zu der Schnittstelle der Energieumwandlung (thermische Energie in elektrische Energie), dem Thermo/-Spannungswandler, sind im Rahmen dieser Arbeit keine Angaben möglich.
Gemäss Lastenheft sind für die Entwicklung des Energieerzeugungssystems folgende Rahmenbedingungen vorgegeben: 1. Die Lebensdauer des Systems soll grösser als 10 Jahre sein. 2. Für die katalytische Verbrennung soll ein handelsübliches Gas, z.B. Butan, verwendet werden. 3. Der Gasbehälter sollte im Idealfall die Grössen von 16,5 mm Durchmesser x 34 mm Länge oder 14,0 mm Durchmesser x 34 mm Länge nicht überschreiten.
Beschreibung des Gesamtsystems: Ein Mikroprozessor gibt im kritischen Entladezustand seines Versorgungskondensators ein Schaltsignal an das Entnahmeventil des Gasbehälters. Gas strömt durch die Rohrleitung und wird unter Luftsauerstoff-Zufuhr an der Oberfläche des Katalysators oxidiert.
Die durch die stöchiometrische Oxidation des Gases an der Katalysatoroberfläche entstehende Temperaturdifferenz T wird mit einem geeigneten Thermoelement erfasst und in ein analoges Spannungssignal umgewandelt ("Seebeck-Effekt"). Sie löst beim Erreichen einer bestimmten Ladekapazität des Versorgungs-Kondensators im Mikroprozessor einen Schaltvorgang aus, der das Gasentnahmeventil schliesst und damit die katalytische Oxidation beendet. Bei Unterschreiten einer kritischen Versorgungskapazität beginnt der Zyklus von neuem.
Gang der Untersuchung:
Zu Beginn des Projektes müssen einige grundlegende Vorüberlegungen und Abschätzungen bezüglich des eingesetzten Gases gemacht werden. Es soll ein geeignetes handelsübliches Gas ermittelt werden. Dazu ist [...]