Evaluación Inicial de un Concepto de Propulsión Híbrido de Celdas de Combustible y Turbinas de Gas
Autores: Seitz, Arne; Nickl, Markus; Troeltsch, Florian; Ebner, Kathrin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Evaluación Inicial de un Concepto de Propulsión Híbrido de Celdas de Combustible y Turbinas de Gas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Célula de combustible
Turbina de gas
Eficiencia
Producción de energía
Tratamiento de agua
Inyección de vapor en el quemador
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
Se introduce y evalúa inicialmente un concepto de propulsión híbrida de celda de combustible y turbina de gas. El concepto utiliza el flujo de masa de agua producido por una celda de combustible de hidrógeno para mejorar la eficiencia y la potencia de salida del motor de turbina de gas a través de la inyección de vapor del quemador. Por lo tanto, el agua producida por la celda de combustible se acondiciona mediante un proceso de condensación, presurización y re-vaporización. La vaporización utiliza el calor residual de los gases de escape de la turbina de gas. Se introducen y discuten los principios funcionales del concepto del sistema, y se formula una metodología adecuada para una evaluación inicial del concepto. Se revisan brevemente los campos tecnológicos esenciales. El impacto de la inyección de vapor del quemador en la eficiencia de la turbina de gas y el dimensionamiento se modela de manera paramétrica. Se presentan modelos paramétricos simplificados del sistema de celda de combustible y de los componentes clave del proceso de tratamiento de agua. La eficiencia del apilamiento de celdas de combustible y los niveles de potencia específicos se derivan metódicamente de los últimos estudios experimentales a escala de laboratorio. Se evalúa el concepto general para una aplicación de aeronave de corto/medio alcance alimentada con hidrógeno líquido. Se encuentran ahorros de combustible de hasta el 7.1% para un caso de diseño óptimo basado en la tecnología de celdas de combustible de óxido sólido. El diseño óptimo presenta una relación agua-aire de la turbina de gas del 6.1% en crucero y una reducción del 62% en las emisiones de NO de alto nivel.
Descripción
Se introduce y evalúa inicialmente un concepto de propulsión híbrida de celda de combustible y turbina de gas. El concepto utiliza el flujo de masa de agua producido por una celda de combustible de hidrógeno para mejorar la eficiencia y la potencia de salida del motor de turbina de gas a través de la inyección de vapor del quemador. Por lo tanto, el agua producida por la celda de combustible se acondiciona mediante un proceso de condensación, presurización y re-vaporización. La vaporización utiliza el calor residual de los gases de escape de la turbina de gas. Se introducen y discuten los principios funcionales del concepto del sistema, y se formula una metodología adecuada para una evaluación inicial del concepto. Se revisan brevemente los campos tecnológicos esenciales. El impacto de la inyección de vapor del quemador en la eficiencia de la turbina de gas y el dimensionamiento se modela de manera paramétrica. Se presentan modelos paramétricos simplificados del sistema de celda de combustible y de los componentes clave del proceso de tratamiento de agua. La eficiencia del apilamiento de celdas de combustible y los niveles de potencia específicos se derivan metódicamente de los últimos estudios experimentales a escala de laboratorio. Se evalúa el concepto general para una aplicación de aeronave de corto/medio alcance alimentada con hidrógeno líquido. Se encuentran ahorros de combustible de hasta el 7.1% para un caso de diseño óptimo basado en la tecnología de celdas de combustible de óxido sólido. El diseño óptimo presenta una relación agua-aire de la turbina de gas del 6.1% en crucero y una reducción del 62% en las emisiones de NO de alto nivel.