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Entwicklung und Integration einer Mikrobrennkammer in einen Mikroenergiewandler

Kania, Thomas (2010):
Entwicklung und Integration einer Mikrobrennkammer in einen Mikroenergiewandler.
TU Darmstadt, [Online-Edition: urn:nbn:de:tuda-tuprints-21666],
[Ph.D. Thesis]

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der konstruktiven Entwicklung und der experimentellen Charakterisierung einer Mikrobrennkammer für einen miniaturisierten Energiewandler. Durch die fortschreitende Miniaturisierung ist die Realisierung des Verbrennungsprozesses assistiert durch einen Katalysator nötig geworden. Die Brennkammer stellt ein entscheidendes Teilsystem eines Energiewandlerkonzeptes dar, das elektrische Energie ohne den Einsatz von beweglichen Teilen generiert. Nach der Einleitung in Kapitel 1, in der die Motivation sowie der Stand der Technik dargelegt werden, behandelt Kapitel 2 das Grundkonzept des Mikroenergiewandlers. Kapitel 3 und 4 beschäftigen sich mit Grundlagen sowie mit dem theoretischen Hintergrund der eingesetzten Temperaturmesstechniken. Kapitel 5 und 6 befassen sich mit dem experimentellen Messaufbau sowie mit der Diskussion der Ergebnisse. Hierbei ist zu erwähnen, dass sich die experimentellen Untersuchungen in drei Teile gliedern: in die Voruntersuchung, die Hauptuntersuchung sowie in die laserspektroskopische Untersuchung. In der Voruntersuchungsphase werden die Geometrie und die Betriebsparameter abgesteckt. Die Hauptuntersuchungsphase befasst sich mit dem integrierten Gesamtkonzept des Energiewandlers. Während der laserspektroskopischen Untersuchung werden Temperaturprofile im Innern der Mikrobrennkammer zur besseren Charakterisierung mittels thermographischer Phosphore gemessen. Kapitel 7 zeigt zusätzlich zu den experimentellen Ergebnissen Berechnungen einer numerischen Simulation der Mikrobrennkammer, die deren thermodynamisches Verhalten abbildet. Weiter wird hier eine theoretische Parameterstudie bei einer reinen katalytischen Umsetzung mittels des Programmpakets DETCHEM vorgestellt. Das vorletzte Kapitel 8 befasst sich zusätzlich mit einer geeigneten Luftförderung für den Verbrennungsprozess. Das vorgestellte Konzept basiert auf einer durch eine Koronaentladung ioneninduzierten Strömung, die auf bewegliche Teile verzichtet. Das letzte Kapitel 9 fasst die Ergebnisse der Untersuchungen kurz zusammen und gibt einen Ausblick auf mögliche weitere Vorhaben.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2010
Creators: Kania, Thomas
Title: Entwicklung und Integration einer Mikrobrennkammer in einen Mikroenergiewandler
Language: German
Abstract:

Diese Arbeit befasst sich mit der konstruktiven Entwicklung und der experimentellen Charakterisierung einer Mikrobrennkammer für einen miniaturisierten Energiewandler. Durch die fortschreitende Miniaturisierung ist die Realisierung des Verbrennungsprozesses assistiert durch einen Katalysator nötig geworden. Die Brennkammer stellt ein entscheidendes Teilsystem eines Energiewandlerkonzeptes dar, das elektrische Energie ohne den Einsatz von beweglichen Teilen generiert. Nach der Einleitung in Kapitel 1, in der die Motivation sowie der Stand der Technik dargelegt werden, behandelt Kapitel 2 das Grundkonzept des Mikroenergiewandlers. Kapitel 3 und 4 beschäftigen sich mit Grundlagen sowie mit dem theoretischen Hintergrund der eingesetzten Temperaturmesstechniken. Kapitel 5 und 6 befassen sich mit dem experimentellen Messaufbau sowie mit der Diskussion der Ergebnisse. Hierbei ist zu erwähnen, dass sich die experimentellen Untersuchungen in drei Teile gliedern: in die Voruntersuchung, die Hauptuntersuchung sowie in die laserspektroskopische Untersuchung. In der Voruntersuchungsphase werden die Geometrie und die Betriebsparameter abgesteckt. Die Hauptuntersuchungsphase befasst sich mit dem integrierten Gesamtkonzept des Energiewandlers. Während der laserspektroskopischen Untersuchung werden Temperaturprofile im Innern der Mikrobrennkammer zur besseren Charakterisierung mittels thermographischer Phosphore gemessen. Kapitel 7 zeigt zusätzlich zu den experimentellen Ergebnissen Berechnungen einer numerischen Simulation der Mikrobrennkammer, die deren thermodynamisches Verhalten abbildet. Weiter wird hier eine theoretische Parameterstudie bei einer reinen katalytischen Umsetzung mittels des Programmpakets DETCHEM vorgestellt. Das vorletzte Kapitel 8 befasst sich zusätzlich mit einer geeigneten Luftförderung für den Verbrennungsprozess. Das vorgestellte Konzept basiert auf einer durch eine Koronaentladung ioneninduzierten Strömung, die auf bewegliche Teile verzichtet. Das letzte Kapitel 9 fasst die Ergebnisse der Untersuchungen kurz zusammen und gibt einen Ausblick auf mögliche weitere Vorhaben.

Uncontrolled Keywords: Mikroverbrennung, Mikroenergiewandlung, Katalytische Verbrennung, Ioneninduzierte Strömung, Thermoelektrischer Energiewandler, ohne bewegliche Teile, Energie, Verbrennung, Phosphorthermometrie, Mikrobrennkammer, Energiewandlung, Brennkammer
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Reactive Flows and Diagnostics (RSM)
16 Department of Mechanical Engineering
UNSPECIFIED
Zentrale Einrichtungen
Date Deposited: 05 Jun 2010 12:51
Official URL: urn:nbn:de:tuda-tuprints-21666
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Dreizler, Prof. Dr. Andreas and Stephan, Prof. Dr.- Peter Stephan
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 20 April 2010
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
This work deals with the constructive development and the experimental characterization of a micro combustor, which is part of a small-sized micro energy converter. Due to the advancing miniaturization the combustion process is assisted by the presence of a catalytic active microfiber. The micro combustor is a main part of a micro energy converter system which generates electrical power without using any moving parts. Chapter 1 introduces this work by giving an overview of the motivation and the state of the art of science and technology. In Chapter 2 the basic idea of the investigated micro energy converter system is demonstrated. Chapter 3 and 4 present a summary of the theoretical background and describe the used temperature measurements techniques. Chapter 5 and 6 show the constructive realization of the experimental setup and the results of the investigated configurations. The results are classified into preliminary, general and spectroscopic investigations. The preliminary investigation defines the geometry and the operating parameters of the micro combustor. The general investigation deals with an integrated and combined micro energy converter system. During the spectroscopic investigation the phosphor thermometry was used to measure temperature profiles inside the micro combustor for a better understanding. A numerical investigation of the thermodynamic characteristics of the micro combustor is presented in chapter 7. In addition a theoretical parameter study is shown which examines a catalytic combustor by using the program package DETCHEM. Chapter 8 deals with the development of an adequate air supply without using moving parts for the combustion process. The presented concept is based on a corona discharge and an ion driven gas flow. Chapter 9 concludes the results of the investigations and gives an outlook for future work.English
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