Masterarbeit

Entwicklung und Analyse eines variablen passiven Wasserstoffrezirkulationssystems für PEM-Brennstoffzellen

In Brennstoffzellensystemen wird dem Brennstoffzellen-Stack stets ein Überschuss an Wasserstoff zugeführt, um eine effizient ablaufende elektrochemische Reaktion zu ermöglichen. Der nicht umgesetzte Wasserstoff wird in der Regel in den Einlasskanal zurückgeführt, d. h. rezirkuliert, um den Wasserstoffverbrauch zu senken und die Effizienz zu erhöhen.

Die Rezirkulation kann entweder aktiv mit einem Wasserstoffgebläse oder passiv mit einer Strahlpumpe nach dem Venturi-Prinzip erfolgen. Die passive Rezirkulation ist zwar energieeffizienter, die Wasserstoffrezirkulationsrate ist aber an die Geometrie der Venturidüse gebunden und kann daher nicht an unterschiedliche Leistungspunkte der Brennstoffzelle angepasst werden. Ein variables passives Wasserstoffrezirkulationssystem kann dies ermöglichen und damit die Effizienz des Brennstoffzellensystems steigern.

Aufgabe:

Im Rahmen dieser Masterarbeit soll ein Konzept für eine variable Venturi-Düse für Brennstoffzellensysteme entwickelt werden, das einstellbare Wasserstoffrezirkulationsraten ermöglicht. Anhand der Kombination von Strömungssimulationen und Brennstoffzellen-Systemsimulationen kann ein geeigneter Aufbau mit einer einstellbaren Strömungsgeometrie ermittelt werden. Anhand typischer Lastfälle lässt sich ein Betriebsführungskonzept und die konstruktive Umsetzung für die Anwendung erarbeiten.

Profil:

• Begeisterungsfähigkeit für die Produktentwicklung von PEM-Brennstoffzellen-Komponenten

• Selbstständiges Arbeiten und strukturierte Herangehensweise notwendig

• Erfahrungen im Bereich Konstruktion wünschenswert (CAD Programme, Creo und Windchill)

• Erfahrungen im Bereich der Strömungssimulation wünschenswert (Star CCM +)

• Erfahrung mit MATLAB/Simulink wünschenswert

• Erfahrungen in der Auslegung von Strömungsstrukturen wünschenswert

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