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6 Dynamische Simulation des Gesamtsystems
demnach der Wärmedurchgang im Plattenwärmeübertrager bei geringer Durchströmung, also
im Teillastbereich, überproportional gut. Tabelle 6.5 zeigt für unterschiedliche Betriebsstromdichten
die Eintritlstemperaturen der Luft in die SOFC. Diese fallen mit reduzierter Last zunächst
ab und steigen dann wieder deutlich an, was an den überdurchschnittlich guten Wärmeübergängen
- dargestellt durch die auf den Nennlastfall bezogene Nußelt-Zahl Nu/Nul 00% -
liegt. Auf diese Weise stabilisiert im Niedriglastbereich die Luft aus dem Luftvorwärmer die
SOFC-Temperatur.
Tabelle 6.5: Wärmeübertragungsverhalten des Luftvorwärmers bei Voll- und Teillast.
Strom dichte Eintrittstemperatur Re/Rel 000/. (Abgas) Nu/Nul00% (Abgas)
(in % der Volllast) Kathodenseite Luftvorwärmer Luftvorwärmer
100 % 570 oe 100 % 100%
75 % 550 oe 75 % 67 %
60 % 537 oe 60 % 52 %
40 % 535 oe 40 % 38 %
25 % 557 oe 25 % 29 %
20 % 573 oe 20 % 27 %
15 % 591 oe 15 % 25 %
In Teillastbereichen, in denen dieser Stabilisierungseffekt nicht auftritt, kann eine Auskühlung
der Brennstoffzelle auftreten, sofem der verwendete Luftüberschuss nicht an die verminderte
Wärmeproduktion in der Zelle angepasst wird. Für eine Reduzierung der Stromdichte auf 40 %
des Auslegungsfalles zeigt Bild 6.19 in der linken Darstellung, wie die SOFC zunehmend auskühlt.
Wird allerdings die Luftmenge reduziert, kann die SOFC-Temperatur auf einem hohen Niveau
gehalten werden. Aufgrund der geringeren Kühlluftmenge verschiebt sich in diesem Fall
die maximale SOFC-Temperatur in Richtung des Lufteintritts.
AU = 5,2 AU = 3,6
(,)
750
2
..... ä5 1
2
700
650
600
o 0
Bild 6.19: SOFC-Temperaturprofil bei Reduzierung der Stromdichte auf i/io=40 %.
(Gegenstrombetrieb: Brenngaseintritt bei xlL=O , Lufteintritt bei xlL=1)
Auch die restlichen Anlagenkomponenten können im Teillastbetrieb auf einem stabilen Temperatumiveau
gehalten werden . Bild 6.20 zeigt dies ebenfalls für einen Sprung auf 40 % der
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