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Increased public concerns and stricter regulatory frameworks promote the role of bioliquids (liquid fuel for energy purposes other than for transport, including electricity and heating and cooling, produced from biomass). This is a driving force for development and employment of micro-gas turbines (MGTs) due to their ability to combust bioliquids with less favorable properties in a decentralized manner. Gas turbines are characterized by relatively high combustion efficiency at relatively low concentrations of harmful emissions, relatively high effective efficiency and durability when utilizing a common portfolio of gas turbine approved fuels. It is thus desired to preserve these advantages of gas turbines also while burning bioliquids and further relying on their scalability that is crucial to efficient support of decentralized energy production at small scales. To support these objectives, MGT technology needs to allow for utilization of bioliquids with much wider spectrum of physical and chemical properties compared to common commercially available MGTs in a single MGT-based plant. In this view, the present study is providing the first thorough overview of challenges and solutions encountered by researchers across the wide area of bioliquids in MGTs.

eingereicht von Alexander Exl Universität Linz, Masterarbeit, 2017

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde eine hydraulische Mikroturbine mit dem Arbeitsmedium Perfluorcarbon f��r den Einsatz in der Antriebseinheit eines intraven��sen Membrankatheters entwickelt und getestet. Die Turbine hat die Aufgabe eine Mikropumpe anzutreiben, welche die n��tige Druckdifferenz in dem Blutfluss durch den Membrankatheter aufbaut. Zentrale Rahmenbedingungen f��r die Auslegung der Turbine waren der maximale Au��endurchmesser von 6 mm um den intraven��sen Einsatz zu erm��glichen, sowie die abgegebene Leistung von etwa 1,5 Watt bei einer Drehzahl von 29.000 U/min, die f��r die Funktionalit��t der Mikropumpe erforderlich ist. Da Gleichdruckturbinen die gr����te Energieumsetzung in einer Stufe erm��glichen, wurde eine Turbine dieser Bauart f��r den vorgesehenen Einsatz entwickelt. Ein vollst��ndiger Prototyp wurde gefertigt und assembliert. Die Fertigung des Leit- und Laufrades erfolgte unter Verwendung generativer Fertigungsverfahren. Zur Drehmomentmessung der Mikroturbine wurde ein Pendelmotorpr��fstand aufgebaut und in Betrieb genommen, mit dem die Drehzahl-Drehmoment Kurven in Abh��ngigkeit vom Volumenstrom ermittelt wurden. Bei den durchgef��hrten Drehmomentmessungen mit Wasser und Druckluft als Arbeitsfluid der Turbine konnte an der Abtriebswelle der Turbine ein Moment aufgebaut werden, welches nahezu dem Auslegungswert entspricht. Jedoch war die erreichte Drehzahl zu niedrig um die erforderliche Leistung zu erzielen. Bei der Erprobung mit Perfluorcarbon wurde nur ein vernachl��ssigbar kleines Drehmoment gemessen. M��gliche Ma��nahmen f��r die Verbesserung der Turbinenfunktionalit��t wurden nach folgenden Gesichtspunkten diskutiert: Reibungseinfl��sse, Materialeigenschaften, Fertigungsabweichungen und Betriebsbereich., The aim of this thesis was the development and testing of a microturbine with perfluorocarbon as drive medium as part of the drive unit for an intravenous membrane cathether. The turbine is supposed to drive a micropump, which has the task of building up the necessary pressure difference in the blood flow through the catheter. Main requirement for the design was the generated power output of about 1,5 W at 29.000 revolutions per minute in order to drive the micropump. Further constraints are the geometric limitations, the maximum outer diameter of 6 mm and an axial configuration, which arise due to the intravenous application. As impulse turbines generate maximum energy conversion in one stage, this type of turbine was chosen for the planned task. A complete prototype in original size was manufactured and assembled. The guide wheel as well as the blade wheel of the turbine were produced by means of rapid prototyping. An experimental setup based on an electrical dynamometer was established in order to measure the torques generated by the turbine and to derive its characteristic curves. The turbine approximately generated the required torque in measurements with water as well as compressed air as drive fluids. Nevertheless, due to low numbers of revolutions per minute the required power output could not be achieved. Generated torques in tests with perfluorcarbon as drive medium remained insignificant. Approaches to improve the performance of the turbine are discussed with respect to four aspects: friction, material properties, production deviations and operating point.

Živimo u vremenu kada je pitanje iskorištenja energije vrlo aktualno. Resursi kojima se koristimo su ograničeni. Čovječanstvo se zbog toga sve više okreće prema obnovljivim izvorima energije. Hidroenergija i njezino iskorištenje su jedno od mogućih rješenja. Energija vode se u hidroelektranama pretvara iz mehaničke energije vrtnjom rotora turbine u električnu energiju na četkicama generatora. To je konvencionalni način iskorištavanja energije rijeke. U ovom radu naglasak je na prikupljanju i pretvorbi niskorazinske kinetičke energije toka rijeke. Cilj rada je istražiti stanje tehnike i ispitati piezoelektrični princip te princip mikroturbine za prikupljanje i pretvorbu niskorazinske kinetičke energije toka rijeke. Kod piezoelektričnog principa naglasak je na tzv. piezoelektričnim jeguljama, odnosno piezoelektričnim uređajima visoke podatljivosti, dok je kod mikroturbina posebna pažnja posvećena potopljenim sustavima. Rad se sastoji od 4 cjeline. U prvoj je dan pregled literature koja se odnosi na teoriju, ali i istraživanja vezana uz pretvorbu niskorazinske kinetičke energije toka rijeke. Drugi dio opisuje piezoelektrične materijale, odnosno piezoelektrične polimere te se dolazi do zaključka koji je materijal najpovoljniji za upotrebu kod tzv. "piezoelektričnih jegulja". U radu su potom opisani izgled jegulja, mehanička i električna svojstva, način rada, učinkovitost, te usporedba njihove proizvedene energije. Matematički model jegulje služi za analizu utjecaja piezoelektrične sprege i izlaznog električnog kruga na svojstva stabilnosti sustava, te kako bi se proučio način rada uređaja - vrijednosti parametara za koje se mogu razviti samoodržive oscilacije. Dan je i proračun izlazne snage za uređaje od različitih materijala: PVDF-a i poliuretana. Dobivena vrijednost izlazne snage poliuretanskog uređaja je 350 % veća od one uređaja od PVDF-a. U zadnjoj cjelini rada opisan je pak način prikupljanja energije iz riječnih tokova pomoću protočnih turbina i turbina s padom vode. Prikazan je postupak odabira tipa i parametara turbina za razne uvjete u okolini s obzirom na količinu protoka vode i pad vode. Naglasak je na načinima povećanja učinkovitosti turbina. Izvršen je proračun turbina, to jest implementacija modela turbina u riječnom toku s realnim parametrima iz okoline.

Ill., graph. Darst.

Ill., graph. Darst.

Im Zuge einer Optimierung der Energieversorgung und vor dem Hintergrund verstärkter Ressourcenschonung gewinnt die thermische Nutzung dezentraler Schwachgasquellen zunehmend an Bedeutung. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Verbrennungskonzept der flammlosen Oxidation (FLOX) zur Verbrennung von Schwachgasen in der für Mikro-Gasturbinen typischen thermischen Leistungsklasse untersucht. Dabei wurden die experimentellen Untersuchungen von numerischen Simulationen der Reaktionskinetik und der Prozessführung begleitet. Es wurden Messungen sowohl unter atmosphärischen Bedingungen wie auch unter Druckeinfluss durchgeführt, um auf diese Weise Einblicke in die flammlose Oxidation schwachkaloriger Gase und ihrer Auswirkungen hinsichtlich Betriebs- und Emissionsverhalten zu erhalten.