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Methodology for Exploring SOFC System Layouts in a Highly Integrated Hybrid Propulsion System

Mantelli, Luca und Dubey, Abhishek und Buzzola, Dario und Ferrari, Mario Luigi und Pontika, Evangelia und Kazula, Stefan und Ewald, Daniel und Weber, Andre und de Graaf, Stefanie (2025) Methodology for Exploring SOFC System Layouts in a Highly Integrated Hybrid Propulsion System. In: 70th ASME Turbo Expo 2025: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, GT 2025. American Society of Mechanical Engineers. ASME Turbo Expo 2025, 2025-06-16 - 2025-06-20, Memphis, Tennessee, USA. doi: 10.1115/GT2025-151884. ISBN 978-0-7918-8880-3.

Dieses Archiv kann nicht den Volltext zur Verfügung stellen.

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1115/GT2025-151884

Kurzfassung

This paper presents a methodology to compare different layouts of a solid oxide fuel cell (SOFC) system, focusing on component integration and constraints for low-emission aircraft propulsion. The SOFC system is a subsystem of an Integrated Power and Propulsion System (IPPS) fueled by hydrogen and tightly coupled with a micro gas turbine (mGT). The methodology presented here is applied to the case study of a mGT-SOFC and will later help to define the SOFC system layout for the 1MW+ IPPS of the FlyECO project. Due to the low power density of current SOFCs designed for stationary applications, technology projections are used to explore a scenario of entry into service in 2050. Parametric analyses have been performed to consider possible future developments and performance opportunities on the basis of anticipated increases in SOFC power density, which so far could only be implemented on a laboratory scale. Different SOFC system layouts are defined by assuming different aircraft operating conditions (take-off and cruise) as design point, due to the important impact of ambient pressure and temperature in-flight variation on the SOFC system, the related components and the overall performance. To maximize the synergy between SOFC and mGT, all layouts are based on a pressurized SOFC and include a heat exchanger for heat recovery and flow pre-heating. The system performance exploration is carried out with the W-TEMP software, varying the hybridization factor of the mGT-SOFC system between 5% and 20%, and comparing its performance to a baseline H2-fueled mGT. The results obtained for this performance exploration report details on the coupling aspects between the micro gas turbine and the SOFC system and show clearly the advantages of mGT-SOFC integration in terms of net efficiency and production of water, which can be used in the combustion chamber of the mGT to limit the formation of NOx. In conclusion, a procedure to preliminary estimate the mass of the main components in each layout is also presented, to assess how different choices in the design of the mGT-SOFC can affect its weight.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/216494/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Methodology for Exploring SOFC System Layouts in a Highly Integrated Hybrid Propulsion System
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Mantelli, LucaUniversity of GenoaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dubey, AbhishekNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Buzzola, DarioNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ferrari, Mario LuigiUniversity of GenoaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pontika, EvangeliaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kazula, Stefanstefan.kazula (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9050-1292191982206
Ewald, DanielInstitute for Applied Materials – Electrochemical Technologies (IAM-ET)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weber, AndreNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
de Graaf, Stefaniestefanie.degraaf (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7236-651XNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:11 August 2025
Erschienen in:70th ASME Turbo Expo 2025: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, GT 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1115/GT2025-151884
Verlag:American Society of Mechanical Engineers
ISBN:978-0-7918-8880-3
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Hybridelektrischer Antrieb, Brennstoffzellen, Emissionsarmes Fliegen
Veranstaltungstitel:ASME Turbo Expo 2025
Veranstaltungsort:Memphis, Tennessee, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:16 Juni 2025
Veranstaltungsende:20 Juni 2025
Veranstalter :American Society of Mechanical Engineers
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Triebwerkskonzepte und -integration
Standort: Cottbus
Institute & Einrichtungen:Institut für Elektrifizierte Luftfahrtantriebe > Architektur und Integration des Antriebssystems
Hinterlegt von: Mandel, Sandra
Hinterlegt am:16 Sep 2025 11:46
Letzte Änderung:16 Sep 2025 11:46

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