بازيابي گرماي اتلافي پيل سوختي همراه با شعله با استفاده از چرخه برايتون فوق بحراني كربن‌دي‌اكسيد

Waste heat recovery of a flame-assisted fuel cell using carbon dioxide supercritical Brayton cycle

پيل سوختي همراه با شعله نوع جديدي از پيل سوختي اكسيد جامد است كه با شعله سوخت غني براي توليد توان ادغام شده است. در اين مقاله از پيل‌سوختي اكسيد جامد همراه با شعله براي توليد توان استفاده شده و مدل سازي اين پيل در نرم افزار EES انجام گرفته است. مدل شامل معادلات بقاي جرم، انرژي و واكنش هاي شيميايي و الكتروشيميايي است. تحليل پارامتري پيل سوختي نشان مي‌دهد كه با افزايش نسبت هم‌ارزي از1/2 تا 2/8، بازده پيل سوختي از 4/21 تا 18/23 درصد تغيير مي‌كند. در اين مطالعه از چرخه برايتون فوق بحراني كربن­دي‌اكسيد تراكم مجدد براي بازيابي گرماي خروجي پيل بهره برده شده است. براي بهينه‌سازي اين چرخه گرمايي از پارامترهاي نسبت فشار كمپرسور و كسر تقسيم جريان استفاده شده است كه در نسبت فشار بهينه، بازده‌ها براي دماهاي ورودي توربين 583/15، 823/15 و 923/15 كلوين به ترتيب 31/56، 47/95 و 52/69 درصد بدست آمده است. نتايج نشان مي دهد كه بازده چرخه تركيبي بهبود يافته و براي2/8 بازده از %18/23 به %26/96 رسيده است.

The flame fuel cell is a new type of solid oxide fuel cell in which the solid oxide fuel cell is integrated with a rich fuel flame to generate power. In this paper, a flame-assisted solid oxide fuel cell is employed to generate power, and the cell is simulated in EES. The model includes the equations of mass, energy, and chemical and electrochemical reactions. Parametric analysis of the fuel cell shows that by increasing the equivalence ratio from 1.2 to 2.8, the fuel cell efficiency changes from 4.21% to 18.23%. In this study, the supercritical Brayton carbon dioxide cycle is used to recover the waste heat of the cell. To optimize this thermal cycle, the compressor pressure ratio and flow split fraction have been considered. In the optimal pressure ratio, efficiencies for turbine inlet temperatures of 583.15 K, 823.15 K and 923.15 K have been obtained as 31.56%, 47.95% and 52.69% for the pressure ratio parameter, respectively. The results reveal that the efficiency of the integrated cycle is improved and reached from 18.23% to 26.95% for Φ = 2.8.