مدلسازی پیل سوختی اکسید جامد لوله ای با ریفرمینگ داخلی غیرمستقیم
چکیده
پیل سوختی اکسید جامد، یک سیستم الکتروشیمیایی است که انرژی پتانسیل شیمیایی سوخت را مستقیماً با بازده بالا و آلایندگی کم به انرژی الکتریکی همراه با محصول جانبی آب و حرارت تبدیل می کند. هر واحد پیل سوختی اکسید جامد از دو الکترود متخلخل سرامیکی تشکیل شده است که بوسیله یک لایه الکترولیت سرامیکی غیر متخلخل که قابلیت هدایت یون اکسیژن را داراست، از هم جدا شده اند. پیل سوختی اکسید جامد در دمای عملیاتی بالا، ( 1200-600 )، کار می کند. بدلیل دمای عملیاتی بالا در این نوع پیل، امکان تولید سوخت مورد نیاز پیل، (h2 و co)، از هیدروکربنهایی مانند گاز طبیعی در داخل پیل وجود دارد. فرایند ریفرمینگ کاتالیستی با بخار آب از روشهای متداول تولید گاز هیدروژن از هیدروکربنهای سبک است. با توجه به میزان زیاد گرمای تولیدی و بخار آب حاصل از واکنش های الکتروشیمیایی در پیل سوختی اکسید جامد، روش ریفرمینگ کاتالیستی در این نوع پیل بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق، پیل سوختی اکسید جامد لوله ای با ریفرمینگ داخلی غیر مستقیم مطالعه شده است. در ریفرمینگ داخلی غیرمستقیم، ریفرمر، متصل و در تماس حرارتی مستقیم با پیل سوختی است و از گرمای تولید شده در پیل برای تولید هیدروژن استفاده می کند. بدین منظور یک مدل دو بعدی و پایدار از پیل سوختی و ریفرمر کاتالیستی متصل به آن، با استفاده از قوانین بقای جرم، انرژی، مومنتم و معادلات سینتیکی، تعادلی و الکتروشیمیایی ارائه شده است. این معادلات با روشهای عددی بطور همزمان حل شده اند. نتایج مدلسازی، یک سیستم اتوترمال حاصل از ترکیب واکنشهای گرماگیر ریفرمینگ و واکنشهای گرمازای الکتروشیمیایی را نشان می دهد. همچنین در بررسی اثر تغییر پارامترها بر روی عملکرد سیستم پیل سوختی، نتایج حاکی از آن است که افزایش پارامترهای فشار و میزان هوای ورودی باعث افزایش ولتاژ تولیدی پیل سوختی می گردد.