Title of article :
Thermodynamic Investigation and Optimization of a Power Generation System Based Solid Oxide Fuel Cell Using Taguchi Approach
Author/Authors :
Mojaver, P Mechanical Engineering Department - Urmia University, Urmia, Iran , Jafarmadar, S Mechanical Engineering Department - Urmia University, Urmia, Iran , Khalilarya, S Mechanical Engineering Department - Urmia University, Urmia, Iran , Chitsaz, A Mechanical Engineering Department - Urmia University, Urmia, Iran
Abstract :
Fuel cells directly convert chemical energy into electrical power using electrochemical reactions. Solid oxide fuel cell (SOFC) is one of the high-temperature fuel cells that propose a promising future from the standpoint of power generation. In this study, optimization of an SOFC system is performed using Taguchi approach after verification of the model in compare with experimental results. Current density, inlet temperature of SOFC, and utilization factor are considered as input parameters and the electrical power is selected as the output response. The analysis of variance (ANOVA) results indicate that the current density is the most effective parameter on electrical power which has 52% of contribution followed by inlet temperature of SOFC and utilization factor by 25 and 20% of contributions, respectively. The electrical power enhances by increasing current density and inlet temperature of SOFC and reducing utilization factor. Signal to noise ratio (S/N) analysis elucidate that the current density of 9500 A/m2, the inlet temperature of SOFC of 850 °C, and the utilization factor of 75% is the optimum condition in order to achieve the highest electrical power. The results show that the electrical power is 644.3 kW at the optimum condition.
Farsi abstract :
پيل سوختي توسط واكنش هاي الكتروشيميايي، انرژي شيميايي را مستقيماً به توان الكتريكي توليد مي نمايد. پيل سوختي
اكسيد جامد ( SOFC ) يكي از پيل هاي سوختي دما بالا مي باشد كه آينده ي روشني را از نقطه نظر توليد توان ارائه مي نمايد.
در تحقيق حاضر، مطالعه و بهينه سازي يك سيستم SOFC توسط روش تاگوچي پس از صحت سنجي مدل ارائه شده در
قياس با نتايج تجربي، در دستور كار قرار مي گيرد. چگالي جريان، دماي ورودي پيل سوختي اكسيد جامد و ضريب مصرف
سوخت به عنوان پارامترهاي ورودي و توان الكتريكي به عنوان پاسخ خروجي در نظر گرفته مي شوند. نتايج آناليز واريانس
( ANOVA ) نشان مي دهد كه چگالي جريان با ميزان مشاركت 52 %، موثرترين پارامتر بر روي توان الكتريكي مي باشد و پس
از آن دماي ورودي پيل سوختي اكسيد جامد و ضريب مصرف سوخت با ميزان مشاركت هاي به ترتيب 25 و 20 % در
رتبه هاي بعدي قرار مي گيرند. توان الكتريكي با افزايش چگالي جريان و دماي ورودي پيل سوختي اكسيد جامد و با كاهش
ضريب مصرف سوخت، بهبود مي يابد. آناليز نسبت سيگنال به نويز (S/N ) مشخص مي كند كه چگالي جريان 29500 A/m ،
دماي ورودي پيل سوختي اكسيد جامد 850 °C و ضريب مصرف سوخت 75 % حالت بهينه براي دستيابي به حداكثر توان
الكتريكي مي باشد. نتايج نشان مي دهد كه توان الكتريكي در حالت بهينه 644.3 kW مي باشد.
Keywords :
Electrical Power , Optimization , Taguchi Approach , Fuel Cell , Solid Oxide Fuel Cell