تحليل ترموديناميكي چرخه تركيبي جديد پيل سوختي اكسيد جامد با سوخت هيدروژن- تبريد جذبي GAX

Thermodynamic Analysis of a Novel Combined Hydrogen Fed Solid Oxide Fuel Cell - GAX Absorption Refrigeration Cycle

در اين مقاله چرخه تركيبي جديدي براي توليد هم­زمان توان و برودت پيشنهاد مي­شود. اين چرخه تركيبي از چرخه ­هاي پيل سوختي اكسيد جامد با سوخت هيدروژن و تبريد جذبي GAX با سيال عامل آب - آمونياك است. مدل­سازي از طريق حل هم­زمان معادلات الكتروشيميايي و ترموديناميكي اجزا با نرم افزار EES صورت مي­ گيرد. نتايج به دست آمده بيانگر آن است كه در شرايط يكسان، بازده انرژي و اگزرجي چرخه تركيبي پيشنهاد شده به ترتيب 68/2% و 5/88% بيشتر از چرخه پيل سوختي است. مطالعات پارامتريكي نشان مي­دهد كه افزايش چگالي جريان موجب افزايش هم­زمان توان خالص خروجي و برودت توليدي و نيز دبي سوخت ورودي مي­گردد، به طوري كه بازده انرژي افزايش يافته و بازده اگزرجي كاهش مي ­يابد. نتايج بهينه ­سازي نشان مي­دهد كه در نسبت فشار و دماي عملكردي پيل سوختي مشخصي توان الكتريكي خالص خروجي و بازده اگزرجي بيشينه مي ­شود. با محاسبه درصد بازگشت ناپذيري هر كدام از اجزا، معلوم مي­شود كه مبادله­ كن گرمايي هوا بيشترين سهم را در برگشت ناپذيري چرخه به خود اختصاص مي­دهد.

A new combined cogeneration cycle producing power and cooling is proposed and analyzed in detail. The cycle is a combination of hydrogen fed solid oxide fuel cell (SOFC) and an ammonia water generator- absorber- heat exchanger (GAX) absorption refrigeration system. Using the Engineering Equation Solver (EES), the solution to the electrochemical and thermodynamic equations simulates the cycle performance. The results show that for the same condition, the energy and exergy efficiencies of the proposed cycle is 68.2% and 5.88% higher than those of the stand-alone fuel cell, respectively. The net produced power and cooling as well as the input hydrogen mass flow rate increase with rising the current density, so that the energy efficiency increases and the exergy efficiency decreases. Optimization is also performed for the proposed cycle and it is observed that both the net produced power and exergy efficiency are maximized at some pressure ratio and fuel cell operating temperature. The results indicate that the air pre- heater contributes the most in the cycle irreversibility.