Rysunek 11.9 Schemat technologiczny dla PEM przykład systemu ogniw paliwowych dla aplikacji stacjonarnych z około 100 kWe mocy. Należy pamiętać, że dla jasności niektóre numery strumieni pominięto.

Wykres 11.10 Krzywe ogrzewania i chłodzenia.

Przeprowadzając tę analizę zweryfikowano optymalny sposób tworzenia sieci różnych wymienników ciepła.

Uruchamiając komputerową symulację diagramu sekwencji działań, teraz wiemy, jak wiele wymienników ciepła jest wymaganych i jaką każdy z nich ma role. Wiemy, jak wiele reaktorów jest potrzebnych i wiemy, jakie wskaźniki przepływu i kompozycje gazów przez nie przepływają. Z tego, oraz wiedzy o katalizatorach i tłumikach, możemy obliczyć rozmiary reaktorów i zrozumieć, w jaki sposób system będzie tworzyć jedną całość.

W naszym przykładzie, odsiarczony gaz ziemny dostarczony w 1,2 Bara jest skompresowany do 1,7 Bara (COMP1) aby przezwyciężyć spadki ciśnienia wewnątrz reaktorów. Jest podgrzewany do 300^◦C (HX-2) przed wprowadzeniem do reaktora reformatora pary. Produkt o gazie 286^◦C z reformatora jest ogrzewany do 750^◦C w HX-3 kiedy jest podawany do reaktora reformatora pary. Ciepło do reformatora jest dostarczane przez spalanie wcześniej podgrzanego gazu anodowego. Produkt ochłodzono (HX-4) przed wprowadzeniem do wysokiej temperatury reaktora zmiany działającym na 400C i następnie chłodzony (HX-5), przed jego wprowadzeniem do niskotemperaturowego reaktora zmiany przy 150^oC. Produkt ochłodzono dalej (HX-6) przed wprowadzeniem do Jednostki Prox na 120^oC. Gaz z jednostki PROX ochłodzono do temperatury 80◦C stosunku końcowego przez wymiennik ciepła (HX-8). W praktyce część uproszczenia procesu może być możliwa i niektóre wymienniki wyeliminowane. Wyjście Aspen pokazuje nam, że obciążenia na sprężarki 311 W dla naturalnej sprężarki gazu oraz 5,5 kW dla kompresora powietrza. To mówi nam od razu, że z punktu widzenia dostaw części, naturalne sprężarki gazu mogą być trudne do uzyskania, podczas gdy dmuchawa może być dostępna.

Paliwo jest doprowadzane do stosu i zawiera wodór z szybkością przepływu 3,85 kmol h^-1. (Patrz para gazowa 15 na rysunku 11.9.) Jest to równoznaczne z przepływem energii 259 kW, przy niższej wartości opałowej (LHV) wodoru, będąc 241,83 kJ mol-1. Zakładamy, że wykorzystanie paliwa wynosi 85% i że chcemy uruchomić stos w punkcie operacyjnym o 0,65 V. W tych warunkach wydajność stosu z danego równania w sekcji 2.4, pamiętając, że używamy LHV.

Wydajność =

Dlatego wyjście DC z komina wynosi 0,442 * 259 = 114,5 kW. Weźmy realistyczne statystyki dla 95% efektywności najlepszego klimatyzatora mocy, co oznacza, że prąd zmienny (AC) ze stosu wynosi 114,5 * 0,95 = 109,8 kW.

Na podstawie szacunkowych 80% w odniesieniu do ich skuteczności, model przewiduje, że sprężarki maja wymóg zasilania 5,48 + 0,31 = 5,89 kW. (Uwaga, liczba ta nie jest na rysunku 11.9.) Dlatego moc netto AC dostarczane przez system będzie równa

109,8 - 5,9 = 103,9 kW.

Wiemy, że 1 kgmol h^-1 metanu jest dostarczany do systemu sieci i ze entalpia netto spalania metanu (Tabela 8.1) wynosi 802.5kJmol-1. Dlatego, wydajność netto całego systemu wynosi:

Wydajność

Możemy też oszacować rozmiar stosu, koniecznego do podania 103.9kW netto zasilania sieciowego. Wiedząc, że moc jest iloczynem napięcia i prądu, musimy najpierw określić całkowity prąd wymagany przez stos. Ponieważ stos produkuje 114,5 kW mocy DC, maksymalny prąd wszystkich komórek jest sumowany następująco:

Na fig. 3.1, które daje oczekiwaną wydajność z dobrym, nowoczesnym PEMFC, oczekujemy ze gęstość prądu będzie wynosić około 600 mA cm-2, jeżeli napięcie komórek wynosi 0,65V, lub 0,6A cm-2. Powierzchnia elektrody w stosie ogniw paliwowych wynosi więc:

Jeśli stworzymy nasze komórki o obszarze aktywnym o powierzchni 15 × 25 = 375 cm2, oznacza to, że stos będzie potrzebował zawierać 293.890 ÷ 375 = 784 komórek. Brzmi to jak bardzo duża ilość, a w końcu rozdziału 4 możemy zauważyć, że stosy Ballard stosowane w silnikach ogniw paliwowych (Fig. 4.32) miały około 750 komórek każdy. Mają one podobną siłę, więc nie powinniśmy być zbytnio zdziwieni.

11.6.3 Szczegółowe projekty inżynieryjne

Gdybyśmy mieli rozważyć budowę naszego przykładowego systemu stacjonarnego systemu zasilania chcielibyśmy teraz przejść do etapu szczegółowego projektowania technicznego. To w kwestiach takich jak rozruch i wyłączenia. Na przykład, możemy zadać następujące pytania:

• Czy musimy zapewnić dodatkowe ciepło, aby uzyskać kilka reaktorów, takich jak reformator do temperatury? Czy potrzebujemy zapasu wodoru w stanie katalizatorów reformujących przed uruchomieniem?

• W jaki sposób system będzie działać przy obciążeniu częściowym, i jak będzie reagować na zmiany obciążenia? W celu zbadania tego, pewne modelowania dynamiczne mogą być wymagane.

• Czy trzeba dostarczyć gazu oczyszczającego, gdy stos jest zamknięty, lub przechowywany gorący (ważne dla MCFC)?

• Czego wymagać w sposobie zaworów sterujących, termoelementów i innych czujników?

• Jaki rodzaj systemu kontroli będzie nam potrzebny?

Po rozważeniu tych pytań, wykonane zostaną szczegółowe mechaniczne rysunki projektowe wszystkich elementów BOP, które muszą być pozyskane lub sfabrykowane. Zostanie sporządzony podstawowy schemat linii elektrycznej, który pokazuje, jak połączyć razem różne elementy elektryczne i sterowanie z zawartych funkcji bezpieczeństwa. Identyfikacja zagrożeń (hazid) i / lub zagrożenia oraz studium wykonalności (HAZOP)¹ lub podobne analizy bezpieczeństwa będą również przeprowadzone. Te rozważania są poza zakresem tej książki, ale mamy nadzieję, że czytelnik zyskał na tyle zrozumienia systemów, aby móc pytać dalej.

Opublikowanych zostało wiele badań, które opisują analizę systemów stacjonarnych, obejmujących wszystkie główne typy ogniw paliwowych. Dla komórek paliwowych PEM jednym z ostatnich jest Wallmark (2002), a do dyskusji o PEMFC czytelnik powinien skonsultować Amphlett et al., 1995. Przykłady systemów PAFC, MCFC i SOFC są podane w Parsonach (2000) i odnosiliśmy sie w poprzednich rozdziałach do innych przykładów projektów systemowych. Dostępnych jest wiele dyskusji analizy systemu, na przykład, ostatnia analiza energii i egzergii w prostych systemach SOFC, którą przeprowadził Chan i in. (2002).

11.6.4 Dalsze analizy systemów

Do tej pory omówiliśmy modelowanie i analizę możliwości uzupełniania paliwa, co może być określane jako makro-modelowanie systemu ogniw paliwowych. Jeśli odwołać się do rysunku 11.1 pozostają dwa inne ważne obszary dotyczące analiz systemów. Pierwsza jest analiza wyjść układu ogniw paliwowych. W przypadku systemów transportowych oznacza to obowiazek kierowania pojazdem, mil lub kilometrów przejechanych dziennie, terenu, obciążenia, i tak dalej. Co dotyczy systemów stacjonarnych, musimy rozważyć obowiązki ogrzewania (lub chłodzenia), jak również wymagania dotyczące przewidzianego zasilania obciążenia. Te są bardzo specyficzne i zależą od budynku i jego wykorzystania, na przykład, domy i mieszkania mają bardzo różne profile elektryczne zaladunku do sklepów, biur i szkół.

Nasz ostatni akspekt rozwazania analizy systemu powraca do początku, to znaczy w celu sprawdzenia na modelowaniu ogniwa paliwowego i na stos ogniw paliwowych. To był ważny obszar badań z nadejściem oprogramowania do symulacji procesu w 1980 roku. Aplikacja równania Nernsta i teorii w rozdziałach 2 i 3 powinny umożliwić czytelnikowi napisać prosty kod w arkuszu kalkulacyjnym Excel, który dość dokładnie przewidzi na otwartym obwodzie napięcia komórek działające na wodór, przy założeniu, że komórka jest izotermiczna i jednowymiarowa. Cały temat komplikuje sie gdy chcemy nasladowac zachowanie dwuwymiarowej komórki lub rzeczywiście trójwymiarowego stosu, oraz fakt, że występują straty napięcia jak to opisano w rozdziale 3. Aby rozliczyć straty napięcia, istnieją dwa podejścia: jedno to po prostu użyć danych, które zostały uzyskane eksperymentalnie i opracowac empiryczna relacje pomiędzy napięciem i prądem. Drugi to analiza strat w szczegółach używając równania Tafel a także znajomością właściwości materiałów i kinetyki elektrochemicznej i oszacowania całkowitej utraty napięcia komórek poprzez zsumowanie wszystkich poszczególnych strat. To ostatnie podstawowe podejście zastosowano z pewnym sukcesem do ogniw paliwowych (PEM Amphlett modelowania, 1995), lecz pojawia się trudność podczas próby transportu wody (Berning, Lu i Djilali, 2002).

Z komórkami wysokotemperaturowymi nie istnieje problem gospodarki wodnej, i katodowa polarazacja praktycznie może być ignorowana. Napięcie o SOFC, na przykład, może być dość dokładnie określone w równaniu 3.10 w rozdziale 3 przy założeniu, że działa na komórki wodoru. Jednakże, jeśli para wodna występuje na anodzie wtedy musimy to uwzględnić. Prostym podejściem jest założenie, że para reakcji reformowania jest szybka i, co nastąpi wcześniej, i że chodzi o równowage nad anodą zanim jakiekolwiek reakcje elektrochemiczne moga wystąpić.

Następnie za pomocą równania 3.10 obliczymy jakie napięcie ogniwa będzie miec wplyw na otrzymaną mieszaninę gazu równowagi. Myślenie nam podpowie, że to podejście jest naiwne. W prawdziwej komórce, kiedy wodór jest zużywany, skład gazu paliwa zmieni sie - stężenie wodoru maleje przechodzac od wlotu do wylotu komory. Na wylocie stężenie będzie niskie, ponieważ większość wodoru jest zużywanego, natomiast przy wlocie komory nie ma wodoru, ponieważ wystepuje para i metan. Więc, co określa średnie stężenie wodoru w anodę SOFC? Rzeczywiście, co decyduje o napięciu wewnętrznie reformujacej sie komórki? Jeśli zakładamy, że reakcja reformowania pary nastąpi wcześniej, jaki będzie profil temperatury w komórce lub jak wygląda stos? Wiemy, że najlepiej unikać dużych wahan temperatury jeśli chcemy stosow o długim czasie użytkowania.

Można łatwo zmierzyć skład gazów spalinowych z komórki, takich jak SOFC i stad można oceniać nasze modele, lecz z praktycznego punktu widzenia jest to bardzo trudne do kontroli co dzieje się w dokładnie wysokotemperaturowych stosach ogniw paliwowych. Mechanizm wewnętrzny reformowania jest przedmiotem wielu dyskusji i modele nie są sprzeczne w literaturze. Oczywiście mozna sie wiele nauczyć na temat podstawowych procesów w sercu ogniwa paliwowego.

11.7 Uwagi końcowe

Mamy nadzieję, że opisy stacjonarnych i mobilnych systemów przedstawionych w tym rozdziale sprawily ze czytelnik przegladal wiele różnych części tej książki. To prowadzi nas z powrotem do miejsca, gdzie zaczęliśmy, ilustrując, że systemy ogniw paliwowych wymagają szerokiej wiedzy inżynierskiej i są bardzo interdyscyplinarne. Mamy nadzieję, że wprowadzono wiele różnych technologii, które stanowią podstawę funkcjonowania systemów ogniw paliwowych. We wszystkich obszarach jest, oczywiście o wiele wiecej do powiedzenia, ale po przedstawieniu podstawowego wyjaśnienia jak i dlaczego rzeczy zachowuja się w sposób jaki sie zachowuja, mamy nadzieję, że czytelnik ma dobre, szerokie zrozumienie wszystkich głównych składników systemu ogniw paliwowych. Jeśli okaże się ze czytelnik specjalizuje się w jednym aspekcie technologii ogniw paliwowych, mamy nadzieję, że ta książka pomogła zrozumieć pracę kolegów czytelnika i dała czytelnikowi dobry punkt wyjścia do dalszych badań w danym obszarze.

Jesteśmy obecnie świadkami narodzin nowego dużego przemysłu takiego, który pojawił się za pośrednictwem specjalnego wysiłku wielu ludzi. W ciągu ostatnich kilku lat nastąpił bezprecedensowy wzrost zainteresowania głównych inwestycji finansowych prowadzonych przez takie firmy, jak twórców pojazdów Daimler-Chrysler, Ford, General Motors i Toyota wraz oraz dużych koncernów naftowych takich jak Shell, Atlantic Richfield (ARCO) i Texaco. Jak zauważył Geoffrey Ballard, założyciel Ballard Power Systems, "ogniwa paliwowe nie powstają, poniewaz jedna osoba wpadła na pomysł". Świt branży ogniw paliwowych powstał "bo dziesiątki ludzi podjelo decyzje aby wspolpracowac ze soba tak aby pomysł zostal urzeczywistniony (Koppel, 1999). "

Referencje

Amphlett J.C., Mann B.A., Peppley P.R., and Roberger A. (1995) “A practical PEM fuel cell model for simulating vehicle power sources.” Proceedings of the Battery Conference on Applications and Advantages, pp. 221–226.

Amor J.N. (1999) Review – the multiple roles for catalysis in the production of H2, Applied Catal- ysis A: General, 176, 159–176.

Arvindan N.S., Rajesh B., Madhivanan M., and Pattabiraman R. (1999) “Hydrogen generation from natural gas and methanol for use in electrochemical energy conversion systems (fuel cell)”, Indian Journal of Engineering and Materials Sciences, 6, 73–86.

Berning T., Lu D.M., and Djilali N. (2002) “Three-dimensional computational analysis of transport phenomena in a PEM fuel cell”, Journal of Power Sources, 106, 284–294.

Bu ̈chi F., Tsukada A., Rodutz P., Garcia O., Ruge M., Ko ̈tz R., Ba ̈rtschi M., and Dietrich P. (2002) “Fuel cell supercap hybrid electric power train.” The Fuel Cell World 2002, Proceedings, Euro- pean Fuel Cell Forum Conference, Lucerne, pp. 218–231.

Chan S.H., Low C.F., and Ding O.L. (2002) “Energy and exergy analysis of simple solid-oxide fuel cell power systems”, Journal of Power Sources, 103, 188–200.

Hart D. and Bauen (1998) “Further Assessment of the Environmental Characteristics of Fuel Cells and Competing Technologies”, Report # ETSU F/02/00153/REP, Department of Trade and Indus- try, Energy Technology Support Unit, New and Renewable Energy Programme, England.

Koppel T. (1999) Powering the Future – The Ballard Fuel Cell and the Race to Change the World, John Wiley & Sons, Toronto, Canada.

Załącznik 1

Zmiana Molar Gibbs obliczeń swobodnej energii

A1.1 Wodorowe ogniwa paliwowe

Ta sekcja wyjaśnia obliczenia dla reakcji

która została zaprezentowana w rozdziale 2. Funkcja Gibbs systemu jest definiowane entropii i entalpii:

G = H-TS

Podobnie tworzenie molarnej energii Gibbsa, molarna entalpia formacji oraz

molarna entropia łączy sie za pomoca równania:

W tym przypadku ważna jest zmiana energii. Ponadto, w ogniwie paliwowym,

temperatura jest stała. Można więc powiedzieć, że

Wartosc to roznica pomiedzy produktow oraz reaktorow. Tak więc, w reakcji mamy

Podobnie to roznica pomiedzy produktów i reaktorow. Tak więc, w tym przypadku

Wartości i zależą od temperatury, zgodnie z podanymi niżej równaniami. Te standardowe równania są określone przy użyciu termodynamicznej teorii, a ich dowód można znaleźć w większości książek na temat termodynamiki inżynieryjnych (Balmer, 1990). W tych równaniach indeks do i to temperatura a to ciepło molowe przy stałym ciśnieniu. 298,15 K to średnia temperatura.

Molową entalpie formacji w temperaturze T otrzymujemy:

Molową entropie otrzymujemy:

Wartości molowej entropii i entalpii tworzenia w 298,15 K są dostępne z tablic termodynamicznych (Keenan i Kaye 1948) i przedstawiono je w tabeli A1.1. Wartości te są pod ciśnieniem normalnym.

Aby użyć równania A1.4 i A1.5, musimy znać wartości molowej pojemności cieplnej przy stałym ciśnieniu . W pewnym zakresie temperatur, nie jest stała. Niemniej, dlaempiryczne równania są dostępne w wielu tekstach o termodynamice (Van Wylen, 1986), a poniższe równania podane z dokładnością do 0,6% w zakresie od 300 do 3500 K.

Dla pary wodnej,

Dla wodoru, H₂

Tabela A1.1 Wartości w J mol ^-1 i w J mol ^-1 K^-1 w 298.15 K

Tabela A1.2 Przykładowe wartości i dla reakcji Temperatura w Celciuszach, pozostałe w kJ mol -1

Dla tlenu O₂

Wszystkie te równania są w Jg mol^-1K. Mogą być podstawione do równań A1.4 i A1.5, dając funkcje, którą możemy szybko i łatwo obliczyć w każdej temperaturze T. Robi się to w celu uzyskania wartości i dla pary, wodoru i tlenu. Wartości te są następnie podstawiane do równań A1.2 i A1.3. To daje wartości i , co w końcu podstawionego do równania A1.1, dając nam zmianę molowej energii Gibbsa . Przykładowe wartości przedstawiono w tabeli A1.2.

W przypadku wody w stanie ciekłym, z tabeli standardowych wartości dla A1.1 i używamy 25 ◦ C. Dla 80^◦C, równania A1.4 i A1.5, są ponownie wykorzystywane do znalezienia i , ale w tym przypadku można założyć, że jest stała, ponieważ pracujemy nad małym zakresie temperatur.

A1.2 Tlenek węgla - ogniwa paliwowe

Możliwe jest, że w wyższych temperaturach ogniw paliwowe wprowadzonych w Rozdziale 6, gazowy tlenek węgla z parą wodną generowany z paliwa, takiego jak metan ulega bezpośrednio utlenianiu. Reakcja

Metoda i teorii stosowane do obliczania energii Gibbsa wolnej zmiany jest taki sam jak w przypadku ogniwa wodoru, z tym, że zmienia się równania dopasowania nowej reakcji. Wartości molowe ciepło do tlenku węgla i dwutlenku węgla są wyrażone przez równania:

Tabela A1.3 Wartości w J mol ^-1 i w J mol ^-1 K^-1 w 298.15 K

Tabela A1.4 Przykładowe wartości i dla reakcji Temperatura w Celciuszach, pozostałe w kJ mol -1

Wraz z wartościami z tabeli A1.3, równania te stosowane są z równań A1.4 i A1.5, aby znaleźć molowych entalpii i entropii dla trzech gazów w pytanie.

Zmiana entalpii i entropii molowym molowym jest obliczana przy użyciu tych dwóch równań:

Zmiana energii Gibbsa wolnego molowym formowania jest obliczana, w ogniwach paliwowych z wodoru, za pomocą równania A1.1. Niektóre przykładowe wyniki podane są poniżej w tabeli A1.4.

Referencje

Balmer R. (1990) Rozdział 6, Termodynamika, West, St Paul. Keenan J.H. i Kaye J. (1948) Tabela gazowe, Wiley & Sons, Nowy Jork. Van Wylen G. J. i Sonntag R.E. (1986) Podstawy klasycznej termodynamice, 3rd ed.

Wiley & Sons, Nowy Jork, str.. 688.

Załącznik 2

Przydatne Równania Ogniw Paliwowych

A2.1 Wprowadzenie

W tym dodatku wiele użytecznych równań są uzyskiwane. Odnoszą się one do

• wskaźników wykorzystania tlenu powietrza

• wlotu przepływu

• szybkości przepływu powietrza na wyjściu

• wykorzystania wodoru

• tempa produkcji wody

• produkcji ciepła.

W wielu miejscach tej sekcji, , terminem stosowany jest stechiometria. Znaczenie tego słowa może

określić jako "odpowiedniej ilości". Tak więc, na przykład, w prostej reakcji ogniw paliwowych

dokładnie dwa mole wodoru będą łączyć się z każdym molem tlenu. Należy zauważyć, że jeden lub dwa atom wodoru i tlenu są często dostarczane w powyżej stopie stechiometrycznej. Dzieje się tak zwłaszcza wtedy, gdy z tlenem dostarczane jest powietrze. Jeśli doprowadza się dokładnie stopy stechiometryczne to komórki powietrza opuszczającego będą całkowicie pozbawione tlenu. Należy również zauważyć, że reagenty nie mogą być dostarczone poniżej stechiometrycznej stopy.

To może być wyrażone jako stechiometria i λ jest zazwyczaj stosowanym symbolem. Jego zastosowanie można wytłumaczyć tak: Jeśli szybkość stosowania chemikaliów w reakcji n ̇ mola na sekundę, a następnie szybkość dostaw jest λn ̇ mola na sekunda.

W celu zwiększenia użyteczności formuł, zostały przedstawione w odniesieniu do elektrycznej mocy całej P_e stosu ogniw paliwowych i średnie napięcie ogniwa w każdym V_c stosu. Energia elektryczna prawie zawsze jest znana, gdyż jest najbardziej podstawową i ważną informacją o systemie ogniw paliwowych. Jeśli nie podano V_c, może być uznany za pomiędzy 0,6 a 0,7 V, a większość komórek paliwa działa w tym regionie (patrz fig. 3,1 i 3,2). Jeśli wydajność jest podana, wtedy V_c można obliczyć za pomocą równania 2.5. Jeśli brak danych, to używamy V_c = 0,65 co daje dobre przybliżenie. Oszacowania są nieco wyższe jeśli komórka paliwa jest pod ciśnieniem.

A2.2 Wykorzystanie tlenu i powietrza

Z podstawowego działania ogniwa paliwowego, wiemy, że cztery elektrony są przenoszone na każdy mol tlenu. (Spójrz do równania 1.3.) Tak

ładowanie= 4F = × ilość O₂

dzieląc przez czas, i rozmieszczanie

To jest w jednej komórce. Dla n komórek

Dla nas lepiej przedstawić to w jednostce kg s^-1, bez znajomości liczby komórek, a w odniesieniu do energii, a nie prądu. Jeżeli napięcie w każdej komórce jest V_c stosu, a następnie

Moc, P_e = V_c × I × n

Tak więc,

Podstawiając to do równania A2.1 daje

Zmiana z s ^-1 do kg s^-1

Wzór ten pozwala na wykorzystanie tlenu w każdym systemie ogniw paliwowych o danej mocy. Jeśli nie podano V_c, można obliczyć z wydajności, a jeśli nie jest podane, to 0,65 V można stosować z dobrym przybliżeniem.

Jednak zwykle stosuje się tlen pochodzący z powietrza, tak, wiec musimy zastosowac równanie A2.2 z użyciem powietrza. Zawartośc tlenu powietrzu to 0.21moli, a masa cząsteczkowa powietrza to 28,97 x 10-3 mol kg-1. Więc równanie A2.2 staje

Jest to niepraktyczne, a przepływ powietrza, w praktyce jest znacznie powyżej stechiometrii, zazwyczaj dwa razy więcej. Jeśli jest λ kjest równe stechiometrii, to równanie do użycia powietrza wygląda następująco:

Nie jest w rzeczywistości bardzo często używanym urządzeniem masowego przepływu. Następujące konwersje "objętości w warunkach standardowych podobne" jednostek masy przepływu będzie można znaleźć przydatne. Natężenie przepływu masy z równania A2.4 należy pomnożyć przez

• 3050 przepływ w standardowej m³ h^-1

• 1795 przepływ SCFM (lub w standardowych FT³ min^-1)

• 5,1 x 104 przepływu w SLM (średnia min L^-1)

• 847 przepływ w SLS (standard L s^-1)

A2.3 Wyjście przepływu powietrza

Czasami można rozróżnić wlot natężenia przepływu powietrza, który jest przedstawiony równaniem A2.4, i natężenie przepływu wylotowego. Jest to szczególnie ważne, kiedy oblicza się wilgotność, co jest ważnym problemem w określonych typach ogniw, w szczególności paliwa membrany wymiany protonów (PEM) ogniw paliwowych. Różnica jest spowodowane przez zużycie tlenu. Mogłby zostać więcej pary wodnej w powietrzu wyjścia, ale powietrze jest za „suche” w tym etapie. Produkcja wody podano w sekcji A2.5. Wyraźnie

Szybkość przepływu powietrza na wyjściu = Wlot przepływu powietrza - Wykorzystanie tlenu

Korzystanie równania A2.3 i A2.4 staje się to

A2.4 Użycie wodoru

Wskaźnik wykorzystania wodoru wynika w sposób podobny do tlenu z tym, że istnieją dwa elektrony z każdym molem wodoru. Równania A2.1 i A2.2 to pokazują

Masa molowa wodoru jest 2,02 × 10-3 kg mol-1, więc daje to

w stechiometrycznej operacji. Oczywiście, wzór ten stosuje się tylko do wodoru karmionego ogniwa. W przypadku wodoru / mieszaniny tlenku węgla uzyskanego z reformowanej wodnej węgla, będzie inaczej, w zależności od stosunku występującego tlenku węgla. W wyniku tego mogą być przekształcone do objętości i szybkości gęstości Wodór to 0.084 kg m^-3 przy normalnej temperaturze i ciśnieniu (NTP).

Oprócz wskaźnika wykorzystania wodoru, często jest użyteczna znajomośc energii elektrycznej, która może być wytwarzane z danej masy lub objętości wodoru. Listy w tabeli A2.1 podają energie w kilowatogodzinach zamiast J, jak to jest zazwyczaj stosowane dla układów elektroenergetycznych. Oprócz "surowej" energii na kilogram i litr Standardowo również otrzymały energie "skuteczną", biorąc pod uwagę wydajność ogniwa. V_c oznacza napięcia każdego ogniwa. Jeśli równanie z wydajności jest potrzebne, a następnie za pomocą wzoru pochodzącego w rozdziale 2.5,

Tabela A2.1 "Raw" i skuteczne zawartości energetycznej paliwa wodorowego. Aby uzyskać niższą wartość opałową, mnożenie liczb podanych przez 0,846 HHV

---

1. Zagrożenia i studium wykonalności (HAZOP) jest standardową techniką analizy zagrożeń stosowana na całym świecie w przemyśle przetwórczym od wstępnej oceny bezpieczeństwa nowych systemów lub modyfikacji istniejących. Badanie HAZOP jest szczegółowym badaniem przez grupę specjalistów, komponentów w obrębie systemu, aby określić, co się stanie, jeśli składnik ten miałby działać poza swoim normalnym trybem projektowania. Każdy komponent będzie zawierać jeden lub więcej parametrów związanych z działaniem ciśnienia, na przykład, prędkości przepływu i mocy elektrycznej. Badanie HAZOP patrzy na każdy parametr po kolei i używa słowa prowadzącego do listy możliwych poza normalne zachowanie, takie jak "więcej", "mniej", "wysoki", "niski", "tak" lub "nie". Efekt takiego zachowania jest następnie oceniany.↩