固体氧化物燃料电池(SOFC)外围热管理系统研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)发电技术是一种能够直接将燃料中的化学能转化电能的绿色高效的新能源技术,具有综合效率高、无污染、无噪声等优点。固体氧化物燃料电池外围热管理(BOP)系统能否为电堆提供最优的工作条件是决定固体氧化物燃料电池综合效率的关键。本文介绍了固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的发展现状及其特点,重点阐述了SOFC外围热管理系统的研究现状,分析了影响SOFC外围热管理的具体因素,探讨了多孔介质燃烧器应用于SOFC系统的可行性。     

固体氧化物燃料电池与家用热电联供经济性

介绍固体氧化物燃料电池在美国、日本、德国、中国的研究与应用进展,对家用固体氧化物燃料电池热电联供系统在日本(以关西地区4口之家的独栋住户为例)、中国(以北京城市居民为例)应用的经济性进行计算分析。根据文献介绍,固体氧化物燃料电池热电联供系统在日本应用的经济性比较理想,与日本家用常规供能方式(燃气暖风机供暖,电网供电)相比,固体氧化物燃料电池热电联供系统年运行费用可降低12.8×10~4日元/a,固体氧化物燃料电池热电联供系统造价按100×10~4日元测算,静态差额投资回收期为7.8 a。根据测算结果,与中国家用常规供能方式(燃气热水器制备生活热水,电网供电)相比,固体氧化物燃料电池热电联供系统年运行费用可降低521.26元/a,在固体氧化物燃料电池热电联供系统造价为9.24×10~4元的前提下,静态差额投资回收期高于装置寿命(10 a),现阶段固体氧化物燃料电池热电联供系统在中国应用的经济性不理想。     

燃料电池及其在冷热电联供系统中的应用

分析了燃料电池的原理和主要特点，认为磷酸燃料电池(PAFC)是目前技术最成熟、商业化程度最高的民用燃料电池；焙融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)是最有希望的商业化的燃料电池，以上燃料电池以热电联户方式运行时总效率可达80%以上，又环境污染小。简要介绍了燃料电池的冷热电联供系统的流程及工程应用。     

固体氧化物燃料电池在天然气市场开发应用的探讨

分析、介绍了固体氧化物电池(Solid Oxide Fuel Cell简称SOFC)的发展现状及特点,并对其工作原理及效率进行分析,最后对固体氧化物燃料电池在天然气市场的开发应用提出了一点建议。     

B2O3引入量对SiO2-Al2O3-BaO-CaO-B2O3系封接玻璃性能影响

采用传统工艺制备出B_2O_3引入量分别为0,5.6,11.2,16.8g的SiO_2-Al_2O_3-BaO-CaO-B_2O_3固体氧化物燃料电池(SOFC)封接玻璃,并通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)、高温显微镜(HSM)、X射线衍射仪(XRD)、热膨胀仪、电化学工作站及扫描电镜(SEM)等手段,系统研究了B_2O_3引入量对SOFC封接玻璃结构与封接性能(润湿性和玻璃粉烧结性、玻璃特征温度以及玻璃析晶所产生的热膨胀系数变化、玻璃-陶瓷的电性能和封接界面稳定性)的影响.结果表明:随着B_2O_3引入量的增加,SOFC封接玻璃结构中的[BO_3]含量不断增加,[SiO_4]含量不断减少;SOFC封接玻璃封接性能的变化规律取决于其结构的变化,其中B_2O_3引入量分别为11.2,16.8g的玻璃性能满足实际SOFC封接玻璃的要求,可用于实际SOFC单电池的封接.     

SOFC热电联供系统热电性能调节方法研究

针对固体氧化物燃料电池热电联供系统提出了两种热电性能调节方法,调节方法1控制电池操作温度和燃料利用率不变,调节方法2控制电池操作电压和操作温度不变.采用参数分析法研究了不同调节方法对系统热、电综合性能的影响.两种调节方法适用于建筑物热电联供系统,在实际应用中需要根据需求侧的热、电输出特性,考虑系统的综合性能,选择最佳的调节方法.     

固体氧化物燃料电池供能系统技术经济性分析

结合工程实例,对以固体氧化物燃料电池(SOFC)为核心装置的供能系统的技术经济性进行分析。按燃料电池价格8×10⁴元/kW进行测算,设备购置费回收期为25.1 a,项目不具备经济性。当燃料电池价格降至合理水平,按1×10⁴元/kW进行测算,设备购置费回收期可缩短至11.1 a,项目具备一定经济性。对于燃料电池供能系统,在能源价格相对稳定的前提下,影响系统经济性的主要因素为燃料电池价格。     

天然气预重整固体氧化物燃料电池性能模拟

建立了预重整器和直接内部重整固体氧化物燃料电池电堆的数学模型,验证了电堆模型的有效性.应用Matlab软件实现了对天然气预重整固体氧化物燃料电池的模拟,对重整温度、重整耗热量和重整氢气产生量进行了研究,重整器的最佳操作温度为800 ℃.通过对部分预重整比率与燃料电池电堆性能关系的研究,建议在直接内部重整燃料电池材料允许的条件下,采用较低的预重整比率.部分预重整与直接内部重整固体氧化物燃料电池的良好结合有利于提高整个燃料电池系统的性能.     

固体氧化物燃料电池钴系双钙钛矿阴极材料研究进展

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)研究发展的重要瓶颈是缺乏适合中低温条件并具有高催化性能和良好稳定性的阴极材料。钴系双钙钛矿材料具有离子-电子混合导电性能高和氧还原催化活性较好的优点,被认为是目前最有发展前景的中低温SOFC阴极材料之一。在综述钴系双钙钛矿阴极材料的最新研究进展的基础上,全面分析钴系双钙钛矿阴极材料性能的优缺点,并展望了钴系双钙钛矿阴极材料未来的研究方向。     

浆料组成对相转变方法制备陶瓷基体孔结构的影响

为了制备孔结构适于浸渍的固体氧化物燃料电池(SOFC)陶瓷基体,本文以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂、聚苯醚砜(PESF)为黏结剂,与Gd0.1Ce0.9O2-δ(GDC)粉体混合,然后经流延成型后浸入非溶剂中(水、水和NMP的混合溶液),通过相转变反应形成基体素坯,在1 400℃烧结得到GDC陶瓷基体。通过扫描电子显微镜、阿基米德排水法及压汞仪等,研究了PESF和NMP含量,以及非溶剂的组成对GDC陶瓷基体的孔形貌、孔分布和孔隙率的影响。试验结果表明:采用质量分数为10%的PESF(m(PESF)∶m(GDC))和质量分数为60%的NMP(m(NMP)∶m(GDC)),且非溶剂为水时,可以得到孔隙率(>40%)、孔形貌(直通孔)和孔分布(1~10μm)都适于SOFC电极浸渍要求的直通孔陶瓷基体。     

隧道仰拱及基底能量桩热致应力与换热效率现场试验

依托黄土塬区银川—西安高铁驿马一号隧道工程,在隧道仰拱和基底桩基内埋设换热管,搭建能源隧道仰拱-基底能量桩联合热泵系统,实测不同进口温度作用下换热管的进出口水温、隧道仰拱结构和基底桩基的温度、热致应力,探讨黄土塬区隧道仰拱结构及基底桩基的换热效率、热力响应特性与变化规律。结果表明:在现场特定条件下,进口温度与初始地温差值分别为4.7 ℃和14.7 ℃时,隧道仰拱结构温度升幅分别约为3.8 ℃和11.4 ℃,热致轴向应力分别为3.13 MPa和13.86 MPa,热致环向应力分别为2.85 MPa和9.93 MPa,隧道仰拱换热效率分别约为7.86 W?m^-1和24.15 W?m^-1; 单位温升条件下热致轴向应力和热致环向应力分别为0.44 MPa?℃^-1和0.35 MPa?℃^-1; 恒功率运行下仰拱基底能量桩换热效率随进口温度与初始地温差值的变化近乎为一条斜率k=4.1过原点的直线,换热效率维持在50～70 W?m^-1之间,与常规能量桩的换热效率规律基本一致; 桩基周围土体的力学性质受能量桩运行影响有限。     

空调用蒸发式冷凝器能耗实验研究

当室外气温较高时,风冷热泵系统冷凝器存在换热效果下降的问题,而蒸发式冷凝器可以改善此问题,蒸发式冷凝器因此逐步得到广泛重视。为研究采用蒸发式冷凝器制冷系统的能耗情况,通过正交实验的方法,对比研究了蒸发式冷凝器与风冷式冷凝器在相同工况下压缩机能耗情况,并对影响其性能的因素进行了分析。研究表明,各因素对压缩机耗功量的影响能力依次为:冷凝器进口空气温度、速度及冷凝器喷水量。压缩机耗功量随进口空气温度的升高、进风空气速度降低而增大,随喷水量增加存在先减小后保持不变的现象。     

建筑一体化电热冷联产光伏组件能量特性研究

传统太阳能光伏或光热建筑一体化只能为建筑提供单一电能或热能。通过研究一种集成发电、集热、制冷3种功能的建筑一体化电热冷联产光伏组件,对其夏季工况下能量特性进行了实际检测。结果表明:白天,组件集热同时能有效降低光伏电池温度,组件工作温度高于环境温度约8~16℃,发电和集热效率分别为14.1%~13.7%和40.1%~15.7%;晴朗夜间,组件通过对流和辐射两种传热方式进行散热制冷,总制冷功率为26.0~268.5 W/m~2。电热冷联产光伏组件适合与热泵结合,为建筑提供所需能源。     

湖水源热泵空调系统供热性能实测与分析

结合重庆地区某湖水源热泵空调系统,实测并分析了负荷率、热泵机组热水进口温度、取水功率对热泵机组制热性能系数、热泵空调系统能效比的影响。     

溴化锂吸收式热泵变设计工况分析

以单效溴化锂吸收式热泵为例,对系统进行热力计算。通过改变设计工况下某单一变量(驱动热源温度,热水进口温度,低温热源温度),分别分析了机组效率变化情况,得出热水出口温度与低温热源温度、驱动热源温度相互制约关系,即:不同低温热源下热水进、出口温度有最大值。不同驱动热源温度下热水出口温度有最大值。     

竖直U形地埋管换热器传热特性实验研究

竖直U形地埋管换热器进水温度一定的条件下,进出水温差不仅反映地埋管换热器的换热能力,还影响着地源热泵的运行效率,引入地埋管换热器能效系数反映此影响特性。实验研究了地埋管换热器进水温度、流量、地埋管埋深对地埋管换热器传热特性的影响。提高地埋管换热器的进水温度、降低流量、增大地埋管埋深可以有效增大能效系数。受地质条件与经济性等制约．地埋管换热器进水温度、埋深不能无限制增大,流量不能无限制减小,应根据实际情况进行优化分析：     

减阻剂在闭式循环水系统中应用的实验研究

在闭式循环水系统中添加减阻剂能有效减小循环冷却水泵的能耗,但现有研究关于减阻剂对换热的影响认识不足.分析了减阻剂CCTDRA在闭式循环水系统中应用时浓度、雷诺数及进口水温对其减阻率和换热减少率的影响.研究结果表明:在Re=11817、体积分数为0.30％时能取得较大的减阻率及相对较小的换热减少率,在25～55℃进口水温...     

Thermodynamic analysis and evolutionary algorithm based on multi-objective optimisation of the Rankine cycle heat engine

This study demonstrates the outcomes of a research implement for the power and efficiency optimisation of a Rankine cycle heat engine employing the non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) algorithm. Two objective functions comprising the efficiency and power were included concurrently maximised. To assess this idea, multi-objective optimisation approach founded on NSGA-II method has been utilised in which following variables have been considered as decision variables: (1) the inlet temperatures of a heat source, (2) the inlet temperatures of a heat sink, (3) temperature difference (x), (4) temperature difference (y), (5) heat conductance and (6) heat capacitance. By applying the addressed multi-objective optimisation approach, Pareto optimal frontier was determined and utilising different decision-making techniques that include the LINMAP, TOPSIS and fuzzy Bellman–Zadeh approaches help us to figure out the final optimal solution.     

Dynamic performances of solar heat storage system with packed bed using myristic acid as phase change material

This paper is aimed at analyzing the thermal characteristics of packed bed containing spherical capsules, used in a latent heat thermal storage system with a solar heating collector. Myristic acid is selected as phase change material (PCM), and water is used as heat transfer fluid (HTF). The mathematical model based on the energy balance of HTF and PCM is developed to calculate the temperatures of PCM and HTF, solid fraction and heat release rate during the solidifying process. The latent efficiency, which is defined as the ratio between the instantaneous released latent heat and the maximum released heat, is introduced to indicate the thermal performances of the system. The inlet temperature of HTF (50 °C), flow rate of HTF (10 kg/min) and initial temperature of HTF (66 °C) were chosen for studying thermal performances in solar heat storage system. The influences of inlet temperature of HTF, flow rate of HTF and initial temperatures of HTF and PCM on the latent efficiency and heat release rate are also analyzed and discussed.     

Simulation and performance enhancement of the air cooling system in the valve halls of a DC/AC power converter station

The present article reports on a ventilation system that uses impinging air jets to remove a portion of the heat generated in DC/AC converter towers. Each tower is a vertical stack of electronic components used in the power conversion. Airflow from the ventilation system enters the room through inlet ports located on the ground at two opposite sides of the DC/AC converter towers. The existing ventilation system circulates sufficient airflow in terms of the total heating load; however, elevated temperatures were reported within the towers due to poor air circulation. A numerical study has been conducted to investigate steady three-dimensional (3-D) turbulent mixed (combined free and forced) convection air cooling of vertical stacks of heat-generating blocks simulating typical towers in two valve halls of a DC/AC power converter station. The simulation results include the magnitudes of the net airflows for all the inter-block gaps, the maximum temperature in each gap, and the flow structure represented by streamlines at various locations of the 3-D domain. The location of the inlet, the inlet size and aspect ratio, and the location on the tower at which the airflow was aimed were varied parametrically to improve the ventilation relative to the existing design. These results demonstrate that, for fixed inlet mass flow rate, all the towers’ heat generating surfaces can be kept under 60°C via simple modifications of the variables used in the parametric study.