پایان نامه آنالیز نیرو محرکه پیل سوختی،مهندسی مکانیک
عنوان کارآموزی: پایان نامه آنالیز نیرو محرکه پیل سوختی،مهندسی مکانیک
رشته: پروژه تخصصی دوره کارشناسی،مهندسی مکانیک گرایش حرارت و سیالات
فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحه: ۱۳۶
چکیده:
در این پروژه فناوری سلول سوختی به عنوان مولد انرژی آینده که در حال حاضر بودجه و تحقیقات بسیاری صرف آن می شود توضیح داده شده است. به علت میان رشته ای بودن این فناوری لازم است تا خوانندگان اطلاعات کافی از علم شیمی(به خصوص الکترو شیمی) و مواد و همچنین مکانیک (به خصوص ترمودینامیک) داشته باشند تا در درک مطا لب پروژه دچار مشکل نشوند.
محتویات این پروژه شامل تئوری عملکرد سلول سوختی, راندمان سلول سوختی, اجزاء سلول سوختی, انواع سلول سوختی و در نهایت سیستم های سلول سوختی می باشد. به طور خلاصه می توان گفت که سلول های سوختی دستگاه های الکتروشیمیایی هستند که انرژی موجود درواکنش های شیمیایی را مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند و با حذف مراحل گرمایی و مکانیکی سیکل های تولید توان قدیمی راندمان سیستم را افزایش و تلفات انرژی را کاهش میدهند. از مزیت های سلول های سوختی اینست که سلول های سوختی می توانند در دماهای مختلفی کار کنند بر همین اساس با تغییراتی در ساختار و جنس مواد سازنده ی اجزاء آن به خصوص الکترولیت آن, می توان سلول های سوختی تولید کرد که در دامنه ی دمایی ۶۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد کار کنند. به همین علت بر حسب نوع الکترولیت, سلول های سوختی را به پنج دسته پلیمری, قلیایی, اسید فسفریک, کربنات مذاب و اکسید جامد تقسیم می کنند. تمام سلول های سوختی از آند, کاتد و الکترولیت که در بین این دو قرار می گیرد ساخته شده است که بر حسب دمای عملکرد و نوع سوخت مصرفی, جنس مواد سازنده انها تغییر خواهد کرد.
سلول های سوختی در انواع سیستم های مصرف کننده انرژی و تولید کننده انرژی بکار می روند, دامنه کاربرد این فناوری از یک لپ تاپ تا کشتی و زیر دریایی را شامل می شود و از مزیت های بزرگ آن اینست که برای هر نوع وسیله ای می تواند طراحی شود و اندازه ی آن تاثیر زیادی بر راندمان آن ندارد . از دیگر کاربردهای مهم سلول های سوختی, استفاده در واحدهای تولید توان و نبروگاه ها است که در فصل ششم پروژه چند نمونه از نیروگاه های سلول سوختی و نیروگاه های ترکیبی سلول سوختی با سیکل های برایتون, رانکین و برایتون- رانکین به همراه دیاگرام توضیح داده شده است. امید است تلاش ما در گرداوری و ترجمه این اثر بتواند این فناوری را به شما خواننده گرامی بشناساند چرا که انرژی جهان در آینده نه چندان دور وابسته به این فناوری خواهد بود.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
مقدمه. ۱
فصل اول.. ۳
سلول های سوختی.. ۳
۱-۱- مزایای سلول‌های سوختی.. ۴
۱-۱-۱- بازدهی بالا: ۴
۱-۱-۲- تنظیم سیستم برحسب نیاز: ۴
۱-۱-۳- سازگاری با قوانین زیست محیطی : ۵
۱-۱-۴- انعطاف پذیری نسبت به سوخت: ۵
۱-۱-۵- افزایش تولید و کاهش توزیع: ۶
۱-۱-۶- قابلیت ترکیب شدن با سیستم‌های دیگر و تولید انرژی با استفاده از گرمای خروجی سلول های سوختی: ۶
۱-۱-۷- عدم نیاز به تعمیر: ۷
۱-۲- تاریخچه سلول سوختی.. ۷
فصل دوم. ۱۰
تئوری و عملکرد کلی سلول‌های سوختی.. ۱۰
۲-۱- تعریف سلول سوختی.. ۱۱
۲-۲- سلول واحد ۱۲
۲-۲-۱- اساس کار سلول واحد. ۱۲
۲-۳- توده سلول سوختی ۱۴
۲-۳-۱- توده دو وجهی ـ دو قطبی ۱۴
۲-۳-۲- توده سلول‌های استوانه‌ای ۱۵
۲-۴- سیستم سلول سوختی ۱۶
۲-۵- تجهیزات اصلی سیستم‌های سلول سوختی.. ۱۷
۲-۵-۱- پیش تولید سوخت : ۱۷
۲-۵-۲- منبع هوا : ۱۸
۲-۵-۳- کنترل گرما: ۱۸
۲-۵-۴- کنترل آب : ۱۸
۲-۵-۵- مبدل جریان مستقیم به متناوب : ۱۸
۲-۶- تقسیم بندی سلول های سوختی برحسب نوع الکترولیت… ۱۹
۲-۷- تقسیم بندی برحسب نوع سوخت مصرفی.. ۱۹
فصل سوم. ۲۲
راندمان سلول سوختی.. ۲۲
۳-۱- انرژی آزاد گیبس و پتانسیل نرنست ۲۴
۳-۲ – عملکرد ایدهال ۲۷
۳-۳- موازنه انرژی سلول سوختی.. ۳۰
۳-۴- راندمان سلول سوختی ۳۱
۳-۵- عوامل کاهنده عملکرد مطلوب.. ۳۳
۳-۵-۱- تلفات (قطبش) فعالسازی: ۳۴
۳-۵-۲- تلفات (قطبش) اهمی: ۳۴
۳-۵-۳- تلفات (قطبش) انتقال جرم: ۳۴
۳-۵-۵- قطبش اهمی : ۳۵
۳-۵-۶- تلفات انتقال جرم (قطبش غلظتی) : ۳۶
۳-۶- متغیرهای موثر بر عملکرد سلول سوختی: ۳۷
۳-۶-۱- چگالی جریان : ۳۷
۳-۶-۲- دما و فشار : ۳۹
۳-۶-۳- اثر واکنش دهنده‌ها و ترکیب آنها : ۴۰
فصل چهارم. ۴۳
اجزای سلول سوختی.. ۴۳
۴-۱- الکترودها ۴۴
۴-۱-۱- خصوصیات الکترودها ۴۴
۴-۱-۲- نقش خلل و فرج الکترود در عملکرد سلول‌های سوختی.. ۴۵
۴-۲- انواع الکترودها ۴۶
۴-۳- الکترود در سلول‌های سوختی با عملکرد در دمای پایین.. ۴۶
۴-۳-۱- لایه آب گریز. ۴۶
۴-۳-۲- لایه آب دوست… ۴۷
۴-۴- روش‌های پوشش دادن بستر توسط کاتالیزور ۴۸
۴-۵- عملکرد منفی واکنش‌دهنده‌ها در اطراف الکترود. ۴۹
۴-۶- مسموم کننده‌های الکترودهای حاوی فلزات بی‌اثر. ۵۰
۴-۷- الکترود در سلول های سوختی با عملکرد در دمای بالا. ۵۲
۴-۷-۱- الکترودهای سلول های سوختی کربنات مذاب.. ۵۲
۴-۷-۱-۱- آند. ۵۲
۴-۷-۱-۲- کاتد. ۵۳
۴-۷-۱-۳- ساخت الکترودهای سلول های سوختی کربنات مذاب.. ۵۳
۴-۷-۲- الکترود سلول های سوختی اکسید جامد. ۵۴
۴-۷-۲-۱- بهینه سازی آند در سلول سوختی اکسید جامد. ۵۴
۴-۸- الکترولیت… ۵۵
۴-۸-۱- رسانایی الکترولیت… ۵۵
۴-۸-۲- انواع الکترولیت سلول های سوختی.. ۵۶
۴-۸-۲-۱- الکترولیت پلیمری یا غشای پلیمری با خاصیت تبادل پروتون.. ۵۶
۴-۸-۲-۲- ترکیبات بکاررفته در غشای پلیمری.. ۵۶
۴-۸-۲-۳- خصوصیات غشای پلیمری.. ۵۶
۴-۸-۲-۴- مرطوب نگه داشتن غشای پلیمری.. ۵۷
۴-۹- الکترولیت مایع در سلول های سوختی.. ۵۸
۴-۱۰- خصوصیات ماتریس نگهدارنده الکترولیت مایع. ۵۹
۴-۱۱- الکترولیت اسیدی (اسید فسفریک) ۶۰
۴-۱۲- ماتریس در سلول های سوختی اسید فسفریک… ۶۱
۴-۱۳- الکترولیت در سلول های سوختی کربنات مذاب.. ۶۲
۴-۱۴- ماتریس در سلول های سوختی کربنات مذاب.. ۶۲
۴-۱۵- الکترولیت درسول های سوختی قلیایی.. ۶۳
۴-۱۶- ماتریس در سلول های سوختی قلیایی.. ۶۳
۴-۱۶-۱- مراحل ساخت ماتریس آزبست: ۶۳
۴-۱۶-۲- مزایای ماتریس فوق.. ۶۴
۴-۱۷- الکترولیت در سلول های سوختی اکسید جامد. ۶۴
۴-۱۸- کاهش الکترولیت در سلول سوختی دارای الکترولیت مایع و ماتریس متخلخل.. ۶۵
۴-۱۹- توده سلول.. ۶۸
۴-۱۹-۱- اجزای تشکیل دهنده توده سلول.. ۶۸
۴-۱۹-۲- صفحه های دوقطبی جداکننده واحدهای سلول سوختی در توده سلول.. ۶۹
۴-۱۹-۲-۱- طراحی صفحه های دوقطبی.. ۶۹
۴-۱۹-۲-۲- مواد سازنده صفحه های دوقطبی.. ۷۲
۴-۱۹-۳- تجهیزات جانبی توده سلول.. ۷۲
۴-۱۹-۳-۱- چندراهه. ۷۲
۴-۱۹-۳-۲- تنظیم کننده دما و فشار ۷۳
۴-۱۹-۴- قاب سلول.. ۷۴
فصل پنجم. ۷۸
انواع سلول سوختی.. ۷۸
۵-۱- سلول‌های سوختی پلیمری.. ۸۱
۵-۱-۱- ساختمان سلول‌های سوختی پلیمری.. ۸۱
۵-۱-۲- اساس کار سلول‌های سوختی پلیمری.. ۸۲
۵-۱-۳- تنظیم آب و عملکرد سلول‌های سوختی پلیمری.. ۸۳
۵-۱-۴- رساندن هوا و اکسیدان به سلول های سوختی پلیمری.. ۸۴
۵-۱-۵- دمای عملکرد سلول های سوختی پلیمری.. ۸۴
۵-۱-۶- بازدهی توان و انرژی سلول های سوختی پلیمری.. ۸۵
۵-۱-۷- تأثیر عوامل متغیر روی عملکرد سلول های سوختی پلیمری.. ۸۶
۵-۱-۷-۱- اثر دما بر عملکرد سلول‌های سوختی پلیمری.. ۸۶
۵-۱-۷-۲- اثر فشار بر عملکرد سلول‌های سوختی پلیمری.. ۸۶
۵-۱-۸- توده سلول‌های سوختی پلیمری.. ۸۶
۵-۱-۹- سوخت در سلول‌های سوختی پلیمری.. ۸۷
۵-۱-۱۰- مزیت های سلول‌های سوختی پلیمری.. ۸۷
۵-۱-۱۱- معایب سلول‌های سوختی پلیمری.. ۸۸
۵-۱-۱۲- کاربردهای سلول‌های سوختی پلیمری.. ۸۸
۵-۲- سلول‌های سوختی قلیایی.. ۸۸
۵-۲-۱- ساختمان سلول‌های سوختی قلیایی.. ۸۹
۵-۲-۲- اساس کار سلول‌های سوختی قلیایی.. ۹۰
۵-۲-۳- اجزای جانبی سلول‌های سوختی قلیایی.. ۹۱
۵-۲-۴- سوخت در سلول‌های سوختی قلیایی.. ۹۲
۵-۲-۵- تأثیر عوامل متغیر بر عملکرد سلول‌های سوختی قلیایی.. ۹۲
۵-۲-۵-۱- تأثیر فشار بر عملکرد سلول‌های سوختی قلیایی.. ۹۲
۵-۲-۵-۲- اثر دما بر عملکرد سلول‌های سوختی قلیایی.. ۹۳
۵-۲-۵-۳- اثر ترکیب گازهای واکنش دهنده بر عملکرد سلول‌های سوختی قلیایی.. ۹۳
۵-۲-۵-۴- تأثیر تغییر چگالی جریان بر عملکرد سلول‌های سوختی قلیایی.. ۹۳
۵-۲-۶- مزایای سلول‌های سوختی قلیایی.. ۹۴
۵-۲-۷- معایب سلول‌های سوختی قلیایی.. ۹۴
۵-۲-۸- مزایای سلول های سوختی قلیایی نسبت به سلول های سوختی پلیمری.. ۹۴
۵-۲-۹- نمونه هایی از کاربردهای سلول‌های سوختی قلیایی.. ۹۵
۵-۳- سلول‌های سوختی اسید فسفریک… ۹۶
۵-۳-۱- ساختمان سلول‌های سوختی اسید فسفریک… ۹۶
۵-۳-۲- اساس کار سلول‌های سوختی اسید فسفریک… ۹۸
۵-۳-۳- تأثیر عوامل متغیر بر عملکرد سلول‌های سوختی سوختی اسید فسفریک… ۹۹
۵-۳-۳-۱- اثر تغییرات فشار بر عملکرد سلول‌های سوختی اسید فسفریک… ۱۰۰
۵-۳-۳-۲- اثر تغییرات دما بر عملکرد سلول‌های سوختی اسید فسفریک… ۱۰۰
۵-۳-۴- توده سلول‌های سوختی اسید فسفریک… ۱۰۰
۵-۳-۵- مزایای سلول‌های سوختی اسید فسفریک… ۱۰۱
۵-۳-۶- معایب سلول‌های سوختی اسیدفسفریک… ۱۰۱
۵-۳-۷- کاربرد سلول‌های سوختی اسید فسفریک.. . ۱۰۱
۵-۴- سلول‌های سوختی کربنات مذاب.. ۱۰۲
۵-۴-۱- ساختمان سلول‌های سوختی کربنات مذاب.. ۱۰۲
۵-۴-۲- اساس کار سلول‌های سوختی کربنات مذاب.. ۱۰۳
۵-۴-۳- سوخت در سلول‌های سوختی کربنات مذاب.. ۱۰۵
۵-۴-۴- توده سلول‌های سوختی کربنات مذاب.. ۱۰۷
۵-۴-۵- تأثیر عوامل متغیر بر عملکرد سلول‌های سوختی کربنات مذاب.. ۱۰۷
۵-۴-۵-۱- اثر دما روی عملکرد سلول‌های سوختی کربنات مذاب. . ۱۰۷
۵-۴-۵-۲- تأثیر فشار روی عملکرد سلول های سوختی کربنات مذاب.. ۱۰۷
۵-۴-۵-۳- تأثیر ترکیب گازهای واکنش دهنده برعملکرد سلول های سوختی کربنات مذاب.. ۱۰۸
۵ -۴- ۶- مزایای سلول های سوختی کربنات مذاب.. ۱۰۹
۵-۴-۷- معایب سلول های سوختی کربنات مذاب.. ۱۰۹
۵-۴-۸- کاربردهای سلول های سوختی کربنات مذاب.. ۱۱۰
۵-۵- سلول های سوختی اکسید جامد. ۱۱۰
۵-۵-۱- ساختمان سلول های سوختی اکسید جامد. ۱۱۱
۵-۵-۲- اساس کار سلول های سوختی اکسید جامد. ۱۱۱
۵-۵-۳- انواع سلول های سوختی اکسید جامد. ۱۱۳
۵-۵-۴- تأثیر عوامل متغیر بر عملکرد سلول های سوختی اکسید جامد . ۱۱۴
۵-۵-۴-۱- تأثیر دما بر عملکرد سلول های سوختی اکسید جامد. ۱۱۴
۵-۵-۴-۲- تأثیر فشار بر عملکرد سلول های سوختی اکسید جامد. ۱۱۵
۵-۵-۴-۳- تأثیر ترکیب سوخت و ناخالصی بر عملکرد سلول های سوختی اکسید جامد. ۱۱۵
۵-۵-۵- توده سلول سوختی اکسید جامد لوله ای.. ۱۱۵
۵-۵-۶- توده سلول سوختی اکسید جامد مسطح.. ۱۱۶
۵-۵-۷- سوخت در سلول های سوختی اکسید جامد. ۱۱۷
۵-۵-۸- مزایای سلول های سوختی اکسید جامد. ۱۱۸
۵-۵-۹- معایب سلول های سوختی اکسید جامد. ۱۱۸
۵-۵-۱۰- کاربردهای سلول های سوختی اکسید جامد. ۱۱۸
۵-۵-۱۱- توسعه فن آوری سلول های سوختی اکسید جامد و آینده آن.. ۱۱۹
نتیجه گیری: ۱۲۰
منابع : ۱۲۱
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل(۱-۱): مقایسه میزان انتشار اکسیدهای نیتروژن.. ۵
شکل(۱-۲): نمونه‌ای از یک اصلاح گر در سیستم سلول سوختی.. ۶
شکل(۱-۳): سیکل ترکیبی توربین گاز و سلول سوختی.. ۷
شکل(۲-۱): نمایه‌ای از یک سلول سوختی.. ۱۲
شکل(۲-۲): اساس کار سلول واحد سوختی.. ۱۳
شکل(۲-۳): وضعیت قرارگیری یک سلول واحد سوختی در توده سلول.. ۱۴
شکل(۲-۴): سلول سوختی استوانه‌ای.. ۱۶
شکل(۲-۵): پیل سوختی استوانه‌ای.. ۱۶
شکل(۲-۶): خلاصه ای از تجهیزات زیر مجموعه ای(sub-system) لازم برای سیستم PEFC و SOFC.. 17
شکل(۲-۷): فرآیندهای اصلی در نیروگاه سلول سوختی.. ۱۹
شکل(۳-۱): تابعیت دمایی پتانسیل ایدهال سلول سوختی(H2/O2 Fuel Cell Ideal Potential) 29
شکل(۳-۲): نمودار ولتاژ ـ جریان سلول سوختی واقعی وایده‌ال.. ۳۴
شکل(۳-۳): رابطه توان – ولتاژ ۳۸
شکل(۴-۱): نمایی از ماتریس الکترولیت… ۵۹
شکل(۴-۲): نمایی از یک سلول سوختی با مخزن تزریق الکترولیت به داخل ماتریس…. ۶۶
شکل(۴-۳): نمایی از توده سلول با ماتریس نگهدارنده الکترولیت… ۶۷
شکل(۴-۴): نمای ایزومتریک از یک توده سلول مجاری انتقال دهنده الکترولیت… ۶۷
شکل(۴-۵): صفحه های انتقال دهنده سوخت و اکسیدان.. ۶۸
شکل(۴-۶): صفحه های جمع کننده جریان و انتقال دهنده سوخت و اکسیدان (صفحه های دوقطبی جداکننده) ۶۹
شکل(۴-۷): سلول سوختی غشا- الکترود با صفحه های جداکننده ۷۰
شکل(۴-۸): سطح صفحه جداکننده در تماس با آند. ۷۰
شکل(۴-۹): سطح صفحه جداکننده در تماس با کاتد. ۷۰
شکل(۴-۱۰): مجموعه ای از چند سلول سوختی که با هم سری شده اند. ۷۱
شکل(۴-۱۱): شکل توده سلول مسطح.. ۷۲
شکل(۴-۱۲): توده سلول سوختی.. ۷۳
شکل(۴-۱۳): قاب سلول.. ۷۵
شکل(۴-۱۵): صفحه انتهایی توده سلول سوختی.. ۷۶
شکل( ۴-۱۶): نمای جانبی توده سلول.. ۷۷
شکل(۵-۱): اساس کار سلول سوختی پلیمری.. ۸۳
شکل(۵-۲): اساس کار سلول‌های سوختی قلیایی به صورت.. ۹۱
شکل(۵-۳): اساس کار سلول سوختی اسید فسفریک… ۹۹
شکل(۵-۴): اساس کار سلول‌های سوختی کربنات مذاب.. ۱۰۴
شکل(۵-۵): تبدیل سوخت داخلی به صورت مستقیم وغیر مستقیم. ۱۰۶
شکل (۵-۶): برش عرضی سلول سوختی اکسید جامد لوله ای (TSOFC) 112
شکل(۵-۷): اتصال سلول های اکسید جامد لوله ای.. ۱۱۴
این پایان نامه با آیین نامه نحوه نگارش و تدوین پایان نامه تهیه شده و آماده ارائه میباشد.
دیدگاه ها