Modeling and simulation of high temperature proton exchange membrane fuel cell based cogeneration systems
Yüksek sıcaklıkta çalışan proton değişim membranlı yakıt piline dayalı kojenerasyon sistemlerinin modellenmesi ve simülasyonu
- Tez No: 518834
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CAN ÖZGÜR ÇOLPAN, DOÇ. DR. YILSER DEVRİM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Kimya, Makine Mühendisliği, Energy, Chemistry, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Alternatif enerji, Hidrojen enerjisi, Isı enerjisi, Alternative energy, Hydrogen energy, Heat energy
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Termodinamik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, bir HT-PEMFC sistemi hücre ve sistem seviyelerinde modelleme çalışmaları ile incelenmiştir. İlk olarak, hidrojen ve karbon monoksit içeren gaz karışımı ile beslenen bir HT-PEMFC'nin bir boyutlu, yarı deneysel ve kararlı durumda modeli geliştirilmiştir. Bu modelin bazı parametreleri, farklı Pt yüklemesi ve hücre sıcaklığı değerleri için bir HT-PEMFC üzerinde gerçekleşen deneysel veriler kullanılarak ayarlanmıştır. Bazı önemli parametrelerin (çalışma hücresi sıcaklığı, Pt yüklemeleri, PA yüzdesi ve CO miktarı) yakıt hücresinin performansına etkisi belirlenmiştir. İkinci olarak, bir HT-PEMFC yığını, bir ısı değiştirici ve bir pompa içeren basit kojenerasyon sistemin matematiksel modeli geliştirilmiştir. Bu model kurum içi yapılan deneysel veriler kullanılarak doğrulandıktan sonra, anot stokiyometrik oranın elektriksel ve basit kojenerasyon verimleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Ek olarak, bir vaka çalışmasında her ay için sıcak suyun ortalama sıcaklığı hesaplanır. Son olarak, doğal gazı elektriğe ve ısıya dönüştüren bir kojenerasyon sistemi (HT-PEMFC, SMR, WGS ve brülör içeren) için termodinamik model, enerji ve ekserji analizleri ile geliştirilmekte ve araştırılmaktadır. Bazı kilit parametrelerin (örn. buhar-karbon oranı (SCR), yakıt hücresi çalışma sıcaklığı, anot stokiyometrik oranı ve katot stokiyometrik oranı) sistem performansı üzerindeki (elektriksel verimi, ekserji verimi ve kojenerasyon verimi) etkileri enerji ve ekserji analizleri kullanılarak parametrik olarak incelenmiştir. Kojenerasyon sistemindeki her bir bileşenin ekserji yıkımları da bu parametrelere göre incelenir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, a HT-PEMFC system is investigated through modeling studies at cell and system levels. Firstly, a one-dimensional, semi-empirical, and steady-state model of a HT-PEMFC fed with a gas mixture consisting of hydrogen and carbon monoxide is developed. Some parameters of this model are adjusted using empirical data, which are obtained conducting experiments on a HT-PEMFC for different values of Pt loading and cell temperature. The effects of some important parameters such as operating cell temperature, Pt loadings, percentage of PA, and the amount of CO on the performance of the fuel cell are assessed. Secondly, a mathematical model of a simple cogeneration system, which includes a HT-PEMFC stack, a heat exchanger, and a pump, is developed. After validating this model using an in-house experimental data, the effect of anode stoichiometry ratio on the electrical and simple cogeneration efficiencies are examined. In addition, the average temperature of hot water is calculated for each month in a case study. Finally, the thermodynamic model for a cogeneration system including HT-PEMFC, SMR, WGS, and burner that converts natural gas into electricity and heat is developed and investigated through energy and exergy analyses. The effects of some key parameters, e.g. steam-to-carbon ratio (SCR), fuel cell operating temperature, and anode stoichiometric ratio on the system performance namely electrical efficiency, exergetic efficiency, and cogeneration efficiency are examined parametrically using energy and exergy analyses. The exergy destructions of each component in the cogeneration system are also examined according to these parameters.
Benzer Tezler
- Production of high temperature core-sheath nanofiber proton exchange membranes via electrospinning method
Elektrodokuma yöntemi ile yüksek sıcaklık çekirdek-kılıf nanolif proton değişim membranlarının üretilmesi
SASSAN JAHANGIRI
Doktora
İngilizce
2018
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ELİF ÖZDEN YENİGÜN
- Modelling and simulation of the pem fuel cell on mq1- predator unmanned air vehicle
Mq-1 predator insansız hava aracında pem tipi yakıt pilinin modelleme ve simülasyonu
OSMAN SÖZEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLHAN KOCAARSLAN
- Yakıt pilleri ve bir PEM yakıt pili sisteminin dinamik benzetimi
Fuel cells and dynamic simulation of a PEM fuel cell system
ZEHRA URAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDicle ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BİLAL GÜMÜŞ
YRD. DOÇ. DR. MUHSİN TUNAY GENÇOĞLU
- İnsansız hava araçları için batarya-yakıt hücresi hibrit enerji yönetim sisteminin geliştirilmesi
Development of a battery-fuel cell hybrid energy management system for unmanned aerial vehicles
BARAN KUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ONUR GÜLBAHÇE
- Proton değişim membran yakıt hücrelerinde kullanılan polimerik membranın modellenmesi
Modelling of polymeric membrane used in proton exchange membrane fuel cells
MEHMET FIRAT DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGEN ÜMİT ÇOLAK