Abstract
For Solid Oxide Fuel Cells a mathematical model is developed. The characteristic quantities and the three-dimensional temperature, concentration and current density distributions across a stack can be calculated for steady and unsteady state conditions. The model bases on the flat plate concept in cross-, counter- or co-flow. As a fuel a mixture of H{sub 2}, H{sub 2}O, CO, CO{sub 2} and CH{sub 4} can be applied. The model accounts for the internal methane-steam reforming reaction at the anode. In the energy balances the heat conduction, the convective heat transfer and also the heat transfer via radiation are considered by evaluating an effective heat conductivity. The heat exchange between the stack walls and the surroundings via radiation and convection is also accounted for. The influence of different operation conditions is analyzed by a parameter study. The dynamic behaviour of the fuel cell is simulated for the heating-up procedure, the starting-up procedure and for load changes. Finally the effect of the anode gas feed-back is investigated and an example is presented for a co-generation plant with a Solid Oxide Fuel Cell. (orig.) [Deutsch] Fuer oxidkeramische Hochtemperatur-Brennstoffzellen wird ein mathematisches Modell entwickelt, mit dem die charakteristischen Kenngroessen und die dreidimensionalen Temperatur-, Konzentrations- und
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Rechenauer, C, and Achenbach, E.
Three-dimensional mathematical modelling of steady and unsteady state conditions for solid oxide fuel cells; Dreidimensionale mathematische Modellierung des stationaeren und instationaeren Verhaltens oxidkeramischer Hochtemperatur-Brennstoffzellen.
Germany: N. p.,
1993.
Web.
Rechenauer, C, & Achenbach, E.
Three-dimensional mathematical modelling of steady and unsteady state conditions for solid oxide fuel cells; Dreidimensionale mathematische Modellierung des stationaeren und instationaeren Verhaltens oxidkeramischer Hochtemperatur-Brennstoffzellen.
Germany.
Rechenauer, C, and Achenbach, E.
1993.
"Three-dimensional mathematical modelling of steady and unsteady state conditions for solid oxide fuel cells; Dreidimensionale mathematische Modellierung des stationaeren und instationaeren Verhaltens oxidkeramischer Hochtemperatur-Brennstoffzellen."
Germany.
@misc{etde_10122265,
title = {Three-dimensional mathematical modelling of steady and unsteady state conditions for solid oxide fuel cells; Dreidimensionale mathematische Modellierung des stationaeren und instationaeren Verhaltens oxidkeramischer Hochtemperatur-Brennstoffzellen}
author = {Rechenauer, C, and Achenbach, E}
abstractNote = {For Solid Oxide Fuel Cells a mathematical model is developed. The characteristic quantities and the three-dimensional temperature, concentration and current density distributions across a stack can be calculated for steady and unsteady state conditions. The model bases on the flat plate concept in cross-, counter- or co-flow. As a fuel a mixture of H{sub 2}, H{sub 2}O, CO, CO{sub 2} and CH{sub 4} can be applied. The model accounts for the internal methane-steam reforming reaction at the anode. In the energy balances the heat conduction, the convective heat transfer and also the heat transfer via radiation are considered by evaluating an effective heat conductivity. The heat exchange between the stack walls and the surroundings via radiation and convection is also accounted for. The influence of different operation conditions is analyzed by a parameter study. The dynamic behaviour of the fuel cell is simulated for the heating-up procedure, the starting-up procedure and for load changes. Finally the effect of the anode gas feed-back is investigated and an example is presented for a co-generation plant with a Solid Oxide Fuel Cell. (orig.) [Deutsch] Fuer oxidkeramische Hochtemperatur-Brennstoffzellen wird ein mathematisches Modell entwickelt, mit dem die charakteristischen Kenngroessen und die dreidimensionalen Temperatur-, Konzentrations- und Stromdichteverteilungen in einem Zellenblock fuer stationaere und instationaere Betriebsbedingungen berechnet werden koennen. Dem Modell liegt dabei das Flachzellenkonzept mit Kreuz-, Gegen- oder Gleichstromfuehrung zugrunde. Es werden Brenngasgemische mit den Komponenten H{sub 2}, H{sub 2}O, CO, CO{sub 2} und CH{sub 4} betrachtet, wobei das Methan an der Anode ueber eine Methan-Wasserdampf-Reaktion intern reformiert wird. In den Energiebilanzen wird neben der Waermeleitung und dem konvektiven Waermetransport auch der Waermetransport durch Strahlung innerhalb der Zelle mit Hilfe effektiver Waermeleitfaehigkeiten beruecksichtigt. Es wird weiterhin der Waermeaustausch ueber die Aussenflaechen eines Zellenblocks mit der Umgebung ueber Strahlung und Konvektion betrachtet. In einer anschliessenden Parametervariation wird der Einfluss verschiedener Betriebszustaende analysiert. Das instationaere Verhalten der Brennstoffzelle wird fuer Aufheiz-, Anfahr- und Lastwechselvorgaenge simuliert. Abschliessend wird der Einfluss der Anodenabgasrueckfuehrung untersucht und beispielhaft ein Blockheizkraftwerk mit oxidkeramischen Hochtemperatur-Brennstoffzellen vorgestellt. (orig.)}
place = {Germany}
year = {1993}
month = {Apr}
}
title = {Three-dimensional mathematical modelling of steady and unsteady state conditions for solid oxide fuel cells; Dreidimensionale mathematische Modellierung des stationaeren und instationaeren Verhaltens oxidkeramischer Hochtemperatur-Brennstoffzellen}
author = {Rechenauer, C, and Achenbach, E}
abstractNote = {For Solid Oxide Fuel Cells a mathematical model is developed. The characteristic quantities and the three-dimensional temperature, concentration and current density distributions across a stack can be calculated for steady and unsteady state conditions. The model bases on the flat plate concept in cross-, counter- or co-flow. As a fuel a mixture of H{sub 2}, H{sub 2}O, CO, CO{sub 2} and CH{sub 4} can be applied. The model accounts for the internal methane-steam reforming reaction at the anode. In the energy balances the heat conduction, the convective heat transfer and also the heat transfer via radiation are considered by evaluating an effective heat conductivity. The heat exchange between the stack walls and the surroundings via radiation and convection is also accounted for. The influence of different operation conditions is analyzed by a parameter study. The dynamic behaviour of the fuel cell is simulated for the heating-up procedure, the starting-up procedure and for load changes. Finally the effect of the anode gas feed-back is investigated and an example is presented for a co-generation plant with a Solid Oxide Fuel Cell. (orig.) [Deutsch] Fuer oxidkeramische Hochtemperatur-Brennstoffzellen wird ein mathematisches Modell entwickelt, mit dem die charakteristischen Kenngroessen und die dreidimensionalen Temperatur-, Konzentrations- und Stromdichteverteilungen in einem Zellenblock fuer stationaere und instationaere Betriebsbedingungen berechnet werden koennen. Dem Modell liegt dabei das Flachzellenkonzept mit Kreuz-, Gegen- oder Gleichstromfuehrung zugrunde. Es werden Brenngasgemische mit den Komponenten H{sub 2}, H{sub 2}O, CO, CO{sub 2} und CH{sub 4} betrachtet, wobei das Methan an der Anode ueber eine Methan-Wasserdampf-Reaktion intern reformiert wird. In den Energiebilanzen wird neben der Waermeleitung und dem konvektiven Waermetransport auch der Waermetransport durch Strahlung innerhalb der Zelle mit Hilfe effektiver Waermeleitfaehigkeiten beruecksichtigt. Es wird weiterhin der Waermeaustausch ueber die Aussenflaechen eines Zellenblocks mit der Umgebung ueber Strahlung und Konvektion betrachtet. In einer anschliessenden Parametervariation wird der Einfluss verschiedener Betriebszustaende analysiert. Das instationaere Verhalten der Brennstoffzelle wird fuer Aufheiz-, Anfahr- und Lastwechselvorgaenge simuliert. Abschliessend wird der Einfluss der Anodenabgasrueckfuehrung untersucht und beispielhaft ein Blockheizkraftwerk mit oxidkeramischen Hochtemperatur-Brennstoffzellen vorgestellt. (orig.)}
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