固体酸化物形燃料電池モジュール (SOFC)
固体酸化物形燃料電池モジュールとは?
 燃料電池は、化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換する環境にやさしい電気化学発電装置です。燃料電池のメーカーは、費用効率が高く、信頼性を備えた、高性能な装置を開発するという課題に直面しています。数値流体力学(CFD)はエンジニアがより品質の高い燃料電池を設計するのを手助けする強力なツールとなっています。ANSYS Fluentのユーザーは、固体酸化物形燃料電池（SOFC）のモデル化にあたって新たに強力なオプション機能を利用できるようになりました。 |
数学モデル
 固体酸化物形燃料電池（SOFC）モジュールは、流路および多孔質媒体のアノード電極とカソード電極における流体の流れ、熱輸送、物質移動等を記述して数値モデルを構築し、電解質、電極、気体化学種の界面で起きる電気化学反応をモデル化します。最後に、多孔質電極と固体導電性領域の電流と電位場を数値的に記述します。SOFCモジュールは、多孔質媒体のポアのねじれや空隙率に基いて、多くの多孔質媒体の性質がガス拡散速度へ与える影響を考慮します。さらに、本モジュールはスタックに配置された任意の数のセルを考慮できます。 |
機能
ANSYS Fluent用に開発されたSOFCモジュールは、次のような重要な機能を備えています
- 燃料はH2 またはH2 とCO が利用可能
- 電気化学的性質は、Nernst の電位およびButler-Volumer の式に基づきモデル化
- 導電性領域の電場、電流を計算可能
- 接触抵抗を考慮可能
- シフト反応を考慮可能
- 内部改質を考慮可能
- 多孔質領域で孔のねじれを考慮可能
- 並列処理可能
- 不連続メッシュ使用可能
- UDF によりカスタマイズ可能
- 入力：電圧または電流のいずれか利用可能
SOFCモジュール概要
 SOFC モジュールは、ANSYS Fluent の化学種輸送と熱輸送を考慮する計算と連携して動作します。化学種と温度のデータがSOFCモジュールに引き渡されると、SOFC モジュールは渡されたデータを使用して電解質の密度、セル電圧および熱流束を計算します。この情報がANSYS Fluent に戻されると、化学種と温度場が更新されます。総合的なSOFC モデルは完全にパラメーター化されているので、ユーザーは大規模な産業用SOFC のジオメトリを正確にモデル化できます。 |
電気化学モデル
 H2 とCO の化学反応によって、電解質面での電流密度および電圧分布を場所ごとに予測します。ここでは電解質層が薄いと仮定しますが、ANSYS Fluent シミュレーションでは層を有限厚さの領域で表現することが可能です。電気化学モデルは、活性化過電圧、オーム過電圧、および濃度過電圧による損失を考慮します。 |
電位場モデル
電位場モデルは、SOFC の導電性の固体および多孔質媒体の全領域で電流と電圧を予測します。導電性領域でオーム損失によって発生する熱も予測します。
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