燃料電池系統(tǒng)綜述

燃料電池其原理是一種電化學(xué)裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負(fù)兩個(gè)電極(負(fù)極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是名符其實(shí)的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機(jī)器。電池工作時(shí)，燃料和氧化劑由外部供給并進(jìn)行反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。

文獻(xiàn)[1]主要介紹了質(zhì)子交換膜燃料電池的預(yù)測與健康監(jiān)測;文獻(xiàn)[2]對一種高效率的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行了介紹；文獻(xiàn)[3]對基于與斯特林發(fā)動機(jī)集成的固體氧化物燃料電池的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的評估和優(yōu)化進(jìn)行了介紹；文獻(xiàn)[4]對燃料電池和儲能系統(tǒng)相關(guān)的知識進(jìn)行了介紹；文獻(xiàn)[5]針對改進(jìn)的PEM燃料電池系統(tǒng)采用了級聯(lián)堆疊和基于噴射器的再循環(huán)操作；文獻(xiàn)[6]對乘用車聚合物電解質(zhì)膜燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行了生命周期評估；文獻(xiàn)[7]介紹了混合動力可再生能源氫燃料電池能量系統(tǒng)的優(yōu)化和整合；文獻(xiàn)[8]介紹了一種可再生能源和能源儲存系統(tǒng)；文獻(xiàn)[9]介紹了質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)、模型及節(jié)能；文獻(xiàn)[10]主要介紹了一種用于高效發(fā)動機(jī)-混合動力燃料電池系統(tǒng)的低溫?zé)o反應(yīng)熱源的甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化器的熱設(shè)計(jì)。

1　質(zhì)子交換膜燃料電池預(yù)測與健康監(jiān)測[1]

燃料電池技術(shù)可以追溯到1839年，當(dāng)時(shí)英國科學(xué)家William Grove爵士發(fā)現(xiàn)氫氣和氧氣反應(yīng)可以發(fā)電。然而，由于目前的科技水平，燃料電池仍然不能與內(nèi)燃機(jī)競爭，盡管它們具有零碳排放在內(nèi)的許多優(yōu)點(diǎn)。與氫氣相比，化石燃料更便宜并且具有非常高的體積能量密度。此外，以液體的形式儲氫仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。另一個(gè)重要的特點(diǎn)是燃料電池的壽命長，因?yàn)樗鼈兊哪陀眯?，可靠性和可維護(hù)性。

預(yù)測利用工程系統(tǒng)可持續(xù)性方面的新興技術(shù)通過故障預(yù)防、可靠性評估和剩余的有用壽命進(jìn)行估算。預(yù)測和健康監(jiān)測可以提高燃料電池系統(tǒng)的耐用性，同時(shí)在可靠性和可維護(hù)性方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。本文主要介紹了質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）預(yù)測和健康監(jiān)測的最新技術(shù)，旨在確定這些領(lǐng)域的研究和發(fā)展機(jī)會，燃料電池堆的結(jié)構(gòu)見圖1。本文還強(qiáng)調(diào)了將PEMFC的預(yù)測和失效模式、機(jī)理和效應(yīng)分析（FMMEA-Failure Modes,Mechanisms and Effects Analysis）與其他非清潔能源解決方案進(jìn)行比較的重要性，以使其具有持續(xù)的競爭優(yōu)勢。

圖1　燃料電池堆工作原理和零部件

隨著對FMMEA的更好理解，故障模型可以進(jìn)一步發(fā)展并整合到全球模型中，以實(shí)現(xiàn)更可靠的預(yù)測預(yù)報(bào)。為了改善PEMFC的預(yù)期壽命、效率和可維護(hù)性，PEMFC的控制系統(tǒng)策略可以基于這個(gè)全局模型。因此，設(shè)計(jì)人員和制造商之間的合作對于在健康監(jiān)測和預(yù)測方面的共享信息和數(shù)據(jù)至關(guān)重要。因此，對PEMFC堆疊系統(tǒng)的健康監(jiān)測和預(yù)測研究和開發(fā)至關(guān)重要，從而使無排放PEMFC技術(shù)可成為未來發(fā)電的真正可行的替代方案。

2　高效率的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的開發(fā)[2]

高溫燃料電池系統(tǒng)的整體效率可以利用未反應(yīng)的燃料和來自系統(tǒng)廢氣的熱能來提高。甲烷蒸汽（MSR）反應(yīng)也可使用陽極廢氣（AOG）中的大部分蒸汽來進(jìn)行反應(yīng)。在這項(xiàng)研究中，一種新型SOFC系統(tǒng)已經(jīng)被開發(fā)出來。目前已經(jīng)選擇噴射器取代了再生式鼓風(fēng)機(jī)作為AOG的再循環(huán)裝置，同時(shí)陰極鼓風(fēng)機(jī)已被替換為渦輪增壓器。為了驗(yàn)證所提出的系統(tǒng)的效率增強(qiáng)，提出了另外兩個(gè)參考系統(tǒng)，并且使用Aspen Plus比較了它們的效率。

為了更準(zhǔn)確地估計(jì)系統(tǒng)性能，使用Fortran?子程序?qū)⒓傠娀瘜W(xué)SOFC模型和一維噴射器模型結(jié)合到系統(tǒng)模型中。為了確定所提出的系統(tǒng)的最佳運(yùn)行方案，通過改變操作參數(shù)（例如外部重整比率，燃料利用率等）來將其性能與另外兩個(gè)參比系統(tǒng)的性能進(jìn)行比較。目前，已經(jīng)進(jìn)行了三個(gè)系統(tǒng)的靈敏度分析，用以確定與系統(tǒng)效率有關(guān)的主要操作參數(shù)。由于AOG的重用，所提出的系統(tǒng)的電效率通常高于普通情況的電效率。然而，在某些操作條件下由于高燃料利用率和高ER比導(dǎo)致的系統(tǒng)廢熱不足，有可能低于普通情況。

所提出系統(tǒng)的電效率和熱效率之間的差異是三個(gè)系統(tǒng)中最低的，這意味著所提出的系統(tǒng)燃料發(fā)熱值的發(fā)電功率是三個(gè)系統(tǒng)中最高的。然而，所提出系統(tǒng)的系統(tǒng)效率是由于添加燃料重量的改變而發(fā)生變化，使得燃料利用率的受到嚴(yán)重的影響。該研究可以為SOFC獨(dú)立系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行優(yōu)化提供有效的見解。

3　基于斯特林發(fā)動機(jī)集成的固體氧化物燃料電池的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的評估和優(yōu)化[3]

化石燃料的使用是導(dǎo)致溫室氣體排放和全球變暖最重要的原因之一。這主要是與有關(guān)能源需求量的不斷增加和化石燃料（不可再生能源）的長期稀缺是密切相關(guān)的。在低效率能源系統(tǒng)中使用高成本能源通常是不合理的也是不可取的，所以尋求熱電聯(lián)產(chǎn)的新技術(shù)不僅能夠提高系統(tǒng)效率，還能減少化石燃料的使用。在這些創(chuàng)新技術(shù)中，高溫固體氧化物燃料電池（SOFC）作為清潔能源的主要驅(qū)動技術(shù)是熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）系統(tǒng)的一種十分有前途的選擇。

固體氧化物燃料電池通過電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。由于SOFC中的移動部件和機(jī)械部件很少，因此不會產(chǎn)生噪音和振動，從而維護(hù)成本低和有應(yīng)用潛力。此外，SOFC可以使用各種燃料，包括天然氣甚至一氧化碳（CO）。與其他系統(tǒng)（如內(nèi)燃機(jī)）相比，它們釋放的CO2，SOx和NOx等污染物含量相對較低。本文從能量和可用能量的角度分析了基于甲烷供給的固體氧化物燃料電池（SOFC）與斯特林發(fā)動機(jī)集成的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。通過改變四個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)參數(shù)來研究對系統(tǒng)性能的影響：電流密度、SOFC入口溫度、壓縮比和再生器效率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)聯(lián)合系統(tǒng)的能效為76.32%，比同等條件下的獨(dú)立型SOFC裝置提高了約24.61%?？紤]到可用能效率是唯一的目標(biāo)函數(shù)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著SOFC入口溫度的升高，熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的可用能量效率上升到最優(yōu)值56.44%，然后下降。第二定律分析還表明，空氣熱交換器對所有系統(tǒng)部件的可用能損耗率最高，發(fā)動機(jī)的冷卻水也可以滿足小型家庭的供暖需求。

4　燃料電池和儲能系統(tǒng)[4]

歐盟在2020年制定的目標(biāo)已經(jīng)引起了大家對電力管理的巨大關(guān)注，從可持續(xù)生產(chǎn)角度，研究和開發(fā)基于可再生能源的新生產(chǎn)技術(shù)。然而，儲存可再生能源仍然是開發(fā)基于可再生能源的新技術(shù)的主要挑戰(zhàn)。主要的儲能技術(shù)可以分為：

（1）磁系統(tǒng)：超導(dǎo)磁儲能；

（2）電化學(xué)系統(tǒng)：電池、燃料電池、超級電容器；（3）水電系統(tǒng)：水泵；

（4）氣動系統(tǒng)：空氣壓縮機(jī)；

（5）機(jī)械系統(tǒng)：飛輪；

（6）熱系統(tǒng)：熔鹽、水或油加熱器。

本文介紹了采用蛇形流板設(shè)計(jì)的質(zhì)子交換膜燃料電池和儲能系統(tǒng)。調(diào)查旨在探索燃料電池的最佳運(yùn)行溫度，同時(shí)探究濕度和大氣壓等參數(shù)對PEM燃料電池一般性能和效率的影響。為了在不同的操作條件下保證單個(gè)堆疊和生成5個(gè)電池堆燃料電池的極化曲線，需要編寫許多代碼。同時(shí)需要分析燃料電池中氫氣和氧氣消耗的詳細(xì)信息以及它們對燃料電池性能的影響。

調(diào)查得出的結(jié)論是，所產(chǎn)生的開路電壓低于文獻(xiàn)中預(yù)測的理論電壓。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，電流或電流密度的增加降低了從燃料電池組中得到的電壓。實(shí)驗(yàn)還清楚地證實(shí)，當(dāng)從燃料電池獲取更多電流時(shí)，在電池的陰極部分也會產(chǎn)生更多的水。因此需要有效的水管理策略以改善燃料電池的性能。其他參數(shù)如堆疊效率和功率密度也從實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

5　改進(jìn)的PEM燃料電池系統(tǒng)[5]

由聚合物電解質(zhì)膜燃料電池（PEMFC）系統(tǒng)驅(qū)動的電動汽車具有零排放流動性，行駛距離長，充電時(shí)間短的特點(diǎn)。氫氣和大氣中的氧氣被電化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生電力、熱量和水。氫氣儲存在高壓罐中，壓力高達(dá)70MPa，并以低壓供應(yīng)給燃料電池。燃料電池供應(yīng)過量的氫氣以防止活性區(qū)域內(nèi)的局部不平衡和燃料不足，而活性區(qū)域內(nèi)的局部不平衡和燃料不足將導(dǎo)致電極快速腐蝕。

在本文中，作者研究了具有級聯(lián)堆棧功能的基于噴射器的氫氣供應(yīng)系統(tǒng)的性能，以便在低負(fù)載操作時(shí)提高噴射器的性能并擴(kuò)展燃料電池系統(tǒng)的操作范圍。首先，介紹了具有設(shè)計(jì)參數(shù)和可變幾何噴射器的燃料電池堆的模型(見圖2)。然后，作者展示用于研究具有級聯(lián)陽極的燃料電池堆的實(shí)驗(yàn)設(shè)置。在結(jié)果部分，作者介紹了設(shè)計(jì)的燃料電池組，可變幾何形狀的噴射器和新的氫氣供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)置的性能。在級聯(lián)燃料電池堆設(shè)計(jì)中，第一級的氫氣流逆向流向空氣和冷卻劑。使用該技術(shù)是因?yàn)殛枠O的低再循環(huán)流導(dǎo)致陽極入口處的濕度較低。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)簡化，不考慮氫氣加濕的選項(xiàng)。在第二階段，所有三種流體都以并流流動。在這個(gè)階段，氫氣在第一階段被加濕，并且在這個(gè)階段的共流是可以接受的。

圖2　燃料電池堆模型和主動循環(huán)系統(tǒng)

在燃料電池輸出功率低時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膬艋呗詠硖幚淼獨(dú)?。采用級?lián)堆疊的新設(shè)計(jì)將穩(wěn)定的燃料電池操作范圍擴(kuò)展到更小的燃料電池電流，從而減小燃料電池的功率輸出。該結(jié)果對于燃料電池和混合動力車輛非常有用，其中需要以最小化電池尺寸輸出小型燃料電池功率。

6　乘用車聚合物電解質(zhì)膜燃料電池系統(tǒng)的生命周期評估[6]

在邁向更加可持續(xù)發(fā)展的社會中，氫燃料電解質(zhì)膜（PEM）燃料電池技術(shù)被視為減少交通運(yùn)輸工具對環(huán)境影響的絕佳機(jī)會。然而，與諸如電池電動車輛（BEV）等替代綠色汽車相比，決策者面臨著生產(chǎn)燃料電池車輛（FCV）帶來的一定環(huán)境后果的挑戰(zhàn)。和更傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車輛（ICEV）相比，在這項(xiàng)工作中，作者提出了一個(gè)FCV的綜合生命周期評估（LCA），重點(diǎn)關(guān)注其生產(chǎn)階段，并與BEV和ICEV的生產(chǎn)階段進(jìn)行比較。

表1　參數(shù)靈敏度分析研究

在制造階段，F(xiàn)CV庫存從催化劑層到氫罐，對燃料電池組和燃料電池系統(tǒng)的一些關(guān)鍵部件（如設(shè)備平衡和氫氣罐）進(jìn)行了靈敏度分析，以證明材料和庫存模型的不同假設(shè)(見表1)。與其他兩種車輛動力源的生產(chǎn)相比，燃料電池車輛的生產(chǎn)過程對于環(huán)境影響的要求更為嚴(yán)格，這主要是由于氫氣罐和燃料電池堆對于反應(yīng)環(huán)境的要求較高。但是，通過結(jié)合每個(gè)組件的敏感性分析結(jié)果-最佳情況顯示，與基準(zhǔn)FCV情景相比，F(xiàn)CV的氣候變化影響因素有可能減少25%。

降低與制造燃料電池車輛相關(guān)的環(huán)境影響是當(dāng)前一個(gè)重要的挑戰(zhàn)。同時(shí)，還考慮了整個(gè)生命周期的評估，并對FCV、電動車輛和傳統(tǒng)柴油車輛的制造、使用和處置進(jìn)行了比較。總的來說，ICEV的全球變暖潛能最高，這主要是由于使用階段和與柴油相關(guān)的化石燃料碳排放量有關(guān)。

7　混合動力可再生能源氫燃料電池能量系統(tǒng)的優(yōu)化和整合[7]

目前，發(fā)電是減少二氧化碳排放量的最佳替換方式?？梢灶A(yù)見的是氫能技術(shù)在未來將實(shí)現(xiàn)通過使用可再生能源替代化石燃料，同時(shí)將全球變暖控制在2攝氏度的情景中發(fā)揮重要的作用。

燃料電池電動車輛的電力轉(zhuǎn)換將進(jìn)一步增加對低碳發(fā)電的需求。為了成功過渡到可再生能源經(jīng)濟(jì)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)能源系統(tǒng)的方法只能達(dá)到與技術(shù)（容量，可用性，可靠性）和經(jīng)濟(jì)性（投資回報(bào)率，對消費(fèi)者的成本）相關(guān)的目標(biāo)，然而需要更為全面的發(fā)展，比如解決環(huán)境問題和社會問題的其他目標(biāo)。目前情況下的優(yōu)化是在給定的一組情況下獲得最佳結(jié)果，并且受到技術(shù)性限制的行為。

從能源系統(tǒng)利益相關(guān)者的角度來看，優(yōu)化可以被看作是根據(jù)環(huán)境和限制條件,從資源中獲得最佳的結(jié)果，從包括能源和金融在內(nèi)的承諾資源中獲得最佳結(jié)果。在最簡單的層面上，RES(Renewable Energy System)中優(yōu)化過程的主要輸出是一個(gè)系統(tǒng)中每個(gè)組件的大?。芰亢?或功率容量）的規(guī)格，其配置是預(yù)先確定的。在更復(fù)雜的層面上，還可以通過系統(tǒng)組件的一組可能配置（例如微電網(wǎng)總線類型的選擇）來進(jìn)行優(yōu)化，包括由系統(tǒng)控制器實(shí)施的實(shí)時(shí)重新配置（例如通過電力路由能量或氫、或兩者）。正確的組件尺寸是實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行系統(tǒng)的關(guān)鍵，該系統(tǒng)可以滿足其技術(shù)和非技術(shù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，但尺寸選擇與組件配置的選擇密切相關(guān)。

8　可再生能源和能源儲存系統(tǒng)[8]

第八屆可持續(xù)能源和環(huán)境保護(hù)國際會議是A.G.Olabi教授于2004年成立的系列SEEP會議的一部分，在過去的幾年中已發(fā)布了7個(gè)專題，會議編輯在許多出版物中做出了貢獻(xiàn)主要包括可再生能源和環(huán)境問題：氫和燃料電池，生物燃料，太陽能和空氣污染和環(huán)境問題。在以前的SEEP會議上發(fā)表了許多文章,發(fā)表文章涵蓋所有可再生能源和環(huán)境主題。主要的主題是：氫能和燃料電池開發(fā)、電動汽車、風(fēng)能和規(guī)劃問題、光伏和太陽能、生物能源、替代能源和環(huán)境問題、管道換熱器及相關(guān)燃料效率和環(huán)境保護(hù)。

論文主要研究開發(fā)了一種獨(dú)特的三維計(jì)算流體動力學(xué)電化學(xué)模型，將開孔泡沫材料作為流動板，將其與雙通道流動板和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，在質(zhì)子交換膜燃料電池中的材料中研究作為傳統(tǒng)流動板的替代物的應(yīng)用。

使用相同的膜電極組件和操作參數(shù)，檢查模擬模型，包括氫氣和氧氣分布以及水分活度。分析了模型和實(shí)驗(yàn)得到的IV曲線，并對結(jié)果進(jìn)行了討論。該模型通過將仿真IV曲線結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較來驗(yàn)證，并且識別了模型限制。結(jié)果表明，與雙通道燃料電池相比，開孔多孔泡沫材料流動板在燃料電池中可以從入口到出口更均勻地分配氫氣和氧氣，在模擬和實(shí)驗(yàn)運(yùn)行中均優(yōu)于雙通道燃料電池。

9　質(zhì)子交換膜燃料電池節(jié)能技術(shù)[9]

電動汽車需要燃料電池以達(dá)到環(huán)保和高度節(jié)能的目的。本文回顧了關(guān)于車用PEMFC應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問題。它還討論了車輛PEMFC膜結(jié)構(gòu)與電極性能之間的關(guān)系。在汽車振動臺上研究了機(jī)械振動對動態(tài)響應(yīng)的影響。

PEMFC是涉及膜材料、聚合物、電化學(xué)、界面、熱力學(xué)和納米能源的復(fù)雜系統(tǒng)之一。由于車輛PEMFC的連續(xù)運(yùn)行，如果設(shè)備產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)釋放，其內(nèi)部溫度會逐漸升高，車輛PEMFC的強(qiáng)度、效率和輸出電壓均會降低。因此，聚合物薄膜的熱力學(xué)和界面效應(yīng)應(yīng)該受到關(guān)注，這是PEMFC技術(shù)的核心。在負(fù)極和正極之間是聚合物質(zhì)子交換膜，H+移動到負(fù)極反應(yīng)并產(chǎn)生水(見圖3)。在電動汽車的重負(fù)荷下，內(nèi)部電流密度增加，它加強(qiáng)了電化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生更多的水。此時(shí)，如果沒有排水，則負(fù)極會被淹沒，正常的電化學(xué)反應(yīng)會被破壞，從而導(dǎo)致PEMFC失效。

圖3　PEMF納米級膜中水的生成機(jī)理

效率是反映燃料電池發(fā)動機(jī)（FCE）性能的重要因素。評估效率應(yīng)該考慮FCE的效率特性和常見工作條件。本文根據(jù)駕駛循環(huán)分析了FCE在實(shí)際工況下的輸出功率，得出了四個(gè)效率評估點(diǎn)及其加權(quán)值。然后，使用評分函數(shù)將四個(gè)評估點(diǎn)的效率值轉(zhuǎn)換成分?jǐn)?shù)。將得分乘以它們的加權(quán)值并將它們相加，我們可以得到效率屬性的總體分?jǐn)?shù)，該方法能合理客觀地評價(jià)FCE的效率性能。本文對FCE效能評估進(jìn)行探索性研究，并基于評分方法評估FCE效率績效。根據(jù)駕駛循環(huán)，分析FCE在實(shí)際工況下的輸出功率，得出FCE的四種主要運(yùn)行模式?？紤]到FCE效率的測試方法及其性能，我們得到了四個(gè)效率評估點(diǎn)及其權(quán)重。然后用適當(dāng)?shù)脑u分函數(shù)來評價(jià)評價(jià)點(diǎn)。將分?jǐn)?shù)乘以它們的權(quán)重并將它們加在一起，就可以得到FCE效率的總體分?jǐn)?shù)。

10　用于高效發(fā)動機(jī)-混合動力燃料電池系統(tǒng)的低溫?zé)o反應(yīng)熱源的甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化器的熱設(shè)計(jì)[10]

在混合燃料電池系統(tǒng)中，貧燃料陽極廢氣需要通過額外的發(fā)電或利用熱能來加熱輔助設(shè)備來提高系統(tǒng)效率是非常有用的。在這項(xiàng)研究中，混合動力系統(tǒng)的熱能首先用于均質(zhì)充量內(nèi)燃機(jī)的額外動力，然后供應(yīng)給外部轉(zhuǎn)化器加熱。與其他混合燃料電池系統(tǒng)不同，由于其低溫特性，利用來自發(fā)動機(jī)廢氣的熱能是非常困難的。

本研究是與“100kW級高溫燃料電池發(fā)動機(jī)混合動力系統(tǒng)工程技術(shù)開發(fā)”合作項(xiàng)目開展的。在該項(xiàng)目中，開發(fā)了一種由固體氧化物燃料電池和均質(zhì)充量內(nèi)燃機(jī)組成的混合動力系統(tǒng)。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)排出的氣體熱能將外部甲烷轉(zhuǎn)化成甲烷的某些部分或者轉(zhuǎn)化為氫氣時(shí)，分析表明整個(gè)系統(tǒng)的效率可以提高。發(fā)動機(jī)耗盡的外部重整器是用計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行分析的。本研究不集中于催化劑的性能，而是關(guān)注以發(fā)動機(jī)排出的廢氣作為熱源的外部甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化器的實(shí)際性能。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模擬模型，并研究了徑向和縱向溫度分布對甲烷轉(zhuǎn)化率的影響。還利用蒸汽-碳比（SCR）、熱源流量和幾何變化分析了重整反應(yīng)特性。

這項(xiàng)研究主要集中在外排甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化器的發(fā)動機(jī)排氣的計(jì)算分析，計(jì)算模型通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并進(jìn)行參數(shù)研究。結(jié)果表明，縱向和徑向的溫度均勻性對于甲烷轉(zhuǎn)化效率至關(guān)重要。另外，甲烷轉(zhuǎn)化率也取決于管側(cè)傳熱的性能。當(dāng)甲烷總流量固定時(shí)，甲烷轉(zhuǎn)化率顯示出隨著蒸汽與碳比（SCR）的增加而平衡。最后，靈敏度研究表明，傳熱面積和反應(yīng)器長度是蒸汽重整發(fā)動機(jī)排出氣體的主要參數(shù)。

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