本研究主要研究對象為中溫固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell SOFC)系統，在結合不同類型之陽極尾氣回收(Anode Off-Gas Recycle AGR)模組下，比較陽極尾氣回收對於系統電效率之影響。其中，陽極尾氣回收模組可細分為高溫陽極回收與低溫陽極回收，透過分析兩系統在電堆燃料使用率、陽極回收率與空氣燃料比等不同的操作條件下的熱電效率之差異，並利用熵增原理與可用能分析各組件不可逆之能量損失，進一步分析各組件對於系統熱電效率之影響權重，並且於論文最終提出優化設計之系統設計，達到改善與提升系統效率之?效。 為了進行一系列系統數值模擬與計算，本文透過熱力學法進行系統能量傳遞之計算並搭配第二定律熵與?分析，探討SOFC系統各組件之性能變化。根據數值計算之結果可知，在相同的陽極回收率、電堆燃料使用率與空氣燃料比時，高溫陽極回收SOFC發電系統的電效率皆比低溫陽極回收系統來得高，最高電效率值為63 35%。 在熵增與可用能方面，高溫陽極回收系統SOFC的熵增率較低溫陽極回收系統低一些，因此在高溫陽極回收系統有較好的可用能效率。並且可以得知組件的出入口溫差、化學反應與對外界熱傳皆會影響熵增率，尤其燃燒室入出口溫差過大時，對於熵增率的影響最大。 本文除了前述進行陽極尾氣回收系統進行效率與可用能分析外，也針對陽極尾氣回收系統進行優化設計，進而提出利用甲烷二氧化碳重組方式，將甲烷與二氧化碳部分轉換成一氧化碳與電堆所需的氫氣，除了提高3%進入電堆的氫氣濃度與氫氣流量增加10%，使電堆增加發電量與發電效率達58 63%，亦可減少進入電堆之碳氫燃氣濃度，進而避免電堆碳沉積，提升系統壽命。 最後，為了有效地利用系統剩餘尾氣，透過結合氣渦輪機與有機朗肯循環之複合發電系統以提升系統之整體效率，其整體系統效率分別提升了10%與6%左右。
Enhancing Thermal and Electrical Efficiency of Integrated Hybrid SOFC Systems
宏儒, 林. (Author). 2020
學生論文: Doctoral Thesis