Macroscopic Model of Solid Oxide Fuel Cell Stack for Integrating in a Generator Simulation

International audienceThis paper presents a macroscopic model of solid oxide fuel cell (SOFC) with the aim to perform a simulation of the whole generator. Three sub-models have been developed to take into fluidic, thermal and electrical phenomena. The fluidic sub-model is based on an equivalent circuit based on electrical analogy. Pressure drops in channels are modelled by resistances and the fluid accumulation in the volume is modelled by capacitor. Each electrode compartment (channel+electrode) is represented by two resistances and one capacitor. We have used this model to calculate the pressure at the catalytic sites and gas flows at fuel cell input and output. The electrical response is based on the classical Nernst potential equation, activation, ohmic and concentration overvoltages. The thermal modelling is based on a (2D) nodal network. Two aspects are studied in this article (conduction and the convection heat transfer). Results have been validated on a 5 cell stack

Caractérisation numérique et expérimentale en phase transitoire d'une sonde de température dans une enceinte close sous vide et à la pression atmosphérique

Ce travail présente les résultats numériques et expérimentaux concernant une sonde de température pour les mesures en écoulements gazeux instationnaires. La sonde de température, développée au laboratoire, est constituée d'un microthermocouple en couche mince intégré dans une gaine céramique introduite dans une vis. Les applications concernent les transferts de chaleur pariétaux rencontrés dans les écoulements oscillants de gaz chauds tels que ceux rencontrés dans les moteurs à combustion interne

Analyse thermodynamique des humidificateurs d'air pour piles à combustible PEM

Bien que pleines de promesses quant au remplacement de certains de nos systèmes actuels de production d'électricité, les piles à combustible à membranes échangeuses de protons nécessitent l'utilisation de certains organes auxiliaires complexes et énergivores. Parmi ceux-ci, l'humidificateur de gaz est un des plus importants. En l'état actuel de la technologie, il est en effet indispensable au fonctionnement optimal d'une pile PEM, mais peut parfois peser lourd sur le rendement global du système dans son ensemble. Nous présentons ici une analyse thermodynamique générale d'un système de ce type, en vue d'une compréhension plus complète et d'une optimisation future de celui-ci

Development and Validation of a 3-D Analytical Fluidic Model in Cartesian Coordinates for a Magnetic Refrigeration Application

International audienceThis paper focuses on the development and validation of athree-dimensional (3-D) analytical model based on the formalresolution of the incompressible Navier-Stokes equations inCartesian coordinates. This analytical fluidic model calculates theevolution of the fluid flow velocity for various pressure gradientshapes (i.e., square, trapezoidal, ramp, triangle, sinusoidalsignals, etc.), with or without mean value, using Fourier series.The model can consider square and rectangular channels of anydimensions in terms of height, width, and depth. It allows for thestudy of different types of fluid flow and geometries. Theintroduction highlights the significance of analytical modeling,particularly in the context of Magnetic Refrigeration (MR)technologies. The model assumptions and governing equations arepresented. The results obtained from the analytical model arevalidated and show good convergence with those obtained using theCOMSOL Multiphysics® software. The comparison demonstrates a highlevel of agreement between the two models. The analytical modelperforms well in terms of computation time and accuracy. It will becoupled with an analytical thermic model and used to optimizeActive Magnetic Regenerative Refrigeration (AMRR) cycles. Theultimate objective is to determine an optimal pressure gradientevolution in order to maximize heat exchange in a regeneratorchannel

Detailed Analysis of an Endoreversible Fuel Cell : Maximum Power and Optimal Operating Temperature determination

8 pagesInternational audienceProducing electrical work in consuming chemical energy, the fuel cell (FC) is forced by the 2nd law to reject heat to its surrounding. However, as it occurs for any other type of engine, this thermal energy cannot be exchanged in an isothermal way in finite time or through finite areas. As it was already done for various types of systems, including chemical engines, the fuel cell is here studied within the finite time thermodynamics framework. An endoreversible fuel cell is then defined, internally reversible but producing entropy during heat exchanges with its ambiance. Considering usual H2/O2 and H2/air chemical reactions and two different types of heat transfer laws, an optimal value of the operating temperature is highlighted, that corresponds to a potentially maximum produced electrical power. Finally, two fundamentals results are obtained : high temperature fuel cells could extract more useful power from the same quantity of fuel than low temperature ones, but with lower efficiencies ; thermal radiative exchanges between the fuel cell and its surrounding have to be avoided so far as possible, because of their negative effects on optimal operating temperature value. These results emphasized the importance of heat management system of such energy converters, not only for its durability but also for its performances

Systemic design of electrical machines for magnetocaloric refrigeration

International audience<font face="arial, helvetica"&gt<span style="font-size: 13px;"&gtSystemic design of electrical machines for magnetocaloric refrigeration</span&gt</font&g

Efficacités et rendements des systèmes piles à combustible

10 pages, 2 figuresInternational audienceSa nature atypique (moteur à combustion interne “lente" produisant du travail électrique) fait de la pile à combustible un système difficilement comparable à une solution technologique concurrente, formée par exemple d'un couple moteur thermique/génératrice électrique. Son mode de fonctionnement isotherme complique la confrontation de son efficacité avec celle d'un système thermique usuel fonctionnant entre deux niveaux de températures. Afin de contourner cette difficulté, nous utilisons ici une équivalence entre une pile à combustible idéale et un moteur de Carnot, à laquelle nous ajoutons une production interne d'entropie liée aux surtensions électriques caractéristiques d'une pile à combustible réelle. L'analogie proposée est ensuite traduite sous forme exergétique et permet non seulement une comparaison plus pertinente de la pile avec d'autres solutions énergétiques, mais aussi une mise en évidence de ses qualités énergétiques réelles