View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

196 13 Anhang
13.3 Ergänzungen zu Kapitel 6 (Kühlung)
Berechnung des aktiv abzuführenden Wärmestroms Q ɺ Kühl.
:
Hɺ −Hɺ
'' −Qɺ
− Qɺ
− P 0
Gl. 13.8
'
Konv. Kühl.
el
=
Der über freie Konvektion abgeführte Wärmestrom ergibt sich aus
Konv. α ⋅
außen
( T ' −T
)
Q ɺ = A ⋅ '
Gl. 13.9
Z
U
α bezeichnet den Wärmeübergangskoeffizienten bei freier Konvektion. Die Austrittstemperatur
T '' Z
entspricht der Zelltemperatur. Die äußere Fläche des Stapels, über die mittels freier
Konvektion Wärme abgeführt werden kann, wird vereinfacht berechnet nach:
außen
( b ⋅ h ) + N ⋅l
⋅ ⋅ ( b h )
A = 2 ⋅
2 +
Gl. 13.10
EP
EP
l bezeichnet die Dicke einer Einzelzelle.
Z
EP
Der Enthalpienullpunkt wird bei 25 °C definiert. Für den mit einer Temperatur
Zellstapel eintretenden Enthalpiestrom gilt
⎛
Hɺ
' = ⎜mɺ
'
⎝
mit
mɺ
'
mɺ
'
mɺ
'
H 2
O2
=
H 2O,
g
H 2
O2
⋅c
pH
2
Z
H 2O,
g,
A
O2
O2
i ⋅ A
2 ⋅ F
i ⋅ A
⋅
4 ⋅ F
+ mɺ
'
aktiv
pLuft
H 2O,
g,
K
O2
H 2O,
g
EP
pH
2O,
g
( T ' −25°
C)
H 2O,
g
f , H 2O,
g
T '
Z
in den
aktiv
3
λ
H
⋅
2 Z
⋅ ⋅
H
−
= ⋅ Gl. 13.11
2
= λ
= mɺ
'
N
⋅ N
mɺ
'
+
w
⋅ c
M
⋅ M
+ mɺ
'
⋅c
⎞
⎟ ⋅
⎠
( Faraday
Z
Konstante F
w
O 2
ist der Massenanteil des Sauerstoffs in der Luft.
+ mɺ
'
Wärmekapazitäten. Die Bildungsenthalpie des Wassers ist mit
anoden- und kathodenseitigen Wassermassenstrom gilt
mɺ
'
mɺ
'
H 2O,
g,
A
H 2O,
g,
K
mɺ
'
=
M
H 2
H 2
⎛
⎜
⎜ 1
⋅
⎜ p
⎜
⎝
p
⎛
⎜
⎜
= 0,622 ⋅
⎜
⎜
⎝
p
H 2O,
A
1
p
H 2O,
K
⎞
⎟
⎟
⎟
⋅ M
−1
⎟
⎠
⎞
⎟
⎟ mɺ
'
⎟
⋅
w
−1
⎟
⎠
H 2O
Bei bekanntem Taupunkt der Reaktandengase am Zelleintritt
O2
O2
⋅h
96485
10
As
)
kmol
c
p i
bezeichnet die entsprechenden
h
f H 2O
,
bezeichnet. Für den
T '
Tau,
i
Gl. 13.12
, berechnet sich der
anoden- beziehungsweise kathodenseitige Wasserpartialdruck nach der Antoine-Gleichung: