جزوه سوخت واحتراق

دانلود پروژه سوخت واحتراق
با عنوان : پیل های سوختی

مقدمه
یکی از موارد مهمی که بشر از ابتدا به عنوان یک چالش اساسی با آن مواجه بوده است یافتن روشهای نوین و پر بازده تبدیل انرژی سوختها به انرژی قابل استفاده بوده است شاید بتوان اولین تجربه انسان در این راه را ساخت ماشینهای اولیه بخار دانست این ماشینها دارای راندمان بسیار پایین بودند بعد از اختراع موتورهای احتراق داخلی توسط اتو این راندمان نسبتا بهبود یافت و به مرز ۷ % در موتورهای اولیه رسید با پیشرفت علم ترمودینامیک سیکلهای احتراقی بهتری پا به عرصه گذاشتند هر چند برخی از آنها یا قابل اجرا نبودند یا با مشکلات ساخت و تجهیزات پیچیده مواجه بودند. بهترین سیکل حرارتی کاربردی که تا کنون مورد استفاده بشر قرار گرفته است سیکل ترکیبی برایتون – رانکین می باشد که در نیروگاههای حرارتی تولید برق مورد استفاده قرار گرفته است و بازده آن قریب به ۴۵ % می باشد اما امروزه بشر به فن آوری جالب پیل سوختی به عنوان جانشین بسیار مناسب برای موتورهای احتراق داخلی می اندیشد از آنجاییکه این وسیله از سیکل کارنو تبعیت نمی کند و بصورت مستقیم و بواسطه فرآیند الکتروشیمیایی ، انرژی شیمیایی سوخت را به انرژی الکتریکی تبدیل می نماید می توان بسته به نوع سوخت راندمانی بین ۸۰ % برای سوخت هیدروژن خالص و ۳۰ % برای گاز متان داشته باشد.
امروزه پیل سوختی به یک رقیب مناسب برای توربینهای گاز در نیروگاهها ، موتورهای احتراق داخلی در خودروها و باطریها در کامپیوترهای کیفی تبدیل شده است جریان مستقیم تولید شده توسط پیل سوختی را می توان برای کاربردهای الکتریکی بویژه بکارانداختن موتورهای الکتریکی و روشنایی استفاده نمود.
یکی از شیوه های اساسی که تکنولوژی آن در دهه اخیر به سرعت توسعه یافته است استفاده از پیلهای سوختی جهت تأمین همزمان الکتریسیته و حرارت به روش الکتروشیمیایی می باشد در این روش که به عبارتی می توان آن را عمل الکترولیز معکوس قلمداد کرد انرژی شیمیایی ذخیره شده در سوختهای فسیلی بدون احتراق استخراج می گردد این سیستمها در مقایسه با سایر روشها از کارائی زیادی برخوردار بوده و آلودگی بسیار کمی تولید می کند. با توجه به اینکه پیلهای سوختی بصورت شیمیایی برق تولید می کنند خیلی بهتر از احتراق خواهند بود آنها محدودیت قوانین ترمود ینامیک را که واحدهای تولید قدرت مرسوم دارند ندارند بنابراین پیلهای سوختی بازده بسیار بیشتری در تولید انرژی از یک سوخت خواهند داشت همچنین با افزایش هر چه بیشتر بازدهی سیستم می توان اتلاف گرما از بعضی سلولها را مهار کرد.
همانطور که می دانیم در اتومبیل ها وسایل زیادی نظیر کولر، گرم کن، رادیو و … با نیروی مکانیکی تولید شده و یا با باتری داخل اتومبیل تغذیه می شوند. بنابراین اگر در هنگام حرکت از این وسایل استفاده شود مقداری از نیروی موتور صرف تغذیه ی این وسایل می شود. و می توان گفت که استفاده از این وسایل تقریبا مداوم و بی وقفه است. یکی از اولین کاربرد های پیل های سوختی مذکور تامین انرژی لازم برای وسایلی نظیر کولر ، بخاری ، رادیو و … در اتومبیل های سنگین است. در حالتی که اینگونه اتومبیل ها در جا کار نمی کنند بلکه در حال حرکت هستند. زیرا اگر انرژی لازم برای این وسایل در حالت درجا کار کردن از موتور گرفته شود مشکلی به وجود نمی آید. اما اگر اتومبیل در حال حرکت باشد مقداری از نیروی موتور به جای اینکه صرف جلو بردن اتومبیل شود صرف به کار انداختن این وسایل می شود.
۱-۲ پیل سوختی چیست؟
پیل سوختی واحدی است که بوسیله واکنش شیمیایی برق تولید می کند هر پیل سوختی دو عدد الکترود دارد که یکی مثبت و دیگری منفی میباشد که بطور عام کاتد و آند نامیده می شوند واکنشهایی که تولید الکتریسیته می کنند در الکترودها اتفاق می افتد.
همچنین هر پیل سوختی یک الکترولیت دارد که ذرات دارای بار الکتریکی رااز یک الکترود به الکترود دیگر منتقل می کند و یک کاتالیست که انجام واکنش در الکترودها را تسریع می کند .
هیدروژن سوخت اصلی است ولی پیلهای سوختی به اکسیژن نیز نیاز دارند یکی از مزیتهای بزرگ پیلهای سوختی تولید الکتریسیته با ایجاد حداقل آلودگی میباشد بیشتر اکسیژن و هیدروژنی که در تولید الکتریسیته بکار میرود در نهایت با ترکیب شدن با یکدیگر تولید آب می کنند.
یک پیل سوختی ساده تولید مقدار کوچکی از جریان برق ( DC ) می کند در عمل بسیاری از پیلهای سوختی بصورت یک سری سوار می شوند.
پیلهای سوختی بر چند گونه اند که هر کدام دارای فرآیند شیمیایی خاص خود می باشند پیلهای سوختی بسته به نوع الکترولیت آنها دسته بندی می گردند که هر کدام از آنها برای کاربرد خاصی مناسب می باشد.
پیل سوختی در واقع یک وسیله الکتروشیمیایی است که بطور مداوم انرژی شیمیایی یک سوخت را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند ( اکسیداسیون سوخت ) یک پیل سوختی، سوخت و اکسید کننده را در الکترودهای جداگانه دریافت کرده و انرژی شیمیایی اضافی را به جریان الکتریسیته مستقیم تبدیل می نماید پیلهای سوختی سریع و تمییز بوده و محصول جانبی آنها آب دی اکسید کربن و گاهی نیتروژن می باشد.
در باتری ها الکترود ها در طول شارژ یا دشارژ دچار تغییر شیمیایی می شوند. اما در پیل سوختی از آنجا که الکترود ها کاتالیزور هستند دچار تغییر شیمیایی نمی شوند.

ادامه مطلب