Upgrading the low-grade waste heat from alkaline fuel cells via isopropanol-acetone-hydrogen chemical heat pumps

放热反应 火用 余热 余热回收装置 热泵 可用能 热力学 化学 蓄热式换热器 工艺工程 核工程 材料科学 废物管理 热交换器 工程类 有机化学 物理
作者
Huichao Zhu,Houcheng Zhang
出处
期刊:Energy [Elsevier BV]
卷期号:265: 126322-126322 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.energy.2022.126322
摘要

To upgrade the quality of low-grade waste heat, a new coupling system integrating isopropanol-acetone-hydrogen chemical heat pump (IAH-CHP) to alkaline fuel cell (AFC) is proposed. The irreversible losses in the electrochemical and thermodynamic processes are quantitatively analyzed, and the energy and exergy performance indicators of each system component and coupling system are obtained based on the steady-state mathematical models and thermodynamic laws. Numerical calculations show that the achievable peak output power density and its corresponding energy efficiency, exergy destruction rate density and exergy efficiency are, respectively, 70.95%, 25.65%, 30.84% and 25.59% greater than that of the sole AFC. Optimal operation regions for various key performance indicators are obtained. The competitiveness of the proposed system is checked by comparing it with the available AFC-based coupling systems. Furthermore, the effects of operating temperature, temperature of exothermic reaction, molar ratio of hydrogen to acetone in the exothermic reactor before exothermic reaction, reflux ratio, thermodynamic loss composite parameter and IAH-CHP regenerator effectiveness on the coupling system performance are analyzed. The results obtained in this paper may provide some theoretical bases for improving the thermodynamic performance of such practical coupling systems.
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