A three-dimensional numerical analysis for the molten carbonate fuel cell has been carried out to predict its performance. The Navier-Stokes, energy, and species equations are solved to obtain the velocity, temperature, pressure and concentration distributions in the cathode / anode channel. For a given average current density, the local current density can be uniquely determined by imposing the constant cell-voltage condition. The computed local current density is then used to determine the rate of chemical reaction and heat generation on the reaction surface to satisfy the boundary conditions of species and energy equations. The process is iterative and the solution is assumed to have converged when the cell voltage and the local current density fall within the specified convergence limit. The fuel cell characteristics, such as current density vs. cell voltage and current density vs. efficiency are presented and discussed for various inlet gas temperatures, empirical correlations and geometric shapes.
용융탄산염 연료전지의 성능해석을 위해 3차원 수치해석을 수행하였다. 모멘텀, 에너지, 화학종 방정식 계산을 통해 속도, 압력, 농도 분포를 공기극과 연로극 채널에서 구하였다. 주어진 평균 전류 밀도에 대해서, 국소 전류 밀도는 단위 전지의 일정 전압 가정을 통해 유일하게 결정되어 진다. 이렇게 계산된 국소 전류 밀도는 전극면에서 경계 조건을 만족시키는 화학 반응량과 발열량을 결정하는데 쓰인다. 이런 반복적인 계산을 통하여 평균 전류 밀도와 단위 전압을 적당한 수렴 조건 안에 수렴시킨다. 단위 전압에 대한 국소 전류 밀도의 변화를 보여주는 성능곡선과 효울곡선 등의 연료 전지 특성들을 다양한 유입 가스 온도 조건과 실험적인 상관식, 그리고 형상에 따라 계산을 수행하였다.
