بهبود عملكرد و كاهش حجم سامانه خنك‌كاري در پيل‌هاي سوختي پليمري دما پايين با استفاده از نانو‌سيال

Improving Performance and Decreasing of Cooling System Volume in Low Temperature PEM Fuel Cell Using Nanofluid

مديريت صحيح گرما يكي از معضلات اساسي در پيل هاي سوختي بوده كه بايد به نحوي مرتفع گردد. عملكرد پيل در دماهاي بالا باعث خشك شدن غشاء، افزايش مقاومت اهمي پيل، انقباض و گسيختگي غشاء و در دما هاي پايين باعث كاهش نرخ واكنش ها، ولتاژ، راندمان، توان خروجي و همچنين باعث ميعان آب و وقوع پديده غرقابگي در سمت كاتد مي گردد. افزايش توان در پيل هاي سوختي با افزايش تعداد پيل ها در يك استك پيل سوختي همراه است. با افزايش توان گرماي توليد شده در استك افزايش مي يابد كه نيازمند دبي بالاي سيال خنك كاري براي دفع حرارت توليد شده است. افزايش دبي با افزايش حجم سيستم خنك كاري، افزايش توان مصرفي پارازيتي و در نتيجه كاهش راندمان در استك همراه است. در اين مقاله استفاده از نانوسيال به عنوان راهكاري براي حل اين مشكل معرفي مي شود و اثر آن بر كاهش توان پارازيتي مورد بررسي قرار مي گيرد. نتايج نشان داده است كه با استفاده از مخلوط آب و 2 درصد نانوذره اكسيد آلومينيم در رينولدز 6000 خواهيم توانست اختلاف دماي تمامي نقاط را نسبت به ورودي كمتر از 5 درجه نگه داريم. اين در حالي است كه براي سيال پايه بايد حداقل رينولدز جريان به 9000 برسد.

Correct heat management is one of the major problems in fuel cells that should be somehow solved. The performance of the cell at high temperatures causes the membranes to dry, increasing ohmic resistance of cell, shrinking and rupture of membranes and at low temperatures decrease the reaction rate, voltage, efficiency, output power, as well as condensation of water and occurrence of flooding at the cathode side. Increasing power in fuel cells associated with increasing the number of cells in a fuel cell stack. By increasing power, high flow rate of the cooling fluid is required to dissipate more generated heat. Increasing cooling flow rate increases the volume of the cooling system, parasitic power and reduces the efficiency of the stack. In this paper, using of nanofluids as an approach to solving this problem is presented and its effect on reducing the parasitic power is investigated. The results showed with using mixture of water and 2% volume fraction of Al2O3, at Re=6000 the temperature difference of all parts of flow field compare to inlet is smaller than 5℃. At the case that base fluid is used, this goal achieved at Re=9000.