طراحي سازه تقويت كننده سري پيل‌سوختي تحت بارگذاري شوك خارجي

Design of Fuel cell Stack Reinforcing Structure under External Shock Load

پيل‌سوختي يك سيستم الكتروشيميايي است كه انرژي شيميايي سوخت را مستقيما به انرژي الكتريكي تبديل مي‌كند. از لحاظ ساختار مكانيكي، سري پيل‌سوختي از تعدادي صفحه با جنس‌هاي مختلف تشكيل شده است كه تنها به كمك ميله‌هاي مهار به يكديگر متصل شده‌اند. از اينرو، سري‌هاي پيل‌سوختي با تعداد سلول زياد در راستاي عرضي و پيچشي از مقاومت بالايي برخوردار نمي‌باشد. هدف مقاله حاضر طراحي سازه تقويت‌كننده پيل‌سوختي در برابر بارگذاري خارجي ناشي از شوك‌هاي وارده مي‌باشد. براي دستيابي به اين هدف ابتدا پيل‌سوختي به لحاظ توزيع تنش‌هاي دروني مورد بررسي قرار گرفته است. در ادامه، سازه پيل‌سوختي به گونه‌اي ساده‌سازي شده است كه از لحاظ ابعاد هندسي، توزيع جرمي و خواص فركانسي تشابه كاملي با مدل اصلي داشته باشد. سپس كارايي سازه تقويت‌كننده به كمك شبيه سازي اجزاي محدود مورد ارزيابي قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهد كه سازه تقويت‌كننده سطح تنش‌هاي ايجاد شده در پيل‌سوختي بر اثر اعمال شوك را به ميزان مطلوبي كاهش مي‌دهد. علاوه بر اين نيروي تسمه‌هاي سازه تقويت‌كننده بايد در محدوده مشخصي تنظيم گردد. افزايش نيرو يا كاهش نيرو از محدوده‌اي مشخص، كارايي سازه تقويت‌كننده را به شدت كاهش خواهد داد.

Fuel cells are electro-chemical systems that directly convert chemical energy to electrical energy. From mechanical aspects, fuel cell stacks consist of plates with different properties connected by connecting bolt under special internal pressure, therefore they doesn’t have enough strength in lateral and torsional direction. The purpose of this study is to design a reinforcing structure for a fuel cell, which is under shock loads. Doing so, at first, the distribution of the internal stresses of fuel cell is evaluated. Next, fuel cell stack is simplified so that dimensions, mass distribution, and frequency properties are equal to a reference model. Then, the efficiency of the reinforcing structure is evaluated by a finite element simulation method. From the results, it can be seen a desired stress reduction due to the employment of the reinforcing structure. Moreover, the force of the reinforcing structure belts should be regulated in an certain range. Increasing or decreasing out of the certain range can extremely reduce the reinforcing structure efficiency.