بررسي عملكرد اضافه كردن لايه‌هاي پخش گاز اطراف غشا مرطوب‌ساز غشايي براي كاربرد پيل سوختي

Investigation of the Humidifier Performance of Adding Gas Diffusion Layers Around Membrane for Fuel Cell Application

به منظور عملكرد بهتر پيل‌هاي سوختي غشاپليمري، نياز به مرطوب‌سازي گازهاي واكنشگر قبل از ورود به پيل است. استفاده از مرطوب‌ساز غشايي تخت با داشتن مزاياي مهمي از قبيل ساختمان سادهو نداشتن قطعه متحرك، براي مرطوب‌سازي گازهاي واكنشگر يكي از بهترين روش‌ها بوده كه در اين مقاله به آن پرداخته شده است. در اين مطالعه پيشنهاد شده به منظور افزايش زمان ماند گازها در دو طرف غشا، لايه‌هاي متخلخل (لايه‌هاي پخش گاز) قرار داده شود. با مدل‌سازي سه بعدي و عددي مرطوب‌ساز، به بررسي اثر قرار دادن لايه‌هاي متخلخل و تأثير خواص اين لايه‌ها بر عملكرد مرطوب‌ساز پرداخته شده است. بدين منظور، ابتدا يك مرطوب‌ساز بدون لايه متخلخل، مدل‌سازي شده و سپس لايه متخلخل در سمت كانال‌هاي مرطوب، سمت كانال‌هاي خشك و دو سمت غشا قرار گرفته‌ شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه بيشترين دماي نقطه شبنم خروجي سمت خشك به ترتيب مربوط به حالت استفاده از لايه‌هاي پخش گاز در هر دو سمت غشا، در سمت خشك، در سمت مرطوب و مرطوب‌ساز بدون لايه پخش گاز مي‌باشد. در همه‌ي حالت‌هاي گذاشتن لايه متخلخل، با افزايش ضريب تخلخل و ميزان نفوذپذيري لايه پخش گاز، نقطه شبنم خروجي سمت خشك افزايش مي‌يابد و عملكرد مرطوب‌ساز را بهبود مي‌بخشد.

Proton exchange membrane fuel cells requires humidification the reactive gases before entering the fuel cell for good performance. Using a planar membrane humidifier with important advantages such as simple building and no moving parts, is one of the best methods to humidification the reactive gases discussed in this paper. In this study, it is proposed to insert porous layers (gas diffusion layers) on both sides of the membrane, to increase the residence time gases. Therefore, by using three-dimensional and numerical modeling of the humidifier, the effect of porous layers and the effect of their properties on the humidifier performance are investigated. For this purpose, a non-porous humidifier is first modeled, and then the porous layer is inserting on the wet side, on the dry channel side, and on two sides of the membrane, and the performance of these models is compared. The results show that the highest dew point temperature of dry side outlet is related to the use of gas diffusion layers on both sides, on the dry side, on the wet side and humidifier without gas diffusion layers respectively. In all cases of laying gas, with increasing porosity coefficient and permeability, dew point increase and improve humidifier performance.