مطالعه پارامتري عملكرد مرطوب‌ساز غشايي براي پيل سوختي غشا پليمري

A parametric study of the performance of a membrane humidifier for PEM fuel cell

مرطوب‌سازي بهينه گازهاي واكنشگر پيل سوختي غشا پليمري تاثير بسزايي در عملكرد آن دارد. در اين مطالعه، يك مدل تحليلي از مرطوب‌ساز غشايي براي پيل سوختي غشا پليمري ارايه و تاثير دبي ها، فشارها و دماهاي ورودي مرطوب‌ساز بر عملكرد آن بررسي شده است. به اين منظور، با نوشتن معادلات حاكم شامل: معادلات انتقال آب در غشا و قانون بقا انرژي در مرطوب‌ساز، يك دستگاه معادلات غير خطي تشكيل شده كه به روش تكرار، با استفاده از برنامه نويسي فرترن حل شده است. در هر مرحله، دماهاي خروجي، نرخ انتقال آب ازغشا، رطوبت نسبي و نقطه شبنم خروجي گاز خشك محاسبه و تحليل شده اند. هر چه اختلاف نقطه شبنم ورودي سمت مرطوب و خروجي سمت خشك كمتر باشد، عملكرد مرطوب‌ساز بهتر است. نتايج نشان مي دهد افزايش دبي ورودي سمت خشك، سبب افت عملكرد اما افزايش دبي ورودي در سمت مرطوب سبب بهبود عملكرد مرطوب‌ساز مي شود. با افزايش فشار ورودي كانال خشك، عملكرد مرطوب‌ساز بهتر مي شود؛ در حالي كه فشار ورودي سمت مرطوب اثر قابل توجهي بر عملكرد آن ندارد. بررسي تاثير دما نشان مي دهد پيش گرم كردن گاز خشك ورودي ضروري به نظر نمي رسد و استفاده از گاز مرطوب سردتر عملكرد مرطوب‌ساز را بهبود مي بخشد.

An optimum humidification of the reactant gases of proton exchange membrane (PEM) fuel cell extremely affects its performance. Here, an analytic model of a membrane humidifier for PEM fuel cell is proposed where the effect of mass flow rates, inlet temperatures and pressures are investigated. The governing equations: water transfer equation and the law of conservation of energy in whole humidifier are written, which form a Non-linear system of equations, solved through FORTRAN software. At each stage, the outlet temperatures, the water transfer rate, relative humidity and the dew point at dry side outlet are calculated and discussed. The closer the dry side outlet dew point to the wet side inlet dew point, leads to the better humidifier performance. The results show that an increase in mass flow rate at dry side inlet leads to the weaker humidifier performance; while, an increase in mass flow rate at wet side inlet leads to the better performance. An increase in the pressure at dry side inlet enhances humidifier performance; while, the pressure at wet side inlet does not affect significantly on humidifier performance. Here, preheating the dry gas is not essential and use the cooler wet gases recommended.