燃料电池多孔介质增湿器的研究
质子交换膜燃料电池是一种高效、无污染的动力源,燃料电池工作过程中排气为由水蒸气、氮气、氧气等组成的混合气体,没有任何污染;和其他动力装置相比,燃料电池的能量转换效率更高。因此,燃料电池汽车被认为是具有广泛竞争力的新能源汽车。在质子交换膜燃料电池中,质子交换膜的质子传导率对其性能有着重要的影响。而质子交换膜的含水量直接决定了其质子传导率的大小。如果反应气体未加湿,会造成膜脱水,导致欧姆损失增大并可能造成交换膜损坏。而加湿过度,也会由于水淹等原因造成燃料电池的性能恶化。所以,对燃料电池加湿器和加湿方法的研究,一直是国内外相关研究的热点。 本文研究一种使用多孔介质板的燃料电池增湿器,利用多孔介质板直接将高温高湿的燃料电池排气中的水分传递给供给空气进行加湿,从而可省略给燃料电池供给空气进行增湿用的外部装水装置,从而简化了燃料电池系统。但是增湿过程的机理和各个参数对过程的影响效果尚不明确,因此我们通过建立理论模型,进行模拟分析,并结合模拟实验,来研究透过多孔介质板的水分传递过程。 本文建立了以多孔介质的毛细压力为驱动力的水分移动理论模型,以多孔介质的饱和度和流体的含湿量为变量,对整个过程进行了理论分析。在理论分析的基础上进行了模拟计算,分析了孔隙率、渗透率、导热系数、流道内流体的温度,含湿量,流速对透过多孔介质板的水分和热量移动的影响规律。研究结果表明,多孔介质孔隙率、渗透率对多孔板内饱和度分布的影响不大,因此对水分移动的影响不明显。提高多孔介质板的导热系数可以提高通过多孔介质板的水分传递,这在较低导热系数和较高气体流速条件下表现得尤为明显。 同时,本文还进行了实验研究,研究结果表明,多孔介质板可以很好的进行水分传递,选择合适的多孔介质板能够满足燃料电池对含湿量的要求,降低流速、提高流道入口含湿量可以显著提高透过多孔介质板的水分传递。
燃料电池;多孔介质增湿器;水分传递;导热系数
天津大学
硕士
动力机械及工程
王世学
2013
中文
TM911.4;TM910.3
70
2014-07-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）