بهبود عملکرد و کاهش حجم سامانه خنک ‌کاری در پیل‌های سوختی پلیمری دما پایین با استفاده از نانو‌سیال

مدیریت صحیح گرما یکی از معضلات اساسی در پیل‌های سوختی بوده که باید به نحوی مرتفع گردد. عملکرد پیل در دماهای بالا باعث خشک شدن غشاء، افزایش مقاومت اهمی پیل، انقباض و گسیختگی غشاء و در دما‌های پایین باعث کاهش نرخ واکنش‌ها، ولتاژ، راندمان، توان خروجی و همچنین باعث میعان آب و وقوع پدیده غرقابگی در سمت کاتد می‌گردد. افزایش توان در پیل‌های سوختی با افزایش تعداد پیل‌ها در یک استک پیل سوختی همراه است. با افزایش توان گرمای تولید شده در استک افزایش می‌یابد که نیازمند دبی بالای سیال خنک‌کاری برای دفع حرارت تولید شده است. افزایش دبی با افزایش حجم سیستم خنک‌کاری، افزایش توان مصرفی پارازیتی و در نتیجه کاهش راندمان در استک همراه است. در این مقاله استفاده از نانوسیال به عنوان راهکاری برای حل این مشکل معرفی می‌شود و اثر آن بر کاهش توان پارازیتی مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج نشان داده است که با استفاده از مخلوط آب و 2 درصد نانوذره اکسید آلومینیم در رینولدز 6000 خواهیم توانست اختلاف دمای تمامی نقاط را نسبت به ورودی کمتر از 5 درجه نگه داریم. این در حالی است که برای سیال پایه باید حداقل رینولدز جریان به 9000 برسد تا این اختلاف دما برقرار باشد.

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

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.