Ekstra çıkışlı ve rezervuarlı bir PEM yakıt hücresi kanalındaki damlacık hareketlerinin VOF yöntemi ile incelenmesi

Abstract

Fosil yakıtlarına alternatif ve temiz enerji arayışında önemli bir konu haline gelen PEM Yakıt Pilleri enerji taşıyıcı olarak hidrojeni kullanmakta ve ürün olarak su çıkarmaktadır. Eğer su PEM’den uzaklaştırılmaz ise madde geçişi ve reaksiyon bölgeleri azalır hücrenin verimliliği düşer. Öte yandan PEM kurutulursa proton geçirgenliği azalır ve yine performans kaybı yaşanır. Dolayısıyla su tahliyesi devamlı ve kontrollü şekilde sağlanmalıdır. PEMFC de su yönetimini sağlamanın bir yolu da kanal geometrisi tasarımını geliştirmektir. Bu çalışmada PEM kanalına eklenmiş ekstra bir çıkışın damlacık hareketine etkisi incelenmiştir. Eklenen çıkışa farklı bağıl basınçlar uygulanarak ve çeşitli durumlar modellenerek HAD analizi, ANSYS Fluent ortamında gerçekleştirilmiştir. İncelenen durumlar sonucunda çıkışa yakın hareketsiz damlacıkların hemen tahliye olduğu, hareket halindeki damlacıkların ise yalnız düşük bağıl basınçlarında ekstra çıkıştan tahliye olduğu saptanmıştır Ayrıca yerçekimi yönünün su tahliyesinde az bir etkisi olduğu gözlemlenmiştir.

PEM Fuel Cell has become an important topic in the search of clean, renewable energy sources. It uses hydrogen as an energy carrier and it produce water and electricity. If the produced water can’t be evacuated from the cell, the transformation across the PEM could be blocked and/or reaction area would be decreased. On the other hand, if the PEM completly dry out, its proton conductivity would be lowered. Therefore, water management with a steady evacuation must be achieved in order to work PEMFC efficiently. One of the ways of achieving such water management is designing flow channels accordingly. In this work the water droplet movement in a PEMFC channel with an extra outlet is investigated with CFD analysis. A water droplet in the channels with two outlets are modelled in ANSYS Fluent, varying one of the outlets pressure, droplet size or the direction of gravitational accelerations in each case. As a result,it is observed that only the stationary droplets which are close to the extra outlet is discharged in no time. Lowering the gage pressure of extra outlet is needed to discharge non-stationary droplets. In addition, little effect of the direction of gravitational acceleration is seen.