燃料電池多孔碳板增濕器增濕特性研究.pdf

1、保證燃料電池內(nèi)部水平衡是燃料電池高效率工作的前提之一。在沒有外部增濕的條件下，很難通過調(diào)節(jié)工作參數(shù)維持電池內(nèi)部水平衡，因此需要對(duì)進(jìn)入電堆的氣體進(jìn)行合理的增濕。本文針對(duì)一種新型多孔碳板增濕器，提出了增濕系統(tǒng)布置及增濕器設(shè)計(jì)流程，并對(duì)增濕器增濕過程建立了熱力學(xué)模型，研究了增濕器傳熱傳質(zhì)及增濕性能隨工作參數(shù)和增濕器幾何參數(shù)的變化規(guī)律。
　　 首先，推導(dǎo)出電池增濕需水量計(jì)算公式，分析了各個(gè)工作參數(shù)對(duì)增濕需水量的影響。計(jì)算結(jié)果表明，在相同

2、過量系數(shù)以及增濕要求的條件下，空氣增濕需水量最大，氫氣次之，氧氣需水量最小。燃料電池增濕需水量隨電堆功率和增濕濕度的增大而呈線性增大的趨勢(shì)，隨增濕溫度增大呈指數(shù)型增大的趨勢(shì)，隨氣體壓力的增大而減小。環(huán)境空氣的溫度、濕度對(duì)增濕需水量影響不大。還推導(dǎo)出無增濕條件下電池陰極尾氣濕度的計(jì)算公式，并計(jì)算了各個(gè)工作參數(shù)下電池陰極尾氣濕度，結(jié)果表明電池陰極尾氣濕度在大部分工作條件下大于100％或者小于80％，難以保證電池內(nèi)部水平衡。
　　 其

3、次，以停留-擴(kuò)散時(shí)間比和流道內(nèi)氣體流速為增濕器設(shè)計(jì)依據(jù)，提出了燃料電池氣-氣多孔碳板增濕器設(shè)計(jì)流程，并針對(duì)一個(gè)5kW燃料電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)了燃料電池氣-氣增濕器。
　　 最后，根據(jù)多孔碳板氣-氣增濕器增濕原理和質(zhì)量、能量守恒定律，在一些合理假設(shè)的基礎(chǔ)上建立了增濕器增濕過程熱力學(xué)模型，分析了工作條件以及增濕器幾何尺寸對(duì)增濕器傳熱傳質(zhì)過程及增濕性能的影響。模擬結(jié)果表明，對(duì)于不同的增濕器工作條件，較小的空氣流量、空氣壓力，較高的濕熱尾氣溫度