Modelling of thermal and water management in automotive polymer electrolyte membrane fuel cell systems
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2014
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: ABDULRAZZAK AKROOT
Danışman: Özgür Ekici
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Polimer membran elektrolit (PEM) yakıt hücreleri yüksek güç yoğunlukları, düşük çalışma sıcaklıkları (60℃ - 80℃ arası) ve düşük çevresel kirlilikleri nedeniyle otomotiv uygulamaları için umut verici güç kaynaklarındandır. Membranı nemli tutarak yüksek proton iletkenliğini sağlamak, polimer membran elektrolit yakıt hücresi malzemelerinin dayanıklılığı ve yakıt hücresinin çalışma sıcaklığının kabul edilir sınırlar altında kalması için uygun su ve termal yönetim gerekmektedir. Sistemin güç çıktısı, üretilen su ve ısı miktarı ve sistem verimliliği ile ilgili olarak bilgi sağlamak; ve böylece en iyi su ve termal yönetim koşullarına ulaşmak amacıyla genel bir hesaplama yöntemi geliştirilmiştir. Bu tezde araç hızı, çalışma basıncı gibi değişkenlerin sistem bileşenlerinin boyutları, ısı ve su oluşumu, yakıt tüketimi ve verimlilik üzerindeki etkilerini anlamak üzere 90 kW PEM yakıt hücreli bir otomotiv sistemi için sistem düzeyinde, sıfır-boyutlu bir termodinamik model geliştirilmiştir. Ek olarak, güç çıkışı ve sistemin güç kayıpları 1.5 atm ve 3 atm olarak iki farklı çalışma basıncında incelenmiştir. Yakıt hücresi sisteminin modellenmesi MATLAB'da gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, 10km/saat ile 140 km/saat hız aralığında, 1.5 atm ve 3 atm çalışma basınçları için farklı sistem yapılandırmalarının gerekli olduğunu göstermektedir. Sonuçların açıkça gösterdiği üzere katodun çıkışındaki su miktarı çalışma basıncı ve hava stokiometri oranından etkilenmektedir. Yüksek çalışma basıncı nemlendirme için ihtiyaç duyulan su miktarında azalmaya neden olmaktadır. Buna karşılık, düşük çalışma basıncında, katot çıkışındaki su miktarı tepkiyenleri nemlendirmek için yetersiz kalmakta ve gerekli sıvı suyu sağlamak üzere egzozdaki su buharını yoğuşturmak için katot çıkışında bir kondensatör gerekmektedir. Sonuçlar ayrıca göstermiştir ki, yüksek çalışma basıncı radyatörde daha yüksek miktarda atık ısıya neden olmakta ve dolayısıyla radyatör boyutu büyümektedir. Anahtar Kelimeler: Polimer membran elektrolit yakıt hücresi, ısıl analiz, su yönetimi.