Вентилятор пламени с водой: Операционные PEM топливных элементов с сухим каналы
Топливные элементы имеют томят инженеров, более века, как эффективные устройства, которые непосредственно преобразовывать химическую энергию в электрическую энергию, но они были ограничены для специфических целей. Полимерные мембраны электролитов (PEM) топливные элементы, в частности, привлекли к себе внимание в транспортной отрасли, потому что они работают на скромные температурах и не влекут за агрессивной жидкости электролитов.
Управление водными ресурсами представляет собой проблему для эффективного функционирования клеток PEM топлива: низкая относительная влажность результаты в странах с низким током и жидкой воды вызывает флуктуации тока.
Большинство клеток PEM топлива используют змеевик картины течения распространять реагентов. Они достижения устойчивого операции увлажнения корма при сохранении высокого реагирующего газа Расходы, приведенные в толчок жидкой воды из топливных элементов. Тем не менее, это требует увлажнителей для подачи водорода и восстановления / системы рециркуляции в сточных водах.
Для упрощения неприятная проблема водопользования, системы подачи топлива было реинжиниринга и вода используется для производства autohumidify мембраны. Стандартный змеевик картина течения был заменен открытым пленума - создание эквивалент смешения реактора (STR). Это изменило смешивания partem от вытеснения в змеевик дизайн хорошо перемешанных в STR. Топлива STR PEM ячейки текущего зажигается одна время закачки воды в топливный элемент для увлажнения мембраны, после текущего зажигания, топливного элемента autohumidified работает для тысяч часов.
клеток Autohumidifed топлива несколько стационарных состояний аналогично пламени. В пламени, экспоненциальный рост скорости реакции с температурой воспламенения причин. В топливном элементе, мембрана увеличивает проводимость экспоненциально С и относительной влажности, что приводит к воспламенению топлива текущей ячейки. Несколько стационарных состояний в результате баланса генерации и водоотведения. Как показано на рисунке, кривая воды поколения sigmodial и пересекаются в трех точках по линии водоотведения. Пересечения государственной прокаливают (большой ток), потушен состояния (нулевого тока), а также критическое состояние, необходимое для воспламенения топливных элементов тока.
В пробах ячейки плагин расход топлива реактора построили для имитации традиционных змеевик дизайн, топливных элементов, всегда должна гаснуть после сухого корма были использованы - без осевого смешивания, сушки перед погасил текущие от входа к выходу. Пламя распространяется фронтах за счет теплопроводности и конвекции, в то время как текущие фронты распространяются в топливных элементов за счет диффузии и конвекции, а backmixing это необходимо для поддержания высокой скорости реакции. Используя STR конструкция топливных элементов, работа с сухих кормов до 130С, была достигнута.
Дизайн STR может использовать тяжести в целях содействия устранению жидкой воды. Ориентируемся на топливных элементах по вертикали и ликвидации вогнутых поверхностей создает канал-менее самостоятельно крылом PEM топливных элементов, который работает с сухих кормов и не наводнение. Источник менее тяжести с помощью потока дизайн может контролировать мощность зависит от температуры (температуры не было бы необходимости) с 100% использование топлива.
Японские автопроизводители также признали важность топлива реактор клетки. Honda FCX на топливных элементах транспортного средства подвиги тяжести для оказания помощи в дренаж воды. Toyota запатентовала дизайн топливных элементах аналогичные описанному здесь, что снижает потребность кормить увлажнения. Лучше инженерных конструкций может быть столь же важны для топливных элементов развития новых катализаторов и полимерных мембран.
Джей Бензигер
Принстонский университет
