试析质子交换膜燃料电池气体增湿过程研究

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1、天津大学硕士学位论文质子交换膜燃料电池气体增湿过程研究姓名：周歌申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：王宇新2001.6.1摘要质子交换膜燃料电池(PBVIFC)是一种连续供给燃料，使之与氧化剂发生反应将化学能直接转化为电能的装置，具有能量密度高、稳定性好、清洁无污染等优点。为了防止P邮c失水，因此对燃料气与氧化剂的增湿尤为重要。目前对PI狮"C增湿形式的传热、传质过程行为研究较少，特别是针对增湿器内传热、传质过程影响因素的研究。本论文分别对鼓泡法增湿，中空纤维膜组件增渤越行了研究。在鼓泡法增湿中，考察了有关过程变量对增湿过程中传热传质效果的影响，发现气体出口温度、湿度与气体

2、流量，液体温度，塔内液层高度及孔板孔径有关。f对于不同孔径的孑L板，在低液位下，气体出口温度、湿度与孔板孔径相关：在高液位时，由于气泡的聚并和破裂作用起主导地位，气体出口温度、湿度与孔板孔径关系不显著。液体温度的升高对向气体的传热、传质是有利的，在高液温下，气体出口温度、湿度更接近平衡，随温度的升高，传热、传质推动力增大，比相界面积增加，传质传热过程加强。通过热质衡算方程，回归计算了气膜体积传质系数圯口，气膜体积传热系数hG口，发现鼓泡塔在低液位下操作时，kGa较大：在高液位下操作时，由于气泡的聚并程度总是大于破裂程度以及液体涡流的影响，塔内液体体积利用率下降，七G口较小。利用非

3、线性最小二乘法建立了kGa．hGa与各影响因素的关联式，对实验过程进行了模拟计算，计算、结果基本反映了正确的趋势。卜‘芍“。，对中空纤维膜组件增湿，考察了过程变量，包括气体流量、液体流量、气液相间压差和组件长度对增湿效果的影响。f结果表明水份的传质通量随气体流量的增加而增t大；随着液体流量的增加，气液相间的传热传质推动力增强，气体出口的温度、湿度相应升高；当气液相间的平均压差(p气一P液)变化小于膜孔中附加压力卸cr时，相间的传热传厕丑程几乎不发生变化：同时过分地增加膜组件的长度会使平均水份传质通量减小，降低了膜组件的利用率，但可以提高气体出口的温度和湿度，另外还建立了膜增湿过程

4、的数学模型，对实验过程进行了模拟计算，计算结果基本能够反映正确的趋势，通过对实验数据的回归，获取了适用的膜结构参数。}4a一一关键词：质子交换膜燃料电池，增

5、{!显，湿度，鼓泡，中空纤维组件AbstractProtonexchangemembranefuelcellisadevicethatdirectlyconvertschemicalenergyintoelectricenergythroughchemicalreaction．AdvantagesofPEMFCincludehighenergydensity、goodstabilityandnonpollution．Fort

6、hepurposeofpreventionfromdehydrationofPEMFC，itisimportanttohumidifythefuelgasandoxidant．Inpresentstudy,repotsoftheheatandmasstransferinhumidificationprocessesislimited，especiallyonaffectingfactorsofmassandheattransferinhumidifier．Inthispaper,humidificationbybubblingandhollowfibermembraneisstu

7、died．Theresearchofhumidificationbybubblinghasrevealedthevariationsofgastemperature．humidityatoutletwitllvariousfactors硒thegasflowrate,liquidtemperature，theheightofliquidinthecolumnandthediameterofholesonhumidificationporousplate．Underconditionofthesmallheightofliquid，thediameterofholesisthema

8、infactor,andunderthelargeheightofliquid，thediameterofholeshaslittleinfluenceontheoutletgastemperatureandhumidityduetotheincreasingcoalescencesandbreaksofbubbles．Theincreasingofliquidtemperatureacceleratesthemassandheattransfer．Gastemperaturea