Тел.: +86-18025912990 |Электронная почта: wst01@winsharethermal.com
Вы здесь: Дом » Новости » Блог » Применение тепловых трубок в управлении температурой топливных элементов

Применение тепловых трубок в управлении температурой топливных элементов

Просмотры:0     Автор:Pедактор сайта     Время публикации: 2023-02-01      Происхождение:Работает

Топливный элемент с протонообменной мембраной (PEMFC) использует такие технологии управления теплом, как воздушное охлаждение и жидкостное охлаждение, который может эффективно отводить избыточное тепло от батареи.Однако для привода потока жидкости требуется вспомогательная работа, что, несомненно, снижает общую мощность аккумулятора.Пульсирующая тепловая трубка (PHP) как новое устройство рассеивания тепла может обеспечить эффективное управление температурой в PEMFC благодаря своей компактности, быстрой теплопередаче и отсутствию вспомогательной рабочей поддержки.


Топливные элементы с протонообменной мембраной (PEMFC) считаются наиболее многообещающими кандидатами для транспортных, стационарных, вспомогательных и портативных приложений нового поколения из-за их преимуществ, таких как низкая рабочая температура, высокая удельная мощность, быстрый запуск, переходная способность. , и низкий уровень выбросов.Несмотря на обширные исследования и прогресс в области топливных элементов, все еще существует несколько технических препятствий для их коммерциализации, особенно с точки зрения их долговечности и стоимости.Из-за электрохимических реакций и электрического сопротивления в блоке топливных элементов выделяется большое количество тепла, которое почти эквивалентно выходной электрической мощности, поэтому необходимо осуществлять эффективное управление температурой, чтобы избежать перегрева компонентов и гарантировать благоприятную работу. диапазон температур текущего PEMFC (обычно 60 ~ 80 ℃).Неправильное управление температурным режимом и неравномерное распределение температуры внутри блока топливных элементов могут привести к высыханию электролита (глобальному или локальному) или затоплению электродов, что ухудшает характеристики топливного элемента.С другой стороны, разница температур между PEMFC и температурой окружающей среды очень мала по сравнению с двигателями внутреннего сгорания, поэтому надлежащее управление температурой аккумуляторных батарей PEMFC является очень сложной задачей, особенно когда требуется высокая выходная мощность и высокая плотность мощности.стек автомобильных приложений.

Радиатор с тепловыми трубками

Коммерческое охлаждение ПОМТЭ обычно осуществляется за счет принудительной конвекции воздуха или воды, однако принятый метод воздушного охлаждения расходует значительную часть мощности аккумуляторов и снижает общий запас хода электромобилей.Toyota, например, использует принудительное конвекционное охлаждение для управления температурным режимом, используя около 40 процентов энергии батареи.В мощных батареях ПОМТЭ наиболее широко используется метод жидкостного охлаждения из-за высокого коэффициента теплопередачи, и к настоящему времени проделана большая работа по проектированию параметров поля течения теплоносителя, геометрии каналов охлаждения, разработке альтернативных теплоносителей и системы охлаждения, Это достигается при минимальных дополнительных потерях энергии и равномерном распределении температуры по всей батарее.С развитием технологий PEMFC постепенно миниатюризируется и централизуется.В то же время можно достичь более высокой плотности мощности.Поэтому традиционный метод охлаждения больше не может удовлетворить спрос.Разработка и проектирование более эффективного метода охлаждения стали предметом научных исследований в стране и за рубежом.


Благодаря высокой теплопроводности и отсутствию дополнительных затрат энергии, тепловые трубы может передавать большое количество тепла на значительное расстояние даже при небольшой площади поперечного сечения.Тепловые трубки обеспечивают эффективную и своевременную передачу тепла, генерируемого аккумуляторной батареей, в окружающую среду или использование отработанного тепла, генерируемого топливными элементами.Пульсирующая тепловая трубка (PHP) имеет преимущества небольшого размера, легкого веса, хорошей эффективной теплопроводности и низкого температурного градиента.Использование PHP позволяет добиться более равномерного распределения температуры в ПОМТЭ и, в конечном счете, повысить его производительность за счет устранения недостатков локальных температур.


Структура ПОМТЭ показана на рис. 1 и состоит из биполярных пластин и мембранных электродов.Биполярные пластины собираются по обеим сторонам мембранных электродов для обеспечения газообразных реагентов для электрохимических реакций.Мембранные электроды состоят из двух газодиффузионных слоев, двух каталитических слоев и протонообменной мембраны.

применение тепловой трубы-1

Принцип работы ПОМТЭ заключается в том, что водород и кислород (воздух) подаются к аноду и катоду соответственно.На анодном электроде (АН) водород окисляется и расщепляется на протоны и электроны.Протоны проходят через ФЭУ к катоду, а электроны передаются от анода к катоду через внешнюю цепь.На катодном электроде кислород диффундирует из поля течения к электроду через ГДЛ/МФЛ.Где электроны и протоны объединяются с растворенным окислителем (кислородом) с образованием воды и тепла.Основная электрохимическая реакция топливного элемента выглядит следующим образом.


Формула относится к реакции окисления водорода, которая происходит в анодном электроде.

применение тепловой трубы-6

Формула представляет собой реакцию окисления водорода, протекающую в катодном электроде.

применение тепловой трубы-7

Формула представляет весь процесс реакции.

применение тепловой трубы-8

КПД преобразования энергии топливных элементов составляет около 50%.Это говорит о том, что почти половина энергии будет выделяться в виде тепла во время работы.Основными источниками тепла топливных элементов являются энтропийная теплота реакции (30%), необратимая теплота электрохимической реакции (60%), джоулева теплота омического сопротивления (10%) и скрытая теплота фазового перехода воды.Поток энергии в ПОМТЭ показан на рис. 2.

применение тепловой трубы-2

Количество тепла, выделяемого в блоке топливных элементов, можно определить путем сравнения рабочего напряжения с тепловым нейтральным напряжением или тепловым напряжением отдельных элементов.Этот процесс представлен следующей формулой.

применение тепловой трубы-3

В формуле Q - скорость нагрева.Eth — термонейтральное напряжение топливного элемента, которое представляет собой максимальное напряжение одиночного элемента в предположении, что эффективность передачи топливного элемента достигает 100 %.Vcell – рабочее напряжение.я - плотность тока.Acell – это активная область одной ячейки.


Традиционные тепловые трубки состоят из герметичных трубок с фитильной структурой.После вакуумирования в тепловую трубу вдувается рабочее тело.Под действием тепловложения в конце испарения среда будет нагреваться и испаряться.Из-за небольшой разницы давлений пар достигает конца конденсации и конденсируется в жидкое состояние на конце конденсации.Капиллярная сила, обеспечиваемая поглощающей жидкость структурой сердцевины, возвращает сконденсированную жидкость к испарительному концу для реализации циркулирующего потока рабочей жидкости.Двухфазный циркулирующий поток в тепловой трубе обеспечивает ей хорошую теплопроводность.


Отличается от традиционных тепловых трубок тем, что новый тип тепловых трубок, пульсирующая тепловая труба (PHP или OHP для краткости) представляет собой устройство с высокой теплопроводностью, которое основано на фазовом переходе газ-жидкость внутренней рабочей жидкости для достижения передачи большого теплового потока.Впервые он был предложен японским ученым Акачи в 1990-х годах.

радиатор с тепловыми трубками

Рабочий механизм пульсирующей тепловой трубы заключается в основном в использовании парожидкостной пробки, образованной рабочей жидкостью в трубе.Внутреннее давление изменяется из-за фазового изменения подводимого тепла, что, в свою очередь, вызывает неравномерные колебания рабочей среды в трубе для реализации теплопередачи.Рисунок 3 подробно описывает принцип работы замкнутой пульсирующей тепловой трубы.Пульсирующая тепловая трубка изгибается капилляром, образуя петлеобразную структуру.В соответствии с различными тепловыми границами он делится на три части: конец испарения, конец конденсации и адиабатический конец.Пульсирующая тепловая трубка, находящаяся внутри в вакуумном состоянии, заполняется рабочей жидкостью через заливное отверстие.По капиллярному принципу трение и поверхностное натяжение жидкой рабочей среды и стенки уравновешиваются ее силой тяжести.Поэтому парожидкостные пробки распределяются внутри трубопровода поэтапно.При подводе тепла от испарительного конца пульсирующей тепловой трубы рабочее тело в трубе поглощает тепло и испаряется с образованием пузырьков, которые под действием внутреннего давления постепенно увеличиваются, образуя паровую пробку.По мере того, как давление паровой пробки увеличивается и достигает определенного значения, оно может преодолевать гравитационное и фрикционное сопротивление жидкостной пробки и подталкивать соседнюю жидкостную пробку к концу конденсации, тем самым реализуя теплопередачу.Когда парожидкостная пробка достигает конца конденсации, паровая пробка конденсируется и высвобождает большое количество скрытой теплоты.При этом температура рабочего тела жидкостной пробки также снижается за счет тепловыделения.Наконец, рабочая жидкость реализует пульсирующий циркуляционный поток под совместным действием тепловой движущей силы, поверхностного натяжения, капиллярного сопротивления и силы тяжести.

применение тепловой трубы-4

В настоящее время большинство исследовательских институтов провели больше экспериментов и моделирования с рабочими жидкостями, такими как вода, метанол, этанол, ацетон и несмешивающиеся с кипением рабочие жидкости.Как правило, спирты имеют относительно низкие температуры кипения, относительно высокую скрытую теплоту парообразования и отношения градиентов давления насыщения к температурам.Он работает с функцией быстрого запуска PHP.В условиях высокой мощности нагрева РНГ со смесью может быстро запускаться и достигать стабильного однонаправленного пульсирующего цикла.Наножидкости обладают превосходными физическими свойствами.Очень важно преодолеть капиллярный возврат и способствовать циркуляции жидкости и осцилляции.


Конфигурация стека PEMFC, охлаждаемого PHP, выглядит следующим образом.В стеке 5 аккумуляторных ячеек и PHP.Каждая ячейка батареи зажата между двумя пульсирующими тепловыми трубками (отдельные ячейки обозначены C1-C5), как показано на рисунке 4. Полная ячейка батареи состоит из анодной проточной пластины (AFP), катодной проточной пластины (CFP) и мембранно-электродный узел (МЭА).МЭА включает мембрану, анодный слой катализатора (АКС), анодный газодиффузионный слой (АГДС), катодный каталитический слой (КСЛ), катодный газодиффузионный слой (КГДС).Это одна из жизнеспособных комбинаций PEMFC и FPHP.

применение тепловой трубы-5

Таким образом, PHP имеет преимущества небольшого размера, легкого веса, хорошей эффективной теплопроводности и низкого температурного градиента.Избегая недостатков локальных температур, использование PHP позволяет добиться более равномерного распределения температуры в PEMFC и, в конечном итоге, повысить их производительность. пульсирующие тепловые трубки содержащие наножидкости, имеют потенциальную ценность в качестве нового устройства рассеивания тепла для улучшения управление температурным режимом ПЭМ-ФК.


Расскажите мне о своем проекте
По любым вопросам по вашему проекту обращайтесь к нам, мы ответим вам в течение 12 часов, спасибо!
Send a message