image: Temperature distribution in the membrane for low, medium and high coolant mass flow for two different cooling channels designs
Credit: Universidad de Sevilla
Un grupo de investigación del Departamento de Ingeniería Energética de la Universidad de Sevilla y colaboradores de AICIA y el Instituto Tecnológico de Harbin en China han llevado a cabo una investigación para comprender mejor el enfriamiento de pilas de combustible de membrana electrolítica polimérica (PEM) y la relación con los gradientes de temperatura en la membrana.
La investigación se basó en el análisis numérico de la transferencia de calor para canales de enfriamiento tipo serpentín en una celda de combustible PEM, evaluando la influencia de las condiciones de operación para establecer una nueva correlación para el rendimiento de la transferencia de calor, es decir, el número de Nusselt. Los resultados determinaron que el flujo másico de refrigerante y la conductividad térmica de la placa bipolar presentaron un mayor efecto sobre la capacidad de refrigeración de una pila PEMFC.
La refrigeración de las pilas juega un papel importante en el diseño de las pilas PEMFC porque un enfriamiento adecuado ayuda a mitigar los riesgos causados por un gradiente de temperatura excesivo que provoca la degradación y los efectos perjudiciales sobre la integridad de la membrana. En consecuencia, la refrigeración de las pilas juega un papel clave en la eficiencia y durabilidad de una pila PEM.
La capacidad de refrigeración del stack PEM se estudió mediante simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) en una celda de área activa de 100 cm2 con canales de enfriamiento tipo serpentín, variando el tipo de refrigerante, el caudal másico, la resistencia térmica de contacto, el material de la placa bipolar y el diseño de los canales de refrigeración. Se propuso una nueva correlación de transferencia de calor con validez para una amplia gama de condiciones operativas.
El principal resultado de esta investigación (una nueva correlación para el número de Nusselt para pilas de pilas de combustible PEM que pueden usarse para una amplia gama de condiciones operativas) facilitará el diseño del sistema de refrigeración en una pila PEM, previendo si los diseños eventualmente conducirían a la degradación. y contribuyendo así al diseño de apilamientos con mayor durabilidad y rendimiento.
Journal
Energy
Article Title
A numerical study on heat transfer for serpentine-type cooling channels in a PEM fuel cell stack
Article Publication Date
31-Jul-2024