Doğrudan metanol yakıt pillerinde ısı ve su yönetiminin deneysel ve teorik olarak incelenmesi
Experimental and theoretical investigation of heat and water management in direct methanol fuel cells
Yazar: MERTHAN BENLİ
Danışman: DOÇ. DR. İMDAT TAYMAZ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Metanol = Methanol ; Yakıt hücreleri = Fuel cells

Özet:
Doğrudan metanol yakıt pillerinde meydana gelen metanol, su ve ısı taşınımı olayları hücrenin performansını etkilemektedir. Bu sebeple DMYP'lerde ısı ve su yönetimi önem arz etmektedir. DMYP'lerde ısı ve su yönetimi, metanol konsantrasyonu, yakıt debisi, oksijen debisi, pil sıcaklığı, yakıt sıcaklığı ve oksijen nemlendirme sıcaklıkları kontrol altında tutularak sağlanabilmektedir. Geliştirilen matematiksel model yardımıyla metanol konsantrasyonunun DMYP'nin performansına olan etkisi incelenmiştir. Yapılan deneysel çalışma ile pil sıcaklığının, metanol sıcaklığının, nemlendirme sıcaklığının, metanol debisinin ve oksijen debisinin akım değeri üzerindeki etkileri incelenmiştir.Yapılan modelleme çalışmaları sonucunda en iyi performans, 2M'lık konsantrasyon değerinde elde edilmiştir. Düşük konsantrasyon değerlerinde sisteme yeteri kadar metanol sağlanamadığından istenilen performansa ulaşılamamıştır. Metanol konsantrasyonun gerektiğinden fazla bir değerde olması ise, hücre performansını önemli ölçüde düşürmüştür. Model sonuçları, deney sonuçları ile karşılatırıldığında, kabul edilebilir sınırlar içerisinde bir sapma görülmüştür.Deneysel çalışma sonucunda sıcaklığın DMYP'nin performansı üzerinde önemli bir etkisi olduğu görülmüştür. Artan sıcaklık, sistemin performansının artmasını sağlamıştır. Ancak belirli bir değerin üzerindeki sıcaklıklarda ise performansta kayıplar meydana gelmiştir. Metanol debisi arttıkça, anot tarafından katot tarafına istenilmeyen metanol geçişinin artması ve buna bağlı olarak lokal kısa devrelerin artmasıyla, akım değerinin düştüğü görülmüştür. Artan oksijen debisi ile, akım değerinde azalma görülmüştür. Ancak oksijen debisi belirli bir değeri geçtikten sonra ise, sistemde biriken suyun dışarı atılması sağlandığından akım değerinde artış meydana gelmiştir.

Abstract:
Transportation of methanol, water and heat events affects the performance of the cell in direct methanol fuel cells. For that reason heat and water management is an important issue in direct methanol fuel cells. The heat and water management can be provided by keeping the methanol concentration, fuel flow rate, oxygen flow rate, cell temperature, fuel temperature and humidification temperature of oxygen under control. By the help of the mathematical model developed, the affect of methanol concentration on direct methanol fuel cell can be examined. The effects of fuel flow rate, oxygen flow rate, cell temperature, fuel temperature and humidification temperature of oxygen on current value is examined by the experimental study done.It is found that 2M methanol concentration value gives best performance by the help of modeling study. At low methanol concentration values, as the system did not have enough methanol, the expected performance couldn?t be observed. Though, the high methanol concentration values decreases cell performance crucially because of methanol crossover. When the modeling results were compared with the experimental results, an acceptable deviation was seen.It is found that temperature has an important affect on the performance of direct methanol fuel cell by the results of experimental study. The increasing temperature increases the performance of the system increases. Even though after exceeding a definite temperature cell performance decreases. When methanol flow rate increases,It is seen that as a result of undesired methanol passing from anode to cathode side, the short circuits increase and the current value decreases. It is seen that when oxygen flow rate increases, current value decreases. But, after the oxygen flow rate value exceeds a definite value, as the collected water was exported from the system, an increase in current value was observed.