27066

بهبود مديريت حرارتي مخازن هيدريد فلزي ذخيره هيدروژن و پيل سوختي به كمك لوله حرارتي به منظور تسريع فرآيندهاي جذب و دفع هيدروژن

كارشناسي ارشد

مهندسي خودرو

1398-1401

1401/4/29

دكتر علي قاسميان مقدم

مهندسي خودرو

كاهش منابع سوخت و آلودگي ناشي از مصرف سوخت، منابع جايگزين انرژي پاك را ضروري كرده است. هيدروژن به دليل ارزش حرارتي زياد و سازگاري با محيط زيست، پتانسيل زيادي براي تبديل شدن به مهمترين سوخت جايگزين دارد. اما به دليل چگالي پايين ذخيره آن با چالش همراه است. در ميان انواع روش هاي ذخيره‌سازي هيدروژن، ذخيره در مخازن هيدريد فلزي به عنوان يكي از بهترين و موثرترين روش ذخيره به دليل شرايط مناسب عملكرد، فشار كم و ظرفيت ذخيره سازي بالا مي‌باشد. جذب و دفع هيدروژن در هيدريدهاي فلزي به تريب گرمازا و گرماگير مي‌باشد. ازطرفي ضريب انتقال حرارتي رسانشي در اين مواد بسيار پايين است از اين رو بايد انتقال حرارت در هيدريدها را بهبود بخشيد. در اين پژوهش، استفاده از لوله‌هاي حرارتي (Heat pipe) براي بهبود فرآيند انتقال حرارت در هيدريدهاي فلزي مورد تحقيق و مطالعه قرار خواهد گرفت. بدين منظور با كمك ابزار ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) و اطلاعات آزمايشگاهي از تحقيقات پيشين، به شبيه‌سازي يك لوله حرارتي داخل يك مخزن هيدريد فلز پرداخته خواهد شد. در اين طرح يك مدار جديد از لوله حرارتي ارائه شد كه در هر دو فرآيند جذب هيدروژن و آزادسازي هيدروژن مي‌تواند بعنوان يك ابزار موثر در جهت بهبود انتقال حرارت عمل كند و سرعت فن براي خنك كاري پيل سوختي حداقل %33 كاهش مي يابد. همچنين استفاده از لوله حرارتي به تنهايي زمان آزادسازي نهايي هيدروژن را به %25/80 زمان بدون استفاده از لوله حرارتي و با بهره گيري از لوله حرارتي پره¬دار اين زمان به % 625/44 و زمان پر شدن مخزن را به %7/93 زمان پر شدن بدون لوله حرارتي و با لوله حرارتي پره دار اين زمان به %3/72 مي¬رسد.

1401/07/10

Improving the thermal management of hydrogen storage in metal hydride tanks and the fuel cells using heat pipes to speed hydrogen adsorption and desorption

7/20/2023 12:00:00 AM

With the decreasing fuel resources and the pollution caused by fuel consumption, substituent clean resources have become crucial. Hydrogen, due to its high thermal value and environmentally friendly nature has a high potential to be converted to the most important substituent fuel. However, due to low density, storage is challenging. Among different hydrogen storage methods, metal hydride tank storage is one of the most effective storage methods due to its good performance, low pressure, and high storage capacity. Hydrogen adsorption and desorption are exothermic and endothermic, respectively. On the other hand, the conduction thermal heat transfer coefficient is very low in these materials, so it is necessary to improve heat transfer in hydrides. In this research, the use of heat pipes to improve the heat transfer process in the metal hydrides will be investigated. To achieve this, using the Computational Fluid Dynamics (CFD) tool and the experimental data from the previous studies, a heat pipe inside the metal hydride tank will be simulated. In this design, a new circuit of the heat pipe will be provided which can function as an effective tool to improve the heat transfer in both hydrogen adsorption and desorption processes. It also reduces the fan speed for cooling the fuel cell by a 33% minimum. Also, using a heat pipe reduces the final hydrogen release time to 80.25% of the time when no heat pipe is used. And when using a finned heat pipe, this time is reduced to 44.625%, and the filling time of the tank to 93.7% of the filling time without a heat pipe

مديريت حرارتي , پيل سوختي , مخزن هيدريد فلز , لوله حرارتي

Thermal management , Fuel cell , Metal hydride tank , Heat pipe

Mohammadparsa Dolatyar

Dr. Ali Qasemian Moqadam