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系統識別號 U0002-3007200910263100
中文論文名稱 直接甲醇燃料電池堆流場及性能探討
英文論文名稱 Flow Characheristics and Performance tests of a Direct Methanol Fuel Cell Stack
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Aerospace Engineering
學年度 97
學期 2
出版年 98
研究生中文姓名 陳昱碁
研究生英文姓名 Yu-Chu Chen
學號 696430437
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-07-21
論文頁數 79頁
口試委員 指導教授-陳增源
委員-管衍德
委員-李世鳴
中文關鍵字 風罩距離  有無擋板  風扇類型  空氣流速 
英文關鍵字 distances between the fan  the battle at air inlets of DMFC  the type of fan  the air flow rate 
學科別分類 學科別應用科學航空太空
中文摘要 直接甲醇燃料電池本身就是一個小型的發電廠,藉著甲醇和氧氣的化學作用產生電力,當燃料充足的時候,可以連續不斷的發電。直接甲醇燃料電池堆具備有高效率、低汙染及低噪音的優點,在燃料電池中,是發展最成熟的燃料電池系列之一。
本論文主要探討直接甲醇燃料電池堆(direct methanol fuel cell stack)的性能和流場特性及其間的關係,實驗參數包含風罩距離和擋板、風扇類型及空氣流速。
研究中以電池性能測試探討電池堆性能量測,以雷射測速儀作流場量測。實驗結果得知,風罩距離及有無擋板,對於電池性能無明顯的影響;空氣大於某值時(本研究為1.8m/s),流速對於電池性能也是無明顯的影響。在流場方面,不同的風扇、擋板和風罩距離對入口流速呈現相同的流場分佈,所以推測入口流速分佈係由電池堆內部流阻所主導。
關鍵詞: 風罩距離,有無擋板,風扇類型,空氣流速
英文摘要 Direct methanol fuel cell(DMFC) itself is a small-scale power plants,When the methanol and oxygen react to generate electricity.The electricity can be continuously generated when the fuel is continuously supplied.
DMFC has the advantage of high efficiency, low pollution and low noise.It becomes one of the most developed fuel cells.
This thesis focuses on the investigation of the flow characteristics and performances of a DMFC stack using a fuel-cell performance and the laser Doppler velocimetry. The test system parameters include distances between the fan and DMFC,the battle at air inlets of DMFC, the type of fan, and the air flow rate. Results of this study show that the performance of the DMFC stack is not affected by the investigation parameter when the air flow rate is above contain calue. Also,the air inlet velocity distributions of the DMFC Stack are not affected by the investigation . It is concludedthat design of the air flow channel inside the DMFC stack should play a major role of the inlet velocity distribution
論文目次 摘要……………………………………………………………………………….Ⅰ
目錄………………………………………………………………………………..Ⅲ
圖表目錄……………………………………………………………………………Ⅳ
符號表………………………………………………………………………………Ⅶ
第一章緒論 1
1-1研究背景 1
1-2文獻回顧 3
1-3研究目的 5
第二章 直接甲醇燃料電池簡介 7
2-1燃料電池簡介 7
2-2質子交換模燃料電池運作原理 11
2-3直接甲醇燃料電池原理和性能分析 12
2-4直接甲醇燃料電池和直接甲醇燃料電池堆架構 15
第三章 實驗儀器設備及研究方法 23
3-1實驗儀器與設備 23
3-2直流負載機 27
3-3研究方法 28
第四章實驗結果與討論 37
4-1風罩距離和擋板對電池性能的影響 37
4-2風速的影響 42
4-3流道在高流速下對性能的測試 44
4-4不同風扇電壓的電池性能 45
4-5 Flooding Test 46
第五章結論 77
參考文獻 78

圖表目錄
圖1-1 研究流程架構圖..............................................................................................4
圖2-1 質子交換膜燃料電池的反應示意圖……………………………… ……….17
圖2-2 直接甲醇燃料電池的反應示意圖……………………………………………17
圖2-3 燃料電池I-V Curve…………………………………………………… ……18
圖2-4 直接甲醇燃料電池構造示意圖…………………………………………… …18
圖2-5 直接甲醇燃料電池構造示意圖………………………………………………..19
圖2-6 直接甲醇燃料電池堆上視圖…………………………………………………..19
圖2-7 直接甲醇燃料電池堆示意圖(附入口流道編號)………………………………20
圖2-8 直接甲醇燃料電池堆圖片……………………………………………………..20
圖2-9 直接甲醇燃料電池堆前視圖…………………………………………………..21
圖2-10 直接甲醇燃料電池堆流道出口示意圖………………………………………21
圖3-1 煙霧箱………………………………………………………………………....30
圖3-2 燃料電池固定架………………………………………………………………30
圖3-3 燃料電池量測示意圖及其周邊系統…………………………………………31
圖3-4 雷射測速儀系統示意圖………………………………………………………32
圖3-5 直流負載機……………………………………………………………………33
圖3-6 流道入口和電池編號示意圖…………………………………………………33
圖3-8 擋板和電池位置圖……………………………………………………………34
圖3-9 擋板和電池位置示意圖………………………………………………………34
圖3-10 本實驗所使用之軸流扇…………………………………………………….35
圖3-11 本實驗所使用之離心扇…………………………………………………….35
圖3-12 燃料電池和風扇圖…………………………………………………………..36
圖3-13 風扇電壓所對應的風扇出口流速…………………………………………..36
圖4-1 流速為4.8m/s 時在15 分鐘時各顆電池的比較……………………………48
圖4-2 流速為4.8m/s 時在30 分鐘時各顆電池的比較………………………49

圖4-3 流速為4.8m/s 時在45 分鐘時各顆電池的比較……………………..…….49
圖4-4 流速為4.8m/s 時在60 分鐘時各顆電池的比較……………………………50
圖4-5 流速為4.8m/s 電壓的時候各顆電池的變化率………..……………………50
圖4-6 流速為4.8m/s 下20mm 風罩距離無擋板的各時間電壓變化…………..…51
圖4-7 流速為4.8m/s 時的風扇擋板比較……………………………………………51
圖4-8 流速為4.8m/s 時的各實驗變化率比較………………………..……………52
圖4-9 流速為4.8m/s 時在15 分鐘時各流道的風扇擋板比較…………………….52
圖4-10 流速為4.8m/s 時在30 分鐘時各流道的風扇擋板比較…………………….53
圖4-11 流速為4.8m/s 時在45 分鐘時各流道的風扇擋板比較…………………….53
圖4-12 流速為4.8m/s 時在60 分鐘時各流道的風扇擋板比較…………………….54
圖4-13 流速為4.8m/s 不同狀況的各流道流速……………………………………55
圖4-14 流速為1.8m/s 時的風扇擋板比較…………………………………………..56
圖4-15 流速為1.8m/s 時的風扇擋板變化率比較…………………………………57
圖4-16 在30 分鐘時各流道的電壓圖……………………………………………….57
圖4-17 流速為1.8m/s 電壓的各電池變化率………………………………………58
圖4-18 離心20mm 風罩距離和軸流15mm 風罩距離的比較……………………...59
圖4-19 離心20mm 風罩距離和軸流15mm 風罩距離的流道電壓比較…………...59
圖4-20 離心20mm 風罩和軸流15mm 風罩電壓變化率的比較…………………...60
圖4-21 離心20mm 風罩和軸流15mm 風罩各顆電壓變化率的比較……………...60
圖4-22 離心10mm 風罩和軸流15mm 風罩各顆電壓變化率的比較……………...61
圖4-23 離心10mm 風罩和軸流15mm 風罩的流道電壓比較……………………...62
圖4-24 離心10mm 風罩和軸流15mm 風罩電壓變化率的比較…………………...62
圖4-25 離心10mm 風罩和軸流15mm 風罩各電池電壓變化率的比較…………63
圖4-26 在高低風速下20mm 風罩距離的變化…………………………………….64
圖4-27 在高低風速下20mm 風罩距離各流道電壓的變化……………………….64
圖4-28 高低風速下20 mm 風罩距離的電池變化率……………………………….65
圖4-29 高低風速在20mm 風罩距離下各顆電池的變化率………………………..65
圖4-30 高低風速下10mm 風罩距離的變化………………………………………..66
圖4-31 高低風速下10mm 風罩距離各流道電壓的變化…………………………67
圖4-32 高低風速下10 mm 風罩距離的電池變化率……………………………….67
圖4-33 高低風速在10mm 風罩距離下各顆電池的變化率………………………..68
圖4-34 流速為4.8m/s 下阻塞流道對電池電壓的比較圖……………………….…69
圖4-35 流速為4.8m/s 下阻塞流道對各流道電池電壓的比較圖…………………..69
圖4-36 流速為4.8m/s 下阻塞流道對電池電壓變化率的比較……………………..70
圖4-37 流速為4.8m/s 下阻塞流道對各顆電池電壓變化率的比較…………..…..70
圖4-38 在不同風速下各電池電壓的比較圖……………………………………..71
圖4-39 在不同風速下各流道電池電壓的比較圖………………………………..72
圖4-40 在不同風速下電池電壓變化率的比較圖…………………………………..72
圖4-41 在不同風速下各顆電池電壓變化率的比較圖……………………………..73
圖4-42 流速為4.8m/s 下20mm 風罩距離的電池出口流速分佈…………..…….74
圖4-43 流速為0.48m/s 下負載0.6A 各電池狀態………………………………….74
圖4-44 流速為0.48m/s 下負載0.7A 各電池狀態………………………………….75
圖4-45 流速為0.48m/s 下負載0.8A 各電池狀態…………………………………75
圖4-46 流速為0.48m/s 下負載0.9A 各電池狀態…………………………………76
圖4-47 流速為0.48m/s 下負載1A 各電池狀態……………………………………76

表2-1 六種燃料電池的特性比較……………………………………………………22
表2-2 燃料電池堆各電池編號對照相應流速入口編號以及出口編號對照表……22
表4-1 實驗一到四的參數條件設定…………………………………………………48
表4-2 實驗八到實驗十一參數條件設定…………………………………………….56
表4-3 四組實驗的參數條件設定………………………………………………….....58
表4-4 四組實驗的參數條件設定……………………………………………………61
表4-5 四組實驗的參數條件設定…………………………………………………….63
表4-6 四組實驗的參數條件設定…………………………………………………….66
表4-7 三組實驗的參數條件設定……………………………………………………..68
表4-8 五組實驗的參數條件設定…………………………………………………….71
表4-9 在風扇電壓4V 的時候負載功率和發生floading 的時間…………………....73
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用與實作
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