Daniel Lamp

BEng Aeronautical & Mechanical Engineering
BEng Peirianneg Awyrennol A Mecanyddol

Analysis, Simulation, and Utilisation of the Waste Heat of a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell.
Dadansoddi, Efelychu a Defnyddio Gwres Gwastraff Cell Tanwydd Pilen Electrolyt Polymer.

The application of hydrogen fuel cell technology offers incredible potential
to counteract climate change as its operation requires neither fossil
fuels nor emits polluting exhaust gases. The constantly growing demand
and popularity also requires research to further improve the technology,
making it economically viable and marketable. To accomplish this, the
efficiency of a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) plays an
important role. This is currently around 50% but can be increased to up
to 80% through targeted waste heat recovery. Despite widespread research
in this field, only a few publications address methodologies of waste heat
recovery from fuel cells. Therefore, this work aims to provide methods to
determine and effectively utilise waste heat from PEM fuel cells.
For this purpose, two methods were carried out and described. Different
PEMFC simulations in Ansys Fluent and a pinch point analysis for optimising
heat recovery systems were executed. The simulation shows how
strongly the temperature rises and how it is distributed. The properties
of the mesh were decisive for the accuracy of the simulation. The pinch
point analysis showed how a network of heat exchangers could be effectively
constructed. In addition, basics were explained, and the waste heat
was calculated in an example. The results prove that the methods discussed
make a helpful contribution to the analysis and optimisation of fuel
cell waste heat recovery since they show a concise and structured procedure.

Mae defnyddio technoleg celloedd tanwydd hydrogen yn cynnig potensial anhygoel i wrthbwyso newid yn yr hinsawdd gan nad yw ei weithrediad yn gofyn am danwydd ffosil nac yn gollwng nwyon llosg sy’n llygru. Mae'r galw a phoblogrwydd cynyddol hefyd yn gofyn am ymchwil i wella'r dechnoleg ymhellach, gan ei gwneud yn hyfyw yn economaidd ac yn bosibl ei farchnata. Er mwyn cyflawni hyn, mae effeithlonrwydd cell tanwydd pilen electrolyt polymer (PEMFC) yn chwarae rhan bwysig. Tua 50% yw hyn ar hyn o bryd ond gellir ei gynyddu i hyd at 80% drwy adfer gwres gwastraff wedi'i dargedu. Er gwaethaf ymchwil eang yn y maes hwn, dim ond ychydig o gyhoeddiadau sy'n mynd i'r afael â methodoleg adfer gwres gwastraff o gelloedd tanwydd. Felly, nod y gwaith hwn yw darparu dulliau o bennu a defnyddio gwres gwastraff yn effeithiol o gelloedd tanwydd PEM. I'r diben hwn, cynhaliwyd a disgrifiwyd dau ddull. Cafodd gwahanol efelychiadau PEMFC yn Ansys Fluent a dadansoddiad mannau cul ar gyfer optimeiddio systemau adfer gwres eu gweithredu. Mae'r efelychiad yn dangos pa mor gryf mae'r tymheredd yn codi a sut mae’n cael ei ddosbarthu. Roedd priodweddau'r rhwyll yn bendant o ran cywirdeb yr efelychiad. Dangosodd y dadansoddiad mannau cul sut y gellid adeiladu rhwydwaith o gyfnewidwyr gwres yn effeithiol. Yn ogystal, esboniwyd pethau sylfaenol, a chyfrifwyd y gwres gwastraff mewn enghraifft. Mae'r canlyniadau'n profi bod y dulliau a drafodwyd yn gwneud cyfraniad defnyddiol at ddadansoddi ac optimeiddio adferiad gwres gwastraff celloedd tanwydd gan eu bod yn dangos gweithdrefn gryno a strwythuredig.