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Wearable Device 에 적용 가능한 PEMFC 에서의 사형유로의 기하학적 특성에 따른 NaCl 의 영향
송동근(D. K. Song),장계은(G. Jang),이영조(Y. J. Lee),김준형(J. H. Kim),유호준(H. J. Yoo),김준수(J. S. Kim),임성한(S. H. Rhim),조구영(G. Y. Cho) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 에너지 저장밀도와 출력밀도가 높고 소형화가 가능하다는 면에서 Wearable Device 에 적합한 차세대 전원으로 주목받고 있다. 일반적으로 PEMFC 는 경량화를 위해 주변 공기를 흡입하는 방식으로 산소를 촉매층에 보내는데, 이러한 이유로 공기 중 불순물의 침입에 취약하며 상용화되기 전에 다양한 지역의 환경요인이 고려되어야 한다. 특히 해안 지역의 공기에 포함된 NaCl은 유로를 통해 막전극복합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)로 흡수되어 장시간 작동하는 PEMFC 에 치명적인 영향을 끼치는 것으로 알려져 있다. 한편, 유로 내 물질전달 현상은 PEMFC 의 성능에 밀접한 연관이 있으며 유로의 기하학적 특성에 의해 크게 좌우된다. 관련 연구들에 의하면 유로 단면의 면적 및 종횡비가 PEMFC 의 출력과 안정성에 영향을 미치며, 이는 대류 및 확산 현상과 관련있는 것으로 밝혀졌다. NaCl 의 유입과 유로의 기하학적 특성 모두 물질전달에 관련이 있음에도 불구하고, 유로 형상에 따른 NaCl 의 영향에 대한 연구는 아직까지 시도되지 않았다. 본 논문에서는 사형유로 단면의 서로 다른 종횡비가 NaCl 로 인한 PEMFC 의 성능 저하에 미치는 영향성을 평가하였다. 각각의 형상에 대하여 NaCl 유무에 의한 성능 변화의 폭을 서로 비교하고, 그 차이의 원인에 대한 분석을 수행하였다.
수냉식 화격자 유로 형상에 따른 냉각수의 정체 영역 및 체류 시간 변화
송동근(D.K. Song),김상복(S.B. Kim),박도원(D.W. Park) 한국전산유체공학회 2016 한국전산유체공학회지 Vol.21 No.2
Waste-to-energy facilities including incinerators are known as an efficient method to reduce wastes. In waste-to-energy facilities, more efficient cooling system is still needed for grates as the energy density of waste increased. For better cooling performance with the water-cooled grates, optimal design of cooling water pathways is highly beneficial. We performed numerical investigation on fluid flow and residence time of cooling water with change of the geometry of the cooling water pathway. With addition of round shaped guide vanes in the water pathway, the maximum residence time of flow is reduced(from 4.3 sec. to 2.4 sec.), but there is no significant difference in pressure drop between inlet and outlet, and average residence time at the outlet. Furthermore the flow stagnation region moves to the outlet, as the position of the round shaped guide vanes is located to the neck point of pathways.