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수소 전기 트럭 적용을 위한 볼텍스 튜브 에너지 분리 실험적 연구
윤상현(Sanghyun Yun),윤진원(Jinwon Yun),임석연(Seokyeon Im),한재영(Jaeyoung Han) 한국자동차공학회 2022 한국 자동차공학회논문집 Vol.30 No.3
As the global demand for internal combustion engines increases and fossil fuel combustion emissions rise accordingly, research and development on eco-friendly fuel cell electric vehicles are actively being carried out. Fuel cell electric vehicles have many environmental advantages, but they also have thermal management issues, so they require a device that can efficiently cool fuel cell electric vehicles. Therefore, in this study, a Vortex tube cooling device is developed to ensure the efficient heat management of fuel cell electric trucks. The load change operation of fuel cell electric trucks requires calculating the amount of heat generated in the stack, though there is a limit to actual vehicle testing. Therefore, an emulator was developed for the heat generation of fuel cell electric trucks, and a study using a vortex tube was conducted. As a result, the lowest temperature of the vortex tube was confirmed at a low temperature flow ratio of 0.5 to 0.6, while the heat transfer rate that considered the flow rate was at 0.8, confirming that it was the highest efficiency point.
수소 자동차의 냉각시스템에 적용 가능한 Vortex Tube HILS 적용 연구
윤상현(Sanghyun Yun),한재영(Jaeyoung Han),윤진원(Jinwon Yun) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
현재 환경 문제와 함께 자원고갈의 문제점에서 큰 비중을 차지하고 있는 자동차산업에서 기존의 내연기관 자동차를 대체할 만한 친환경자동차의 연구가 세계적으로 활발히 이루어지고 있다. 특히, 수소 연료전지 자동차는 타 친환경 자동차에 비해 짧은 충전시간, 긴 주행거리 등에서 큰 주목을 받고 있다. 하지만 수소자동차는 기존의 내연기관 자동차에 비해 작동온도가 현저히 낮기 때문에 기존의 냉각장치보다 더 높은 열전달율을 요구한다. 그 결과 수소 자동차에 적용되는 냉각장치는 내연기관의 냉각장치와 매우 유사하지만, 열용량 측면에서는 상당히 불리하여 소모 전력이 문제가 되고 있다. 이에 본 연구에서는 신개념 냉각장치인 Vortex Tube를 적용하여 현재 수소 자동차의 냉각장치의 문제점들을 개선하는 연구를 수행하였다. Vortex Tube는 추가적인 전력을 필요로 하지 않으며 고압의 공기를 주입함과 함께 빠른 응답성으로 저온과 고온공기를 얻을 수 있는 장치이다. 이에 본 연구에서 Vortex Tube 저온 출구 공기를 적용하여 냉각효율을 확인하였다. 또한 수소 자동차 실차를 활용한 실험에 한계가 있어 연료전지모델로 대체하였으며, 에뮬레이터로 실험 장치를 구성하여 PXI 장치를 통하여 Host PC와 통신하였다. 연료전지 모델에 적용된 독립적인 제어기는 PXI에 적용하였으며, 수소 자동차 모델, Vortex Tube 및 제어기 간의 HILS 통신을 이용하여 차량 부하 변화에 따른 열전달 및 냉각 효율을 평가하였다. 결과적으로 실험장치의 Radiator를 통한 차량으로 유입되는 램에어 및 실제 차량 주행 환경에 따른 냉각 효율도 확인하였다.
중저온 열원에 의한 메탄 수증기 개질의 형상 인자에 따른 특성
신가희(Gahui Shin),윤진원(Jinwon Yun),유상석(Sangseok Yu) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集B Vol.40 No.12
폐열을 열원으로 사용하는 저온형 개질기는 하이브리드 연료전지 시스템의 효율향상을 위해 사용되고 있다. 저온형 개질기의 경우 저온의 열적상태에서 높은 열전달 효율을 내는 것이 중요하며, 이를 위한 형상 최적화의 과정이 필요하다. 본 연구에서는 제한된 열공급 상황에서 개질기의 형상인자 변화에 따른 온도 및 반응특성을 전산해석을 통하여 알아보고자 하였다. 해석결과 저온형 개질기의 반응이 활발히 일어나는 영역은 온도가 높은 후단에 제한되는 현상을 보여 고온형 개질기와의 차이를 나타내었다. 또한 개질기의 기체공간속도(Gas hourly space velocity, GHSV)를 감소시키거나 열전달 면적을 증대시킴으로써 효율을 향상 시킬 수 있음을 확인하였고 종횡비에 따른 해석을 실시한 결과 저온형 개질기의 경우 길이방향보다는 반경방향의 열전달을 증대시키는 방법이 효과적임을 확인하였다. In a hybrid fuel cell system, low-temperature reforming technology, which uses waste heat as a heat source, is applied to improve system efficiency. A low temperature reformer is required to optimize geometry in low thermal conditions so that the reformer can achieve the proper methane conversion rate. This study analyzed internal temperature distributions and the reaction patterns of a reformer by considering the change of the shape factor on the limited heat supply condition. Unlike the case of a high temperature reformer, analysis showed that the reaction of a low temperature reformer takes place primarily in the high temperature region of the reactor exit. In addition, it was confirmed that the efficiency can be improved by reducing the GHSV (gas hourly space velocity) or increasing the heat transfer area in the radial direction. Through reacting characteristic analysis, according to change of the aspect ratio, it was confirmed that a low temperature reformer can improve the efficiency by increasing the heat transfer in the radial direction, rather than in the longitudinal direction.