차량용 고체고분자 연료전지 스택의 냉시동 개선을 위한 가열 특성 연구
A study on the warming-up characteristics of vehicular PEMFC stacks for the improvement of cold start
- 주제(키워드) 냉시동 , 연료전지 , 스택
- 발행기관 서강대학교 기계공학과 대학원
- 지도교수 정시영
- 발행년도 2009
- 학위수여년월 2009. 2
- 학위명 석사
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000044825
- 본문언어 한국어
초록/요약
In order to commercialize and to come into wide use of fuel cell vehicles, there are important technical issues, such as a stack and storage of hydrogen. When a temperature is below the zero degree celsius, the water used in the fuel cell stack is frozen into an ice. It causes a problem of the starting up and also decreases the efficiency of the fuel cell vehicles. Therefore, it is essential to improve the cold start of the fuel cell vehicles. One of the solutions to improve the cold start is a heated coolant which is used for melting the ice into the stack. In this study, a numerical analysis and experiments on the stack were conducted with the heated coolant. The temperature distributions were measured at specified points of the stack timely. In the experiments, 20 cells of layered stacks were used to find the characteristics of the cold start in the fuel cell vehicles. The numerical analysis was conducted with various inlet conditions of the coolant. From the results of the numerical analysis, it was found that the flow rate of the coolant had a noticeable effect on the stack warm up. However, the gravity and the temperature of the coolant had little effect on the stack warm up. Experiments were carried out to verify the numerical analysis results as well. The experimental results were similar with the numerical ones. In the experiments, it was found that the efficiency of the stack near the end plate was decreased. The result is caused by an unbalance flow distribution to each stack and a heat loss from the stack to the end plate.
more초록/요약
연료전지 자동차의 상용화와 보급 활성화를 위해서는 연료전지 스택 기술 및 수소 저장 기술 등의 중요한 기술적 문제가 있다. 하지만 주변 온도가 영하로 내려갔을 경우 스택 내부에 남아있는 물이 얼음으로 되어 자동차의 시동에 문제를 일으키는 현상인 냉시동성을 개선하는 것이 필수적이다. 이러한 냉시동 문제를 해결하는 방법 중 하나로, 스택 내부로 고온의 냉각수를 흘려 얼음을 녹이는 방법이 있다. 본 연구에서는 앞서 언급한 스택 내부로 고온의 냉각수를 공급함으로써 스택의 냉시동 특성을 수치 해석과 실험을 통하여 알아보았다. 수치 해석과 실험 시 스택의 특정 위치에서 시간에 따른 온도 변화를 관측하였다. 또한 실험 시 20장의 스택을 적층하여서 실제 차량에 들어가는 적층 구조의 스택에 대한 냉시동 특성 또한 연구하였다. 현대 기아 자동차로부터 제안된 스택 모델을 기본으로 냉각수의 유량과 온도, 중력의 영향에 대한 수치해석을 수행하였다. 해석 결과로써 냉각수 입구 유량이 냉시동 문제를 해결하는데 많은 영향을 준다는 것을 알 수 있었다. 그리고 중력과 냉각수 입구 온도는 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있었다. 그리고 해석결과를 검증하기 위해 실험을 수행하였다. 실험을 수행한 결과, 해석 결과와 비슷한 온도 분포 결과를 보였다. 적층 구조의 스택은 체결판 근처의 스택에서 효율이 많이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 적층 구조의 스택으로 들어가는 냉각수가 각각의 스택으로 고르게 분배되지 못하는 것과 체결판으로의 열손실에 의한 것임을 알 수 있었다.
more목차
제1장 서론 = 1
1.1 연구배경 = 1
1.2 연구필요성 = 1
1.3 연구내용 = 4
제2장 수치해석 = 5
2.1 지배방정식 = 5
2.2 수치해석 모델 = 6
2.3 해석 격자 및 경계 조건 = 7
2.4 수치해석 방법 = 8
제3장 해석 결과 및 고찰 = 9
3.1 기본 운전 조건에서의 해석 결과 = 9
3.2 냉각수 온도 영향 = 9
3.3 냉각수 유량 영향 = 10
3.4 중력 영향 = 11
제4장 Layered stack의 열 유동 실험 = 13
4.1 실험 모델 선택 = 13
4.2 온도 측정 실험 장치 설계 = 14
4.3 온도 측정 실험 방법 및 결과 = 14
4.3.1 실험 방법 = 14
4.3.2 Layered stack 특성 = 15
4.3.3 냉각수 온도 및 유량 영향 = 16
4.3.4 수치 해석 결과 비교 = 17
제5장 결론 = 19
REFERENCE = 79
