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문제 정의
- 본 연구에서는 수치적 방법을 이용하여 고쿤자 전해질형 연료전지의 분'리판 내 채널 형상에 대한 유동해석을 수행하였다. 이 계산 결과를 토대로 기존의 분리판 채널형상에서 발생하는 문세점을 보완하기 위해 분리판 채널형상을 나선형으로 설계하였다.
- 본연구에서는 이와 같은 화학반응에 의한 공급 가스의 감소 효과를 고려하지 않았기 때문에 실제 현상과 다소 차이가 있음을 명시한다.
- 그러므로 분리판 채널에서의 유동 해석은 전체 연료전지의 성능해석을 위해 반드시 필요하다. 이에 본 연구는 다양한 변수 중 가장 연료전지의 성능에 영향을 미치는 분리판 채널 형상에 따른 압력 및 속도 분포에 대한 해석을 수행하였다.
- 이와 같은 문제를 해결하기 위해서 본 논문에서는 Fig. 7과 같은 나선형(spiral)형태의 채널 형상을 제시하고자 한다. 전체 채널형상을 나선형으로 배치하면 분리판의 바깥쪽에서 중앙으로, 다시 중앙에서 바깥쪽으로 기체가 흐르게 되므로 활성 면적 전체에 걸쳐 균일한 가스의 공급이 이루어진다.
- 이 경우 채널의 길이에 비례하여 분리판에 위치한 각각의 채널에서 동일한 압력 강하가 발생하게 된다. 이와 같은 현상을 해석하고 개선책을 제시하고자 본 연구에서는 우선 기존에 설계된 serpentine채널 형상에 대한 유동해석을 수행하였다.
가설 설정
- 수소 및 공기는 이상기체, 그리고 냉각수 인물은 비압축성로 고려하였다. 또한 수소 및 공기에 대한 화학반응을 고려하지 않았기 때문에 치널의 전 구간에 걸쳐 농도구배가 일정하게 유지된다고 가정하였다. 채널은 적은 유량이 흐르는 비교적 작은 관이므로 채널 내 흐름은 층류이다.
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