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75 kW 용융탄산염 연료전지 (MCFC) 스택 내 압력 손실 해석
Pressure Loss Analysis of the 75 kW MCFC Stack with Internal Manifold Separator 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.19 no.5, 2008년, pp.367 - 376  

김범주 (한전 전력연구원 신재생에너지 그룹) ,  이정현 (한전 전력연구원 신재생에너지 그룹) ,  김도형 (한전 전력연구원 신재생에너지 그룹) ,  강승원 (한전 전력연구원 신재생에너지 그룹) ,  임희천 (한전 전력연구원 신재생에너지 그룹)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

To obtain the data of the pressure loss and differential pressure at the inside of the stack that was composed of 126 cells with 7,500 cm2 electrode area, 75kW molten carbonate fuel cell system has been operated. Computational fluid dynamics was applied to estimate reactions and thermal fluid behavi...

주제어

#분리판   #압력 손실   #용융탄산염 연료전지   #차압   #손실 계수   #수력 반경  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본고에서는 한국중부발전(주)의 보령화력 발전소 연료전지 시험동에서 2007년 5월에 설치되어 운전 시험을 진행한 75 kW급 MCFC short stack 운전 결과를 바탕으로 이때 운전된 MCFC 스택 내부에서의 스택에 공급되는 유량 변화 및 형태에 따른 압력손실에 대하여 고찰해 본 것이다. MCFC 스택 내부 유동에 따른 유체해석을 통하여 스택 유량 및 내부형상 변화에 따른 연료전지 내 압력 손실성능을 평가하였다1).
  • 75 kW급 MCFC short stack은 7,500 ㎠ 유효 전극 면적을 갖는 단위전지 126장을 적층하여 구성되어 있다. 특히 soft rail 형태의 내부 메니폴드형 분리 판을 개발하고 이에 대한 신뢰성 평가, 및 내부 유동상태를 확인하고, 고 적층 스택의 열과 가스 분포 실험 및 스택 운전 조건을 도출하는 것을 목적으로 하고 있다.

가설 설정

  • ③ 벽면에서는 no-slip condition (zero velocity for normal and tangential velocity components) 으로 가정한다.
  • ⑤ 계측된 각 점을 기준으로 lump system계측된 각 점을 기준으로 lump system으로, 모든 유체는 비압축성이라고 가정하였다.
  • ⑥ 모든 유체는 비압축성이라고 가정한다.
  • 한 편, 본 논문에서는 운전시험 된 75 kW MCFC 스택의 내부 유동 상태의 계산을 위해 아래와 같이 스택 내부 상태를 가정하였다.3)
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
75 kW급 MCFC short stack의 사용 목적은? 75 kW급 MCFC short stack은 7,500 ㎠ 유효 전극 면적을 갖는 단위전지 126장을 적층하여 구성되어 있다. 특히 soft rail 형태의 내부 메니폴드형 분리 판을 개발하고 이에 대한 신뢰성 평가, 및 내부 유동상태를 확인하고, 고 적층 스택의 열과 가스 분포 실험 및 스택 운전 조건을 도출하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 논문에서는 운전시험 된 75 kW MCFC 스택의 내부 유동 상태의 계산을 위해 스택 내부 상태를 가정하였다, 가정된 사항은 무엇인가? Normal velocity는 upstream 입구(inlet)에서 mean velocity로 정의한다. ② 완전 발달된(fully developed)된 유동조건은 downstream “출구(outlet)”인 것으로 정의한다. ③ 벽면에서는 no-slip condition (zero velocity for normal and tangential velocity components) 으로 가정한다. ④ 대칭되는 면에서 대칭조건으로 설정하였다. ⑤ 계측된 각 점을 기준으로 lump system계측된 각 점을 기준으로 lump system으로, 모든 유체는 비압축성이라고 가정하였다. ⑥ 모든 유체는 비압축성이라고 가정한다.
75 kW MCFC 스택은 무엇으로 구성되어 있는가? 1는 75 kW급 MCFC 스택의 외관을 보여주고 있다. 75 kW MCFC 스택은 연료극(anode) 및 공기극(cathode)로 구성 된 전극, 전해질, 메트릭스와 내부 메니폴드 형태의 분리판으로 이루어진 단위전지를 그 기본으로 하고 있다.
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참고문헌 (4)

  1. 임희천 외 : "250kW급 열병합 용융탄산염 연료전지 발전시스템 Proto Type 개발(2단계 1차년도 사업보고서)", 한국전력공사 전력연구원, 대전, 2007 

  2. S. Maharudrayya, S. Jayanti, and A.P. Desphande : "Pressure losses at dividing. andcombining junctions in a molten carbonate fuel cell stack", J. Power Sources 102(2001). pp. 118-123 

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  3. S.Maharudrayya, S.Jayanti, A.P. Deshpande : "Pressure losses in laminar flow through serpentine channels in fuel cell stacks" , J. Power Sources 138(2004). pp. 1-13 

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  4. Adrian Bejan, George Tsatsaronis, and Michael Moran : "Thermal Design and Optimization", Wiley, NewYork, 1996 

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