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문제 정의
- 본 논문에서는 PEMFC용 개질기를 대상으로 해석적 연구를 수행하였다. 일반적으로, IkW급 개질기는 주택 1가구의 평균기저전력을 위해 현재 상용으로 보급되고 있는 제품이다.
- 냉각부cooler)는 HTS 및 LTS에서의 수성가스 전환반응에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 요소이다. 본 연구에서는 연소부에서 개질부로의 효과적인 열전달을 위해, 연소가스가 개질 부(RZ)를 포함한 공간으로 이동하는 사이에 팁 (tip)을 두었고, 이 팁의 크기를 설계 인자로 정하였다.
- 있다. 이에 본 논문에서는 5kW급 개질기를 대상으로 개질기의 주요 형상 변경이 개질기 특성에 끼치는 영향을 살펴보았다. 이때 주요 형상 변경은 연소 가스가 생성되는 공간에서 개질부를 포함한 공간 사이에 있는 팁(tip)의 크기와 개질기이 길이에 해당한다.
- 연소부에서 발생한 열량을 개질부에 적절히 공급하기 위해서 연소가스의 유동 및 열전달을 고려한 합리적인 설계가 필요하다. 본 연구에서는 Fig. 1에 나타낸 것처럼 연소부와 개질부를 포함한 공간 사이에 팁 (tip)을 두었고, 이것을 통해서 연소가스의 분배 및 개질기로의 열전달을 효과적으로 제어하고자 하였다. 본 장에서는 팁의 크기가 35mm, 40mm, 45mm일 때 개질기의 성능을 비교하였다.
- 본 연구에서는 IkW급 및 5kW급 연료 전지용 개질기에 대한 수치해석적 연구를 수행하였고, 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
가설 설정
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3. 경계조건 및 해석조건
해석시간의 단축과 모델링의 간소화를 위해 개질기를 축대칭으로 가정하였다. 이때 적용된 셀의 개수는 lkW의 경우 약 20, 000개, 5kW의 경우 약 33, 000 개로 하였다.
- 이때 적용된 셀의 개수는 lkW의 경우 약 20, 000개, 5kW의 경우 약 33, 000 개로 하였다. 개질부는 열전달을 촉진하기 위해 알루미늄 볼로 충진된 공간으로 가정하였고, 유동 및 화학반응 해석을 위해 다공매체(porus media) 로 가정하였다. 연소부의 연료는 100%메탄으로 가정하였고 공기와 반응하여 연소 생성물을 발생시키는 것으로 보았다.
- 개질부는 열전달을 촉진하기 위해 알루미늄 볼로 충진된 공간으로 가정하였고, 유동 및 화학반응 해석을 위해 다공매체(porus media) 로 가정하였다. 연소부의 연료는 100%메탄으로 가정하였고 공기와 반응하여 연소 생성물을 발생시키는 것으로 보았다. 연소부 해석을 위해서 주입되는 메탄과 공기를 기초로 단열화염온도 및 이 때의 연소 가스 생성물을 구하여 입력조건으로 사용했다’ 개질부로 투입되는 연료는 연소 반응물과 동일한 메탄으로 가정하여 수행하였다.
- 연소부의 연료는 100%메탄으로 가정하였고 공기와 반응하여 연소 생성물을 발생시키는 것으로 보았다. 연소부 해석을 위해서 주입되는 메탄과 공기를 기초로 단열화염온도 및 이 때의 연소 가스 생성물을 구하여 입력조건으로 사용했다’ 개질부로 투입되는 연료는 연소 반응물과 동일한 메탄으로 가정하여 수행하였다. Fig.
- 연소부로 유입되는 관(Fig. 2의 (1))의 입력조건은 상온으로 유입되는 메탄과 공기의 조건인 300K으로 정하였다. 개질기 상부(Fig.
- 개질기 상부(Fig. 2의 (2))는 설계상 메탄과 물을 예열하는 공간으로 냉각수에 의한 대류 열전달로 가정하였다. 가스 상의 강제대류의 일반적인 열전달 계수(25~2W/m2K)를 고려하여, 열전달 계수는 sow/Kk으로 하였다⑹ 개질기의 옆면 (Fig.
- 가스 상의 강제대류의 일반적인 열전달 계수(25~2W/m2K)를 고려하여, 열전달 계수는 sow/Kk으로 하였다⑹ 개질기의 옆면 (Fig. 2의 (3))은 단열재로 보온된 공간으로 자연 대류로 가정하였다. 가스 상의 자연 대류의 일반적인 열전달 계수(2~25Wm2K)를 고려하여, 열전달 계수를 lOW/r/K으로 하였다盼 Fig.
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