선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 상압형 연료전지 시스템의 열및 물 평형(Heat and Water Balance)을 유지하기위한 차량 내 열유동 해석 및 고온 냉각 성능 시험을 통한 연료전지 차량용 냉각 모듈을 개발하고자 한다.
제안 방법
- 연료전지 시스템은 상압형 연료전지시스템으로 TMS (Thermal Management System) 구성은 냉시동성을 갖기 위해서 증류수 냉각 루프와 부동액 냉각 루프를 별도로 구성하는 2루프 냉각 방식을 채택하였다.
- 연료전지 냉각 성능을 향상시키기 위해서front bumper opening을 69% 증대시켰고, radiator core size를 5% 증대시켰다.
- 냉각 모듈 후단에 위치하고 있는 부품의 Blocking 정도를 변경하여 공기 유량을 해석하였다.(Case V)
- 또한 냉각 팬 용량별로 해석(Case IV와 Case V 경우)을 진행하였다.(Case VI)
- 사용하였다. 각 시험별 냉각수 온도 및 물 평형 (Water Balance)를 확인하였다.
- 압력이 결정된다. 즉 (식3)에 의하면 배기되는 공기의 Vapor Pressure (Pw)는 Pt(total pressure)함수이기 때문에 고지로 갈수록 대기 압력은 떨어지기 때문에 고온/고지 냉각 성능 시험을 수행하였다.
- 고온/고지 시험은 캘리포니아 데쓰밸리 (Death Valley)에서 수행하였다. 주행 도로는 Townes Pass 이다.
- 연료전지 시스템에 대한 분석하였고 열 유동해석을 통하여 냉각 모듈의 성능 예측하였다. 또한 고온 및 고온/고지 실차 시험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- (1) 연료전지 물 평형을 위한 스택 출력별 냉각수 온도를 계산하였다. 연료전지 물 평형은 냉각수 온도에 영향을 받으므로 물 평형을 위한 냉각수 온도와 방열량 결정으로 냉각 모듈 사양을 결정할 수 있었다.
- 외기온도 40C 및 Air Conditioner ON, 주행 조건별로 실차에 대한 냉각 모듈 성능 시험을 수행하였다.
대상 데이터
- 냉각 시스템 구성은 위와 같이 2개의 냉각 모듈을 사용하였다. 각 시험별 냉각수 온도 및 물 평형 (Water Balance)를 확인하였다.
이론/모형
- Turbulent model and Numerical Scheme 은 Standard k- e , MARS을 적용했다. Mesh generation 및 solving은 ES-UHOOD와 STAR.
성능/효과
- 기본 차량 모델 (Fan: 180W)로 해석(Case I)을수행한 결과, 엔진 룸 내부로 유입되는 공기 유량은 radiator grille을 통해서는 약 0.315 kg/sec (25.3%)이고, front bumper opening을 통해서는 약 0.931kg/sec (74, 7%)가 유입되고 있었다.
- 라디에이터 냉각에 기여하는 공기 접촉면이 증가하였지만 from bumper와의 짧은 이격과 형상 영향으로 effective area가 충분치 않음을 확인 할 수 있다. 라디에이터 통과한 냉각수 온도는 약 64.
- 라디에이터를 통과하는 공기 유량은 약 0.59kg/sec으로 전체 유입 공기량의 48% 정도 이며 균일도 지수는 약 0.712가 예측되었다. 이때 라디에이터 출구 냉각수 온도는 약 62.
- 해석 결과로 라디에이터를 통과하는 공기 유량은 2.802m/s이고 균일도 지수는 0.841 이로 예측되었다. 라디에이터 출구 냉각수 온도는 62.
- 또한 차량 속도별로 냉각성능을 보면 기존 ICE보다 라디에이터를 통과하는 공기 유입량이 매우 적음을 알 수 있었다. 또한 냉각수 온도가 낮기 때문에 냉각 모듈의 방열량도 상대적으로 적음을 알 수 있다.
- 75OW 냉각 팬 모터를 적용했을 경우 유입 공기 유량은 Case V경우 34%정도 향상되었고, Case IV경우 35%가 향상되었다. Case IV 경우에는 차 속이 중가할 수록 냉각 성능폭이 더 커지는 것을 알 수 있었다.
- 시험 결과로는 평지에서 주행할 경우 140KPH 까지는 물 평형이 유지되었다. 라디에이터 입구 냉각수 온도는 63℃이였고 출구 냉각수 온도는 561이였다.
- 고온/고지 냉각 성능 시험 결과, 부동액 냉각수 온도는 거의 비슷하나 증류수 냉각수 온도가 2~3°C정도 상승으로 인해서 물 평형이 소량 부족해졌다.
- (2) 열유동 해석을 통하여 냉각 모듈에 대한 사양을 결정할 수 있었으며 Package Layout0]] 대하여 을 결정할 수 있었다.
- (3) 고온 시험 결과 평지 및 등판 주행시물 평형이 이루어졌다. 하지만, 고온/고지 시험 결과로상압형 연료전지 시스템에서는 대기압이 낮아질 경우 압력을 냉각수 온도로 보상해야 하기 때문에 물 평형이 소량 부족해졌다.
후속연구
- (4) 연료전지 차량의 냉각 성능 확보를 위해서는 고용량 냉각 팬 모터 개발 및 고효율 라디에이터 개발이 필요하다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.