Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences (한국항공우주학회지)

The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences (한국항공우주학회)
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Nonlinear Contact Analysis of the Air Plate in a Fuel Cell

연료전지 공기판의 비선형 접촉 해석

  • 박정선 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부) ;
  • 양지혜 (한국항공대학교 항공우주및기계공학부 대학원) ;
  • 임종빈 (한국항공대학교 항공우주및기계공학부 대학원)
  • Published : 2004.04.01
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Abstract

Deformation of the porous media has influence on performance of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). The stress distributions and deformation of the porous media are major factors for safe and efficient operation in the PEMFC. In this paper, nonlinear contact analysis of air plate and porous media is performed under a working condition to predict the performance characteristics of the air plates. Two kinds of models are suggested for this study. The first porous media model has nonlinear material properties. The second model has nonlinear material properties with contact condition between porous media and air plate. The numerical analysis results of the two models are somewhat different. It is shown that the nonlinear contact analysis is required for the design study of the PEMFC.

박막연의 변형은 고분자 전해질 연료전지의 성능에 상당한 영향을 미친다. 탄소공기판의 응력 분포는 고분자 전해질 연료전지의 안정성과 작동 효율의 중요변수이다. 본 논문에서는 작동 조건에서의 공기판과 박막면의 구조해석을 수행하였다. 박막면의 구조적 변형은 연료전지의 변수들의 분포에 영향을 미친다. 본 연구에서는 두 가지 모델에 대한 해석을 수행하였다. 한가지는 박막면의 물성치를 비선형으로 가정한 것이고, 나머지 한가지는 박막면의 물성치를 비선형으로 가정하고 공기판과 박막면의 접촉면에 접촉 조건을 적용한 경우이다. 이 두 가지 경우에 대해서 해석해본 결과 각각의 응력과 변형율의 분포에서 차이가 있음을 알 수 있었다. 이 결과를 통해 연료전지의 연구에서 비선형 접촉 해석이 필요함을 알 수 있다.

Keywords

References

  1. G. Wang and Z. Dong, "Design Optimization of A Complex Mechanical System Using Adaptive Response Surface Method," Transactions of the CSME, Vol. 24, No. 1B, 2000, pp. 295-306.
  2. R. Zheng, Z. Dong, "Finite Element Structure Design of Fuel Cell Plate," 11th Canadian Hydrogen Conference, Victoria., BC, June 17-21, 2001, pp. 183-191.
  3. D. Picot, R. Metkmeijer, J. J. Bezian and L. Rouveyre, "Impact of the Water Symmetry Factor on Humidification and Cooling Strategies for PEM Fuel Cell Stacks," Journal of Power Sources, Vol. 75, 1998, pp. 251-260. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(98)00123-2
  4. W. He and Q. Chen, "Three-Dimensional Simulation of A Molten Carbonate Fuel Cell Stack under Transient condition," Journal of Power Sources, Vol. 73, Issue 2, 1998, pp. 182-192. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(97)02800-0
  5. J. H. Lee, T. R. Lalk and A. J. Appleby, "Modeling Electrochemical Performance in Large scale Proton Exchange fuel cell Stacks,"Journal of Power Sources, Vol. 70, Issue 2, 1998, pp.258-268. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(97)02683-9
  6. K. J. Bathe, Finite Element Procedures, Prentice Hall, 1996.
  7. K. L. Johnson, Contact Mechanics, Cambridge University Press, 1987.
  8. Ansys, Inc, Ansys Theory Reference, 1994.
  9. J. Larminie and A. Dicks,Fuel Cell Systems Explained, John Wiley & sons, 2000.
  10. Leo J. M. J. Blomen and M. N. Mugerwa, Fuel Cell Systems, Plenum Press, 1993.
  11. H. K. Versteeg and W. Malalasekera, An Introduction to Computational Fluid Dynamics, Longman, 1999.
  12. T. Mennola, "Design Experimental Characterization of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells," Master's Thesis, Helsinki University of Technology, 2000.