• 멤브레인
• /
• 제20권4호
• /
• pp.326-334
• /
• 2010

본 연구에서는 고분자전해질 연료전지의 연료가습을 위하여 막 증발법을 적용한 막가습기를 제작하여 특징과 성능을 알아보았다. 막가습기 내부 물의 온도를 $30{\sim}60^{\circ}C$, 연료기체의 유속을 300~3,000 mL/min, 막 가닥수를 10, 50, 100 가닥으로 변화 하였을 때 결과를 dew point로 나타내었다. 그 결과 $60^{\circ}C$일 때 $51.19^{\circ}C$, 900 mL/min일 때 $54.22^{\circ}C$, 100 가닥일 때 $60.03^{\circ}C$로 연료 가습성능이 가장 좋았다. 특히, 막 가습기 물질 전달식의 모델링을 통해 연료전지에 적용할 때 막 가습기 공경 크기에 따른 반응기체의 가습량을 예측하는 것이 가능하였다. 100 W급 스택에 적용하였을 때, 전압과 출력값이 변화되지 않고 안정적으로 작동하였으며 제작한 막 가습기는 기존 기포가습기보다 부피는 훨씬 작으면서도 가습 성능은 우수한 것을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제35권4호
• /
• pp.361-369
• /
• 2011

실험과 수치해석을 이용하여 차량용 PEMFC 시스템의 공기 공급부 운전환경에 따른 막 가습기의 성능 특성에 대한 연구를 수행하였다. Nafion 막을 이용한 Shell-and-Tube 형 막가습기의 입구온도변화에 따른 열 및 물 전달 특성에 알아보기 위한 실험을 수행하였으며, 이로부터 가습기 막을 통한 물전달 성능이 입구 온도에 대하여 비선형적으로 변화하는 특성을 확인하였다. Nafion 막의 물전달 계수를 경계면의 온도와 상대습도의 함수로서 모델링하여 단일 튜브형 막에 대한 수치해석을 수행하였으며, 해석 결과를 실험 결과와 비교하였다. 막을 통한 국소물질량유속 분포가 튜브 내에서 급격하고도 비선형적으로 변화하는 해석 결과를 얻을 수 있었으며, 이로부터 입구 온도가 가습기 성능에 미치는 영향을 논의하였다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제37권9호
• /
• pp.815-821
• /
• 2013

고분자 전해질 연료전지(이하 PEMFC) 시스템의 효율과 수명은 유입되는 공기의 습도에 직접적인 영향을 받는다. 그러므로 공기는 정상 운전조건에서 적절한 습도를 유지시켜 주어야 한다. 하지만 가습 장치의 특성들에 대해서는 연구가 부족한 상태이다. 본 연구에서는 정상상태에서 다양한 입구조건에 따른 막 가습기의 수분전달 특성을 알아보기 위해 실험을 수행하였다. 실험에 이용할 평판형 막 가습기를 제작하였으며, 실험에 적합한 환경을 조성하였다. 우선 일정한 온도 조건하에서 막을 통과하는 수분 전달 능력을 실험하였고 이후 다양한 입구 조건에 따른 수분 전달 특성을 알아보았다. 본 실험에서 사용된 입구조건의 변수는 건공기와 습공기의 유량, 작동온도, 작동압력 및 유동배열이 있으며 각각의 입구 조건이 가습기의 성능에 미치는 영향을 논의하였다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제35권5호
• /
• pp.473-480
• /
• 2011

막 가습기는 다른 가습장치와는 달리, 기생 전력의 손실이 없고 가습 성능이 우수하여 이온교환막 연료전지의 외부 가습을 위해 적용되고 있다. 원통형 막 가습기는 특히 가습성능에 비해 요구 체적이 매우 작기 때문에, 수송용 및 가정용 이온교환막 연료전지에 적용된다. 막가습기의 최적 설계를 위한 열 및 물질 전달 특성에 대한 이해가 필요하지만, 아직 다양한 연구가 이루어지고 있지 않다. 본 연구에서는 원통형 막가습기의 열 및 물질전달 특성을 이해하기 위한 특성 실험을 수행하였다. 기존의 습도 측정계는 비정상 가습 특성 실험에 한계가 있고, 정상 상태에서도 고온 다습한 환경에서는 오차가 크기 때문에 본 연구에서는 습증기 응축법을 이용하였다. 가습기의 정상상태 특성을 확인하기 위해 압력과 온도 변화에 대한 실험을 수행하였으며, 비정상 특성을 확인하기 위해 순간 유량 변화 시의 가습 성능을 측정하였다. 본 연구에서는 이상의 기초 실험을 통해서 막 가습기의 성능에 영향을 미치는 주요 인자를 확인하였으며, 원통형 막가습기의 기초적인 열 및 물질 전달 특성을 이해하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제23권1호
• /
• pp.19-25
• /
• 2012

The efficiency and life time of the Proton Exchange Membrane fuel cell (PEMFC) system is critically affected by incoming gas with humidity which should be maintained properly at normal operating conditions. Typically, incoming gas of automotive fuel cell is humidified by external humidifier but the characteristics of device is rarely reported. In this study, characteristics of water transfer in the membrane humidifiers have been experimentally investigated for flow rates of gas and for different flow arrangement under steady state condition. At first, capability of mass transfer through the membrane is examined at constant temperature. Then, the temperature distribution effect on the capability of mass transfer is tested over various inlet conditions. In summary, this research presents the mass transfer capability of hydrophilic membrane over various operating conditions.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제37권5호
• /
• pp.503-511
• /
• 2013

연료전지 시스템에서 공급기체 가습은 연료전지 성능효율과 전해질막 수명 향상 측면에서 중요하다. 판형 막 가습기는 일반적으로 유동 방향에 따라 직교류와 대향류로 구분되고 판과 막 사이에서 고온 다습한 공기와 저온 건조한 공기의 열 및 물질전달이 이루어진다. 본 연구에서는 현열 및 잠열 ${\varepsilon}$-NTU 법을 이용하여 입구 온도와 유량 변화에 따른 열 및 물질전달 성능 변화를 유동 방향에 따라 비교하였다. 이를 통하여 저유량 일 때 대향류는 직교류 보다 열 및 물질전달 성능이 높은 것을 알 수 있었고 유량이 증가함에 따라 성능 차이가 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 입구온도가 증가함에 따라 열전달 성능 변화는 작은 반면 물질전달 성능 변화는 비선형으로 크게 감소되는 결과를 얻었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
• /
• pp.78.2-78.2
• /
• 2010

Effect of temperature elevation of inlet air on performance of a membrane humidifier for PEMFC vehicle application was investigated both experimentally and numerically. A shell-and-tube typed gas-to-gas humidifier with Nafion membrane was tested. The experimental result showed that water transfer varies nonlinearly with the temperature elevation. Numerical analysis based on detailed modeling is also conducted on a single tube geometry to explain this nonlinear behavior. The simulation revealed that the local water flux varies nolineary and dramatically along the tube. Analysis is based on competing role of temperature increase and relative humidity decrease, both of which seriously affect water conductivity of the membrane.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
• /
• 한국에너지공학회 1994년도 추계학술발표회 초록집
• /
• pp.23-27
• /
• 1994

고분자 전해질형 연료전지의 성능을 향상시키기 위하여 막-전극 어셈블리 제조시 hot-pressing 온도와 압력조건을 변화시켜며 단위전지 성능을 관찰하였으며 이에 대한 분석은 열무게분석법(TGA), 기공도, 이온투과계수 등을 사용하였다. 또한 전지의 작동온도 및 압력을 변화시켜가며 전지의 성능을 관찰하였다. 성능 실험은 가습기의 온도와 cell의 온도, 압력을 변화시켜가며 측정하였다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제33권8호
• /
• pp.596-603
• /
• 2009

The performance of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is seriously changed by the humidification condition which is intrinsic characteristics of the PEMFC. Typically, the humidification of fuel cell is carried out with internal or external humidifier. A membrane humidifier is applied to the external humidification of residential power generation fuel cell due to its convenience and high performance. In this study, a simple static model is constructed to understand the physical phenomena of the membrane humidifier in terms of geometric parameters and operating parameters. The model utilizes the concept of shell and tube heat exchanger but the model is also able to estimate the mass transport through the membrane. Model is constructed with FORTRAN under Matlab/$Simulink^{(R)}$ $\Box$environment to keep consistency with other components model which we already developed. Results shows that the humidity of wet gas and membrane thickness are critical parameters to improve the performance of the humidifier.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
• /
• pp.88.2-88.2
• /
• 2010

고분자전해질연료전지(PEMFC)의 성능은 고분자막의 이온전도도에 따라 큰 영향을 받으며 가습조건에 따라 연료의 수화정도에 비례하여 증가하는 경향을 보인다. 현재 고분자막을 가습하는 방법에는 여러 가지가 있는데, PEMFC에 많이 사용되고 있는 Bubbler 형태의 가습장치는 고온이 필요하며 가습 효율이 수동적인 단점을 가지고 있다. 이에 비해서 막을 이용한 가습방법은 스택의 냉각시스템을 이용하여 가습 시, 별도의 에너지가 필요하지 않다. 이에 본 연구에서는 비교적 저온에서도 가습 효율이 증대하고 시스템 간소화의 장점을 가진 막가습기를 제작하여 고분자전해질 연료전지에서 열 및 습도조절에 대한 효율성을 비교 연구하였다. 막가습기에 사용된 가습막의 두께에 따른 가습도 변화 및 유로 구조에 따른 압력강화를 관찰하였으며 막가습기를 판형 모듈 형태로 제작하여 고분자전해질연료전지에 적용하여 성능을 평가하였다.