자기공명유속계를 이용한 연료전지 분리판 유로의 3차원 속도장 측정 및 유량 분포 분

Abstract

연료전지 종류 중 하나인 고분자 전해질 연료전지는 주로 자동차 산업과 같은 수송 분야에 사용되는 대표적인 종류의 연료전지이며, 기본적으로 산소와 수소의 화학작용을 통해 전기와 물이 생성된다. 고출력을 위한 반응 면적이 넓은 것과 달리, 연료전지가 설치되는 공간의 한계로 인해 각 채널로 들어가는 입구는 제한적이므로 연료전지의 효율적인 작동과 성능 향상을 위해 확산을 통한 연료전지 분리판 유로의 고른 유량 분배가 중요하다. 주 채널의 높이가 1mm 이내에 해당하는 분리판 유로를 유동 가시화하는 기법은 주로 전산수치기법인 CFD 해석을 통하여 진행되었고, 실험적으로 유동 가시화한 연구 사례들은 정성적인 측정이나 2차원적인 속도장을 얻었다. 본 연구에서는 비침습적이고 3차원 3성분 속도장을 얻을 수 있는 자기공명유속계를 이용하여 연료전지 분리판 유로의 속도장을 측정하고 기존의 CFD 해석을 통해 얻은 속도장 및 유량분포를 비교함으로써 수치해석에 대한 벤치마크 데이터를 확보하였다.|One of the types of fuel cells, polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) is a representative type of fuel cell mainly used in transportation fields such as the automotive industry. PEMFC generate electricity and water through the chemical reaction of oxygen and hydrogen. Unlike large reaction areas required for high output, the entrances to each channel are limited due to the constraints of the installation space for fuel cells. Therefore, uniform flow distribution of the fuel cell bipolar plates through diffusion is important for efficient operation and performance improvement of the fuel cell. Techniques for visualizing the flow over bipolar plates with a height within 1mm in the main channel have been mainly conducted using computational fluid dynamics (CFD) analysis, which is a computer-based numerical method. The existing research cases that experimentally visualized the flow mainly obtained qualitative measurements or two-dimensional velocity fields. In this study, we obtained three-dimensional three-component velocity fields of the fuel cell separator flow channels using non-invasive magnetic resonance velocimetry and obtained benchmark data for numerical analysis by comparing them with velocity fields and flow distributions obtained from the existing CFD analysis.