고분자 전해질형 연료전지 발전시스템의 동특성 해석

Title
고분자 전해질형 연료전지 발전시스템의 동특성 해석
Authors
이정호
Keywords
고분자전해질형연료전지발전시스템의동특성해석
Issue Date
2012
Publisher
인하대학교
Abstract
최근 환경오염과 화석에너지 자원 고갈등과 같은 문제점들로 인해 고분자 전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, 이하 PEMFC)가 내연기관과 각종 발전분야의 대체에너지원으로 주목받고 있다. PEMFC를 이용한 발전시스템은 PEMFC 스택과 반응에 필요한 산소를 공급하는 공기공급계, 연료인 수소를 공급하는 수소공급계, 그리고 연료전지의 안정적 작동 온도와 물 관리를 위한 열 및 물 관리계 등으로 구성된다. PEMFC 스택의 안정적 작동과 내구성 보장을 위해 이러한 BOP(Balance of Power)의 구성은 필수적이며, PEMFC 시스템의 성능 향상과 운전 신뢰도를 높이기 위해서 각 BOP와 PEMFC 스택과의 유기적인 고려가 필요하다. 특히 연료전지 스택 뿐 아니라 BOP들의 동특성 해석에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 각각의 구성부들에 대한 동특성 연구는 활발히 진행되고 있으나 스택과 BOP를 결합한 전체 시스템에 대해서 동특성 해석을 수행한 연구는 시작 단계이다. 따라서 본 연구에서는 MATLAB/SIMULINK를 사용하여 PEMFC 스택을 비롯해 공기공급계, 연료공급계, 열 관리계의 각 BOP를 결합한 PEMFC 발전시스템의 열관성을 고려한 동특성 운전 모델링을 구축하고 그 성능을 해석하는 것을 목적으로 하였다. PEMFC 시스템에서 요구되는 출력에 맞는 전류를 입력 값으로 하여 전류 부하에 따른 시스템의 성능 변화와 스택의 온도 변화를 해석하였다. 또한 반응에 필요한 산소는 공기공급계를 통해 외기로부터 공급받게 된다. 따라서 공기공급 블로워의 성능과 함께 외기 조건에 따라 PEMFC 시스템의 성능이 영향을 받을 것으로 예상되어 공기공급 블로워의 성능 및 외기온의 변화에 따른 시스템 성능 변화에 대한 해석을 수행하였다. 이와 함께 PEMFC 스택의 경우 작동온도에 따라 그 성능은 물론 내구성까지 영향을 받게 되기 때문에 냉각계통의 성능 역시 중요한 영향을 미치게 되므로 냉각 성능에 따른 성능 해석을 수행하였다.
Description
제 1 장 서론 1 1.1 연구배경 1 1.2 국내외 연구동향 3 1.3 연구 목적 및 내용 5 제 2 장 본론 6 2.1 PEMFC 발전시스템의 구성 및 개요 6 2.2 PEMFC 시스템 모델링 8 2.2.1 스택 모델링 8 2.2.2 PEMFC 스택의 해석결과 12 2.2.3 공기공급계 모델링 16 2.2.4 막가습기의 해석결과 25 2.2.5 연료공급계 모델링 28 2.2.6 열 및 물 관리계 모델링 29 2.2.7 열 관리계 해석결과 33 2.3 PEMFC 시스템 성능 해석 28 2.3.1 전류부하에 따른 PEMFC 시스템 성능 37 2.3.2 외기온도에 따른 PEMFC 시스템 성능 40 2.3.3 냉각계통 성능에 따른 PEMFC 시스템 성능 43 제 3장 결론 46 3.1 전류부하의 변화에 대한 해석 46 3.2 외기온도 변화에 대한 해석 46 3.3 냉각성능 변화에 따른 해석 47 참고문헌 48 Table 1 Design parameters of PEMFC stack 13 Table 2 Humidifier parameter a Perma Pure FC 200-780-10PP 23 Table 3 Design parameters of cooling system 34 Fig. 1 Configuration of the PEMFC system 7 Fig. 2 Validation of V-I curve with experimental data 13 Fig. 3 Step change in current 14 Fig. 4 The response of the voltage to a step change of current 14 Fig. 5 The response of the stack power to a step change of current 15 Fig. 6 The response of the temperature
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/23323
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College of Engineering(공과대학) > Mechanical Engineering(기계공학) > Theses(기계공학 석박사 학위논문)
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