중공사 막 가습기의 수분 투과 해석을 위한 CFD 모델링 (CFD Modeling for Water Transfer Analysis of Hollow-Fiber Membrane Humidifiers)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 B / 47권 / 4호 / 187 ~ 194페이지
· 저자명 : 최유라, 응웬 쑤언 린, 유상석

초록

양성자 교환막 연료전지(PEMFC: proton exchange membrane fuel cell) 시스템에서 적절한 습도 제어는 전지의 성능과 내구성을 유지하기 위한 주요 인자이다. 따라서 습도 제어를 위한 별도의 가습장치를 필요로 하며, 중공사형 막을 이용한 원통 다관형 가습기가 주로 사용된다. 중공사 막의 수분 투과는 온습도, 유동 특성 및 표면적 등 다양한 인자에 영향을 받는다. 적절한 습도 제어를 위해서는 막 가습기의 수분 투과 특성 이해가 필수적이다. 본 연구에서는 막의 수분 투과 특성을 이해하기 위한 Ansys Fluent® 전산해석 모델을 개발하였다. 막의 양단의 농도차부터 수분 투과를 예측하고, 실험 결과와 검증을 통해 해석의 신뢰도를 확보하였다. 막의 개수, 공기의 유량 및 상대습도 조건에 따른 수분 전달을 막 주위의 질량분율과 속도 특성을 통해 논의하였다.

영어초록

In the PEMFC fuel cell system, proper humidity control is a major factor for maintaining the performance and durability of the cell. Therefore, a separate humidifier for humidity control is required, and a shell-and-tubes humidifier using hollow fiber membranes is mainly adopted. Water permeation of hollow fiber membranes is affected by various factors such as temperature or humidity, flow characteristics and surface area. Understanding the moisture transfer characteristics of membrane humidifiers is essential for humidity control. In this study, an Ansys Fluent® computational model was developed to understand the water vapor transfer of membranes. The water transfer was predicted from the concentration difference at both ends of the membrane, and the reliability of the analysis was secured through the experimental results and validation. The vapor transfer according to the number of membranes, air flow rate and relative humidity was discussed through the mass fraction and velocity characteristics around the membrane.

참고자료

· 없음