• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.732-740
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• 2019

가습 소자를 이용한 증발식 가습은 건물이나 데이터 센터의 공조에 널리 사용되고 있다. 가습 소자의 성능은 가습 효율로 나타내는데 이 효율은 공기의 온습도나 물 온도에 무관하게 사용되고 있다. 본 연구에서는 데이터 센터와 건물 공조의 두 공기 조건에 대하여 셀룰로오스/PET, Glasdek의 두 소자를 사용하여 전벙 풍속과 물 온도를 변화시키며 일련의 실험을 수행하였다. 실험 결과 측정된 가습 효율은 공기 조건과 물 온도에 따라 다르게 나타났다. 심지어 건물 조건에서는 소자의 입구부에서 감습이 나타나기도 하였는데 그 이유는 공급수 온도가 입구 공기의 노점온도보다 낮았기 때문이었다. 건물 조건에서는 공급수 온도와 공기의 노점 온도 차이가 증가할수록 가습 효율은 감소하였다. 이로부터 가습 효율 모델을 적절히 세우려면 길이 방향으로 수분 전달량이 변화하는 입구 영역에 대한 해석이 중요하다고 판단된다. 셀룰로오스/PET 소자에 대하여 성능 해석을 수행한 결과 Sherwood 수는 적절히 예측하였으나 마찰 손실은 과대 예측하였다. 이는 해석시 채널 형상을 단순한 삼각형으로 가정하고 소자 표면에 형성된 액막의 영향을 무시한 때문으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제30권12호
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• pp.1228-1235
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• 2006

PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) is a low temperature fuel cell and has many probabilities of commercial use. However, water management is one of the serious technical problems for commercialization. It is necessary to understand the relationship between operation conditions and water behavior in PEMFC channel because it affects fuel cell performance. In this paper, the distribution of current density according to inlet humidity condition is mainly observed and discussed. If the anode inlet is well humidified, electro-osmotic drag is very active. For this reason, current density is very high at inlet side and the distribution is non-uniform.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권11호
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• pp.326-331
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• 2018

최근 들어 건물이나 데이터 센터의 공조에 기화식 가습기가 널리 사용된다. 일반적으로 가습 효율은 외기 조건에 관계없이 동일하게 적용된다. 하지만 이 부분에 대해서는 확인이 필요하다. 본 연구에서는 일반 건물과 데이터 센터의 설계 온습도 조건에서 일련의 실험을 수행하고 상기 가정이 적절한지를 판단하였다. 실험에 사용된 소자는 cellulose/PET 재질로 깊이 100mm, 200 mm, 300 mm 세 종류이고 전방 풍속 1.0 m/s에서 4.5 m/s 사이에서 수행되었다. 실험 결과 가습 효율은 외기 조건에 따라 차이가 났다. 데이터 센터 ($25^{\circ}C$ DBT, $15^{\circ}C$ WBT) 조건에서 건물 공조 ($35^{\circ}C$ DBT, $21^{\circ}C$ WBT) 조건보다 크게 나타났는데 그 이유는 입구 영역에서 수분 전달 성능의 차이 때문이다. 심지어 건물 공조 조건에서는 입구 영역에서 제습이 일어났다. 또한 공급수 온도가 외기 공기의 습구온도에 근접할수록 가습 효율이 증가함을 확인하였다. 따라서 가습소자의 성능을 적절히 예측하기 위해서는 입구 영역에 대한 해석 모델이 포함되어야 한다. 한편 소자의 두께가 100 mm에서 200 mm로 되면 가습효율이 29% 증가하고 300 mm가 되면 42% 증가한다. 하지만 압력 손실도 47%, 86% 증가한다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회B
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• pp.3423-3428
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• 2007

This paper shows that inlet humidity condition at cathode side is one of dominant parameters affecting the performance of PEMFC. To investigate effects of inlet humidity condition, the performance measurements were conducted for a single PEMFC with two operating variables : cathode relative humidity and dry condition in anode dry. The fuel cell employed for the experiments is a unit PEMFC with a 25$Cm^2$, Nafion$^(R)$112 membrane. As a result of this study, the cell performance is getting higher by increasing inlet humidity condition at cathode side. The cell performance is different from each operating temperature an it has maximum30% higher than dry condition at 60$^{\circ}C$ operating temperature with 80% relative humidity.

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

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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• pp.14-16
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• 2008

자동차 구동용 연료전지 스택에 적용된 분리판에 대하여 연료전지 내부의 수분분포 및 농도를 측정할 수 있는 중성자 가시화 기법을 이용하여 구조진단을 실시하여 유로의 분기부 및 180도 회전부의 수분 응축과 같은 국부적인 Flooding 현상과 분리판의 반응면적 전체에 대한 불균일한 수분분포를 확인하였다. 신규 개발 스택에 적용된 분리판은 이러한 구조진단 결과를 바탕으로 변형된 유로 도입을 통한 180도 회전부 제거, 냉각수 입구와 인접한 부분에서 교차하게 되는 수소 출구 부분의 수분응축에 의한 Flooding 현상을 완화하기 위한 냉각수 유로를 적용하여 중성자 가시화 기법을 통하여 동일한 가습조건에서 부하에 따른 분리판 반응면적 전체에 대한 수분분포를 조사하였다.

• 전기화학회지
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• 제10권1호
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• pp.25-30
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• 2007

고분자전해질 연료전지의 성능은 cell 온도, 전체 압력, 반응 기체의 부분 압력 상대습도와 같은 다양한 요인들에 의해 영향을 받는다. 이온화된 수소 이온은 $H_3O^+$의 형태로 membrane을 통과하여 물을 생성하는 반응으로 전기를 발생시킨다. 대용량 연료전지에서는 부수적으로 생성되는 열을 제거하거나 다른 용도로 사용할 목적으로 냉각시스템이 필요하다. 냉각수의 전도도가 상승할 경우에 연료전지에서 발생된 전류의 일부가 냉각수를 통하여 누설되어 연료전지의 성능을 감소시킬 수 있다. 본 연구에서는 3차 증류수와 ethylene glycol이 함유되어 있는 부동액을 사용하여 저항 수치 변화를 관찰하는 실험을 수행하였다. 3차 증류수의 경우 저항값이 설정치 이하로 내려가는데 약 28일이 소요되었고, 연료전지의 운전에 의한 영향은 관찰되지 않았다. 부동액을 냉각수로 사용한 경우는 43일이 지나도 저항값이 설정치 이하로 내려가지는 않았지만, stack 분리판의 접착부에 이상이 생긴 것으로 추정되는 연료전지의 성능 저하가 발생하여 전도도 실험을 중단하였다. 고분자전해질 연료전지에서는 수소이온의 이온전도성 저하를 방지하기 위하여 외부에서 가습하여 주는 방식이 일반적이지만, 소용량 연료전지에서는 무가습 조건을 적용하여 연료전지의 효율을 높이고 제작단가도 경감할 수 있다. 이를 위하여 저가습 및 무가습 실험을 수행하였으나 대용량 연료전지에서는 양측 무가습인 경우에 $50{\sim}60^{\circ}C$ 이상의 고온에서 성능이 발현되기 어려운 것으로 관찰되었다. 냉각수의 유량을 다르게 하여 실험을 수행한 경우에는 0.78L/min과 같은 낮은 유량에서 출구온도와 입구온도를 측정하여 본 결과 두 온도 사이에 ${\Delta}T$가 다른 유량에서보다 크게 발생하여 성능이 감소된 것으로 사료된다. 이와 같이 냉각수의 온도와 유량을 다르게 하여 양측 무가습 실험을 수행한 결과, 연료전지의 성능이 cell 온도에 직접적인 연관이 있는 것으로 관찰되었다.