용융탄산염 연료전지(MCFC)는 청정화와 효율적인 전력변환을 위해 개발됐다. 본 연구에서는 내부 매니폴드형 용융탄산염 연료전지(MCFC) 전기 스택을 개선한 3차원 유체와 열물질 흐름 분석을 실시하여 성능을 예측하고자 한다. 효율적인 해석을 위해 집전판의 압력강하 및 유량 분석과 Wilke 혼합 열전도도의 보정을 통해 유효 투과율과 열전도도를 각각 구하는 이방성 다공성 매체로 Anode, Cathode 가스 채널을 근사화 하였다. 가스 유동, 혼합 가스의 농도 분포, 열전달, 전기 화학 반응이 포함된 다중물리 해석을 통해 용융탄산염 연료전지를 해석하였다. 이와 같은 다중물리해석을 통하여 다양한 조건에서 내부 및 외부 개질방법을 이용한 내부 매니폴드형 용융탄산염 연료전지(MCFC)의 전류밀도, 온도, 압력분포 및 성능을 제시하고 CFD 사용에 따른 작동 조건을 분석하였다. 시뮬레이션에는 상용 다중 물리 필드 소프트웨어 COMSOL v6.0을 사용하였다. 동시에 전기화학적 반응, 열전달 및 가스 흐름을 분석한다. 내부 매니폴드형 용융탄산염연료전지(MCFC)의 성능 및 온도 분포는 가스 이용률, 유동 방향, 메탄(CH4) 대비 수증기(H2O) 비율 등의 작동 조건에 따라 계산된다. 해석 결과 성능 곡선, 각 단위의 온도, 가스 농도 분포를 포함한 다양한 결과를 얻을 수 있었다. 그리고 내부 외부 개질 방법에 따라 내부 매니폴드형 용융탄산염연료전지의 성능을 분석 하였다.
Molten carbonate fuel cells (MCFCs) were developed for cleaning and efficient power conversion. In this study, the performance of the three-dimensional fluid and thermal mass flow analysis of the improved internal manifold molten carbonate fuel cell (MCFC) electric stack was performed to predict the performance. For efficient analysis, the anode and cathode gas channels were approximated as an anisotropic porous medium to obtain effective transmittance and thermal conductivity, respectively, through analysis of pressure drop and flow rate of the current collector and correction of Wilke mixed thermal conductivity. Molten carbonate fuel cell was analyzed through multiphysics analysis including gas flow, concentration distribution of mixed gas, heat transfer, and electrochemical reaction. Through this multiphysics analysis, the current density, temperature, pressure distribution and performance of an internal manifold type molten carbonate fuel cell (MCFC) using internal and external reforming methods under various conditions were presented, and the operating conditions according to the use of CFD were analyzed. . Commercial multiphysics field software COMSOL v6.0 was used for simulation. At the same time, the electrochemical reaction, heat transfer and gas flow are analyzed. The performance and temperature distribution of an internal manifold type molten carbonate fuel cell (MCFC) is calculated according to operating conditions such as gas utilization rate, flow direction, and ratio of methane (CH4) to water vapor (H2O). As a result of the analysis, various results including performance curves, temperature of each unit, and gas concentration distribution were obtained. And the performance of the internal manifold type molten carbonate fuel cell was analyzed according to the internal and external reforming method.