연료전지 열관리 R1233zd(E) 비등 특성

항공 연료전지 추진 시스템 개발에서 열관리는 핵심 과제이나, 저압 및 밀리미터 스케일 기하학적 구조에서 저지구온난화지수(low-GWP) 유체에 대한 열수력학적 연구는 부족합니다. 특히, 압력과 질량 유속 등 제어 가능한 작동 변수가 열전달 성능, 비등 시작, 수력학적 손실에 미치는 복합적인 영향은 체계적으로 규명되지 않아 예측 모델 및 설계 방법 검증에 한계가 있었습니다. 본 연구는 이러한 간극을 해소하고자 수평 사각 채널(수력학적 직경 5mm)에서 R1233zd(E)의 유동 비등 특성을 조사했습니다. 입구 압력은 2.5~3bar(포화 온도 44~50°C), 질량 유속은 200~600kg m−2 s−1, 열유속은 0~20W cm−2, 입구 과냉각도는 5°C 범위에서 실험을 수행했습니다. 실험 결과, 입구 압력을 2.5bar에서 3bar로 높이면 비등 시작 시 벽면 과열도가 약 40% 감소하고, 열전달 계수가 향상되며, 수력학적 손실은 16% 줄어드는 것으로 나타났습니다. 또한, 작동 압력의 비교적 작은 변화가 질량 유속의 유사한 변화보다 열전달 성능에 더 큰 영향을 미쳐, 압력이 2상 열관리 시스템의 효과적인 조절 변수임을 확인했습니다. 이 연구 결과는 지속 가능한 연료전지 열관리 시스템의 최적 작동 설계를 위한 실험적 기반을 제공합니다.