• Journal of the KSME
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• v.51 no.11
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• pp.37-41
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• 2011

수소 고급을 위해서는 수소 수송 인프라 구축이 효과적인 방안이 될 수 있다. 산업원료와는 달리 에너지원으로서 수소를 사용할 때에는 불특정 범위의 일반 소비자들에게 공급되어야 하며, 생산, 저장, 이용시스템과 함께 공급시스템이 구축되어야 한다. 이 글에서는 수소시스템과 수소수송배관 특징, 수소취성 기본개념 및 수소수송 배관재료 요구조건 등을 알아보도록 한다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2012.05a
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• pp.149-152
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• 2012

This paper describes the study of integrated hydrogen supply system for environment friendly propulsion systems of fuel-cell UAV. Diluted hydrochloric acid was used for direct-decomposing solid-state $NaBH_4$ and generating hydrogen. Self-hydrogen pressurized reactor and pressure regulator was introduced for stable hydrogen supply. Prototype of integrated hydrogen supply systems using the solid-state $NaBH_4$ direct-decomposition was designed for performance evaluation and concept demonstration.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.40 no.10
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• pp.901-909
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• 2012

This paper describes characteristics of solid-state $NaBH_4$ hydrogen generation and supply system for fuel cell UAV. Flow rate and pressure of the generated hydrogen were dramatically changed during $NaBH_4$ decomposition using acid. Hydrogen supply was stabilized by a self-pressurized reactor, and hydrogen stabilization method was introduced. For hydrogen generation in below zero-temperature, hydrochloric acid was diluted by propylene glycol-water mixtures. Solid-state $NaBH_4$hydrogen generation and supply system was designed. Basic operation experiments was performed to reveal the characteristics of this hydrogen generation system.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.264-267
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• 2005

수소의 소규모 분산 생산 기술은 본격적 인 수소 인프라가 도입되기 전에 연료전지 자동차의 수소 충 전용이나 분산 발전형 연료전지의 수소 공급을 위해 필요하다. 생산 용량은 수소 기준으로 $10\~100 Nm^3/hr$ 정도로 현재로선 천연가스의 수증기 개질법이 가장 경제적인 공정으로 알려져 있다. 소규모 생산에 따른 열효율 저하를 줄이 기 위해 단위 공정들이 통합된 컴팩트 개질 시스템의 개발이 필요하다. 핵심 기술인 컴팩트 리포머의 국산화 기술 확보를 위하여 $20 Nm^3/hr$용량의 동심관형 리포머를 설계, 제작하였다. 내부구조는 제작의 단순화를 고려하여 중첩된 동심관이 배열되었고 압력 손실과 열웅력 발생을 억제하도록 유로를 배치하였다. 수증기개질 반응에 필요한 반응열은 리포머 본체에 부착된 버너를 이용하여 공급하였다. 성능 측정을 위한 부속 기기로 상온 흡착식 탈황기, 폐열 회수형 수증기 발생기, 반응물 예열을 위한 열교환기, 생성 가스 응축기를 설계 제작하여 전체 리포밍 시스템을 구성하였다. 반응 온도 $680\~720^{\circ}C$, 탄소 대 수중기 비(S/C ratio) $2.7\~3.2$ 조건에서 수증기 개질 반응을 수행하였다. 해당 반응 조건에서 메탄 전환율 $89\%$ 이상, 저위 발열량 기준 개질 열효율 $70\%$ 이상을 달성하였고 개질 생성가스 내 수소의 최대 유량은 $23.4Nm^3/h$였다. 개발된 리포밍 시스템은 고순도 수소 생산이 필요한 경우, 수소 수율 향상을 위한 고온 수성 가스 전화 반응기를 통합 가능하도록 열교환기 구성을 조정할 수 있으며 용융 탄산염 연료전지와 같이 고온형 연료전지의 경우 $550^{\circ}C$ 이상으로 개질 생성 가스를 공급하도록 구성할 수도 있다. 향후 리포머 본체의 개질 효율 향상 및 장치 소형화, 부속 기기의 최적화를 통한 전체 리포밍 시스템 개선, 스케일 업 설계를 위한 엔지니어링 설계 패키지 구성을 계획하고 있다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.53 no.2
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• pp.164-173
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• 2015

This study aims to design energy supply systems from various energy sources for transportation sectors and comparatively analyze the life cycle cost of different scenario-based systems. For components of the proposed energy supply system, we consider a typical oil refinery, byproduct hydrogen system, renewable energy source (RES)-based electric generation system and existing electricity grid. We also include three types of vehicles in transportation sector such as internal combustion engine vehicle (ICEV), electric vehicle (EV), fuel cell vehicle (FCV). We then develop various energy supply scenarios which consist of such components and evaluate the economic performance of different systems from the viewpoint of life cycle cost. Finally we illustrate the applicability of the proposed framework by conducting the design problem of energy supply systems of Jeju, Korea. As the results of life cycle cost analysis, EV fueled by electricity from grid is the most economically feasible. In addition, we identify key parameters to contribute the total life cycle cost such as fuel cost, vehicle cost, infra cost and maintenance cost using sensitivity analysis.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.11a
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• pp.118-121
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• 2007

수소 스테이션의 수소분리정제를 위한 Compact 형 PSA를 연구하였다. 수소 스테이션의 공정과정 중에서 수소 분리를 위한 PSA 장치는 에너지효율면에서 장점을 가지고 있지만 부피가 커서 많은 부지를 차지하는 단점이 있다. 수소 PSA의 이러한 단점을 줄이기 위하여 하나의 흡착탑 안에 다른 흡착탑을 넣는 Dual bed 형태의 Compact형 수소 PSA공정을 연구하였다. Compact형 수소 PSA는 하나의 bed안에 다른 하나의 bed를 넣음으로써 시스템이 차지하는 부피를 줄이는 한편, inner bed와 outer bed사이의 열교환 효과가 나타나기 때문에 그 효율을 높일 수가 있다. Compact형 Dual bed는 활성탄으로 충진하였고 공급 기체로는 4성분 수소 혼합물 ($H_2/CO/CH_4/CO_2$, 69:2:3:26 vol.%)를 사용하였다. 흡착탑의 동특성을 알아보기 위하여 공급유량 7LPM, 흡착압력 9atm의 조건으로 파괴 실험을 수행하였다. 또한, Compact형 흡착탑의 열교환 효과가 PSA공정에 미치는 영향을 보고자 한 쪽 탑에서 흡착을 할 때, 다른 탑에서 탈착이 일어나는 실험을 하였다. 그리고 P/F ratio에 따라 Compact형 PSA 공정 실험을 하고 Compact형 흡착탑과 같은 부피의 일반 두 탑 PSA 공정을 시뮬레이션 값과 비교함으로써 Compact형 PSA의 성능을 알아 보았다. 그 결과 Dual bed PSA는 작은 부피를 차지하는 장점뿐만 아니라 열적 효과로 인하여 기존의 단일 흡착탑 PSA에 비하여 보다 높은 효율을 나타내면서 우수한 수소 분리 성능을 보여주었다.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.25 no.5
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• pp.11-18
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• 2021

Since hydrogen has the lower minimum ignition energy than that of gasoline, hydrogen could be also appropriate for the IC engine systems. However, due to the low ignition energy, there might be a 'back-fire' and 'pre-ignition' problems with hydrogen SI(Spark-ignition) combustion. In this research, cooling effects of intake gas mixture on the improvement of the maximum power output were evaluated in a 2.4 L SI engine. There were two ways to cool intake gas mixtures. The first one was cooling intake fresh air by adjusting inter-cooler system after turbocharger. The other one was cooling hydrogen fuel before supplying by using heat ex-changer. Cooling hydrogen was performed under natural aspired condition. The result showed that cooling fresh air from 40 ℃ to 20~30 ℃ improved the maximum brake power up to 6.5~8.6 % and cooling hydrogen fuel as -6 ℃ enhanced the maximum brake power likewise.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.22 no.1
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• pp.37-44
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• 2021

In this study, shape design and material selection were carried out for a two-stage pressure-reducing regulator to compensate for the shortcomings of a one-stage mechanical decompression regulator. The shape of the contact surface of the depressurization unit was considered, material was selected, and the shape was designed to compensate for the pulsation and slow response through the two-stage decompression and to solve the problem of high pressure deviation. In terms of airtightness, the deformation amount of TPU showed a small amount of displacement of up to 15.82%. Considering the fact that it is applicable to various hydrogen fuel supply systems by securing universality by applying electronic solenoids to the second pressure reduction, magnetic materials were selected. The hydrogen embrittlement and corrosion resistance were evaluated to verify the plating process. Surface corrosion did not occur in only the case of Cr plating. The elongation during the corrosion process was compared using a tensile test, and there was a difference within 2%.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.231-234
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• 2005

수소 기반의 에너지 사회는 중소규모 분산 발전과 연료 전지 자동차에서 시작될 거라는 예측이 지배적이다. 가정용 고분자 연료전지 시스템은 상업화에 가장 가까운 소규모 분산 발전 시스템중의 하나이며, 에너지기술연구위원에서는 가정용 고분자 연료전지에 수소를 공급하기 위한 천연가스 수증기 개질시스템의 개발을 진행해 왔다. 효율 향상과 제작의 용이성, 그리고 소형화에 초점을 맞추어 개발된 prototype-I은 $2.0Nm^3/hr$의 순수 수소 생산 용량을 가지고 있으며, 수증기 개질기와 수성가스 전이 반응기 수중기 생성 장치, 그리고 반응열 공급에 필요한 버너 등을 이중 동심원관에 통합한 형태이다. 수중기 개질과 수성가스 전이 반응을 거쳐 나오는 개질 가스의 조성은 $72.3\%\;H_2,\;4.8\%\;CH_4,\;0.7\%\;CO,\;22.2\%\;CO_2$이며, 이때 S/C 비율은 2.5였다. 고분자 연료 전지 공급 시 요구되는 CO 농도가 10ppm 이하이기 때문에, 본 시스템에는 선택적 산화 반응기를 2단으로 설치하여 CO. 농도를 10ppm 이하로 낮추어주었다. 전체 시스템의 열효율은 LHV 기준으로 $68\%$. Prototype-I의 운전을 통해 설계 개선안을 도출하였으며, 이를 적용해 제작한 prototype-II가 시험 운전 중이다,. 통합된 개질 시스템에서는 각 단위 반응기사이의 열교환을 최적화하여 단위 반응들이 적정 온도 범위에서 일어나도록 유도하는 것이 중요하다. Prototype-II는 수증기 개질 반응기와 WGS 반응기, 수증기 생성 장치 사이의 열교환율을 향상시켜 농도를 $2.5\%$로 감소시키면서 CO의 농도는 $1\%$이하로 유지하였다. 이 결과를 바탕으로 얻어진 메탄 전환율은 $87\%$이고, 열효율은 LHV 기준으로 $75\%$이다. 아울러 개선점을 적용한 선택적 산화 반응기를 제작하였다. 개질 가스와 산소의 혼합을 유도하고, 반응기 온도의 제어를 통해 선택적 산화 반응의 속도와 선택성을 향상시키고자 한다. 시스템의 운전을 통해 메탄 전환율과 열효율의 개선을 진행할 예정이다.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.23 no.3
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• pp.88-95
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• 2019

The hydrogen torch ignition system has been widely used to ignite a pure aluminum for aluminum powder combustion system because of its simple ignition method. However, the conventional hydrogen torch ignition system has a disadvantage that requires a high-pressure tank to supply hydrogen, which leads to the increase of the weight. In order to solve this problem, a hydrogen ignition system using $NaBH_4$, a solid chemical hydride, was designed in this study. The thermal decomposition of $NaBH_4$ was initiated approximately at $500^{\circ}C$ and hydrogen was generated. The parameters affecting the thermal decomposition characteristics of $NaBH_4$ were analyzed and the aluminum combustion test was carried out using $NaBH_4$-based hydrogen ignition system to study the applicability to a practical aluminum-combustion propulsion system.