• 기계저널
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• 제51권11호
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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.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2012년도 제38회 춘계학술대회논문집
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• pp.149-152
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• 2012

본 논문은 연료전지 UAV의 친환경 추진 시스템을 위한 통합형 수소 공급 시스템 연구에 대해 기술하고 있다. 고체 상태 $NaBH_4$를 직접 분해하기 위해 희석된 염산을 사용하였다. 안정적인 수소 공급을 위해 자체 수소 가압형 반응기와 압력 레귤레이터를 적용하였다. 컨셉 실증과 성능 검증을 위해 고체 상태 $NaBH_4$를 직접 분해하는 통합형 수소 공급 시스템의 시제품을 설계하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권10호
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• pp.901-909
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• 2012

본 논문은 연료전지 UAV를 위한 고체 상태의 $NaBH_4$ 수소 발생 및 공급 시스템의 특성에 대해 기술하고 있다. 산을 이용하여 $NaBH_4$를 분해할 경우, 발생된 수소의 유량과 압력은 급격히 변화하게 된다. 공급 수소는 자체 가압식 반응기로 안정화 되었고, 수소의 안정화 방법에 대해 소개하였다. 영하조건에서 수소를 발생시키기 위해 묽은 염산을 프로필렌 글리콜 혼합 용액으로 희석하였다. 고체 상태 $NaBH_4$ 수소 발생 및 공급 시스템을 설계하였다. 수소 발생 시스템의 특성을 밝혀내기 위한 기본 구동 실험을 수행하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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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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• 제53권2호
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• pp.164-173
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• 2015

본 연구에서는 다양한 도로운송부문용 에너지 공급 시스템을 구축하고 각 시나리오의 최적 비용을 비교분석하였다. 에너지 공급 시스템의 구성요소로써 기존의 정유공정, 부생수소 시스템, 신재생 에너지 자원 기반의 전력 생산공정, 전력운송을 위한 전력망을 설정하였으며, 내연기관자동차, 전기자동차, 연료전지자동차 등 세 가지의 도로운송부문용 자동차를 포함하였다. 이러한 구성요소를 포함한 다양한 에너지 공급 시스템 시나리오를 기반으로 최적 생애주기비용을 규명할 수 있는 에너지 시스템 평가모델을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 최적화 모델을 제주도 지역에 적용함으로써 모델의 성능을 검증하였고 또한 제주도 지역의 에너지 시스템 구축에 관한 다양한 시나리오의 경제성을 분석하였다. 제주도 도로운송부문용 에너지 공급 시스템의 생애주기비용 분석 결과, 전력망을 이용하여 전기를 공급하는 전기자동차 시나리오가 상대적으로 가장 높은 경제성을 보였으며, 신재생 에너지 자원을 이용하여 수소를 공급하는 연료전지자동차 시나리오가 가장 낮은 경제성을 보였다. 또한 연료비용, 차량비용, 인프라비용, 유지비용 등 주요 비용 관련 변수들에 관한 민감도분석을 수행함으로써 생애주기비용의 변화에 주요한 구성요소들을 규명하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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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.

• 한국가스학회지
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• 제25권5호
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• pp.11-18
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• 2021

수소는 동일한 공연비(AF ratio, Air-to-fuel ratio)에서 가솔린에 비해 점화에너지가 현격히 낮기 때문에, 희박한 혼합기 조건에서도 안정적으로 연소할 수 있는 장점을 가지고 있어 연소를 기반으로하는 내연기관에도 적용이 가능하다. 그러나 일부 연소조건에서 역화(Back-fire) 혹은 조기 점화(Pre-ignition)와 같은 이상 연소가 발생하기 쉬운 문제를 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 엔진의 흡기(Intake gas mixture)를 구성하는 신기(Fresh air)와 수소 연료를 각각 냉각하여 공급함으로써, 역화를 최소화하여 최고 출력을 향상하는 연구를 진행하였다. 2.4 L급 전기점화(SI, Spark-ignition)엔진이 사용되었으며 수소는 포트분사 방식(PFI, Port Fuel Injection)으로 공급하였다. 신기의 온도는 터보차저가 장착된 상황에서 인터쿨러(Intercooler)를 이용하여 제어하였으며, 수소의 냉각은 칠러의 냉매와 열교환기를 통하여 직접 냉각 후 공급하였다. 그 결과 신기의 온도를 10~20 ℃가량 냉각시킬 경우 최고출력이 약 6.5~8.6 % 가량 향상되는 것을 확인할 수 있었으며, 수소를 -6 ℃까지 냉각하여 공급할 경우 마찬가지로 약 7.7 % 가량의 최고 출력을 향상할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권1호
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• pp.37-44
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• 2021

수소연료전지차(FCEV)는 전기를 자체 생산하는 연료전지를 동력원으로 하고 있으며 기존 기계식 레귤레이터의 출구압은 시스템 사양에 의해 제작 시점에서 고정되며 순간적인 수소 공급량에 의한 출구압 강하가 발생하는 경우 수소의 공급유량이 부정확해지는 문제가 있다. 본 연구에서는 기존에 존재하는 1단 기계식 감압 레귤레이터를 보완하기 위한 2단 감압 레귤레이터의 형상 설계 및 재질 선정을 수행하였다. 2단계 감압을 통한 맥동과 느린 응답을 보상하고 고압 편차 문제를 해결하기 위해 감압 유닛의 접촉면 형상을 가공성을 고려하여 설계하였다. 기밀성 측면에서 TPU의 변형량은 최대 15.82% 작은 변위량을 보였으며, 재질 선정에서는 2단 감압에 보편성을 확보하고 다양한 수소 연료 공급시스템에 적용 가능한 전자식 솔레노이드를 고려하여 자성체를 선정하고 적절한 도금 종류를 검증하기 위한 수소 취성 및 내식성 평가를 실시하였다. 시편의 표면 부식은 Cr 도금의 경우에서만 발생되지 않았으며, 인장 시험을 통해 부식과정간 연신율을 비교하였을 때, 2% 이내의 차이를 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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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.

• 한국추진공학회지
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• 제23권3호
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• pp.88-95
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• 2019

수소 토치 점화 시스템은 순수한 알루미늄을 이용하여 점화가 가능하고 점화 방법이 간단해 알루미늄 연소 시스템으로 많이 사용되고 있다. 하지만 기존의 수소 토치 점화 시스템은 수소 공급을 위해 고압의 수소탱크가 필요해 무게가 무거워지는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 고체 화학수소화물인 $NaBH_4$를 이용한 수소 점화 시스템을 설계하였다. $NaBH_4$는 약 $500^{\circ}C$에서 열분해가 시작되고 수소가 발생한다. $NaBH_4$ 열분해 특성에 영향을 미치는 변인들을 분석하고, $NaBH_4$ 기반 수소 점화 시스템을 이용해 알루미늄 연소 실험을 수행하여 실제 시스템 적용 가능성에 대해 검증 하였다.