• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• 제34권4호
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• pp.341-347
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• 2010

In this study, the efficiency of a solid-oxide fuel cell (SOFC) system with a steam reformer or prereformer was analyzed under various conditions. The main components of the system are the reformer, SOFC, and water boiling heat recovery system. Endothermic and exothermic reactions occur in the reformer and SOFC, respectively. Hence, the thermal management of the SOFC system greatly influences the SOFC system efficiency. First, the efficiencies of SOFC systems with a steam reformer and a prereformer are compared. The system with the prereformer was more efficient than the one with steam reformer due to less heat loss. Second, the system efficiencies under various prereformer operating conditions were analyzed. The system efficiency was a function of the heat requirement of the system. The efficiency increased with an increase in the operating temperature of the prereformer, and the maximum system efficiency was observed at $450^{\circ}C$ for a S/C of 2.0.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.224.2-224.2
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• 2010

연료개질기는 연료전지 시스템의 핵심 구성요소 중의 하나로 도시가스로부터 수소를 생산하는 역할을 담당한다. 연료개질기는 주로 탈황, 수증기 개질, 수성가스 전이, 선택적 산화 반응의 4단계로 구성되어 있으며 이 중 상온 탈황부분을 제외한 나머지 부분은 일체화 설계를 통해 제작된다. 탈황의 경우 도시가스에 포함된 부취제인 황화합물를 제거하여 후단에 위치한 촉매층이 황에 의해 피독되는 것을 막는 역할을 하며 주로 상온흡착식 탈황제를 사용한다. 황이 제거된 도시가스는 물과 함께 연료개질기로 도입되어 수증기 개질반응을 통하여 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 소량의 메탄과 미반응 수증기로 구성된 개질가스로 전환된다. 이후의 수성가스 전이반응에서는 일산화탄소가 물과 반응하여 수소 생산량을 늘리며 동시에 일산화탄소의 농도를 낮추게 된다. 또한 고분자 전해질 연료전지에 공급되는 개질가스는 선택적 산화반응을 통하여 일산화탄소의 농도를 10ppm이하로 유지하게 된다. 이러한 기능의 연료개질기 개발의 주요 이슈로는 컴팩트화 및 고효율화이며 이 두가지 요소를 고려하여 연료개질기를 설계하여야 한다. 연료전지 시스템의 전체부피를 줄이기 위한 노력의 일환으로 연료개질기의 컴팩트화가 요구되는데 가정용 연료전지 기술 선진국인 일본 제품의 경우 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 부피는 20L정도로 알려져 있다. 또한 연료전지 시스템의 효율은 연료개질기의 개질효율과 연료전지 스택의 발전효율의 곱으로 계산되기 때문에 연료개질기의 연료개질 효율은 전체 시스템의 효율에 직접적으로 영향을 미치게 된다. 한국에너지기술연구원에서는 수소생산량 기준 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 개발을 완료하였으며 크기 및 효율면에서 선진국 제품과 비교하여 동등 또는 우위의 수준을 달성하였다. 연료개질기 내부의 혼합 및 분배 구조를 개선하고 각 촉매층의 최적 배치를 통해 연료개질기의 부피를 최소화 하였으며 연료개질기 내부에서 고온부위와 저온부위 사이의 최적 열교환을 통해 열효율을 극대화 시켰다. 현재 개발된 $1Nm^3/h$급 개질기의 단열 후 부피는 13.5L 그리고 단독운전 시 열효율은 80%(LHV)로 측정되었다. 또한 $1Nm^3/h$급의 연료개질기의 스케일-업 설계를 통하여 수소생산량 3, $5Nm^3/h$ 규모의 연료개질기를 개발하였으며 성능평가가 진행 중이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.21-24
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• 2006

수소의 소규모 분산 생산 기술은 본격 적 인 수소 인프라가 도입되기 전에 연료전지 자동차의 수소 충전용이나 분산 발전형 연료전지의 수소 공급을 위해 필요하다. 생산 용량은 수소 기준으로 $20{\sim}100 Nm^3/hr$ 정도로 현재로선 천연가스의 수증기 개 질법이 가장 경제적인 공정으로 알려져 있다. 소규모 생산에 따른 열효율 저하를 줄이 기 위해 단위 공정들이 통합된 컴팩트 개질 시스템의 개발이 필요하다. 연료전지 자동차용 수소 인프라 조기 구축을 위하여 수소충전소 구축과 국산화 천연가스 수증기 개질기 개발을 병행하여 진행하였다. 수소 충전소 구축 부분은 충전소 부지 확보, 건물 건축, 각종 유틸리 티 설치의 토목 부분과 천연가스 개질형 수소 제조 유닛 설치, 수소 압축, 저장, 디스펜싱 시스템 설치를 포함하고 있으며 고압 설비에 대한 인허가 대응 및 안전대책 작업도 진행하였다. 구축된 수소충전소는 향후 연료전지 자동차 연계 실증 프로그램에 활용할 수 있다. 국산화 핵심 기술 개발을 위하여 열 및 시스템 통합 설계에 의 해 천연가스 수증기 개질기를 제작하고 내부 열교환 구조에 따른 개질기의 성능을 평가하였다. 개발된 개질기는 개질온도 $720^{\circ}C$, 수증기 대 카본 비 2.7의 운전조건에서 $23Nm^3/h$ 이상의 수소 생산이 가능하였으며 73% 이상의 개질 효율을 나타내었다. 개발된 천연가스 수증기 개질기는 향후 수소 정제용 PSA(Pressure Swing Adsorption) 시스템과 연계하여 수소충전소 국산화 엔지니어링 설계 패키지 개발의 핵심 기 술로 사용할 계획이다.시간 정도 운전한 후 시스템을 정지하였다 메탄 전환율과 일산화 탄소 농도, 열효율을 모니터링 하고 있으며, 현재까지 초기 성능을 그대로 유지하고 있다. 앞으로 일일시동-정지 운전 시험을 지속하면서 초기 시동 특성 및 부하 변동에 따른 응답 특성 개선, 그리고 연료전지와의 연계 운전을 실시할 예정이다 한다. 단위 전지 운전 온도 $130^{\circ}C$, 상대습도 37%의 운전 조건에서도 상당히 우수한 전지 성능을 보임에 따라 고온/저가습 조건에서 상용 Nafion 112 막보다 우수한 막 특성을 나타냄을 확인하였다.소/배후방사능비는 각각 $2.18{\pm}0.03,\;2.56{\pm}0.11,\;3.08{\pm}0.18,\;3.77{\pm}0.17,\;4.70{\pm}0.45$ 그리고 $5.59{\pm}0.40$이었고, $^{67}Ga$-citrate의 경우 2시간, 24시간, 48시간에 $3.06{\pm}0.84,\;4.12{\pm}0.54\;4.55{\pm}0.74 $이었다. 결론 : Transferrin에 $^{99m}Tc$을 이용한 방사성표지가 성공적으로 이루어졌고, $^{99m}Tc$-transferrin의 표지효율은 8시간까지 95% 이상의 안정된 방사성표지효율을 보였다. $^{99m}Tc$-transferrin을 이용한 감염영상을 성공적으로 얻을 수 있었으며, $^{67}Ga$-citrate 영상과 비교하여 더 빠른 시간 안에 우수한 영상을 얻을 수 있었다. 그러므로 $^{

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 전력전자학회 2008년도 하계학술대회 논문집
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• pp.100-102
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• 2008

앞으로의 에너지 고유가 시대를 대비하여 수소의 생산에 대한 연구를 활발히 진행되어지고 있다. 여러 가지 수소를 생산하는 방법 중 본 연구에 사용되는 방법은 개질반응법으로써 스팀(수증기)개질 방식을 사용하는 1KW용 개질시스템에 관한 연구이다. 본 장치는 천연가스를 이용하여 1m3/hr을 생산하는 수증기 개질시스템이다. 크게 세가지로 나누어 지는데, 첫째 시스템 제어부, 둘째 가스 및 물 공급부, 셋째 개질기이다. 본 연구에서는 이 개질 시스템의 운전 특성과 모니터링에 대해서 알아보고자 한다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• 제36권9호
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• pp.885-894
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• 2012

A numerical study of a microchannel steam methane reforming reactor has been performed to understand the characteristics of heat and mass transfer. The integration of Rh-catalyzed steam methane reforming and Pt-catalyzed methane combustion has been simulated. The reaction rates for chemical reactions have been incorporated into the simulation. This study investigated the effect of contact time, flow pattern (parallel or counter), and channel size on the reforming performance and temperature distribution. The parallel and counter flow have opposite temperature distribution, and they show a different type of reaction rate and species mole fraction. As the contact time decreases and channel size increases, mass transfer between the catalyst layer and the flow is limited, and the reforming performance is decreased.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• 제40권11호
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• pp.745-753
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• 2016

Micro methanol-steam reformer for fuel cell can effectively produce hydrogen as reforming response to steam takes place in low temperature (less than $250^{\circ}C$). This study conducted numerical research on this reformer. First, study set wall temperature of the reformer at 100, 140, 180 and $220^{\circ}C$ while methanol conversion efficiency was set in 0, 0.072, 3.83 and 46.51% respectively. Then, porosity of catalyst was set in 0.1, 0.35, 0.6 and 0.85 and although there was no significant difference in methanol conversion efficiency, values of pressure drop were 4645.97, 59.50, 5.12 and 0.45 kPa respectively. This study verified that methanol-steam reformer rarely responds under the temperature of $180^{\circ}C$ and porosity does not have much effect on methanol conversion efficiency if the fluid flowing through reformer lowers activation energy by sufficiently contacting reformer.

• Applied Chemistry for Engineering
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• 제23권2호
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• pp.204-209
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• 2012

In this study, kinetics data was obtained for steam reforming reaction of ethane over the commercial ruthenium catalyst. The variables of ethane steam reforming were the reaction temperature, partial pressure of ethane, and steam/ethane mole ratio. Parameters for the power rate law kinetic model and the Langmuir-Hinshelwood model were obtained from the kinetic data. Also, sizing of steam reforming reactor was performed by using PRO/II simulator. The reactor size calculated by the power rate law kinetic model was bigger than that of using the Langmuir-Hinshelwood model for the same conversion of ethane. Reactor size calculated by the Langmuir-Hinshelwood model seems to be more suitable for the reactor design because the Langmuir-Hinshelwood model was more consistent with the experimental results.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• 제40권12호
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• pp.793-799
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• 2016

In a hybrid fuel cell system, low-temperature reforming technology, which uses waste heat as a heat source, is applied to improve system efficiency. A low temperature reformer is required to optimize geometry in low thermal conditions so that the reformer can achieve the proper methane conversion rate. This study analyzed internal temperature distributions and the reaction patterns of a reformer by considering the change of the shape factor on the limited heat supply condition. Unlike the case of a high temperature reformer, analysis showed that the reaction of a low temperature reformer takes place primarily in the high temperature region of the reactor exit. In addition, it was confirmed that the efficiency can be improved by reducing the GHSV (gas hourly space velocity) or increasing the heat transfer area in the radial direction. Through reacting characteristic analysis, according to change of the aspect ratio, it was confirmed that a low temperature reformer can improve the efficiency by increasing the heat transfer in the radial direction, rather than in the longitudinal direction.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• 제35권6호
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• pp.641-648
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• 2011

Off-gases emitted from the anode of a molten carbonate fuel cell (MCFC) at high temperatures for power generation are used as fuel in catalytic combustion. The heat generated in the catalytic combustor is utilized as the heat for the endothermic reaction required for steam reforming. Among the various operational conditions of the integrated reactor, we varied the inlet gas compositions of the catalytic combustor according to fuel utilization in the MCFC and the ratio of steam to carbon in the reformer. Subsequently, the thermal behaviors and reaction characteristics of the integrated reactor were investigated experimentally. The fundamental data from this experimental study will be useful for the design and fabrication of a more practical integrated reactor in the future.

• Clean Technology
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• 제19권1호
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• pp.51-58
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• 2013

In this study, kinetics data was obtained for steam reforming reaction of ethane over the nickel catalyst. The variables of steam reforming reaction were reaction temperature, partial pressure of ethane, and mole ratio of steam and ethane. Parameters for the power rate law kinetic model and the Langmuir-Hinshelwood model were obtained from the kinetic data. Also, sizing of steam reforming reactor was performed by using PRO/II simulator. For the steam reforming reaction of ethane, Langmuir-Hinshelwood model determining the reaction rate by the surface reaction was better suited than a simple power rate law kinetic model. On water-gas-shift reaction, power rate law kinetic model was well fitted to the kinetic data. Reactor size can be calculated for production of hydrogen through PRO/II simulation.