• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1995년도 추계학술발표회 초록집
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• pp.105-109
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• 1995

본 연구에서는 수치모사로 부터 단위 전지 양극가스내 질소 조성과 각 가스의 순환에 따른 단위전지내의 온도분포 및 성능변화를 구하였다. 양극가스내 질소의 영향은 냉각효과로 나타났고 순환비가 증가할수록 전지내의 온도와 전지의 성능은 감소하였다. 작동압력이 증가할수록 전지의 성능은 증가하였고, 기전력변화 대 압력의 상용대수변화의 직선의 기울기는 문헌상의 실험치와 유사하게 나타났다.

• 플랜트 저널
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• 제10권3호
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• pp.45-51
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• 2014

본 연구에서는 기존 가정용연료전지에서 활용이 미약한 중저온의 배열을 건물난방부하에 적용할 수 있도록 온도 안정화 장치를 개발하였으며 이 장치가 기존 난방설비와 연계가 가능하도록 제어시스템을 구축하였다. 연료전지 시스템의 정상작동을 위해서는 연료전지로부터 배출되는 온수의 공급온도가 $60^{\circ}C$이어야 하고 다시 연료전지로 회수되는 작동 유체의 환수온도는 항상 $55^{\circ}C$로 유지하여야 한다. 본고에서는 먼저 스택배열 활용을 극대화하기 위해 CFD 분석을 통해 소형열교환기와 기존 난방설비배관과의 최적 연계장치시스템을 구성하였다. 또한 계절별 난방 수온의 불규칙한 온도변화에 대응하기 위해서 연료전지 스택의 열원과 아파트세대 난방용 환수관을 연결한 온도자동조절 밸브를 사용하여 온도안정화 장치를 개발하였다. 소형열교환기와 통합 활용할 수 있도록 설정된 온수의 온도가 편차 ${\pm}0.5^{\circ}C$ 이내에서 유지되도록 하였다. 이 연구결과를 통해 연료전지인 PEMFC의 배열을 건물난방부하에 활용이 추후 가능할 것으로 예상된다.

• 에너지공학
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• 제20권4호
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• pp.309-317
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• 2011

연료의 물리의 특성에 따른 직접탄소 연료전지(Direct Carbon Fuel Cell)성능해석을 위해 국내 화력발전소에서 사용되고 있는 석탄 중에서 역청탄(Shenhua coal), 아역청탄(Adaro coal) 각 1종 및 순수한 탄소성분들의 결정체인 탄소 입자(Carbon particle)를 연료로 사용하여 DCFC시스템의 성능변화를 분석하였다. 연료의 물리적 특성에 따른 DCFC의 성능해석을 위해 SEM, XRD 및 BET 분석을 통해 연료의 물리적 특성(표면적, 기공의 크기, 결정립의 크기 및 구조, 구성성분)을 분석하였다. 직접탄소 연료전지는 873 K 이상의 온도에서 작동하는 고온형 연료전지이기 때문에, 성능 해석은 원탄(Raw coal)보다는 일정온도에서 탈휘발 과정이 끝난 촤의 물성 분석이 더욱 중요하다. SEM, XRD 및 BET 분석을 통한 물리적 특성 분석결과를 바탕으로 성능측정 결과를 비교분석한 결과, 연료의 탄소 함량 보다는 표면적과 기공체적이 연료 전지의 성능에 큰 영향을 미치게 되며, 원탄의 물성보다는 촤 상태의 물성에 더 많은 영향을 받는다. 또한 연료전지의 성능은 작동 온도에 영향을 받으며, 온도가 상승함에 따라 성능도 상승하게 된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권11호
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• pp.735-742
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• 2017

본 연구에서는 PEM 연료전지 온도 센서의 고장을 감지 및 판별할 수 있는 모델 기반 센서 고장 감지 방법이 적용된다. 연료전지 차량이 작동하는 과정에서 스택 온도는 연료전지의 내구성에 영향을 미친다. 따라서 고장 진단 알고리즘이 고장 신호를 감지하는 것은 중요하다. 센서 고장 감지의 주요 목적은 연료전지 시스템의 안정적인 작동을 보장하여 고온과 저온으로부터 스택을 보호하는 것이다. 상태 공간에 기반한 패러티 방정식이 스택 온도와 냉각수 입구 온도와 같은 센서 고장을 감지하는데 적용되며, 잔차는 정상적인 온도 신호와 비교된다. 그리고 잔차는 현재의 센서 고장을 감지하는 다양한 고장 시나리오에 의해 평가된다. 결론적으로, 본 연구에서 설계된 고장 알고리즘이 고장 신호를 감지할 수 있다.

• 청정기술
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• 제7권4호
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• pp.243-250
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• 2001

연료전지는 환경 친화적 대체에너지로 지속적인 연구가 이루어지고 있다. 최근에는 연료전지의 실용화를 위해 적층, 대면적화에 대한 기본 기술이 중요시되고 있다. 그러나 연료전지중 가장 많은 기술적 발전을 이룬 인산형 연료전지에 관해서도 연료전지 설계의 기초자료가 되는 스택의 온도 분포에 대한 연구는 거의 발표되지 않았다. 본 연구에서는 인산형 연료전지 스택의 온도 분포를 전산모사하였다. 이를 통하여 여러 작동 조건에서 스택의 온도 분포를 알아내었으며, 스택 운전시 적절한 온도 측정 위치를 예측할 수 있었다. 또한 냉각단의 유로를 변경하여 전산모사를 수행한 결과 스택 내부의 온도 분포의 표준 편차를 약 50% 감소시키는 효과적인 냉각 디자인을 제안할 수 있었다.

• 전기화학회지
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• 제10권3호
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• pp.196-202
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• 2007

본 연구에서는 고분자 전해질 연료전지의 가습조건의 변화에 따른 정상상태 및 비정상상태 운전특성을 살펴보았다. 전압을 OCV에서 0.25 V까지 변화시키면서 PEFC 연료전지의 정상상태 성능을 정전압 모드에서 측정하여 전류-전압 곡선에 나타내어 고찰하였다. 또한, 일부 전압조건에서 연료전지의 비정상상태 성능변화를 측정하였다. 수소극 가습에 따른 성능을 평가하기 위하여 공기극은 건조공기를 공급한 상태에서 수소극에 공급되는 수소의 습도를 20%에서 100%로 변화시키면서 연료전지의 성능을 측정하였다. 일반적으로 고전압 영역에서는 높은 작동온도가 높은 성능을 나타내고 있으나, 저전압 영역에서는 낮은 작동온도가 높은 성능을 나타내었다. 임피던스 측정을 통하여 건조한 전해질막 조건에서 ohmic 손실이 커지며 외부가습과 자체가습량이 커지면 저주파수 영역에서 물질전달손실 효과가 나타나는 것을 확인하였다. 또한, 전압을 감소시킨 후 전류의 시간에 따른 변화를 고찰하여 연료전지 시스템의 동적특성을 고찰하였다. 전압을 감소시킨 경우, 작동온도의 상승에 따라서 정상상태에 도달하는 시간이 줄어들었으며, 저전압 영역을 제외하면 생성된 물에 의한 자체가습은 정상상태 도달시간을 지연시키는 효과를 가져왔다.

• 전기화학회지
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• 제7권2호
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• pp.69-79
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• 2004

전산모사를 이용하여 특성을 정확하게 모사하기 위해서는 전지 내부에서 발생하는 다양한 물리적, 화학적 현상을 고려하여야 한다. 이를 위해, 본 연구에서는 다양한 전지 내부 현상에 대한 변수를 고려할 수 있는 전산유체 상용코드인 CFD-ACE+를 이용하여 평판형 고체산화물 연료전지의 작동 특성을 분석하였다. 단위 스택에서 발생하는 물질전달과 열전달 및 전기화학 반응에 의한 전하이동을 복합적으로 고려하여, 작동조건 하에서 각 공정적, 구조적 변수 변화에 따른 전지특성을 예측하였다. 이러한 전산모사 방법을 통하여 확산과 유동에 의한 전지 내 반응물과 생성물의 mass fraction 분포와 단위 스택의 내부 온도분포 그리고 전지 특성을 나타내는 polarization curve에 의한 고체산화물 연료 전지의 분극 특성을 정성, 정량적으로 제시하였다. 본 연구를 통해 평판형 단위 스택 내에서의 다양한 변수 변화에 따른 전지의 작동 특성에 대한 효율적 예측이 가능하였고, 고체산화물 연료전지 작동 시 발생하는 현상에 대한 전산모사 접근법을 체계적으로 제시할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.89.2-89.2
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• 2010

고체산화물 연료전지는 $800{\sim}1000^{\circ}C$인 고온에서 작동하므로 적용되는 밀봉재의 요구조건은 매우 중요하다. 본 연구에서는 SOFC 밀봉재로서 $SiO_2-B_2O_3-RO$계 결정화 유리를 선정하였으며 작동온도 부근에서 결정화를 유도하여 고온점성유동을 제어하고자 하였다. 따라서 $SiO_2-B_2O_3-RO$계에 RO인 CaO, SrO, BaO, MgO를 상호 치환하였을 때 결정상의 생성, 생성온도, 생성결정의 종류가 sealing 특성에 어떠한 영향을 주는가를 검토하였다. 결정화유리를 $800^{\circ}C$로 유지하였을 때 생성되는 주 결정상은 Calsium silicate, Strontium silicate, Barium silicate, Magnesium silicate이였으며 Strontium silicate 의 생성속도가 가장 빨랐으며 결정상은 불산으로 에칭하여 SEM으로 관찰하였다. Barium silicate를 유도한 결정화 유리가 $800^{\circ}C$에서 1000시간 유지하였을 경우 가장 내화학성이 우수하며 강도값도 154MPa로 가장 높았다. 또한 부분 결정화를 통해 $800^{\circ}C$ 점성유동이 제어됨을 고온현미경을 통해 관찰하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제35권5호
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• pp.590-599
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• 2011

연료전지시스템의 고효율화를 목적으로 수소가 가진 화학적 에너지를 최대한 전력화하기 위하여 연료전지에서 발생하는 폐열을 적극 활용할 필요가 있다. 이런 목적에 폐열을 이용하는 증기터빈과 연료 전지를 결합시킨 SOFC/ST 하이브리드시스템이 적합하다. 본 논문은 SOFC/ST 하이브리드시스템에 대한 셀의 작동온도와 전류밀도, 연소기 출구 온도, 보일러 출구 가스온도가 시스템의 성능에 미치는 영향 등을 시뮬레이션을 통하여 검토한 것으로 증기터빈의 일정 조건에서는 연료전지 스택에서 다량의 폐열이 발생하는 경우가, 연료전지의 일정 조건에서는 연소기에 추가적 연료 공급을 억제하는 경우에서 하이브리드시스템의 효율이 증가됨을 확인하였다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1998년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.265-269
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• 1998

고분자전해질 연료전지는 다른 형태의 연료전지에 비하여 전류밀도가 크고 10$0^{\circ}C$ 미만의 온도에서 작동되며 구조가 간단하여 수송용 무공해 차량의 동력원으로서 아주 적합한 시스템이다. 또한 빠른 시동과 응답특성, 우수한 내구성을 가지고 있고 연료로 수소 이외에도 메탄올이나 천연가스를 개질하여 사용할 수 있다는 장점이 있다. (중략)