The fuel processor for the portable fuel cell includes multi-step processes consisting of hydrogen generator, heat generator and several CO clean-up stages. One of requirements of the fuel processor for portable fuel cell system is a rapid start-up time. Especially, the warm-up time for WGS reactor is crucial factors for total start-up time. In this paper, active heating protocol, which is the heating protocol of WGS reactor supplied by the oxidation of CO rich reformate in the initial stage, is used for a rapid start-up. The air stream fed to the inlet of WGS reactor rapidly oxidize the CO rich reformate in the WGS reactor. Therefore, CO concentration in reformate quickly stabilized at the desired concentration without CO surges.
Ke Shi;Keerthi Booshan Manikandan;Young-Bong Choi;Chang-Joon Kim
Korean Chemical Engineering Research
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v.62
no.3
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pp.238-245
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2024
The lactate electrode can be utilized either as an electrode for lactate sensor to monitor the patient's health status, stress level, and athlete's fatigue in real time or lactate fuel cell. In this study, we fabricated a high-performance electrode composed of lactate oxidase, catalase, and mitochondria, and investigated the surface analysis and electrochemical properties of this electrode. Carbon paper modified with single-walled carbon nanotubes (CP-SWCNT) had significantly improved electrical conductivity compared to before modification. The electrode to which lactate oxidase, catalase, and mitochondria were attached (CP-SWCNT-LOx-Cat-Mito) produced a higher current than the electrode to which lactate oxidase and catalase were attached. The amount of reduction current produced by the bilirubin oxidase (BOD)-attached electrode (CP-SWCNT-BOD) was greatly affected by the presence or absence of oxygen in the electrolyte. The fuel cell composed of CP-SWCNT-LOx-Cat-Mito (anode) and CP-SWCNT-BOD (cathode) produced maximum power (29 ㎼/cm2) at a discharge current density of 133 ㎂/cm2. From this study, we had proved that mitochondria is essential for improving lactate sensor and fuel cell performance.
An experimental study on the catalytic reformer adopted in the auxiliary power unit system of solid oxide fuel cell was conducted. A 3-fluid nozzle, by which liquid fuel such as diesel, water and air are sprayed and uniformed mixed, was designed and used in this study. An electrically heated monolith inserted in the reformer was used for the vaporization of fuel and water in the transient state of reformer. The reformer uses the partial oxidizing reaction at the catalyst and the supply of water prevents the flame combustion in the spraying zone and lessens the deactivation of catalyst. The result showed that the reforming of liquid fuel can be started by the electrically heated monolith and the 3-fluid nozzle can give the uniform mixing of fuel, water and air. It was also found that the reformer fueled by n-hexadecane can make the reformate, at best, containing $H_2$ at 15.5% and CO at 11.5% that are used as fuel in the solid oxide fuel cell.
In hydrogen production for fuel cell by reforming ADG, sulfur compounds, odorant in ADG, are detrimental to reforming catalyst and fuel cell electrodes. We prepared alkali metal impregnated activated carbon to remove sulfur compounds in ADG by adsorption. The sulfur breakthrough adsorption capacity was changed depending on the oxygen concentration and relative humidity. Oxygen 0.2 vol% and RH 90% showed the highest sulfur breakthrough capacity. Adsorption characteristics of $H_2S$ on KI impregnated activated carbon were evaluated using dynamic adsorption method in a fixed bed. Based on the results, adsorption tower was designed and field-tested.
Kim Jae Hwan;Park Poo Min;Yang Soo Seok;Lee Dae Sung
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2005.06a
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pp.243-247
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2005
This paper describes an on-going national R&D program for the development of a gas turbine/fuel cell hybrid power generation system and related R&D activities. The final goal of this program is to develop a 200kW-c1ass gas turbine/fuel cell hybrid power generation system and achieve high efficiency over $60\%$ (AC/LHV). In the first phase of the development, a sub-scaled 60kW-class hybrid system based on the 50kW-class microturbine and the 5kW SOFC will be developed for the purpose of concept proof of the hybrid system. Core components such as the microturbine and the SOFC system are being developed and parallel preparation for system integration is being carried out. Before the core components are assembled in the final system. operating characteristics of a hybrid system are investigated from a simulated system where a turbocharger (microturbine simulator) and a modified fuel cell burner test facility (fuel cell simulator) are employed. The 60kW demonstration unit will be built up and operated to provide the valuable information for the preparation of the final full scale 200kW hybrid system.
78-cell proton exchange membrane fuel cell(PEMFC) stack with an effective electrode area of $295cm^{2}$ were investigated its operational characteristics and effects of CO poisoning. When power output, 5.4 kW, was released at current density of $325mA/cm^{2}$ for 6 hours, stablility of each cell was showed the small deviation of 2.3%. Carbon monoxide is a conventional contaminant in the fuel obtained from reforming processes with an important influence on the performance of the PEMFC. The studies of continuous injection of CO presented (5-20 ppm) with the time gave information about poisoning and recovery processes of the stack.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.6
s.237
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pp.722-729
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2005
Design analysis of the solid oxide fuel cell and gas turbine combined power system is performed considering different methods for preheating cell inlet air. The purpose of air preheating is to keep the temperature difference between cell inlet and outlet within a practical design range thus to reduce thermal stress inside the cell. Three different methods considered are (1) adopting a burner in front of the cell, (2) adopting a preheater (heat transfer from the main combustor) in front of the cell and (3) using recirculation of the cathode exit gas. For each configuration, analyses are carried out for two values of allowable maximum cell temperature difference. Performance characteristics of all cases are compared and design limitations are discussed. Relaxation of the cell temperature difference (larger difference) is proved to ensure higher efficiency. Recirculation of the cathode exit gas exhibits better performance than other methods and this advantage becomes more prominent as the constraint of the cell temperature difference becomes more severe (smaller temperature difference).
Ji, Seung-Won;You, Byung-June;Kim, Tong-Seop;Sohn, Jeong-Lak;Lee, Young-Duk;Ahn, Kook-Young
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.11
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pp.849-855
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2008
The paper addresses modeling and analysis of the part load performance of a hybrid fuel cell system integrating a polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) and a gas turbine(GT). The system is a pressurized one where the working pressure of the PEMFC is higher than the ambient pressure. In addition to the two major components, the system also includes auxiliary parts such as a steam reformer, a humidifier, and afterburner and so on. Based on design analysis, component off-design models are incorporated in the analysis program and part load operation is simulated. The mode for the part load operation of the PEMFC/GT hybrid system is a variable rotational speed operation. The operating characteristics and variations in the system efficiency and component performance parameters at part load are analyzed.
Ji, Hyun-Jin;Ha, Sang-Hyun;Kim, Young-Chul;Cho, Sung-Baek
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.14
no.4
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pp.732-739
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2011
A fuel cell/secondary battery hybrid power generation system could extend well beyond the efficiency and interoperability of the conventional diesel generator. The suggested power source system consists of 2.3 kW class PEMFC, 100 Ah lithium polymer battery, and two DC/DC converters by serial connection type. It was known that interoperability of sub-systems is the key factor for stable and optimal control of the hybrid power generation system. The modeling and simulation methods have been proposed to reduce the number of configurations and performance tests for components selection and select the optimized control condition of the power generation system. The control model for power source system is implemented based on the empirical formulation and carried out in the Matlab/Simulink environment. The results show that the simulation can be used to establish the algorism of prototype and increase the durability of the power source system.
We have developed a $kW_e$ class liquid fuel based solid oxide fuel cell (SOFC) system. Our final target is to develop the 1 $kW_e$ diesel based SOFC system for residential power generator(RPG). In this study, we present the conceptual design of SOFC system. System is composed of hot-box and cold-box. Planar typed SOFC stack, heat exchanger, combustor for stack tail gas, and fuel processor, such as fuel reformer and desulfurizer, are contained in the hot-box. And several balance of plants(BOP), such as fuel suppliers and controller, are contained in the cold-box. Before the SOFC system fabrication, we have already operated the selfsustaining fuel processor, and heat exchange of all heat-related components is simulated using ASPEN HYSYS, because heat maintenance and management in hot-box are important for stable operation of SOFC system. The self-sustained fuel processor was successfully operated for about 250 hours, and heat exchange is enough to operate the SOFC system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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