• Journal of Energy Engineering
• /
• v.8 no.1
• /
• pp.23-33
• /
• 1999

용융탄산염 연료전지의 대형화에 관한 기본 기술을 확립하기 위하여 전극의 유효면적이 625 $\textrm{cm}^2$인 단위전지를 20단 적층한 내부 분배형 용융탄산염 연료전지 스택을 제작하고 그 성능을 살펴보았다. 연료로 72% H2/18% CO2/10% H2O를 , 산화제로는 70% air/30% CO2의 혼합 기체를 사용하여 운전한 결과 전류밀도가 150 mA/$\textrm{cm}^2$이고 연료 및 산화제의 이용율이 0.4일 때, 스택 전압이 16.62 V로 1.56 kW의 높은 초기출력을 나타내었다. 스택 내 분리판에서의 온도 분포는 가스 흐름 방향으로 온도가 증가하였으며 스택출력이 높아질수록 가스 배출 부분의 온도가 상승하였다. 스택 내 각 단위전지간의 성능 분포는 균일하지 않았으며, 가스이용율에 따라 그 편차가 증가하였다. 연속 운전 300시간 후부터 스택의 성능이 감소하였으며, 그 원인을 분석한 겨로가 탄소 석출과 부식 생성물에 의한 전기 단락 때문으로 밝혀졌다. 본 연구를 통하여 anode 출구에서의 가스 조성을 분석함으로써 전기 단락에 의한 전압 손실량을 계산하는 기법을 확립하였다. 또한 본 연구에서 얻은 결과를 통하여 향후 스택의 대형화와 장수명화에 대한 대책을 제시하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• v.35 no.6
• /
• pp.765-772
• /
• 2011

In this research, the fuel cell system model capable of generating codes in real time was developed to construct of a HIL (Hardware-In-the-Loop) for a SOFC-powered ship. Moreover, the effects of the distribution of the exhaust gas flow rates in a stack, the flow rates of fuels and temperature of air supplied on the temperature characteristics of fuels supplied to the cathode and the anode, the output power of the stack and system efficiency are examined to minimize the temperature difference between fuels supplied to the stack used in a 500kW SOFC system using methane as a fuel. As a result, the temperatures of fuels supplied to the cathode and the anode maintain at 830K when the opening factor of three-way valve located at outlet of turbine is 0.839. Also the process for optimization of methane flow rate considering the fuel cell stack and system efficiency is required to increase the temperatures of fuels supplied to the stack.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
• /
• 2011.11a
• /
• pp.763-768
• /
• 2011

The effects of $CO_2$-dilution on combustion instability were studied in order to apply biogas in a dual lean premixed gas turbine combustor on a real-scale dual lean premixed burner head which is originally developed for Natural Gas fuel. Combustion instability is reduced by $CO_2$ dilution effect according to the result of dynamic pressure signal and phase-resolved $OH^*$ images. The reason for this is that dilution of $CO_2$ reduces heat release perturbation and increases flame volume due to reduction of the flame speed and expansion of flame surface.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.06a
• /
• pp.224.2-224.2
• /
• 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
• /
• 2006.11a
• /
• pp.320-323
• /
• 2006

A numerical study is made of a manifold and bipolar plate in polymer electrolyte fuel cells, the aim of the present study is to describe the characteristics of flow pattern In manifold and bipolar plate. The present work shows that the flow pattern in the bipolar plate is affected by the penetration flow through GDL characterized by clamping pressure and GDL intrusion in to a channel area. Manifold geometry also affects the flow distribution. The recirculation flow by bent duct destroy even distribution In manifold, the present work shows that corner rounding can improve the manifold performance.

• Journal of the korean Society of Automotive Engineers
• /
• v.10 no.2
• /
• pp.15-22
• /
• 1988

실제의 흡기관에서는 단면이 일정한 직관이 아니며, 피스톤기관의 흡기관은 단면변화가 불가피하여 액적은 소성으로 인한 관벽과의 충돌로 부착하게 되고 액적부유율은 더욱 작게 된다는 D.A. Trayser, W.E. Ranz등의 보고가 있다. 또 보제행남들은 액막류의 발생이 유해배기 가스를 증가시키고 액막류의 감소는 기통사이의 연료분배의 불균일도를 저하시키므로 NOx, HC, CO가 크게 감소된다고 보고하였다. 이와같이 액막유의 존재는 각 실린더에 유입하는 연료의 질적차이를 가져오기 때문에 액막유를 분리제거하는 방법의 연구도 많이 이루어지고 있으나 아직 실용상에 문제가 많은 것으로 남아있다. 따라서 본 고에서는 이와같이 문제되고 있는 흡기관내 액막유동의 거동을 고찰하기 위하여 액막두께 변동을 측정하는 방법에 대하여 저자들이 사용하였던 방법과 그외 초음파를 이용한 액막두께 측정법을 소개하고자 한다.

• Proceedings of the KIPE Conference
• /
• 2008.06a
• /
• pp.209-212
• /
• 2008

본 논문에서는 연료전지자동차의 저전압 배터리 충 방전을 위한 새로운 3상 양방향 DC-DC 컨버터를 제안한다. 12V 저전압측의 높은 전류정격 때문에 기존의 풀브리지 방식으로는 적절한 스위치의 선정이 어렵지만 제안한 3상의 전류분배로 스위치의 선정과 변압기의 제작이 용이하다. 그리고 제안한 변압기 결선으로 턴비가 작아져 누설인덕턴스가 작아진다. 또한 비대칭 PWM에 의한 모든 스위치의 ZVS 턴온과 저전압 측에서는 동기정류 방식을 적용하여 효율을 상승시켰다. 제안하는 컨버터의 동작원리를 기술하고 3.5kW 시작품을 제작하여 실험을 통해 본 방식의 타당성을 검증한다.

• The KSFM Journal of Fluid Machinery
• /
• v.15 no.5
• /
• pp.11-19
• /
• 2012

The main function of fuel cell manifold is to render reactants distribution as uniform as possible into a fuel cell stack. The purpose of this study is to numerically investigate the effects of stack manifold design on reactants distribution within a fuel cell stack. Four manifold designs with different manifold entrance shapes (expansion or diffuser) and different values of the extra width between the cell outer channel and manifold side wall are considered and applied to the fuel cell stack consisting of 50 cells. Since the fuel cell stack geometry involves several millions of grid points for numerical calculations, a parallel computing methodology is employed to substantially reduce the computational time and overcome the memory requirement. The numerical simulations are carried out and calculated results clearly demonstrate that both the manifold entrance shape and extra width have a substantial influence on manifold performance, controlling the degree of flow separation and entrance length for fully developed flow in the manifold channel. Finally, we suggest the optimum design of fuel cell manifold based on the simulation results.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• v.43 no.3
• /
• pp.331-343
• /
• 2005

Development of hydrogen station system is an important technology to commercialize fuel cells and fuel cell powered vehicles. Generally, hydrogen station consists of hydrogen production process including desulfurizer, reformer, water gas shift (WGS) reactor and pressure swing adsorption (PSA) apparatus, and post-treatment process including compressor, storage and distributer. In this review, we investigate the R&D trends and prospects of hydrogen station in domestic and foreign countries for opening the hydrogen economy society. Indeed, the reforming of fossil fuels for hydrogen production will be essential technology until the ultimate process that may be water hydrolysis using renewable energy source such as solar energy, wind force etc, will be commercialized in the future. Hence, we also review the research trends on unit technologies such as the desulfurization, reforming reaction of fossil fuels, water gas shift reaction and hydrogen separation for hydrogen station applications.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
• /
• v.28 no.7
• /
• pp.818-825
• /
• 2004

In this paper, the study of effects of flow parameters on flame structure and NOx emission concentration was performed in co-axial. laminar partially premixed methane/air flames. Such (low parameters as equivalence ratio(${\Phi}$), fuel split percentage($\sigma$), and mixing distance(x/D$\_$i/) were defined as a premixing degree and varied within ${\Phi}$=1.36∼9.52, $\sigma$=50∼100, and x/D$\_$i/=5∼20. The image of OH$\^$*/ and NOx concentration were obtained with an ICCD camera and a NOx analyzer. The flame structure observations show a categorization of partially premixed flames into three distinct flame regimes corresponding to ${\Phi}$<1.7(premixed flame structure), 1.7<${\Phi}$<3.3(hybrid structure), and ${\Phi}$>3.3(diffusion flame structure existing a luminous sooting region) at $\sigma$=75%, and x/D$\_$i/=10. As o decreases from 100% to 50%, and x/D$\_$i/ decreases, nonpremixed flame structure appear at low equivalence ratio relatively. In addition, the measured emissions for NOx rise steeply from ${\Phi}$=1.7, to ${\Phi}$=3.3, then constants ${\Phi}$>4.76. NOx emissions decrease with increase the level of premixing level. In conclusion, the main effect on flame structure and NOx production was at first equivalence ratio(${\Phi}$), and next fuel split percentage($\sigma$), and finally mixing distance(x/D$\_$i/).