• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.16 no.4
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• pp.50-56
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• 2012

Vent mixer can provide main flow directly into a recirculation region downstream of the mixer to enhance fuel-air mixing efficiency. Based on experimental results of three-dimensional velocity, vorticity and turbulent kinetic energy obtained by a stereoscopic PIV method, the performance of the vent mixer was compared with that of the step mixer which was used as a basic model. Thick shear layers of the vent mixer induced the increase of the penetration height. The turbulent kinetic energy mainly distributed along a boundary layer between the main flow and the jet plume. This turbulent field activates mass transfer in a mixing region, leading to the mixing enhancement.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.11 no.1 s.34
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• pp.1-8
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• 2007

The purpose of this study is to conduct a survey of the flame stability range and the emission characteristics for the optimum design of turbulent premixed flat burner. For that, the flame stability range was selected by the direct photography of the flame. And the mean temperature and CO, HC, $CO_{2}\;and\;O_{2}$ concentration distributions by changing the excess air ratio were measured. As results of this study, the flame stability range turned out to be getting narrower as fuel flow was increased. The blue flame mode was more excellent than any other flame modes in the emission characteristics by excess air ratio change. And the emission characteristics by fuel flow change were best at fuel flow 1l/min. Also, we found combustion noise during experiment of flame stability range. It had nothing do with excess air ratio range.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 1996.04a
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• pp.107-110
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• 1996

연료전지 발전방식중 용융탄산염형 연료전지 발전방식은 동작온도가 $650^{\circ}C$의 고온에서 동작되기 때문에 발전효율이 높고 석탄가스를 연료로 사용할 수 있으며 또한 배기가스를 이용하여 복합발전시스템으로 구성할 수 있는 등 전력사업에 적용가능성이 가장 큰 새로운 발전방식이다. 이와 같은 이유로 전력연구원에서 개발하고 있는 2kW급 용융탄산염형 스택은 전극유효면적이 1,000$ extrm{cm}^2$인 단위전지를 20단 적층한 Co Flow형 MCFC스택으로, 연료로, 연료극에 H2, CO2, H2O 혼합가스를 그리고 산소극에는 공기, CO2 혼합가스를 이용하여 150A 정부하 상태에서 초기성능이 전압 14.28V, 출력 2.142W의 발전 운전시험에 성공하였고 이때 스택의 단위전지 평균전압은 0.714V를 나타내었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.133.2-133.2
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• 2010

현재 융융탄산염 연료전지의 공기극으로 다공성의 lithiated NiO를 사용하고 있는데 이 재료의 경우 크게 두 가지의 문제점을 안고 있다. 첫 번째는 Ni이 전해질 내로 용해하는 것이고, 두 번째는 낮은 활성으로 인한 높은 공기극의 분극이다. Ni이 전해질로 용해되는 문제는 Co나 Fe를 코팅하여 공기극 표면에 $Li_x(Ni_yCo_{1-y})1-xO_2$나 $Li_x(Ni_yFe_{1-y})_{1-x}O_2$를 형성시켜 NiO의 전해질 내로 용해되는 것을 억제하는 방법이나 ZnO, MgO, $La_2O_3$ 등의 산화물을 NiO 표면에 코팅하여 전해질과 접촉을 막는 방식으로 해결하는 등 많은 연구가 이루어져 왔다. 하지만 연료극의 비해 상당히 높은 공기극의 분극으로 인해 큰 전압손실이 일어나 용융탄산염 연료전지 성능이 낮아지는 문제의 경우 이를 해결하고자 하는 연구는 상대적으로 많이 진행되지 못한 상태이다. 특히 현재 용융탄산염 연료전지의 장기수명화를 위해 기존의 작동온도인 $650^{\circ}C$ 보다 다소 낮은 온도인 $600{\sim}620^{\circ}C$에서 작동하려는 움직임이 있다. 작동 온도가 내려가면 전해질이 휘발되는 속도가 낮아져 전해질 부족에 따른 운전시간이 줄어드는 문제를 해결할 수 있어 장기 수명화를 위해서는 작동온도를 낮추는 것이 매우 유리하다. 하지만 작동 온도가 내려가면서 양 전극에서 일어나는 전기화학 반응 속도가 느려지기 때문에 각 전극에서의 활성화 분극으로 인한 전압손실은 더욱 커질 수밖에 없다. 특히 연료극의 수소산화반응 속도는 공기극의 산소환원반응에 비해 매우 빠르기 때문에 작동 온도가 내려감에 따라 연료극의 분극이 커지는 것에 비해 공기극의 분극이 급격히 커지게 된다. 따라서 운전온도가 낮아지는 상황에서는 낮은 작동온도에서도 성능감소가 적게 일어나 0.8V 이상 운전(150mA/$cm^2$, 단위전지 기준)이 가능한 공기극의 개발이 매우 필요한 실정이다. 이를 해결하고자 본 연구에서는 고체 산화물 연료전지의 공기극의 재료로 많이 연구되고 있는 혼합전도성 물질의 페로브스카이트 구조의 물질을 기존 NiO 전극에 코팅하여 새로운 공기극을 개발하였다. 페로브스카이트 구조의 물질로 대표적인 LSCF 물질을 사용하였으며 LSCF를 코팅한 공기극을 이용한 단위전지에서 150mA/$cm^2$의 전류를 흘려주었을 때 0.84V의 성능을 1000hr 유지하였다. 이는 기존의 NiO 전극을 사용했을 때보다 15~20mV 높은 값이다. 낮은 작동온도에서도 좋은 성능을 보였는데, 기존의 NiO 전극의 경우 $630^{\circ}C$에서 0.79V의 성능을 보인 반면 LSCF가 코팅된 공기극의 경우 $620^{\circ}C$에서 0.811V의 매우 좋은 성능을 보였다. 이는 LSCF의 산소이온전도성 및 전기전도성이 공기극에서의 분극을 낮추어 성능을 증가시키는 것으로 보인다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.81.2-81.2
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• 2010

고체 산화물 연료전지(SOFC) 시스템은 스택과 기계적 주변 장치인 MBOP(Mechanical Balance of Plant), 그리고 전기적 주변장치인 EBOP(Electrical Balance of Plant)로 구성되어있다. SOFC는 일반적으로 $700^{\circ}C$ 이상의 고온에서 작동되기 때문에 효율적인 열 이용 및 열 관리가 중요하다. SOFC 시스템의 MBOP에는 상온의 연료가스들을 고온으로 가열하여 스택에 유입 시기키 위한 열교환기 및 촉매연소기 등의 장치들이 필요하며, 효율적인 열관리를 위해서는 고온에서 작동하는 장치들을 한곳에 통합하여 구성하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 SOFC 시스템의 MBOP(Mechanical Balance of Pant) 중 고온부에 해당하는 촉매연소기, 열교환기 및 스택이 통합된 스택 모듈을 제작에 앞서 개념 검증을 위해 열교환기 및 촉매연소기로 이루어진 프로토타입(prototype)의 SOFC 모듈평가 장치를 제작하였다. 열교환기는 Plate형으로 총 6개로 구성되어 있으며, 연료극과 공기극 가스라인에 각각 3개씩 배치하여 스택에 유입되는 연료 및 공기가 촉매연소기에서 나오는 고온의 배가스와 열교환되어 가열되도록 구성하였다. 촉매연소기는 honeycomb 타입의 촉매를 사용하였고, 촉매연소기로 유입되는 연료극 배가스와 공기의 균일혼합과 hot spot을 방지하기 위한 장치를 삽입하여 제작하였다. 제작된 SOFC 모듈평가장치는 시운전을 통해 각 장치의 성능 확인 후 반응면적이 $20{\times}20cm^2$ 인 단전지를 적층하여 연계 운전을 수행하였다.

• Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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• v.15 no.3
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• pp.1-9
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• 1993

디젤 엔진의 연소 과정에서 흡입공기와 분사된 연료의 최적 혼합기 형성이 배기성분, 연료효율 등 엔진의 성능을 향상시키는데 있어 매우 중요한 과제중의 하나이다. 이를 위하여 연료분무 현상에 대한 연구와 더불어 연소실내 공기유동 현상에 대한 연구가 주요 관심대상이 되어왔다. LDV를 이용한 3-D 유속측정 및 각종 CFD Code를 이용한 유동해석등의 방법으로 엔진 실린더 내부의 유동현상을 이해하는데 많은 도움이 되고 있으나 아직도 엔진연소실설계 등 엔진 개발에 있어서는 종래의 방법에 의한 실린더내 와류 강도의 비교평가에 크게 의존하고 있으므로 여기서는 디젤 엔진의 와류를 측정 평가하는 방법으로 Paddle Wheel회전을 이용한 Paddle Wheel식 Swirl Meter방식과 실린더내 흡입공기의 각 운동량을 측정하는 Impulse식 Swirl Meter 방식에 대해 고찰하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• v.y2005m4
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• pp.359-363
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• 2005

In SCRamjet engine, combustion occurs in supersonic flow with airbreathing. SCRamjet is characterized by very short combustion time in combustor, so it is very important to be mixing the air and fuel in short duration. Several methods are suggested for mixing enhancement. Among these, cavity is selected to study for enhancement of mixing. The numerical simulation is performed in the case of freestream Mach number of 2.5 and cavity located in front of fuel jet injection. CFD-Fastran, commercial code with three-dimensional Navier-Stokes equation with the Menter SST turbulence model were used. The results are obtained validate experiment results for same condition. Therefore, the numerical results show the mixing enhancement characteristics with a cavity.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.2 no.2
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• pp.99-107
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• 1998

A test on venturi-type premixer of ASE120 engine combustor has been performed to evaluate its mixing performance. Cold air was supplied into the premixer through the fuel nozzle and mixed with the hot air from the compressor exit. The measured temperature of the mixed air was used to evaluate the mixedness. DOE(Design of Experiment) technique was utilized to make a test matrix of variables and to determine the optimum combination of variables, which was verified through a confirmation test.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.16 no.1
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• pp.175-179
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• 1992

Generally speaking, natural gas possesses several characteristics that make it desirable as an engine fuel : for example (1) lower production cost, (2) abundant commodity and (3) cleaner energy source than gasoline. Due to the physical characteristics of natural gas, the volumetric efficiency and flame speed of a natural gas engine are lower than those of a gasoline engine, which results in a power loss of 10-20% when compared to a convensional gasoline engine. This paper describes the results of a research to improve the performance of a natural gas engine through the modification and controls of air/fuel ratio, spark timing advance and supercharging effect by forced air supply method.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2008.05a
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• pp.285-288
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• 2008

The Present Study describes the numerical investigations concerning a fuel(Hydrogen), inert gas (Nitrogen) or supersonic air stream issued between each other. The basic flow configuration consists of a plane, double shear/mixing layer flow. For the numerical solution, a fully conservative unsteady $2^{nd}$ order time accurate sub-iteration method and a $2^{nd}$ order Total Variation Diminishing(TVD) scheme are used with the finite volume method(FVM). The results are consist of three categories ; single shear layer consist of fuel and supersonic air stream, inert gas stream issued between supersonic air and fuel stream, fuel gas stream issued between supersonic air and fuel stream. The numerical calculations has been carried out in case of 1,2, and 4mm thickness of center stream. The width of total gas stream is 4cm.