• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.18 no.2
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• pp.28-34
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• 2014

In the natural gas pressure regulation station, high pressure natural gas is decompressing using pressure regulation valves. Waste pressure occurred in the pressure regulation process can be recovered through adopting turbo expanders. However, in the waste pressure recovery process, Joule Thompson effect causes below $0^{\circ}C$ and this low temperature freezes outside land of pipeline or generates methane hydrate in the pipeline which can block the pipeline. Therefore, turbo expander systems are accompanying with a boiler for preheating natural gas. Molten carbonate fuel cell (MCFC), one of the high temperature fuel cell, can use natural gas as a direct fuel and is also exhausting low emission gas and generating electricity. In this paper, a thermodynamic analysis on the hybrid MCFC-turbo expander system is conducted. The fuel cell system is analyzed for the base load of the hybrid system.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 2004.10a
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• pp.141-144
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• 2004

An analysis procedure for the MCFC channel flow has been developed to predict the fuel cell performance. The channel formed by the uniformly distributed trapezoidal supports is approximated by the porous medium that yields the equivalent pressure drop. The Wavier-Stokes, energy, and species equations are solved to obtain the velocity, temperature and concentration fields for a local current density which is computed from electrochemical correlations. The fuel cell characteristics, such as the temperature, pressure, mole concentration, voltage and current density distributions, are presented and discussed.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 1998.05a
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• pp.21-21
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• 1998

새로운 에너지원으로 각광받고 있는 연료전지는 우주선 동력윈으로서의 이용이래, 보다 실용적인 발전 시스템을 목적으로 많은 연구개발이 시도되고 있다. 이러한 연료전지는 사용하는 전해질의 특성으로 인하여 저온형($<300^{\circ}C$) 과 고온형($500^{\circ}C<$)으로 구분된 수 있는데, 저온형 연료전지의 경우는 전극반응 특성상 귀금속 촉매가 필요한 데 비해, 고온형 연료전지는 이러한 귀금속 촉매가 필요없다는 점등에서 다양한 장점을 가지게 된다. 즉, 저온형에 비해 다양한 연료가 가능하고, 대형화에 유리함며, 고온 페열을 이용할 수 있는 점 등을 들 수 있다. 용융탄산염형 연료전지(MFCFC)는 이러한 고온형 연료진지의 장점을 배경으로 현재 대규모의 개발이 진행되고 있다. 그러나 여기에 주로 사용되는 Li-K, Li-Na와 같은 용융탄신엽은 고부식성 전해질로서 대부분의 금속이 산화물을 형성하는 것으로 알려져 있다. MCFC의 분리판은 셀간을 전기적으로 이어주는 역할, 가스의 유로제공 및 가스 Sealing의 역할을 담당하는 부분으로서, 분리판의 부식은 이러한 특성의 저하 및 전해질의 소모를 유발시켜 MCFC의 내구성에 커다란 영향 을 미치는 요인으로 생각되고 있다. 이러한 배경으로부터 Uchida 그룹은 MCFC의 분라판 재료 의 부식거동을 계동적으로 검토하였다. 먼저 Fe에 Ni 과 Cr을 첨가한 재료를 산화성가스 분위기하에서 $(Li+K)CO_3$에 대하여 검토한 결과, Ni과 Cr 둘다 20wt%이상 첨가시, 내식성융 가지는 결 과를 보고하였다2) 이 경우 보호피막으로서 NiO 와 $LiCrO_2$가 작용하는데, $LiCrO_2$가 용융탄산염 중에서 보다 안정한 것으로 부터, Cr의 첨가가 내식성에 기여하는 것으로 판단하였다. 다음 단계 로서 Fe/Cr재료에 용-융탄산염 중에서 안정한 산화물을 형성하는 Al의 첨가효과를 검토하였다. Al의 첨가는 더욱 내식성을 향상시키는 것이 발견되었고, 약 4wt%의 첨가로 충분한 내식성을 가지 는 것을 보고 하였다. 그러나 이러한 안정한 산화물에 의한 내식성 향상은 전기진도도의 희생을 바탕으로 한 것으로서, 다읍 단계로서 Ti산화물의 반도체적인 특성을 이용하고자 제 4의 원소로서 Ti첨가를 시도하였다. 그러나 Fe/Cr/AVTi재료가 뛰어난 내식성을 가지는 것은 관찰되었으나, 전도도 향상에는 기여하지 못하는 것이 보고되었다. 현재 MCFC는 실용화를 위한 고성능화의 하나로서 가압하에서의 운전을 시도하고 있다. 이 러한 가압하에서의 운전은 기전력의 향상 및 전극반응의 촉진 등으로 출력의 향상을 가져오나. 현재 문제로 되고 있는 Cathode극인 NiO의 용해/석출 현상을 가속화하는 결과를 초래해, 이에대 한 대책으로서 Li-K보다 NiO의 용해가 적은 Li-Na탄산염으로의 전환이 진행되고 있다. 이러한 배경으로부터 Uchida그룹에서 개발한 FeiCr/AVTi재료와 현재 분리판 재료로 사용증인 SUS 310, S SUS 316재료에 대해. 산화성 분위기의 5기압까지의 가압하에서, Li-K, Li-Na탄산염에 대하여 부 식거동을 검토한 결과, 가압하에서 내식성이 향상되는 것이 발견되었다. 이유로서는 가압하에서 용융탄산엽의 증가된 산화력으로 보다 치밀한 내식성 산화물 피막이 형성되기 때문으로 생각되고 있다. 또한 Li-K, Li-Na탄산염에서의 부식의 정도에는 차이가 거의 없었으나, SUS 316의 경우 탄산염에 젖은 부분에서 내식성 피막이 형성되지 않는 이상부식현상이 관찰되었다. 재료간의 내식성 정도에서는 Fe/Cr/Al/Ti이 가장 내식성이 뛰어났으며, SUS 310 또한 뛰어난 내식성을 보였다.

• 한국전기화학회:학술대회논문집
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• 2004.04a
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• pp.72-72
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• 2004

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 2004.11a
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• pp.145-150
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• 2004

• Journal of Hydrogen and New Energy
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• v.29 no.3
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• pp.267-273
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• 2018

From the experiments of various temperature and gas compositions, total resistance which is composed of ohmic resistance, anode resistance, cathode resistance and Nernst loss was calculated wit simple assumption. In this work, the anode and the cathode resistance was modelled with new equation which can account for the correlation between the operating temperature and the gas composition. The proposed model can predict the resistance with maximum error of 2.57% and employed in the simulation of molten carbonate fuel cells.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.11 no.5
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• pp.384-393
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• 1998

A mixed powder of electrolyte and matrix support materials with a proper proportion was used for the fabrication of an electrolyte matrix sheet. The purpose of this study is to reduce the large change in MCFC cell thickness occurring in the initial start-up period when separate sheets of electrolyte and support are used. A focus was put on how small the carbonate particles could be made. The particle size of the carbonate powder was controlled by ball milling and the distribution was measured using a particle size analyser. The thickness change was reduced to 20% by this approach, which could be compared to 27% observed in a conventional cell. The thickness changes of electrolyte matrix have linear relation sizes of carbonate powders.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.38 no.1
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• pp.31-39
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• 2014

The performance of fuel cell/gas turbine hybrid systems is highly affected by system configuration. In this study, the performance of a hybrid system combining a molten carbonate fuel cell (MCFC) and an indirectly fired gas turbine was predicted. Firstly, general performance trends of the hybrid system depending on major design parameters were examined. Then, the most feasible design options with the least impact on the MCFC stack design conditions were drawn. The economic advantage of the hybrid system over the basic MCFC only system was evaluated.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.05a
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• pp.53-56
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• 2008

An ejector is a fluid machinery to be utilized for mixing fluids, maintaining vacuum, and transporting them. The Ejector is applied for a variety of industrial fields such as refrigerators and power plants. It is adopted to recycle anode off gas safely in 5kW Molten Carbonate Fuel Cell system of KEPRI(Korea Electric Power Research Institute). The ejector is placed at mixing point between the anode off gas and the cathode off gas or the fresh air. In this study, the entrainment ratio is measured according to the diametrical ratio of nozzle to throat. In addition, the performance curve of the ejector and the differential pressure in diffuser is observed.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 2003.08a
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• pp.219-224
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• 2003

An analysis procedure for the MCFC channel flow has been developed to predict the fuel cell performance. As for the electrochemical reaction, among several chemical reaction models, one that fits the data best is adopted after a comprehensive comparative study. The Wavier-Stokes, energy, and species equations are solved to obtain the velocity, temperature and concentration fields for a specified average current density. The procedure is iterative as the local current density, or the reaction rate, is allowed to vary with the gas composition. A series of calculations are then carried out to examine the effects of gas flow rate, gas composition, gas usage rate, inlet gas temperature, and average current density on the fuel cell performance. The fuel cell characteristics, such as the temperature, current density distributions, and the concentration fields, for various operating conditions are presented and discussed.