• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제17권3호
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• pp.279-285
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• 2006

Recirculation for the unreacted fuel is necessary to improve the overall efficiency of the fuel cell system and to prevent fuel starvation since the fuel cell for a vehicle application is a closed system. In case of the automotive fuel cell, the ejector which does not require any parasitic power is good for the performance improvement and easy operation. It is essential to design the customized ejector due to the lack of the commercial ejector corresponding to the operating conditions of the fuel cell systems. In this study, the design methodology for the ejector customized to an automotive fuel cell is proposed. The model based sensitivity analysis prevents the time-consuming redesign and reduces the cost of developing ejector. As a result, the customized ejector to meet the desired performance within overall operating range has developed for the PEMFC automotive system.

• 대한기계학회논문집B
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• 제27권9호
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• pp.1229-1237
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• 2003

The production of hydrogen fuel depends basically on the water electrolysis. The ultrasonic effects the decrease of the overpotential in a water electrolysis. A study on the overpotential which activates the hydrogen production is the core to elevate the hydrogen production efficiency on the principle. A pressure sensor system by a new idea is developed and applied. Solutions are 4 kinds of KOH concentration such as 0%, 10%, 20%, and 30%. Two frequency bands of the ultrasonic transducer are 28kHz and 2MHz. The directions of ultrasonic forcing are the vertical direction and the horizontal direction. The temperatures are two states, i.e., no constant and constant. Experiments are carried out sequentially in order in three cases of no ultrasonic forcing, ultrasonic forcing, and ultrasonic discontinution. In results, it is clarified that the ultrasonic effects the decrease of overpotential to elevate the efficiency of hydrogen production.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권2호
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• pp.155-162
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• 2016

A proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) produces only water at cathode by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The generated water is transported across the membrane from the cathode to the anode. The transported water collected in water-trap and drained to the cathode within the humidifier outlet. If the condensate water is not being drained at the appropriate time, condensate water in the anode can cause the performance degradation or fuel efficiency degradation of fuel cell by the anode flooding or unnecessary hydrogen discharge. In this study, we proposed an optimization method of condensate water drain logic for the water drain performance and the water drain algorithm as considered the condensate water generating speed prep emergency case. In conclusion, we developed the water management strategy of fuel processing system (FPS) as securing fuel efficiency and operating stability.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제23권5호
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• pp.484-492
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• 2012

The TMS(Thermal Management System) heater in a fuel cell vehicle has been developed to prevent a decline of fuel cell durability and cold start durability. Main functions of the COD(Cathode Oxygen Depletion) heater are depletion of oxygen in a cathode as heat energy and consumption of electric power for rapid warming up of a fuel cell stack. This paper covers subjects including the design specification of a heater, heater controller for detection of overheat and reliability assessment including coolant pressure cycle test of a heater. To verify the design concept, burst pressure and deformation analysis of plastic housing were carried out. Also, temperature distribution analysis of heater surface and coolant inside of housing were carried out to verify the design concept. By designing the plastic housing instead of a steel housing, the 30% weight lightening and 50% cost reduction were attained. A module-based design of a TMS system including a heater or reducing the watt density of a heater is a problem to be solved in the near future work.

• 한국기계가공학회지
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• 제18권1호
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• pp.65-71
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• 2019

The development of adsorbed natural gas (ANG) has emerged as one of potential solutions. It is desirable to reduce the weight of vessel by applying light-weighed a composite carbon fiber in order to response to a egulation of $CO_2$ emission. Through understanding of a composite carbon fiber, and material characteristic of a composite carbon fiber is required in order for better application of a reduction of weight and an analysis of material characteristic. Herein, this study suggest the composite carbon fiber vessel applied to the characteristic of carbon fiber, and it decides the preliminary shape based on the test of material characteristic for ANG vessel applied to a composite carbon fiber, and its basic shape calculate through on the netting theory. Moreover, the detail shape design is analyzed by a finite element analysis, and in the stage of detail sahp design and analysis of stress was performed on the typical shape using a finite element analysis, and the result of preliminary design was verified.

• 한국기계가공학회지
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• 제18권3호
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• pp.7-13
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• 2019

Recently, an automobile market used to natural gas has emerged as fast-growing as the several countries, who holds abundant natural fuel resources, has promoted to supply the national agency for an automobile car. LNG fuel vessel is more efficient in another way as the energy density is high, but it requires a high technology and investment to maintain extreme low temperature. CNG fuel vessel are relatively low-cost alternative to LNG, but poorly economical in terms of energy density as well as showing safety issues associated with compressed pressure. The development of adsorbed natural gas (ANG) has emerged as one of potential solutions. Therefore, it is desirable to reduce the weight of vessel by applying light-weighed a composite carbon fiber in order to response to the regulation of $CO_2$ emission. Herein, this study make the prototype ANG vessel not only based on the optimal design and analysis of material characteristic but also based on the shape design, and it suggest a new type for the composite carbon fiber vessel which verified functional test. Moreover, the detail shape design is analyzed by a finite element analysis, and its verifies the ANG vessel.

• 디지털융복합연구
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• 제19권5호
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• pp.279-284
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• 2021

본 연구에서는 3차원 전산유체역학 (3-D computational fluid dynamics, CFD)을 이용하여 고체고분자전해질형연료전지 (proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)의 기체유로에 대한 성능에 관한 전산모사를 실시하였다. 또한 이 전산모사를 통하여 유체의 농도와 압력분포, 그리고 전류밀도의 분포 등 각종 분포에 관하여 연구를 진행하였다. 본 논문에서는 단일유로와 5개의 유로를 비교분석 하였다. 그 결과 5개의 유로가 단일유로에 비하여 각종 분포들이 균일하였고, 성능 또한 월등하였다. 특히 단일유로에서는 물질전달에의한 성능저하 영역에서 매우 낮은 성능을 확인할 수 있었고 반면 5개의 유로에서는 이 부분을 극복하여 보다 높은 성능을 확인할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권3호
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• pp.335-342
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• 2012

자동차배출가스는 이산화탄소($CO_2$)에 의한 지구온난화 및 탄화수소(HC)와 질소산화물($NO_x$)에 의한 오존 생성을 야기하는 등, 인체와 환경에 나쁜 영향을 미치기 때문에 이에 대한 관심이 증폭되고 있다. 가솔린 직접분사 (Gasoline Direct Injection; GDI)엔진은 디젤엔진과 같이 연소실내에 연료를 직접 공급하는 방식으로서 가솔린엔진의 취약점으로 지적되어 오던 높은 연료소비율 문제를 획기적으로 개선할 수 있는 기술로 평가되고 있다. 본 연구에서는 분무유도방식(Spray-guided type)의 GDI엔진을 이용하여 공기과잉률 2.0 이상의 초희박 연소를 통해 연료소비율을 개선하였다. 추가적인 연료소비율 개선 및 배출가스 저감을 위해 희박연소시 다단 분사전략과 Exhaust Gas Recirculation (EGR)을 적용하였다. 배출가스 수준과 운전성능을 평가하고 이를 배출가스 규제와 비교 검토함으로써 국내 관련기술 개발 방향 및 상용화 가능성에 대해 검토하고자 하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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• pp.264-267
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• 2005

수소의 소규모 분산 생산 기술은 본격적 인 수소 인프라가 도입되기 전에 연료전지 자동차의 수소 충 전용이나 분산 발전형 연료전지의 수소 공급을 위해 필요하다. 생산 용량은 수소 기준으로 $10\~100 Nm^3/hr$ 정도로 현재로선 천연가스의 수증기 개질법이 가장 경제적인 공정으로 알려져 있다. 소규모 생산에 따른 열효율 저하를 줄이 기 위해 단위 공정들이 통합된 컴팩트 개질 시스템의 개발이 필요하다. 핵심 기술인 컴팩트 리포머의 국산화 기술 확보를 위하여 $20 Nm^3/hr$용량의 동심관형 리포머를 설계, 제작하였다. 내부구조는 제작의 단순화를 고려하여 중첩된 동심관이 배열되었고 압력 손실과 열웅력 발생을 억제하도록 유로를 배치하였다. 수증기개질 반응에 필요한 반응열은 리포머 본체에 부착된 버너를 이용하여 공급하였다. 성능 측정을 위한 부속 기기로 상온 흡착식 탈황기, 폐열 회수형 수증기 발생기, 반응물 예열을 위한 열교환기, 생성 가스 응축기를 설계 제작하여 전체 리포밍 시스템을 구성하였다. 반응 온도 $680\~720^{\circ}C$, 탄소 대 수중기 비(S/C ratio) $2.7\~3.2$ 조건에서 수증기 개질 반응을 수행하였다. 해당 반응 조건에서 메탄 전환율 $89\%$ 이상, 저위 발열량 기준 개질 열효율 $70\%$ 이상을 달성하였고 개질 생성가스 내 수소의 최대 유량은 $23.4Nm^3/h$였다. 개발된 리포밍 시스템은 고순도 수소 생산이 필요한 경우, 수소 수율 향상을 위한 고온 수성 가스 전화 반응기를 통합 가능하도록 열교환기 구성을 조정할 수 있으며 용융 탄산염 연료전지와 같이 고온형 연료전지의 경우 $550^{\circ}C$ 이상으로 개질 생성 가스를 공급하도록 구성할 수도 있다. 향후 리포머 본체의 개질 효율 향상 및 장치 소형화, 부속 기기의 최적화를 통한 전체 리포밍 시스템 개선, 스케일 업 설계를 위한 엔지니어링 설계 패키지 구성을 계획하고 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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• pp.231-234
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• 2005

수소 기반의 에너지 사회는 중소규모 분산 발전과 연료 전지 자동차에서 시작될 거라는 예측이 지배적이다. 가정용 고분자 연료전지 시스템은 상업화에 가장 가까운 소규모 분산 발전 시스템중의 하나이며, 에너지기술연구위원에서는 가정용 고분자 연료전지에 수소를 공급하기 위한 천연가스 수증기 개질시스템의 개발을 진행해 왔다. 효율 향상과 제작의 용이성, 그리고 소형화에 초점을 맞추어 개발된 prototype-I은 $2.0Nm^3/hr$의 순수 수소 생산 용량을 가지고 있으며, 수증기 개질기와 수성가스 전이 반응기 수중기 생성 장치, 그리고 반응열 공급에 필요한 버너 등을 이중 동심원관에 통합한 형태이다. 수중기 개질과 수성가스 전이 반응을 거쳐 나오는 개질 가스의 조성은 $72.3\%\;H_2,\;4.8\%\;CH_4,\;0.7\%\;CO,\;22.2\%\;CO_2$이며, 이때 S/C 비율은 2.5였다. 고분자 연료 전지 공급 시 요구되는 CO 농도가 10ppm 이하이기 때문에, 본 시스템에는 선택적 산화 반응기를 2단으로 설치하여 CO. 농도를 10ppm 이하로 낮추어주었다. 전체 시스템의 열효율은 LHV 기준으로 $68\%$. Prototype-I의 운전을 통해 설계 개선안을 도출하였으며, 이를 적용해 제작한 prototype-II가 시험 운전 중이다,. 통합된 개질 시스템에서는 각 단위 반응기사이의 열교환을 최적화하여 단위 반응들이 적정 온도 범위에서 일어나도록 유도하는 것이 중요하다. Prototype-II는 수증기 개질 반응기와 WGS 반응기, 수증기 생성 장치 사이의 열교환율을 향상시켜 농도를 $2.5\%$로 감소시키면서 CO의 농도는 $1\%$이하로 유지하였다. 이 결과를 바탕으로 얻어진 메탄 전환율은 $87\%$이고, 열효율은 LHV 기준으로 $75\%$이다. 아울러 개선점을 적용한 선택적 산화 반응기를 제작하였다. 개질 가스와 산소의 혼합을 유도하고, 반응기 온도의 제어를 통해 선택적 산화 반응의 속도와 선택성을 향상시키고자 한다. 시스템의 운전을 통해 메탄 전환율과 열효율의 개선을 진행할 예정이다.