A new burner configuration for a compact fuel-cell reformer with a high-temperature air combustion concept was numerically studied. The burner was designed for a 40 $Nm^3/hr$ hydrogen-generated reformer using natural gas-steam reforming method. In order to satisfy the primary requirements for designing a reformer burner (uniform distribution of temperature along the fuel processor walls and minimum heat losses from the reformer), the features of the present burner configuration included 1) a self-regenerative burner for an exhaust-gas-recirculation to apply for the high-temperature air combustion concept, and 2) an annular-type shield for protecting direct contact of flame with the processor walls. For the injection velocities of the recirculated gas of 0.6-2.4 m/s, the recirculated gas temperature of 1000 K, and the recirculated oxygen mole fraction of 4%, the temperature distributions along the processor walls were found uniform within 100 K variation. Thus, the present burner configuration satisfied the requirement for reducing temperature gradients along the processor walls, and consequently demonstrated that the high-temperature air combustion concept could be applied to the practical fuel reformers for use of fuel cells. The uniformity of temperature distribution is enhanced as the amount of the recirculated gas increases.
이 논문은 고도모사 시험설비의 전체 사양을 결정에 관계되는 엔진 입구에서의 고도비행 경험을 위한 모의대기 요구 조건, 모의 비행중 쇼요되는 연료 소모량 및 공급 방법, 시험모드별 냉각부하 예측, 효과적인 압력 회복률을 위한 배기 이젝터의 최적형상 결정에 관한 고려사항을 기술하였다. 이를 위하여 엔진의 연료소모량을 고려한 엔진 배기가스의 온도 및 배출량 등의 계산을 수행되었다.
The scale of 2.4 MW MCFC was taken to construct a high-efficiency and economical power generation system without CO2 emission into the atmosphere for utilizing its exhaust gas. The conventional steam turbine power generation system (STGS) was evaluated and the net generated power (NGP) was estimated to be only 133 kW and the STGS is not economically feasible. A CO2-caputuring repowering system was proposed, where low temperature steam (LTS) produced at HRSG by using exhaust gas from MCFC is utilized as a main working fluid of a gas turbine, and the temperature of LTS was raised by combusting fuel in a combustor by using pure oxygen, not the air. It has been shown that NGP of the proposed system is 264 kW, and CO2 reduction amount is 608 t-CO2/y, compared to 306 t-CO2/y of STGS. The CO2 reduction cost was estimated to be negligible small, even when the costs of oxygen production and CO2 liquefaction facilities etc. were taken into account.
This research presents an innovative integrated ethanol solid oxide fuel cell (SOFC) system designed for applications in marine vessels. The system incorporates an exhaust gas heat recovery mechanism. The high-temperature exhaust gas produced by the SOFC is efficiently recovered through a sequential process involving a gas turbine (GT), a regenerative system, steam Rankine cycles, and a waste heat boiler (WHB). A comprehensive thermodynamic analysis of this integrated SOFC-GT-SRC-WHB system was performed. A simulation of this proposed system was conducted using Aspen Hysys V12.1, and a genetic algorithm was employed to optimize the system parameters. Thermodynamic equations based on the first and second laws of thermodynamics were utilized to assess the system's performance. Additionally, the exergy destruction within the crucial system components was examined. The system is projected to achieve an energy efficiency of 58.44% and an exergy efficiency of 29.43%. Notably, the integrated high-temperature exhaust gas recovery systems contribute significantly, generating 1129.1 kW, which accounts for 22.9% of the total power generated. Furthermore, the waste heat boiler was designed to produce 900.8 kg/h of superheated vapor at 170 ℃ and 405 kP a, serving various onboard ship purposes, such as heating fuel oil and accommodations for seafarers and equipment.
A compact air-preheating type heat exchanger was developed and tested for the ultra-high temperature heat recovery applications. For the direct use of exhaust gases up to $1200^{\circ}C$, the heat exchanger adopted a ceramic core with high strength and low thermal expansion coefficient less than $1{\times}10^{-6}^{\circ}C^{-1}$. The ceramic core was fabricated by special extrusion and bonding techniques. To minimize thermal stresses in the core, spring-loaded sealing mechanism was designed and successfully installed. 1-pass air flow scheme was adopted for the compactness and cost-savings. The pressure test for the ceramic core showed no failure under 35 kPa and less than 3% leak under 7 kPa. Flue gas simulation system was developed to investigate the performance of the heat exchanger. The test results showed normal operations of the heat exchanger up to $1200^{\circ}C$ of exhaust gases and relatively high heat recovery efficiencies of 31~39% depending upon exhaust gas temperatures..
The most desirable diesel oxidation catalyst (DOC) should have the properties of oxidibing CO and HC effectively at low exhaust gas temperature while minimizing the formation of sulfate at high exhaust gas temperature. Precious metals such as platinum and palladium have been known to be sufficiently active for oxidizing CO and HC and also to have high activity for the oxidation of sulfur dioxide (SO2) to sulfor trioxide (SO3). There is a need to develop a highly selective catalyst which can promote the oxidation of CO and HC efficiently, but, on the other hand, suppress the oxidation of SO2. One approach to solve this problem is to load a base metal such as vanadium in Pt-based catalyst to suppress sulfate formation. In this study, a Pt-V catalyst was prepared by impregnating platinum and vanadium onto a Ti-Si wash coated catalyst in a laboratory reactor by changing the formulations and reaction temperatures.
The composition of volatile organic compounds (VOCs) was anlyzed for major emission sources such as vehicle exhaust, gasoline and diesel vapor, organic solvent vapor, and butane fuel gas. Low carbon-numbered hydrocarbons were found to be the dominant components of gasoline vehicle exhaust. In gasoline evaporative vapor, the predominant constituents were found to be butane and iso-pentane regardless of ambient air temperature. In case of diesel evaporative vapor was similar to those of gasoline evaporative vapor. The composition of organic solvent vapor from painting, ink and petroleum consisted mostly or aromatic compounds such as toluene and m, p, o-xylene. The hydrocarbon fraction of butane fuel gas. which is used by portable bunner, consisted mainly of propane (34%) and butane(70%).
The combustion and exhaust emissions characteristics of a liquefied petroleum gas-di-methyl ether compression ignition engine with a variable valve timing device were investigated under various liquefied petroleum gas injection timing conditions. Liquefied petroleum gas was used as the main fuel and was injected directly into the combustion chamber. Di-methyl ether was used as an ignition promoter and was injected into the intake port. Different liquefied petroleum gas injection timings were tested to verify the effects of the mixture homogeneity on the combustion and exhaust emission characteristics of the liquefied petroleum gas-di-methyl ether compression ignition engine. The average charge temperature was calculated to analyze the emission formation. The ringing intensity was used for analysis of knock characteristics. The combustion and exhaust emission characteristics differed significantly depending on the liquefied petroleum gas injection and intake valve open timings. The CO emission increased as the intake valve open and liquefied petroleum gas injection timings were retarded. However, the particulate matter emission decreased and the nitrogen oxide emission increased as the intake valve open timing was retarded in the diffusion combustion regime. Finally, the combustion efficiency decreased as the intake valve open and liquefied petroleum gas injection timings were retarded.
The computer program which predicts the gas exchange process of multi-cylinder 4-Stroke cycle spark-ignition engine, can be great assistance for the design and development of new engine. In this study, the computer program was developed to predict the gas exchange process of multi-cylinder four stroke cycle spark ignition engine including intake and exhaust systems. When gas exchange process is to be calculated, the evaluation of the variation of the thermo-dynamic properties with time and position in the intake and exhaust systems is required. For the purpose, the application of the generalized method of characteristics to the gas exchange process is known as one of the method. The simulation model developed was investigated to the analysis of the branch system of multi-cylinder. The models used were the 2-zone expansion model and single zone model for in cylinder calculation and the generalized method of characteristic including area change, friction, heat transfer and entropy gradients for pipe flow calculation. The empirical constants reduced to least number as possible were determined through the comparison with the experimented indicator diagram of one particular operation condition and these constants were applied to other operating condition. The predicted pressures in cylinder were compared with the experimental results over the wide range of equivalence ratio and ignition timing. The predicted values have shown good agreement with the experimental results. The thermodynamic properties in the intake and exhaust system were predicted over the wide range of equivalence ratio and ignition timing. The obtained results can be summarized as follows. 1. Pressures in the exhaust manifold have a little influence on the equivalence ratio, a great influence on the ignition timing. 2. Pressures in the inlet manifold are nearly unchanged by the equivalence ratio and the ignition timing. 3. In this study, the behaviors of the exhaust temperature, gas in the exhaust manifold were ascertained.
An experimental study has been carried out to investigate a thermal decomposition of urea solution at relative low temperature with a lab-scaled exhaust pipe. The conversion efficiency of reductant considered with both ammonia and HNCO related with the urea injection quantity, inflow gas velocity and temperature. The conversion efficiency of ammonia was larger than that of HNCO under all experimental conditions unlike the theoretical thermolysis reaction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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