In most PEM fuel cell research, effects of cell geometry, physical properties of component such as membrane, carbon cloth, catalyst, etc. and water transport phenomena are key issues. The scope of these research was limited to single cell and stack except BOP(Balance of plant) of fuel cell. The research fouced on the fuel cell system usually neglect to consider detailed transport phenomena in the cell. The research of the fuel cell system was interested in a system performance and system dynamics. In this paper, the effect of the anode recirculation is calculated using the 2D steady-state model. For this work, 2D steady-state modeling and experiments are performed. For convenience of modifying of model equation, not commercial pakage but the in-house algorithm was used in simulation. For an vehicle industry, the analysis of the anode recirculation system helps the optimization of operating condition of the fuel cell.
VAN-TIEN GIAP;THAI-QUYEN QUACH;KOOK YOUNG AHN;YONGGYUN BAE;SUNYOUP LEE;YOUNG SANG KIM
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.33
no.6
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pp.723-732
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2022
Cracking ammonia inside solid oxide fuel cell (SOFC) stack is a compact and simple way. To prevent sharp temperature fluctuation and increase cell efficiency, the decomposition reaction should be spread on whole cell area. This leading to a question that, how does anode thickness affect the conversion rate of ammonia and the cell voltage? Since the 0D model of SOFC is useful for system level simulation, how accurate is it to use equilibrium solver for internal ammonia cracking reaction? The 1D model of ammonia fed SOFC was used to simulate the diffusion and reaction of ammonia inside the anode electrode, then the partial pressure of hydrogen and steam at triple phase boundary was used for cell voltage calculation. The result shows that, the ammonia conversion rate increases and reaches saturated value as anode thickness increase, and the saturated thickness is bigger for lower operating temperature. The similar cell voltage between 1D and 0D models can be reached with NH3 conversion rate above 90%. The 0D model and 1D model of SOFC showed similar conversion rate at temperature over 750℃.
Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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2003.05a
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pp.649-653
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2003
일반적으로 연료전지에는 알카리형(AFC)과 인산형(PAFC), 고분자형 연료전지(PEMFC) 등과 같이 비교적 저온에서 동작되는 연료전지와 고온형으로 $650^{\circ}C$에서 정온 동작되는 용융탄산염형 연료전지(MCFC)와 운전온도가 약 500~100$0^{\circ}C$로 폭넓게 적용될 수 있는 고체산화물 연료전지(혹은 고체전해질 연료전지, Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)가 있다.(중략)
Hydrogen is receiving much research attention as an alternative substitute for hydrocarbon fuels these days due to its cleanliness and renewability. However, hydrogen should be used with caution because of its high propensity for leak and wide flammable range. This study deals with a situation that hydrogen leaks and then forms a flammable mixture inside 1kW class residential fuel cell. The residential fuel cell was modeled as a box-shaped chamber with vent openings at the top and bottom, filled with various components such as reformer, desulfurizer, fuel cell stack and humidifier. Computational fluid dynamics (CFD) was used to simulate the diffusion, buoyant flow and accumulation of leaked hydrogen in the modeled chamber. From the simulation, the risk region vulnerable to flame was identified and the methods to minimize such hazardous region was discussed. When the vent openings are 1% of the total surface, as the quantity of hydrogen leakage increases the risk regions increases accordingly. As the vent openings of the total surface increased from 1% to 2.3%, averaged hydrogen mole fraction is under 1% in the system.
To match the dynamic lower voltage of a fuel cell stack and the required constant higher voltage (400V) of a DC bus, an H-type structural Boost three-level DC-DC converter with a wide voltage-gain range (HS-BTL) is presented in this paper. When compared with the traditional flying-capacitor Boost three-level DC-DC converter, the proposed converter can obtain a higher voltage-gain and does not require a complicate control for the flying-capacitor voltage balance. Moreover, the proposed converter, which can draw a continuous and low-rippled current from an input source, has the advantages of a wide voltage-gain range and low voltage stress for power semiconductors. The operating principle, parameters design and a comparison with other converters are presented and analyzed. Experimental results are also given to verify the aforementioned characteristics and theoretical analysis. The proposed converter is suitable for application of fuel cell systems.
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.
An Ejector enhances system efficiency, are easily operated, have a mechanically simple structure, and do not require a power supply. Because of these advantages, the ejector has been applied to a variety of industrial fields such as refrigerators, power plants and oil plants. In this work, an ejector was used to safely recycle anode tail gas in a 75-kW Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) system at KEPCO Research Institute. In this system, the ejector is placed at mixing point between the anode tail gas and the cathode tail gas or the fresh air. Commercial ejectors are not designed for the actual operating conditions for our fuel cell system. A new ejector was therefore designed for use beyond conventional operating limits. In the first place, a few sample ejectors were manufacured and the entrainment ratio was measured at a dummy stack. Through this experiment, the optimum ejector was chosen. The 75-kW MCFC system equipped with this optimum ejector was operated successfully.
Kim, Jong-Soo;Choe, Gyu-Yeong;Kang, Hyun-Soo;Lee, Byoung-Kuk
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.5
no.2
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pp.307-318
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2010
In this work, an accurate analysis of low frequency current ripple in residential fuel cell power generation systems is performed based on the proposed residential load model and its unique operation algorithm. Rather than using a constant dc voltage source, a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) model is implemented in this research so that a system-level analysis considering the fuel cell stack, power conditioning system (PCS), and the actual load is possible. Using the attained results, a comparative study regarding the discrepancies of low frequency current ripple between a simple resistor load and a realistic residential load is performed. The data indicate that the low frequency current ripple of the proposed residential load model is increased by more than a factor of two when compared to the low frequency current ripple of a simple resistor load under identical conditions. Theoretical analysis, simulation data, and experimental results are provided, along with a model of the load usage pattern of low frequency current ripples.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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