Model for the dynamic simulation of dynamic behaviors of a solid oxide fuel cell (SOFC) is provided. This model is based upon (1) coupled mass and heat transfer characteristics and (2) important chemical reactions such as electrochemical and reforming reaction in high temperature fuel cells such as SOFC. It is found that the thermal inertia of solid materials in SOFC plays an important role to the dynamic behavior of cell temperature. Dynamic characteristics of cell voltage, power and chemical compositions with different levels of load changes are investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.12
s.255
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pp.1196-1202
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2006
A MEMS methanol reformer was fabricated and its performance was evaluated in the present study. Catalytic steam reforming of methanol was selected because the process had been widely applied in macro scale reformers. Conventional Cu/ZnO catalyst that was prepared by co-precipitation method to give the highest coating quality was used. The reactor structure was made by bonding three layers of glass wafers. The internal structure of the wafer was fabricated by the wet-etching process that resulted in a high aspect ratio. The internal surface of the reactor was coated by catalyst and individual wafers were fusion-bonded to form the reactor structure. The internal volume of the microfabricated reactor was $0.3cm^3$ and the reactor produced exhaust gas with hydrogen concentration at 73%. The production rate of hydrogen was 4.16 ml/hr that could generate power of 350 mW in a typical PEM fuel cell.
Welaya, Yousri M.A.;Gohary, M. Morsy El;Ammar, Nader R.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.3
no.2
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pp.141-149
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2011
The world is facing a challenge in meeting its needs for energy. Global energy consumption in the last halfcentury has increased very rapidly and is expected to continue to grow over the next 50 years. However, it is expected to see significant differences between the last 50 years and the next. This paper aims at introducing a good solution to replace or work with conventional marine power plants. This includes the use of fuel cell power plant operated with hydrogen produced through water electrolysis or hydrogen produced from natural gas, gasoline, or diesel fuels through steam reforming processes to mitigate air pollution from ships.
Park, Joon-Geun;Lee, Shin-Ku;Bae, Joong-Myeon;Kime, Myoung-Jun
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2007.11a
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pp.113-116
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2007
Performance of a steam reformer can be improved by using a coaxial cylindrical reactor, because the design can enhance the heat transfer for the steam reforming reaction, which is the one of main rate-determining steps of overall reactions. The objective of this study is to investigate the coaxial cylindrical reactor numerically. Pseudo-homogeneous model and one medium approach are incorporated for the chemical reactions, and models are validated with experimental results. The catalyst of the coaxial cylindrical reactor is 67% for one of the cylindrical reactor, but fuel conversion of the coaxial cylindrical reactor is increased by 10%. Heat flux profiles are investigated by modified Nusselt number and heat flux which is transported from the product gas to the catalyst bed affecting performance of the steam reformer.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.10
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pp.855-859
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2007
Hydrogen as an energy carrier in fuel cell offers perhaps the largest potential benefits of reduced emissions of pollutants and greenhouse gases. The generation of high-purity hydrogen from hydrocarbon fuels is essential for efficient operation of fuel cell. Reduction of carbon monoxide to an acceptable level of 10ppm involves high temperature and low temperature water gas shift (WGS), followed by selective oxidation of residual carbon monoxide. The WGS reactor was designed and tested in this study to produce hydrogen-rich gas with CO to less than 5000 ppm. In the water gas shift operation, gas emerges from the reformer is taken through a high temperature shift (HTS) catalyst to reduce the CO concentration to about $2{\sim}4%$ followed to about 5000 ppm via a low temperature shift (LTS) catalyst.
Direct methanol fuel cells(DMFCs) are receiving significant attention in the portable power source and electric vehicular transportation because of its high energy efficiency as liquid fuel, low cost, and no requirement of fuel reforming process. In this study, we synthesized the Sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) to evaluate the possibility of use as a proton exchange membrane for DMFC. And poly(vinylidienedifluoride) (PVDF) was used to increase proton conductivity in SPEEK and simultaneously to prevent methanol transport through the cross linked membrane. Furthermore, in order to improve the electrical composite properties for DMFC applications.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.4
s.235
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pp.477-484
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2005
Model fer the dynamic simulation of dynamic behaviors of a solid oxide fuel cell (SOFC) is provided. This model is based upon (1) coupled mass and heat transfer characteristics and (2) important chemical reactions such as electrochemical and reforming reactions in high temperature fuel cells such as SOFC. It is found that the thermal inertia of solid materials in SOFC plays an important role to the dynamic behavior of cell temperature. Dynamic characteristics of cell voltage, power, and chemical compositions with different levels of load change are investigated.
Kim, Chang-Gi;Kang, Kern-Young;Song, Chun-Sub;Cho, Young-Seok
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.3
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pp.174-182
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2007
Fuel reforming technology for the fuel cell vehicles could be applied to internal combustion engine for the reduction of engine out emissions. Since syngas which is reformed from fossil fuel has hydrogen as a major component, it has abilities to enhance the combustion characteristics with wide flammability and high speed flame propagation. In this study, syngas was added to a gasoline engine to improve combustion stability and exhaust emissions of idle state. Syngas fraction is varied to 0%, 50%, 100% with various ignition timing and excess air ratio. Combustion stability, exhaust emissions, fuel consumption and exhaust gas temperature were measured to investigate the effects of syngas addition on idle performance. Results showed that syngas has ability to widely extend lean operation limit and ignition retard range with dramatical reduction of engine out emissions.
To extract hydrogen for stack, fuels such as LPG and LNG were reformed in the fuel processor, which is comprised of desulfurizer, reformer, shift converter, CO remover and steam generator. All elements of fuel processor are integrated in a single package. Highly active catalysts (desulfurizing adsorbent, reforming catalyst, CO shift catalyst, CO removal catalyst) and the various burners were developed and evaluated in this study. The performance of the developed catalysts and the commercial ones was similar. 1 kW, 5 kW class fuel processor systems using the developed catalyst and burner showed efficiency of 75 %(LHV, for LNG). The start-up time of the 1 kW class fuel processor was less than 50 minutes and its volume including insulation was about 30 l. The start-up time of 3 kW and 5 kW class fuel processors with the volume of 90 l and 150 l, respectively, was about 60 minutes. In the case of LPG fuel, efficiency, volume and start-up time of 1kW class fuel processor showed 73 %(LHV), < 60 l and < 60 min, respectively. Advanced fuel processor showed more highly efficiency and shorter start-up time due to the improvement of heat exchanger and operating method. 1 kW and 3 kW class fuel processors have been evaluated for reliability and durability including with on/off test of developed catalysts and burner.
The increase of greenhouse gases and the concern of global warming instigate the development and spread of renewable energy and hydrogen is considered one of the clean energy sources. Hydrogen is one of the most elements in the earth and exist in the form of fossil fuel, biomass and water. In order to use hydrogen for a clean energy source, the hydrogen production method should be eco-friendly and economic as well. There are two different hydrogen production methods: conventional thermal method using fossil fuel and renewable method using biomass and water. Steam reforming, autothermal reforming, partial oxidation, and gasification (using solid fuel) have been considered for hydrogen production from fossil fuel. When using fossil fuel, carbon dioxide should be separated from hydrogen and captured to be accepted as a clean energy. The amount of hydrogen from biomass is insignificant. In order to occupy noticeable portion in hydrogen industries, biomass conversion, especially, biological method should be sufficiently improved in a process efficiency and a microorganism cultivation. Electrolysis is a mature technology and hydrogen from water is considered the most eco-friendly method in terms of clean energy when the electric power is from renewable sources such as photovoltaic cell, solar heat, and wind power etc.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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