Even though fuel cell have high efficiency when pure hydrogen from gas tank is used as a fuel source, it is more beneficial to generate hydrogen from city gas (mainly methane) in residential application such as domestic or office environments. Thus hydrogen is generated by reforming process using hydrocarbon. Unfortunately, the reforming process for hydrogen production is accompanied with unavoidable impurities. Impurities such as CO, $CO_2$, $H_2S$, $NH_3$, $CH_4$, and $CH_4$ in hydrogen could cause negative effects on fuel cell performance. Those effects are kinetic losses due to poisoning of the electrode catalysts, ohmic losses due to proton conductivity reduction including membrane and catalyst ionomer layers, and mass transport losses due to degrading catalyst layer structure and hydrophobic property. Hydrogen produced from reformer eventually contains around 73% of $H_2$, 20% or less of $CO_2$, 5.8% of less of $N_2$, or 2% less of $CH_4$, and 10ppm or less of CO. This study is aimed at investigating the effect of carbon dioxide on fuel cell performance. The performance of PEM fuel cell was investigated using current vs. potential experiment, long run(10 hr) test, and electrochemical impedance measurement when the concentrations of carbon dioxide were 10%, 20% and 30%. Also, the concentration of impurity supplied to the fuel cell was verified by gas chromatography(GC).
This numerical study was analyzed to predict the flammability limits of biodiesel and diesel fuels in the high temperature and pressure conditions. To achieve this, the biodiesel fuel was simulated with the chemical species of n-heptane (n-C7H16), methyl decanoate (C11H22O2), and methyl-9-decenoate (C11H20O2), and the diesel fuel was substituted the chemical species of n-heptane. The closed 0-D homogeneous reactor model which was employed the 1100 K of ambient temperature and 35 atm of ambient pressure was used for the simulation of constant volume combustion, and the equivalence ratio was changed from 0.3 to 2.5 conditions. In addition, a comparative analysis study was conducted with the results of HCCI engine simulation and flammability limits according to the changes of equivalence ratio. The results of combustion temperature, pressure, and ignition delay were increased when the equivalence ratio elevated from 0.3 to 1.3 conditions because the increase in fuel oxidation rate affects the chemical reaction of the overall combustion process. Furthermore, the CO and NOX production under the rich combustion conditions are considered to have a trade off relationship since the OH radicals and O2 chemical species are greatly affected the CO and NOX production and oxidation processes.
Kim, Jiyeon;Kim, Byunggoon;Kim, Hongsuck;Yun, Zuwhan
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.31
no.5
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pp.556-562
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2015
In order to remove the organic substances and the nitrate-nitrogen contained in wastewater, some researchers have studied the simultaneous removal of organics and nitrogen by using different biocathode microbial fuel cells (MFCs). The operating conditions for removing the contaminants in the MFCs are the external resistances, HRTs, the concentration of the influent wastewater, and other factors. This study aimed to determine the effect of the external resistors and organic loading rates, from the changing HRT, on the removal of the organics and nitrogen and on the production of electric power using the Denitrification Biocathode - Microbial Fuel Cell (DNB-MFC). As regards the results of the study, the removal efficiencies of $SCOD_{Cr}$ did not show any difference, but the nitrate-nitrogen removal efficiencies were increased by decreasing the external resistance. The maximum denitrification rate achieved was $129.2{\pm}13.54g\;NO_3{^-}-N/m^3/d$ in the external resistance $1{\Omega}$, and the maximum power density was $3,279mW/m^3$ in $10{\Omega}$. When the DNB-MFC was operated with increasing influent organic and nitrate loading by reducing the HRTs, the $NO_3{^-}-N$ removal efficiencies were increased linearly, and the maximum nitrate removal rate was $1,586g\;NO^3{^-}-N/m^3/d$ at HRT 0.6 h.
Boyarintsev, Alexander V.;Stepanov, Sergei I.;Kostikova, Galina V.;Zhilov, Valeriy I.;Chekmarev, Alexander M.;Tsivadze, Aslan Yu.
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.7
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pp.1799-1804
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2019
The concept of a new method, the CARBEX (CARBonate EXtraction) process, was proposed for reprocessing of spent uranium oxide fuel. The proposed process is based on use of water solutions of $Na_2CO_3$ or $(NH_4)_2CO_3$ and solvent extraction (SE) by the quaternary ammonium compounds for selective recovery and purification of U from the fission products (FPs). Applying of SE allows to reach high degree of purification of U from FPs. Carrying out the processes in poorly aggressive alkaline carbonate media leads to increasing safety of SNF's reprocessing and better selectivity of separation of lanthanides and actinides. Moreover carbonate reprocessing media allows to carry out a recycling and regeneration of reagents. We have been done laboratory scale experiments on the extraction components of simulated voloxidated spent fuel in the solutions of NaOH or $Na_2CO_3-H_2O_2$ and recovery of U from carbonate solutions by SE method using carbonate of methyltrioctylammonium in toluene. It was shown that the purification factors of U from impurities of simulated FPs reached values $10^3-10^5$. The received results support our opinion that CARBEX after the further development can become more safe, simple and profitable method of spent fuel reprocessing.
The investigation of the utilization of enriched 208Pb as a coolant to enhance the performance of a long-life fast reactor with a Modified CANDLE (Constant Axial shape of Neutron flux, nuclide densities, and power shape During Life of Energy production) burnup scheme has performed. The analyzes were performed on a reactor with thermal power of 800 MegaWatt Thermal (MWTh) with a refueling process every 15 years. Uranium Nitride (enriched 15N), 208Pb, and High-Cr martensitic steel HT-9 were employed as fuel, coolant, and cladding materials, respectively. One of the Pb-nat isotopes, 208Pb, has the smallest neutron capture cross-section (0.23 mb) among other liquid metal coolants. Furthermore, the neutron-producing cross-section (n, 2n) of 208Pb is larger than sodium (Na). On the other hand, the inelastic scattering energy threshold of 208Pb is the highest among Na, natPb, and Bi. The small inelastic scattering cross-section of 208Pb can harden the neutron energy spectrum. Therefore, 208Pb is a better neutron multiplier than any other liquid metal coolant. The excess neutrons cause more production than consumption of 239Pu. Hence, it can reduce the initial fuel loading of the reactor. The selective photoreaction process was developing to obtain enriched 208Pb. The neutronic was calculated using SRAC and JENDL 4.0 as a nuclear data library. We obtained that the modified CANDLE reactor with enriched 208Pb as coolant and reflector has the highest k-eff among all reactors. Meanwhile, the natPb cooled reactor has the lowest k-eff. Thus, the utilization of the enriched 208Pb as the coolant can reduce reactor initial fuel loading. Moreover, the enriched 208Pb-cooled reactor has the smallest power peaking factor among all reactors. Therefore, the enriched 208Pb can enhance the performance of a long-life Modified CANDLE fast reactor.
This basic study is required to examine spray or jet behavior depending on fuel phase. In this study, analyses of diesel fuel(n-Tridecane, $C_{13}H_{28}$) spray and natural gas fuel(Methane, $CH_4$) jet under high temperature and pressure are performed by a general-purpose program, ANSYS CFX release 11.0, and the results of these are compared with experimental results of diesel fuel spray using the exciplex fluorescence method. The simulation results of diesel spray is analyzed by using the combination of Large-Eddy Simulation(LES) and Lagrangian Particle Tracking(LPT) and of a natural gas jet is analyzed by using Multi-Component Model(MCM). There are two study variables considered, that is, ambient pressure and injection pressure. In a macroscopic analysis, the higher ambient pressure is, the shorter spray or jet tip penetration is at each time after start of injection. And the higher injection pressure is, the longer spray or jet tip penetration is at each time after start of injection. When liquid fuel is injected, droplets of the fuel need some time to evaporate. However, when natural gas fuel is injected, the fuel does not need time to evaporate. Gas fuel consists of minute particles. Therefore, the gas fuel is mixed with the ambient gas more quickly at the initial time of injection than the liquid fuel is done. The experimental results also validate the usefulness of this analysis.
When triple flames propagated in a diverging channel, the effects of fuel dilution on the lift-off characteristics of triple flames were investigated. A multi-slot burner was used to stabilize the lift-off flame especially at weak fuel concentration gradients. It was reported that there is a maximum propagation velocity at a critical concentration gradient in an open jet regardless of fuel dilution. The enhancement of a diffusion flame affected to increase the propagation velocity around critical concentration gradients. However, the influence of a confined channel on the structure of triple flames according to fuel dilution needs to be investigated compared with an open jet case. This study aimed to examine the effect of a confined channel on the structure and the propagation velocity of the triple flames according to fuel dilution. Lift-off height and propagation velocity of triple flames were investigated by employing three kinds of fuel compositions diluted by nitrogen (0%, 25%, 50% $N_2$), Fuel dilution reduced the propagation velocity of triple flame in a confined channel mainly due to the decrease of flame temperature in premixed branch. Despite the difference in fuel dilution, the propagation velocity has a maximum value at a specific fuel concentration gradient even though the critical concentration gradient increases with fuel dilution. And the critical concentration gradient in a confined channel is larger than that in an open jet due to enhancement of convective diffusion.
Kim, Seung Gon;Lee, Dae Keun;Noh, Dong-Soon;Ko, Chang-Bog
한국연소학회:학술대회논문집
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2013.06a
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pp.45-46
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2013
Stabilization characteristics of highly $N_2$-diluted $CH_4-O_2$ flame in an axially two-section porous inert medium were experimentally investigated for its application to the waste gas scrubber in semiconductor manufacturing processes. The flame behaviors were observed with respect to the fuel and $N_2$ flow rates and the equivalence ratios. As a result, four kinds of flame behaviors such as stable, flashback crossing the interface, blowout and sudden extinction were observed. It was also found that there exists two flame regime divided by a critical fuel flow rate. In addition, the flame stability was discussed based on the $N_2$ index which means the abatement capacity of our combustor in scrubbing the waste gas from the semiconductor processes.
In this study, spray characteristics of n-heptane and propane were investigated under different injection pressure using various imaging techniques such as Mie-scattering, DBI (diffuse back-illumination), and Schlieren imaging techniques. NI compact RIO system was used to control a test injector. Spray penetration length, length-to-width ratio and number of black pixels were calculated by using MATLAB software to compare spray characteristics of each fuel. Longer spray penetration length and higher length-to-width ratio were observed in propane spray because of flash boiling caused by high saturated vapor pressure. Spray collapse occurred in propane spray due to the high plume-to-plume interaction. Moreover, rapid evaporation occurred in propane spray, so that nozzle tip wetting could not be observed. Rapid evaporation of propane also caused fewer residual droplets compared to n-heptane spray. Therefore, propane is advantageous in reducing the generation of soot emission from large droplets that are not atomized. However, additional evaluation should be conducted considering combustion efficiency and the possibility of deposits by nozzle tip icing during fuel injection.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.38
no.9
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pp.1051-1056
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2014
Nitrous oxide ($N_2O$) is naturally generated from biological activity, such as bacteria's material exchange. However, recent $N_2O$ concentration in the atmosphere has being increased by the human activities such as industrial growth. One of factors to increase $N_2O$ concentration in the atmosphere is a $N_2O$ emission caused by the combustion of marine fuel oils. The marine transportation presently handles over 99 percent of the international freight cargoes and the number of ship is continuously increasing with increment of cargoes. In this study, author conducted a series of the experimental investigations on which combustion of fuels containing different element concentrations used in a 4-stroke marine diesel engine affect $N_2O$ emissions in the exhaust gas. Moreover, it is assessed on the extent to which fuel combustion patterns in the combustion chamber affect $N_2O$ emissions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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