Wang Hak-Min;Choi Kap-Seung;Kang Il-Hwan;Kim Hyung-Man;Erickson Paul A.
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.6
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pp.864-873
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2006
As fuel cells approach commercialization, hydrogen production becomes a critical step in the overall energy conversion pathway. Reforming is a process that produces a hydrogen-rich gas from hydrocarbon fuels. Hydrogen production via autothermal reforming (ATR) is particularly attractive for applications that demand a quick start-up and response time in a compact size. However, further research is required to optimize the performance of autothermal reformers and accurate models of reactor performance must be developed and validated. The design includes the requirement of accommodating a wide range of experimental set ups. Factors considered in the design of the reformer are capability to use multiple fuels, ability to vary stoichiometry, precise temperature and pressure control, implementation of enhancement methods, capability to implement variable catalyst positions and catalyst arrangement, ability to monitor and change reactant mixing, and proper implementation of data acquisition. A model of the system was first developed in order to calculate flowrates, heating, space velocity, and other important parameters needed to select the hardware that comprises the reformer. Predicted performance will be compared to actual data once the reformer construction is completed. This comparison will quantify the accuracy of the model and should point to areas where further model development is required. The end result will be a research tool that allows engineers to optimize hydrogen production via autothermal reformation.
Jin, Sunmi;Yoo, Jiho;Rhee, Young Woo;Choi, Hokyung;Lim, Jeonghwan;Lee, Sihyun
Clean Technology
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v.18
no.4
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pp.426-431
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2012
Carbon-rich coal can be utilized as a fuel for direct carbon fuel cell (DCFC). However, left-behind ash after the electrochemical oxidation may hinder the electrochemical reactions. In this study, we produced ash-free coal (AFC) by thermal extraction and then tested it as a fuel for DCFC. DCFC was built based on solid oxide electrolyte and the electrochemical performance of AFC mixed with $K_2CO_3$ was compared with AFC only. Significantly enhanced power density was found by catalytic steam gasification of AFC. However, an increase of the power density by catalytic pyrolysis was negligible. This result indicated that a catalyst activated the steam gasification reactions, producing much more $H_2$ and thus increasing the power density, compared to AFC only. Results of a quantitative analysis showed much improved kinetics in AFC with $K_2CO_3$ in agreement with DCFC results. A secondary phase of potassium on yttria-stabilized zirconia (YSZ) surface was observed after the cell operation. This probably caused poor long-term behavior of AFC with $K_2CO_3$. A thin YSZ (30 ${\mu}m$ thick) was found to be higher in the power density than 0.9 mm of YSZ.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.3
no.4
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pp.44-50
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1999
For the prediction of combustion performance of the Unlike Impinging Quadlet Injector (OOOF type), mixing efficiency, mixing characteristic velocity, and efficiency of mixing characteristic velocity were obtained from the cold test. Water/kerosene were used for simulants, The momentum ratio of oxidizer and fuel were mixing correlating parameter. Orifice discharge coefficient, spray pattern and mass distribution were measured. As a result, invasion-depth had strong effect on mixing efficiency, mixing characteristic velocity, and efficiency of mixing characteristic velocity. Mixing efficiency and efficiency of mixing characteristic velocity showed maximum value for momentum ratio 1.67(TMR = 2.5), and fuel rich state showed larger decreasing ratio than oxidizer rich state.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.8
no.2
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pp.10-17
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2004
The results of the combustion performance tests of gas generator which supplies hot gas into the turbine of turbo-pump for liquid rocket engine and uses LOx and kerosene as propellant are described. The gas generator consists of a injector head with F-O-F impinging injector, a water cooled combustion chamber, a gas torch igniter, a turbulence ring and an instrument ring. The effect of turbulence ring and combustion chamber length on performance of gas generator are investigated. The ignition and combustion at design point are stable and the pressure and gas temperature at gas generator exit meets the target. The turbulence ring installed at middle of chamber effectively mixes hot gas with cold gas and the effect of residence time of hot gas in gas generator on combustion efficiency is small. Test results show that the main parameter controlling the gas temperature at gas generator exit is overall O/F ratio.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.18
no.2
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pp.86-92
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2014
Combustion Chamber Test Facility (CCTF) to be constructed in Naro Space Center for re-burning the fuel-rich gas of gas generator have afterburner system. The afterburner system is supplied the Oxygon ($O_2$) gas and Methane ($CH_4$) gas to reduced the harmful exhaust gas. The detailed design for the planned CCTF afterburner system is simulated and analysed by AMESim program through the all of gas supply system components. Afterburner system is performed to verify the pipe size, orifice diameter, and gas supply conditions according to the total gas consumption from analysis of gas supply system.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.2
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pp.92-97
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2005
A series of combustion test was done to verify the optimization result of a gas generator for a 10 ton thrust liquid rocket engine. An injector element is F-O-F impinging type injector and the test was conducted with kerosene/LOX propellants. Test results of combustion temperature and pressure show a very good agreement with optimal design result and verify that the design method was properly established. And turbulence ring revealed its effectiveness in enhancing combustion gas mixing and temperature difference in the radial direction showed only less than 15K. Also turbulence ring induced only 3.2% pressure loss in the combustion chamber, which is far less than conventional level observed in a gas turbine engine. Axial temperature distribution also shows that turbulence ring could effectively reduce about 10% or more in gas generator length if its location is properly selected.
The importance of the more efficient cogeneration system is emphasized. Also the more clean energy is needed at recent energy system. The cogeneration system using Lean burn engine is more preferred to the system using Rich burn engine because of the electrical efficiency. Although the cogeneration system using Lean burn engine is economically preferred, because of the NOx emission level, the system using Rich burn engine with 3-way catalyst can only be used in Korea. The NOx regulation level is 50ppm at oxygen level 13%. The cogeneration hybrid system using Lean burn engine is up to be optimized because of the large amount of the extra-fuel at the after-burner system. The after-burner system at different concept was applied. The reduction time for the activation temperature of the DeNOx catalyst was achieved by making a hole between the combustor and boiler. Because of the lowered fuel consumption, the lowered temperature level was optimized by blocking the hole of the boiler The optimized cogeneration hybrid system consumes $76Nm^3/h$ LNG to produce 150kW electricity compared to before optimization $103Nm^3/h$ LNG. The system was accurately evaluated and the result is following ; 90% total efficiency, below 10 ppm NOx, 50ppm CO, 25ppm HC. The cogeneration hybrid system can meet the current NOx level and exhaust gas regulation. It can achieve the clean combustion gas and efficient cogeneration system.
For a preliminary study on a thrust-throttleable Variable Flow Ducted Rocket, a gas generator and flow control valve were developed, and ground combustion tests were performed. The gas generator and flow control valve operated at the required performance level for parameters, such as heat-resistance, combustion-time, pressure, and temperature. The combustion characteristics of a fuel-rich solid propellant mixed with Boron/MgAl/AP, etc., were also analyzed. A Plunger-type flow control valve was designed to control the discharge flow area, and it was confirmed that the flow control valve was able to control the combustion gas flow rate and pressure. However, due to the reduction of the discharge flow area caused by adhesion of combustion products, the combustion pressure continuously increased. The analysis of the pressure increase is covered in Part 2 of this paper.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.20
no.4
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pp.150-155
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2012
Lean NOx Trap (LNT) catalysts are capable of reducing exhaust NOx emissions from diesel engines. LNT stores NOx in lean condition and exhausts N2 by reducing NOx in rich condition. NOx reduction characteristic of LNT catalysts using throttle position sensor and fuel injection timing control for light-duty diesel engine was investigated. In contrast to SCR system, LNT catalyst uses diesel fuel in resuctant. Also if the concentration of reductant is exceeded, excessive amount of reductant will slip throughout LNT and cause another emission problem. Thus LNT regeneration with precise engine control established that can make higher NOx conversion efficiency and lower fuel penalty, prevent another emission problem. NOx and reductant concentration were measured by the NOx sensor and Mexa7100D equipped inlet and outlet of catalyst. As a result of engine test, regeneration strategy has reached high of 77.8% NOx conversion efficiency according to engine operation condition. Moreover, we have proved that it is possible to use regeneration strategy of LNT within 5% fuel penalty.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.2
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pp.1-7
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2007
The effect of injector geometries including the injection angle and number of nozzle holes on homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine combustion has been investigated in an automotive-size single-cylinder diesel engine. The HCCI engine has advantages of simultaneous reduction of PM and NOx emissions by achieving the spatially homogenous distribution of diesel fuel and air mixture, which results in no fuel-rich zones and low combustion temperature. To make homogeneous mixture in a direct-injection diesel engine, the fuel is injected at early timing. The early injection guarantees long ignition delay period resulting in long mixing period to form a homogeneous mixture. The wall-impingement of the diesel spray is a serious problem in this type of application. The impingement occurs due to the low in-cylinder density and temperature as the spray penetrates too deep into the combustion chamber. A hole-type injector (5 holes) with smaller angle ($100^{\circ}$) than the conventional one ($150^{\circ}$) was applied to resolve this problem. The multi-hole injector (14 holes) was also tested to maximize the atomization of diesel fuel. The macroscopic spray structure was visualized in a spray chamber, and the spray penetration was analyzed. Moreover, the effect of injector geometries on the power output and exhaust gases was tested in a single-cylinder diesel engine. Results showed that the small injection angle minimizes the wall-impingement of diesel fuel that results in high power output and low PM emission. The multi-hole injector could not decrease the spray penetration at low in-cylinder pressure and temperature, but still showed the advantages in atomization and premixing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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