• 한국자동차공학회논문집
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• 제25권2호
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• pp.157-166
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• 2017

The Fuel Cell Electric Vehicle(FCEV) is recently evolving into a new trend in the automobile industry due to its relatively higher efficiency and zero greenhouse gas(GHG) emission in the tailpipe, as compared to that of the conventional internal combustion engine vehicles. However, it is important to analyze the whole process of the hydrogen's life cycle(from extraction of feedstock to vehicle operation) in order to evaluate the environmental impact of introducing FCEV upon recognizing that the hydrogen fuel, which is used in the fuel cell stack, is not directly available from nature, but instead, it should be produced from naturally available resources. Among the various hydrogen production methods, ${\sim}54.1%^{8)}$ of marketed hydrogen in Korea is produced from naphtha cracking process in the petrochemical industry. Therefore, in this study, we performed a well-to-wheels(WTW) analysis on the hydrogen fuel cycle for the FCEV application by using the GREET program from the US Argonne National Laboratory with Korean specific data. As a result, the well-to-tank and well-to-wheel GHG emissions of the FCEV are calculated as 45,638-51,472 g $CO_2eq/GJ$ and 65.0-73.4 g $CO_2eq/km$, respectively

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제35권1호
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• pp.66-74
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• 2024

This study addresses the escalating issue of worldwide hydrogen gas accidents, which has seen a significant increase in occurrences. To comprehensively evaluate the risks associated with hydrogen, a two approach was employed in this study. Firstly, a qualitative risk assessment was conducted using the bow-tie method. Secondly, a quantitative consequence analysis was carried out utilizing the areal locations of hazardous atmospheres (ALOHA) model. The study applied this method to two incidents, the hydrogen explosion accident occurred at the Muskingum River power plant in Ohio, USA, 2007 and the hydrogen storage tank explosion accident occurred at the K Technopark water electrolysis system in Korea, 2019. The results of the risk assessments revealed critical issues such as deterioration of gas pipe, human errors in incident response and the omission of important gas cleaning facility. By analyzing the cause of accidents and assessing risks quantitatively, the effective accident response plans are proposed and the effectiveness is evaluated by comparing the effective distance obtained by ALOHA simulation. Notably, the implementation of these measures led to a significant 54.5% reduction in the risk degree of potential explosions compared to the existing risk levels.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제34권2호
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• pp.162-168
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• 2023

The fast refueling process of compressed hydrogen has an important impact on the filling efficiency and safety. With the development and use of hydrogen energy, the demand for precision measurement of filling hydrogen thermodynamic parameters is also increasing. In this paper, the compressibility factor calculation model of high-pressure hydrogen gas was studied, and the basic equation of state and thermo-physical parameters were calculated. The hydrogen density data provided by the National Institute of Standards and Technology was compared with the calculation results of each model. Results show that at a pressure of 0.1-100 MPa and a temperature of 233-363 K, the calculation accuracy of the Zheng-Li equation of state was less than 0.5%. In the range of 0.1-70 MPa, the accuracy of Redich-Kwong equation is less than 3%. The hydrogen pressure more influences on the compressibility factor than the hydrogen temperature does. Using the Zheng-Li equation of state to calculate the compressibility factor of on-board high pressure hydrogen can obtain high accuracy.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.383-386
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• 2007

This paper describes the design and integration of the wind- fuel cell hybrid system. The hybrid system components included a wind turbine, an electrolyzer (for generation of H2), a PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell), storage system and BOP (Balance of Plant) system. The energy input is entirely provided by a wind turbine. A DC-DC converter controls the power input to the electrolyzer, which produces hydrogen and oxygen form water. The hydrogen used the fuel for the PEMFC. The hydrogen is compressed and stored in high pressure tank by hydrogen gas booster system.

• 한국가스학회지
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• 제22권4호
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• pp.32-38
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• 2018

본 연구는 불화 수소 탱크 컨테이너 하역장에서 불화수소 누출 시 누출량 및 확산 정도를 정량적으로 평가하여 동종사고의 재발을 방지하고 안전성 향상방안을 제시하는데 목적이 있다. 2012년 H사에서는 최대 저장량이 18 Ton인 탱크컨테이너에서 누출사고가 발생하여 인근 지역으로 8 Ton이 누출되었고, 그로인해 사회적 이슈가 되었다. 가우시안 플럼(Gaussian plume) 모델을 이용하여 계산한 결과 누출지점으로부터 반경 1,321m까지의 농도가 20ppm 이상으로 예측되었다. 2014년 R사에서 발생한 불화수소 누출사고에서는 누출량이 11.02kg으로 추정되었고, 그 중 2.9kg이 세정기로 회수되었다. 가우시안 플럼 모델을 사용하여 계산 한 결과, 누출 원으로 부터 20ppm 이상의 농도를 갖는 피해 범위가 반경 69m로 예상되었다. 위의 두 가지 사고를 비교 한 결과, 누출량은 약 987배 차이가 발생했고, 피해 지역은 19 배 이상 차이가 나는 것으로 나타났다. 따라서 보호구의 착용, 하역 장소의 밀폐 및 세정기 설치, 그리고 비상훈련을 실시하여 하역장에서 불화수소가 대량으로 누출되는 사고가 발생하지 않도록 관리해야 한다는 결론을 얻었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.608-614
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• 2023

The fast filling process of high-pressure hydrogen has an important impact on the filling efficiency and safety. In this paper, a specific study is carried out on the thermophysical phenomena during the fast filling process. Starting from the gas state equation of hydrogen, the change law of the hydrogen storage temperature is obtained, and then the temperature rise prediction is constructed. The model can clarify the relationship between the filling parameters and the temperature rise during the fast filling process, thereby revealing the flow and heat transfer laws of the fast charging process. To improve the theoretical research basis for the evaluation of vehicle-mounted hydrogen fast charging capacity, temperature prediction and optimization of hydrogenation methods.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.689-697
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• 2023

The high-pressure hydrogen valve is intended to supply hydrogen charged at high pressure in the hydrogen tank to the fuel cell stack, which decompresses high-pressure hydrogen gas to low pressure and primarily limits the excessive flow. It consists of a pilot valve, a main valve, and a excessive flow valve to operate in a wide pressure range from 2 to 70 MPa of charging pressure. The opening characteristics of the valve were confirmed by computation fluid dynamics applying the moving grid technique. The behavior of the valve was predicted by predicting the force acting on the valve over time. In addition, the difference in behavior according to supply pressure was compared.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권2호
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• pp.170-179
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• 2017

본 논문은 소듐냉각고속로 원형로 소듐-물 반응 압력완화계통의 급수배출부와 수소방출부의 설계요건 도출을 목적으로 한다. 증기발생기 전열관 누설에 의한 소듐-물 반응 발생 시, 증기발생기 내의 급수 증기를 신속하게 배출하는 조건을 도출하기 위해 급수덤프탱크 가스방출배관의 단면적과 증기발생기 급수배출배관의 수직길이를 변화시켜 연구를 수행하였다. 정상운전과 재장전운전에 대해 각각 계산을 수행하여 급수덤프탱크 가스방출배관의 단면적과 증기발생기 급수배출배관의 수직길이를 결정하였다. 정상운전 조건에서 소듐-물 반응 발생 시, 생성물인 수소에 의해 형성되는 과압이 소듐덤프탱크의 설계압력을 만족시킬 수 있도록 하는 가스방출배관의 직경을 도출하였고, 이 때 대기로 방출되는 수소의 유량과 농도를 계산하였다. 본 논문의 계산결과는 향후 소듐냉각고속로 원형로의 소듐-물 반응 압력완화계통의 설계요건으로 활용될 예정이다.

• 한국가스학회지
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• 제15권1호
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• pp.35-39
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• 2011

본 논문에서는 FEV 차량용 복합소재 연료탱크의 탄소섬유 적층두께에 따라 달라지는 강도안전성에 미치는 기여율의 영향을 해석하고자 한다. 기여율에 의한 영향을 FEM 모델링으로 고찰하기 위해, 복합소재 연료탱크의 알루미늄 라이너와 탄소섬유 적층에 작용하는 von Mises 등가응력을 후프방향과 헤리컬방향에 대하여 각각 계산 하였다. FEM 해석결과에 따르면, 알루미늄 라이너에 작용하는 등가응력 기여율은 후프방향으로는 77.5%, $70^{\circ}C$ 경사진 헤리컬방향으로는 18.11%, $12^{\circ}C$ 경사진 헤리컬방향으로는 4.39%로 각각 작용하는 것으로 나타났다. $12^{\circ}C$ 경사진 탄소섬유의 적층 두께비가 후프방향 적층 두께비의 42% 정도로 높게 유지됨에도 불구하고 알루미늄 라이너 소재에서 보여준 기여율 경향은 탄소섬유 적층의 강도안전성에 대해서도 유사한 것으로 나타났다. 결과적으로, 탄소섬유 연료탱크의 강도안전성은 탄소섬유 적층의 두께보다 와인딩 각도에 의해 더 많은 영향을 받는다는 계산결과를 보여주고 있다.

• 한국가스학회지
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• 제15권1호
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• pp.30-34
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• 2011

본 논문은 104L의 저장용량과 70MPa의 사용압력을 갖는 수소연료탱크용 복합소재 압력용기에 관한 강도안전성을 해석한 평가연구이다. 탄소섬유 복합용기의 내측은 6061-T6의 알루미늄 라이너를 사용하고, 외경측은 원주방향을 따라서 탄소섬유 후프층을 형성하고, 또한 $12^{\circ}C$ 적층과 $70^{\circ}C$ 적층을 헤리컬방향으로 경사지게 감아서 제작하였다. 복합소재 연료탱크의 강도안전성에 대한 FEM 해석결과는 US DOT-CFFC와 KS B ISO 11119-2 규정에 따라 평가되었다. FEM 해석결과에 의하면, 104L의 복합용기로 제시된 설계모델을 US DOT-CFFC와 KS B ISO 11119-2 기준으로 평가할 때 모두 안전하다할 수 있다. 그렇지만, 탄소섬유 연료탱크에 대한 계산결과는 한국의 평가기준을 사용하기보다는 미국의 안전기준을 적용하는 것이 더 안전하다는 해석결과를 알 수 있다. 따라서 70MPa의 수소연료 압력용기의 강도안전성을 충분히 확보하기 위해서는 미국의 DOT-CFFC 안전기준에 의거 평가하고 설계하는 것이 바람직하다.