Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.5
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pp.590-599
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2011
The electrification of the waste heat of fuel cell is necessary to enhance the efficiency of fuel cell system. For this purpose, the SOFC/ST(Solid oxide fuel cell/Steam turbine) hybrid system is suitable. The purpose of this work is to predict the performance of methane fueled SOFC/ST hybrid power system and to analyze the influence of operating temperature of stack, current density of stack, combustor outlet gas temperature, and boiler outlet gas temperature. According to the analysis, it is proved that making the best use of the waste heat of stack and minimizing the fuel consumption of combustor are essential for the high-efficiency of SOFC/ST hybrid system.
Fuel cells are known as eco - friendly energy facilities that can use heat energy and electric energy at the same time. Fuel cells are classified according to the temperature and material used, and solid oxide fuel cell (SOFC) is relatively high temperature ($700-800^{\circ}C$). SOFC requires a hot box consisting of a high temperature stack, a reformer, a burner, and the heat exchangers in order to use energy efficiently. The hot box needs to maintain heat insulation performance at high temperature to reduce heat loss. However, Fibrous insulation, which is widely used, needs to be improved because it has a disadvantage that the thermal conductivity is rapidly increased due to the increase of temperature. Therefore, this study was carried out to develop a thermal insulation, which is applied to multiple layers insulation (MLI) technic, that can be used under SOFC operating conditions and prevent a drastic drop in thermal conductivity at high temperature. The developed insulation is consist of a thermally conductive material, a spacer, and a reflective plate. The thermal conductivity of the insulation was measured by in the thermal conductivity measuring device at high temperature range. As a result, it was confirmed that the developed layers insulation have an good thermal conductivity (0.116 W/mK) than fibrous insulation (0.24 W/mK) as a radiation shielding effect at a high temperature of 1,173 K.
Aman, Nurul Ashikin Mohd Nazrul;Muchtar, Andanastuti;Rosli, Masli Irwan;Baharuddin, Nurul Akidah;Somalu, Mahendra Rao;Kalib, Noor Shieela
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.11
no.2
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pp.132-139
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2020
Solid oxide fuel cells (SOFCs) are among one of the promising technologies for efficient and clean energy. SOFCs offer several advantages over other types of fuel cells under relatively high temperatures (600℃ to 800℃). However, the thermal behavior of SOFC stacks at high operating temperatures is a serious issue in SOFC development because it can be associated with detrimental thermal stresses on the life span of the stacks. The thermal behavior of SOFC stacks can be influenced by operating or material properties. Therefore, this work aims to investigate the effects of the thermal conductivity of each component (anode, cathode, and electrolyte) on the thermal behavior of samarium-doped ceria-based SOFCs at intermediate temperatures. Computational fluid dynamics is used to simulate SOFC operation at 600℃. The temperature distributions and gradients of a single cell at 0.7 V under different thermal conductivity values are analyzed and discussed to determine their relationship. Simulations reveal that the influence of thermal conductivity is more remarkable for the anode and electrolyte than for the cathode. Increasing the thermal conductivity of the anode by 50% results in a 23% drop in the maximum thermal gradients. The results for the electrolyte are subtle, with a ~67% reduction in thermal conductivity that only results in an 8% reduction in the maximum temperature gradient. The effect of thermal conductivity on temperature gradient is important because it can be used to predict thermal stress generation.
One of the most critical issues in sol id oxide fuel cell (SOFC)running on hydrocarbon fuels is the risk of carbon formation from the fuel gas. The simple method to reduce the risk of carbon formation from the reactions is to add steam to the fuel stream, leading to the carbon gasification react ion. However, the addition of steam to fuel is not appropriate for the auxiliary power unit (APU) and potable power generation (PPG) systems due to an increase of complexity and bulkiness. In this regard, many researchers have focused on so-called 'direct methane' operation of SOFC, which works with dry methane without coking. However, coking can be suppressed only by the operation with a high current density, which may be a drawback especially for the APU and PPG systems. The single chamber fuel cell (SC-SOFC) is a novel simplification of the conventional SOFC into which a premixed fuel/air mixture is introduced. It relies on the selectivity of the anode and cathode catalysts to generate a chemical potential gradient across the cell. Moreover it allows compact and seal-free stack design. In this study, we fabricated honeycomb type mixed-gas fuel cell (MGFC) which has advantages of stacking to the axial direction and increasing volume power density. Honeycomb-structured SOFC with four channels was prepared by dry pressing method. Two alternative channels were coated with electrolyte and cathode slurry in order to make cathodic reaction sites. We will discuss that the anode supported honeycomb type cell running on mixed gas condition.
Kim, Dong-Gyu;Song, Min-Wu;Lee, Kyeong-Seop;Kim, Yoen-Su;Kim, Young-Soon;Shin, Hyung-Shik
Korean Chemical Engineering Research
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v.49
no.6
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pp.781-785
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2011
In this work, a nano-sized samaria-doped ceria(SDC) was prepared by a urea-based hydrothermal method and characterized by XRD, FESEM and TEM. It was observed that the increase in synthesis time and temperature gave rise to crystallity and particles size. Moreover, the synthesised powders had a excellent ion-conductivity(0.1 S/cm at 600~$800^{\circ}C$) which is suitable for electrolyte of intermediate temperature-solid oxide fuel cell(IT-SOFC). Subsequently for use as electrolyte for anode-supported IT-SOFC, we tried to deposit the SDC powder on a porous NiO-SDC substrate by electrophoretic deposition(EPD) method. From the FESEM observation, a compact
SOFC anode fabricated core-shell using machano-fusion method using core with submicron size Ni, nano size YSZ for shell. Using prepared core-shell, depending on the thickness of the shell, we studied how the characteristics of sintering and SOFC cell change by sintering the anode. The Ni-YSZ core-shell has a Ni core of 0.5 to $1.2{\mu}m$ over 2 to 7 YSZ of 15 to 20 nm is, and as the high speed mixing time increases, the YSZ number increases and the shell thickness becomes uniform increased. When the fuel electrode is manufactured with core-shell, it has superior sintering property, has grain of uniform size compared with the one synthesized by general mixing, the falling path is short, the conductors (electrons and ions) connection is excellent, the electrical conductivity has become excellent. The thicker the shell, the lower the electrical conductivity. When the thickness of shell ranged from 46 to 139 nm and 61 to 81 nm, the performance was the highest and the ASR was the smallest.
The 5kW SOFC(Solid Oxide Fuel Cell) System is composed to 3kW parallel Fuel Cell. We propose to the parallel control of 5kW PCS in the unbalance condition of fuel cell. The developed 5kW PCS can be found control ability of DC/DC converters in the operating conditions of the unbalanced parallel operation. It is verify to the control characteristics by simulation and experiment.
In the present study, the 2-fluid nozzle and 3-fluid nozzle to atomize the diesel and water with air for the fuel reformer of SOFC system were experimentally examined. In the 2-fluid nozzle, the diesel and water were alternately atomized due to bislug flow pattern, and it implies that the mixing of both liquids strongly affects the atomization pattern. On the other hand, in the 3-fluid nozzle, the diesel and water were atomized simultaneously due to the separated injection channels without mixing problem. Therefore, compared to the 2-fluid nozzle, the 3-fluid nozzle is suitable for the stable operation of the fuel reformer. In case of the 3-fluid nozzle, Type A where the air was supplied through the central channel was the most efficient.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.16
no.7
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pp.615-622
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2004
Recently, the hybrid system combining fuel cell and gas turbine has drawn much attention owing to its high efficiency and ultra low emission. It is now on the verge of world wide development and various system configurations have been proposed. A national project funded by Korean government has also been initiated to develop a pressurized hybrid system. This work aims at presenting design performance analysis for various possible system configurations as an initial step for the system development. Study focuses are given to major design options including the power ratio between gas turbine and fuel cell, reforming method (internal or external), reforming heat source (reforming burner, cathode hot air, fuel cell heat release) and steam supply method for reformer (anode gas recirculation, external steam generator). A wide variation in performance among different configurations has been predicted.
In this study, a novel microwave-matrix reformer was proposed to convert CH4, which is a major component, to a high quality hydrogen energy. And to identify this performance, it was investigated for O2/C ratio, steam feed amount and reformed gas recirculation which are affected for methane conversion and product gas yield. Through the parametric screening studies, optimal operating conditions were that O2/C ratio, steam feed amount and recirculation rate were 1.1, 10 mL/min and 30 L/min. In this conditions, CH4 conversion was 68.1%, H2 selectivity 77.2 and H2/CO ratio 2.62 which are possible applying SOFC stack for RPG (residential power generator).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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