The effects of internal manifold designs the reactant feed-stream in Polymer Electrolyte Fuel Cells (PEFCs) is studied to figure out mass flow-distribution patterns over an entire fuel cell stack domain. Reactants flows are modeled either laminar or turbulent depending on regions and the open channels in the bipolar plates are simulated by porous media where permeability should be pre-determined for computational analysis. In this work, numerical models for reactant feed-stream in the PEFC manifolds are classified into two major flow patterns: Z-shape and U-shape. Several types of manifold geometries are analyzed to find the optimal manifold configurations. The effect of heat generation in PEFC on the flow distribution is also investigated applying a simplified heat transfer model in the stack level (i.e. multi-cell electrochemical power-generation unit). This modeling technique is well suited for many large scale problems and this scheme can be used not only to account for the manifold flow pattern but also to obtain information on the optimal design and operation of a PEMC system.
Cho Bong-Hyun;Lee Chang-Su;Choi Sung-Ok;Ryu Ki-Wahn
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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pp.25-32
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2005
The aerodynamic loads at the blade hub and the drive shaft for 1MW horizontal axis wind turbine are calculated numerically. The geometric shape of the blade such as chord length and twist angle can be obtained fran the aerodynamic optimization procedure. Various airfoil data, that is thick airfoils at hub side and thin airfoils at tip side, are distributed along the spanwise direction of the rotor blade. Under the wind data fulfilling design load cases based on the IEC61400-1, all of the shear forces, bending moments at the hub and the low speed shaft of the drive train are obtained by using the FAST code. It shows that shear forces and bending moments have a periodic. trend. These oscillating aerodynamic loads will lead to the fatigue problem at both of the hub and drive train From the load analysis the maximum shear forces and bending moments are generated when wind turbine generator system operates in the case of the extreme speed wind condition.
This study has numerically modeled the combustion processes of the turbulent swirling premixed lifted syngas flames in the low-swirl burner (LSB). In these turbulent swirling premixed flames, the four tangentially-injected air jets induce the turbulent swirling flow which plays the crucial role of stabilizing the turbulent lifted flames. In the present approach, the turbulence-chemistry interaction is represented by the level-set based flamelet model. Numerical results indicate clearly that the present level-set based flamelet approach has realistically simulated the structure and stabilization mechanism of the turbulent swirling premixed lifted flames in the low-swirl burner. Computations are made for the wide range of the syngas chemical composition and the dilution level at two pressure conditions (1.0, 5.0 bar). Numerical results indicate that the lifted height in the LSB is increased by decreasing the H2 percentage and increasing the dilution level at the given equivalence ratio. It is also found that the flashback is occurred for the hydrogen composition higher than 80% at the equivalence ratio, 0.8. However, at the syngas composition range in the IGCC system, the stable lean-premixed lifted flames are formed at the low-swirl burner.
Solar receiver in the solar power tower system has a similarity to a boiler of the thermal power plant in many aspects. However Boiler is operated long time without stopping while solar receiver repeats start and stop every day. The objective of this study is to investigate start-up characteristics of solar receiver. The experimental device was constructed in a bench scale. Basic experimental condition of water/steam was set by 25 bar and $223^{\circ}C$. Initially, the heat was added into risers only, then another experiment with input into drum additionally was done. When the heat flux was valid only risers, it took about 300 minutes until the water temperature in drum reached $223^{\circ}C$. Water temperature of drum was increased by $44^{\circ}C$/hr with 91.14 g/s of water circulation. With additional heat input into drum, 200 minutes was required to reach $223^{\circ}C$. In this case temperature was increased $66^{\circ}C$/hr with 96.5 g/s of water circulation.
The modified supercritical water treatment method is adopted for hydrolysis of wood powder, Populus alba$\times$glandulosa. This modified method is containing 0.05% HCl or $HNO_3$ as acid catalyst. The supercritical water treatment(SCW) was performed for 1 min. with $350^{\circ}C$, $380^{\circ}C$, $400^{\circ}C$ and $425^{\circ}C$, respectively, under 230 $\pm$ 10 atm using continuous flow system. When acid was added to powder prepared for SCW treatment, the yields of monomeric sugars were significantly increased. The lignin remained after supercritical treatment was applied to gel permeation chromatography(GPC) for molecular weight distribution analysis. Compared to the lignin produced from SCW treatment without acid catalyst, the average molecular weight of lignin compounds treated with acid was clearly decreased. Particularly, Mn/Mw ratio is decreased. This result shows supercritical water treatment of wood powder can change the molecular weight of lignin to small size. However, it is necessary to be further studied for exactly characterizing the lignin produced from supercritical water treatment.
In the conventional dc-dc converter, a pair of additional diode and the adjacent passive component capacitor/inductor can be added to the circuit with an X-shape connection, which generates a family of new topologies. The novel circuits, also called diode-assisted dc-dc converter, enhance the voltage boost/buck capability and have a great potential for high step-up/step-down power conversions. This paper mainly investigates and compares conventional dc-dc converter and diode-assisted dc-dc converter in wide range power conversion from the aspects of silicon devices, passive components requirements, electro-magnetic interference (EMI) and efficiency. Then, a comprehensive comparison example of a high step-up power conversion system was carried out. The two kinds of boost dc-dc converters operate under the same operation conditions. Mathematical analysis and experiment results verify that diode-assisted dc-dc converters are very promising for simultaneous high efficiency and high step-up/step-down power conversion in distributed power supply systems.
Anodized tubular titania ($TiO_2$) electrodes (ATTEs) are prepared and used as both the photoanode and the cathode substrate in a photoelectrochemical system designed to split water into hydrogen with the assistance of an enzyme and an external bias (solar cell). In particular, the ATTE used as the cathode substrate for the immobilization of the enzyme is prepared by two methods; adsorption and crosslinking. Results show that the optimized amount of enzyme is 10.98 units for the slurried enzyme, 3.66 units for the adsorbed one and 7.32 units for the crosslinked one, and the corresponding hydrogen evolution rates are 33.04, 148.58, and 234.88 umol/hr, respectively. The immobilized enzyme, specifically the chemically crosslinked one, seems to be much superior to the slurried enzyme, due to the enhanced charge-transfer process that is caused by the lower electrical resistance between the enzyme and the ATTE. This results in a greater number of accepted electrons and a larger amount of enzymes able to deal with the electrons.
Kim, Min-Kyung;Kim, Jae-Ho;Kim, Woo-Hyun;Lee, See-Hoon
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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pp.840-843
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2009
폐자동차의 최종처분 과정에서 발생하는 자동차 파쇄 폐기물(Automobile Shredder Dust)은 대부분이 고분자 화합물로 높은 발열량을 가지고 있다. 또한 할로겐족 원소가 포함된 난연성 고분자류가 많아 다이옥신의 생성 우려가 높은 고분자류와 다이옥신 생성의 촉매 역할을 할 수 있는 금속성분이 많이 함유되어 있어 가스화용융시스템에 적용하여 처리하기에 매우 적합한 폐기물이다. 본 연구에서는 ASR의 가스화 용융 시설에서 고농도 CO를 함유한 합성가스를 수성가스전환반응(Water Gas Shift reaction, WGS)을 이용하여 수소의 수율을 높이는 기술을 제시하였다. 가스화 용융 설비에서 배출되는 합성가스 조성을 기준으로 적합한 고정층 WGS 반응기를 설계하고, 고온 촉매(KATALCO 71-5M)와 저온 촉매(KATALCO 83-3X)를 사용하여 실험하였다. 수성가스 반응 후의 가스 조성은 온도가 상승할수록 일산화탄소가 줄어들고 이에 따라 수소와 이산화탄소 발생량이 증가 되어 고온 촉매를 사용했을 경우 일산화탄소 전환율 ($1-CO_{out}/CO_{in}$)은 55.6에서 95.8%까지 상승하였다. 동일한 온도조건에서는 촉매에 관계없이 $CO/H_2$가 감소할수록 전환율도 감소하는 경향을 보였지만 동일한 합성가스 조성에서 일산화탄소 전환율을 비교하면 저온 촉매가 고온 촉매보다 매우 우수함을 알 수 있었다.
Seo, Dong-Joo;Chue, Kuck-Tack;Jung, Un-Ho;Park, Sang-Ho;Yoon, Wang-Lai
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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pp.720-722
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2009
This work is mainly focused at developing the hydrogen production unit with the capacity of 20 $Nm^3/h$ of high purity hydrogen. At present steam reforming of natural gas is the preferable method to produce hydrogen at the point of production cost. The developed hydrogen production unit composed of natural gas reformer and pressure swing adsorption system. To improve the thermal efficiency of steam reforming reactor, the internal heat recuperating structure was adopted. The heat contained in reformed gas which comes out of the catalytic beds recovered by reaction feed stream. These features of design reduce the fuel consumption into burner and the heat duty of external heat exchangers, such as feed pre-heater and steam generator. The production rate of natural gas reformer was 41.7 $Nm^3/h$ as a dryreformate basis. The composition of PSA feed gas was $H_2$ 78.26%, $CO_2$ 18.49%, CO 1.43% and $CH_4$ 1.85%. The integrated production unit can produce 21.1 $Nm^3/h$ of high-purity hydrogen (99.997%). The hydrogen production efficiency of the developed unit was more than 58% as an LHV basis.
KIER has been developed a compact and highly efficient fuel processor which is one of the key component of the residential PEM fuel cells system. The fuel processor uses methane steam reforming to convert natural gas to a mixture of water, hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and unreacted methane. Then carbon monoxide is converted to carbon dioxide in water-gas-shift reactor and preferential oxidation reactor. A start-up time of the fuel processor is about 1h and CO concentration among the final product is maintained less than 5 vol. ppm. To achieve high thermal efficiency of 80% on a LHV basis, an optimal thermal network was designed. Internal heat exchange of the fuel processor is so efficient that the temperature of the reformed gas and the flue gas at the exit of the fuel processor remains less than $100^{\circ}C$. A compact design considering a mixing and distribution of the feed was applied to reduce the reactor volume. The current volume of the fuel processor is 17L with insulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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