Hydrogen is one of the most popular eco-friendly energy sources for reducing global warming. To use hydrogen as a conventional fuel, liquid hydrogen plants should introduce waste hydrogen treatment processes. A major safety issue of liquid hydrogen plants is choosing the most suitable purge gas to use in case of an accident. A purge gas prevents the formation of explosive mixed gases in the vent header. In general, nitrogen is the main purge gas used in chemical plants. Nitrogen has a freezing point of -210℃, which is higher than the boiling point of hydrogen. Helium, with a freezing point lower than hydrogen, is instead recommended as a purge gas of the vent header during hydrogen liquefaction. However, helium is roughly 100 times more expensive than nitrogen. To address this issue, this study uses simulations to investigate safe conditions for introducing nitrogen as the purge gas during hydrogen liquefaction. The temperature change from the safety valve to the vent header is evaluated when the external temperature of the safety valve discharge pipe is at 5℃, 10℃, and 20℃. Additionally, the most optimal length for a discharge pipe according to pipe diameter is investigated.
Shim, Hyo Sub;Kim, Hyo Sub;Kim, Jae Hoon;Kwon, Bu Kil;Lee, Hyun Joon;Kim, Chi Myung;Park, Yong Sun
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.25
no.5
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pp.516-524
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2014
Proper discharge of nitrogen gas and water condensate is required in a conventional fuel cell system for performance, stability and durability of fuel cell stacks. Present study covers the development of integrated unit and its functioning logic for simultaneous nitrogen gas purge and water condensate drainage in a fuel cell vehicle system. Configuration of condensate drainage pipe, purge valve and level sensor is considered and optimized in physical integration. As a key factor, discharge time is considered and optimized based on the test result of constant-current operation with various operating temperature in logic development. Consequently, derived optimal values are applied and verified in actual vehicle drive mode test. Increase of system design flexibility, weight reduction and cost reduction are anticipated with this study. Additional study for physical and logical improvement is currently being implemented.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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2004.05a
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pp.3-6
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2004
Industrial gas separation by membranes began in 1980 with the introduction of hollow-fiber polysulfone membrane systems by Permea, at that time a division of Monsanto. This first application was the recovery of hydrogen from ammonia reactor purge gas and was soon followed by the generation of nitrogen from air. Today, membrane gas separation ranks second behind cryogenic distillation in terms of nitrogen production, and this application has drawn the industrial gas companies into the membrane field.(omitted)
As the hydrogen fuel cell market is expanded starting from hydrogen electric vehicle and power generation field, the demand for fuel cells and hydrogen increases recently. Therefore, research works on fuel cell durability and fuel efficiency are required in order to activate the fuel cell market and commercialization. A dead-ended anode system was used in this study to optimize the fuel cell performance and fuel efficiency. The effect of purge condition according to the applied current and hydrogen supply pressure on the fuel cell performance were evaluated. In addition, the influence of water back diffusion on the different electrolyte membrane thickness was analyzed. The accumulated water was purged with a solenoid valve in the case of 3% voltage decrease in the dead-ended anode system. The experiment was performed with the hydrogen supply pressure of 0.1~0.5 bar and purge duration of 0.1~1 second. A maximum fuel efficiency of 98.9% was achieved under the purge duration of 0.1 s and hydrogen supply pressure of 0.1 bar with a NR 211 (25.4 um) membrane. However, the fuel cell performance decreased in a long-term operation due to some frequent flooding. The fuel efficiency and purge interval increased due to decreased back diffusion rates of the water and nitrogen with a NR 212 (50.8 um) membrane.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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2004.05b
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pp.147-152
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2004
Gas separation membrane technology is useful for a variety of applications [1, 2]. such as hydrogen recovery from reactor purge gas, nitrogen and oxygen enrichment, water vapor removal from air, stripping of carbon dioxide from natural gas. etc. Although membrane separations are attractive because of low energy costs and simple operation, low permeabilities and/or selectivity often limit membrane applications [3, 4].(omitted)
This paper was studied on microstructure, mechanical properties and corrosion characteristics of 316L stainless steel pipe welds was fabricated by orbital welding process. S-Ar specimen was fabricated by using Ar purge gas and S-$N_2$ specimen was fabricated by using $N_2$ purge gas. Ferrite was not detected in weld metal of S-$N_2$ specimen but the order of 0.13 Ferrite number(FN) was detected in weld metal of S-Ar specimen. Oxygen and Nitrogen concentration of S-$N_2$ specimen was higher than S-Ar specimen on HAZ and inner bead. The welds microstructural characteristics of S-Ar and S-$N_2$ specimens are similar. The microvickers hardness values of S-Ar and S-$N_2$ specimens welds were similar and average values of each regions were in the range of 174~194. The microstructures of S-Ar and S-$N_2$ weld metal were full austenite by primary austenite solidification. The Solidification structures of S-Ar and S-$N_2$ weld metal were formed directional dendrite toward bead center. The potentiodynamic polarization curve of STS 316L pipe welds exhibited typical active, passive, transpassive behaviour. Corrosion current density$(I_{corr.})$ and corrosion rate values of S-Ar specimen in 0.1M HCl solution were $0.95{\mu}A/cm^2$ and $0.31{\mu}A$/year respectively. The values of S-$N_2$ specimen were $1.4{\mu}A/cm^2$ and $0.45{\mu}m$/year.
The dead-end anode (DEA) system is a method that closes the anode outlet and supplies fuel by pressure. The DEA method could improve fuel usage and power efficiency through system simplification. However, flooding occurs due to water and nitrogen back diffusion from the cathode to the anode during the DEA operation. Flooding is a cause of decreased fuel cell performance and electrode degradation. Therefore, tthe structure and components of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) should be optimized to prevent anode flooding during DEA operation. In this study, the effect of a porous flow field with metal foam on fuel cell performance and fuel efficiency improvement was investigated in the DEA system. As a result, fuel cell performance and purge interval were improved by effective water management with a porous flow field at the cathode, and it was confirmed that cathode flow field structure affects water back-diffusion. On the other hand, the effect of the porous flow field at the anode on fuel cell performance was insignificant. Purge interval was affected by metal foam properties and shown stable performance with large cell size metal foam in the DEA system.
In order to investigate changes of flavor during food sterilization in retortable pluches, a model food system consisting of 50% chicken breast meat, 1% salt and 49% chicken stock was analyzed before and after retorting using GC and GC-MS. In the analysis of the volatile components collected by the nitrogen purge and trap technique before and after retorting, a total of 53 peaks were observed on chromatograms and 42 peaks were identified. Among the 42 peaks identified were 17 caused by aldehydes, 9 by hydrocarbons, 8 by alcohols, 6 by ketones, 1 by furan and 1 by terpene. Analysis of the data obtained from our model food system strongly suggested that the compounds responsible for retort flavor are 2-heptanone, 2-pentyl furan and various ketones.
Dispersion polymerization of acrylamide was carried out in the media of methyl alcohol/$H_2O$ mixtures using hydroxypropyl cellulose and ammonium persulfate as steric stabilizer and initiator, respectively. The effects of concentrations of initiator and steric stabilizer, amount of monomer, polymerization temperature, methyl alcohol/$H_2O$ ratio, and purification of monomer and nitrogen purge on the particle size of the latices and molecular weight of the polymers were investigated. The average particle diameter increased with increasing concentration of initiator, water content in methyl alcohol/$H_2O$ media, and polymerization temperature, but decreased with monomer and stabilizer concentrations. The viscosity average molecular weight increased with increasing concentrations of monomer, steric stabilizer, and water content in dispersion media, but decreased with initiator concentration and polymerization temperature. The PAM polymers prepared with the purified monomer and the nitrogen purging before the reaction showed the highest molecular weight.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.15
no.2
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pp.68-73
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2011
For the launch preparation of KSLV-I, gaseous nitrogen with various level of pressure and cryogenic liquid nitrogen are required. Nitrogen Supply System on launch complex has been developed to perform the production of high pressure gaseous nitrogen, the production of gaseous nitrogen with temperature of 273 ${\pm}$ 2K for protection purge of launch vehicle after loading of propellant and the supply of cryogenic liquid nitrogen for cooling of fuel (kerosene) and oxidizer (liquid oxygen). The operational instability of vaporizer mainly caused by its heat transfer characteristics which sensitively depends on the atmospheric conditions was removed by introducing parallel installation of two vaporizer and their switching operation. The developed Nitrogen Supply System carried out its function successfully in preparation of KSLV-I flight tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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