• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제24권5호
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• pp.401-412
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• 2013

The paper is to study on the simulation of the micro/macroscale thermo-electrochemical model of a single cell of anode-supported SOFC with direct internal reforming. The coupled heat and mass transport, electrochemical and reforming reactions, and fluid flow were simultaneously simulated based on mass, energy, charge conservation. The micro/macroscale model first calculates the detailed electrochemical and direct internal reforming processes in porous electrodes based on the comprehensive microscale model and then solve the macroscale processes such as heat and mass transport, and fluid flow in SOFCs with assumption of fully-developed flow in gas channel. The simulation results evaluate the overall performance by analyzing distributions of mole fraction, current density, temperature and microstructural design in co/counter flow configurations.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.127-130
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• 2009

The uniform gas distribution between anode channels of the indirect internal reforming type molten carbonate fuel cell (MCFC) is crucial design parameter because of the electric performance and the durability problems. A three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) analysis is performed to investigate flow characteristics in the anode channels and manifold under different pressure drop and channel temperature conditions. The combined meshes consists of hexadral meshes in the channels and polyhedral meshes in the manifold are adopted and chemical reactions inside the MCFC system are not included because of computational difficulties associated with the size and geometric complexity of the system. Results indicate that the uniformity in flow-rate is in the range of $\pm$ 0.048 % between the anode channels when the pressure drop of anode channel is about 150 Pa. A gas flow-rate uniformity decreases as the pressure drop of anode channels decreases and as the temperature difference between indirect internal reforming (IIR) channels and anode channels increases.

• 대한기계학회논문집B
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• 제30권9호
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• pp.850-857
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• 2006

Hydrogen production using current fueling facilities is essential for near-term applications of fuel cells. A preliminary process for developing a natural gas autothermal reforming (ATR) reactor for fuel cells is presented in this paper. A experimental reactor for methane ATR was constructed and used for characterization of Jin reactor. Temperature profiles of the reactor were observed, and reformed gas compositions were analyzed to evaluate efficiency, conversion and reaction heat with varying amounts of $O_2/CH_4$ at selected furnace temperature and $H_2O/CH_4$. The amount of $O_2/CH_4$ showed strong offsets on reactor temperature, efficiency and conversion indicating that $O_2/CH_4$ is a crucial operation condition. Operation conditions which result in thermal neutrality of ATR reactor system were determined for two cases of an ATR system based on the estimation of enthalpy difference between reactants of assumed inlet temperatures and the products from experimental results. The determined conditions for thermally neutral operations could be used for guidelines to design reformers and for determining the operation parameters of a self sustaining ATR reactor.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권2호
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• pp.135-143
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• 2016

Biogas is a renewable fuel from anaerobic digestion of organic matters such as sewage sludge, manure and food waste. Raw biogas consists mainly of methane, carbon dioxide, hydrogen sulfide, and water. Biogas may also contain other impurities such as siloxanes, halogenated hydrocarbons, aromatic hydrocarbons. Efficient power technologies such as fuel cell demand ultra-low concentration of containments in the biogas feed, imposing stringent requirements on fuel purification technology. Biogas is upgraded from pressure swing adsorption after biogas purification process which consists of water, $H_2S$ and siloxane removal. A polymer electrolyte membrane fuel cell power plant is designed to operate on reformate produced from upgraded biogas by steam reformer.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제25권4호
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• pp.364-377
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• 2014

The performances of a coupled reactor in which a steam reformer and a catalytic combustor were mounted simultaneously had been investigated and compared. The combustible offgas exhausted from the anode of SOFC and MCFC were utilized as heat sources for the endothermic steam methane reforming. The catalytic combustion was used in order to burn the combustible offgas. Thermal energy released by the catalytic combustion is directly transferred to the reformer surrounding the combustor. The various operational conditions such as fuel utilization rate, steam to carbon ratio, amount of catalysts, fuel cell loads were changed. And operating variables were comprehensively identified by sensitivity analysis. The fundamental results from this experimental study show the potential abilities of the coupled reactor. Therefore the results will be of help to design and manufacture the more better coupled reactor in the future.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.89-92
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• 2006

수소에너지는 화석연료 사용의 증가로 인한 환경오염 및 자원고갈의 문제점을 해결해 줄 수 있는 미래의 청정한 에너지이다. 현재 주 에너지원인 화석연료의 사용에 의하여 배출된 오염물질이 지구온난화와 같은 문제점들을 일으킨다. 이러한 문제점들을 없애줄 수 있는 대안 중 하나가 수소에너지이다. 수소에너지는 자원이 풍부하며 연소시에 오염물질이 배출되지 않는 장점이 있다. 수소에너지는 수소를 연소시켜서 얻는 에너지로써, 수소를 태우면 같은 무게의 가솔린 보다 3배나 많은 에너지를 방출한다. 수소를 생산하는 방법 중 가장 이상적인 방법은 물을 분해하는 방법이다. 그러나 이 방법은 수소를 대량으로 생산하기에는 아직 기술에 대한 확보가 되어있질 않으며, 경제성도 떨어진다는 단점이 있다. 현재 많이 쓰이는 방법 중 탄화수소류의 메탄을 수증기 개질하는 방법이 있다. 메탄 수증기 개질방법은 환경오염물질인 CO나 $CO_2$를 배출한다는 것과 높은 열원이 필요하다 본 연구에서는 C-H결합에너지가 낮아 메탄보다 분해하기 쉬운 부탄의 직접분해로 수소를 생산하고자 한다. 부탄 직접분해는 환경오염물질인 CO나 $CO_2$가 발생되지 않는 장점이 있다. 부탄 분해반응은 $500{\sim}1100^{\circ}C$의 범위에서 이루어 졌으며, 촉매는 탄소계인 카본블랙을 사용하였고, 촉매의 성능을 비교하기 위하여 열분해반응이 동시에 수행되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.25-28
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• 2006

수소는 청정에너지로서 미래에너지의 대안으로 여겨지고 있기 때문에 수소에너지 관련 기술은 미래 국가 경쟁력을 좌우할 것으로 예상되며 이러한 수소에너지의 핵심인 수소스테이션 관련 기술은 국가연료전지 시장을 비롯한 수소자동차 사업 전반에 커다란 영향을 미칠 것으로 예상되고 있다. 이에 따라 전 세계적으로 수소에너지를 차세대 에너지원으로 개발하기 위하여 전력을 다하고 있으며, 수소연료전지자동차 개발과 아울러 수소스테이션 개발에 대한 인프라 구축 및 실증연구가 본격적으로 이루어지고 있다. 국내에서도 가스공사를 비롯한 에너지 관련 기업에서 수소스테이션 건설이 추진되고 있으며, 본 연구에서도 수소인프라 구축의 일환으로 추진되고 있는 수소스테이션 개발 현황에 대하여 논의하고자 한다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.93.2-93.2
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• 2012

연료전지는 전기화학반응을 이용한 발전 장치로서 기존 장치에 비하여 발전 효율이 높아 화석연료를 사용하면서 현재 당면 과제인 $CO_2$ 배출량 절감이 가능하고, 환경 보전성이 우수하여 미래의 전원으로 많은 연구개발이 진행되고 있다. 특히 제3세대 연료전지라 불리는 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell이하 SOFC)는 고가의 외부 개질 장치 없이도 연료가 갖는 화학에너지를 연소과정 없이, 공기와 $H_2$, CO, $CH_4$와 같은 환원성 가스를 공급받아 $600{\sim}1000^{\circ}C$에서 전기화학적 반응을 통하여 직접 전기를 얻는 방식이며, 낮은 소음과 진동으로 인하여 온 사이트(On-site) 발전이 가능한 장점이 있는 연료전지이다. Decalcomanie는 전사용지에 Screen printing하여 건조 후 coating하는 방법으로 기존의 여러 coating 방법보다 다전지셀 제작이나 Buffer layer의 적용이 용이하고, 소재의 크기나 두께조절이 간편하며, 구성층의 표면조도나 굴곡에 대응이 용이한 방법이다. 새로운 Decalcomanie를 사용하여 평관형 다전지식 SOFC Cell 제작 및 각 Buffer layer에 적용, Screen printing법과 동일한 Cell 제조 후 MPD와 Impedance 분석을 통하여 Support 위에 전사지를 이용, 적층한 Cell의 전기화학적 특성에 관하여 분석하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.229-237
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• 2005

A new burner configuration for a compact fuel-cell reformer with a high-temperature air combustion concept was numerically studied. The burner was designed for a 40 $Nm^3/hr$ hydrogen-generated reformer using natural gas-steam reforming method. In order to satisfy the primary requirements for designing a reformer burner (uniform distribution of temperature along the fuel processor walls and minimum heat losses from the reformer), the features of the present burner configuration included 1) a self-regenerative burner for an exhaust-gas-recirculation to apply for the high-temperature air combustion concept, and 2) an annular-type shield for protecting direct contact of flame with the processor walls. For the injection velocities of the recirculated gas of 0.6-2.4 m/s, the recirculated gas temperature of 1000 K, and the recirculated oxygen mole fraction of 4%, the temperature distributions along the processor walls were found uniform within 100 K variation. Thus, the present burner configuration satisfied the requirement for reducing temperature gradients along the processor walls, and consequently demonstrated that the high-temperature air combustion concept could be applied to the practical fuel reformers for use of fuel cells. The uniformity of temperature distribution is enhanced as the amount of the recirculated gas increases.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.231-231
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• 2010

아직까지 국내에서 사용하는 대부분의 에너지는 화석연료에 의존하고 있다. 지하자원에서 나오는 석탄, 석유와 같은 화석연료는 다른 에너지원에 비해 운송이 간편하고 쉽게 이용할 수 있는 장점이 있지만, 환경오염의 문제성과 오일가상승, 자원의양 및 저장장소가 한정되어 있다는 단점을 가지고 있다. 이에 따라 수소와 같은 대체에너지를 이용하여 환경오염을 예방하고 무한히 사용할 수 있는 에너지원을 개발하기 위한 대체 방안들이 연구되고 있다. 폐기물 가스화시 발생되는 합성가스(CO, $CO_2$, $CH_4$, $H_2$) 내 일차로 생성된 일산화탄소는 수증기와 반응함으로써 이산화탄소로 전환이 가능하다. 잔류 메탄은 이산화탄소를 이용하여 개질함으로써 합성가스내 수소농도를 높일 수 있다. 전환된 잔류가스(CO, $CO_2$, $H_2$)내 일산화탄소는 산소를 이용하여 이산화탄소로 산화시킬 수 있으며, 산화된 이산화탄소는 흡착제를 이용하여 제거가 가능하다. 본 연구에서는 실제 가스화시 발생되는 합성가스를 이용하기 위하여, RPF가스화시 발생되는 합성가스를 직접 포집하여 실험을 진행하였다. 합성가스내 소량의 메탄은 니켈촉매를 이용하여 수소로 전화시켰으며, 잔류하는 일산화탄소는 백금촉매, 이산화탄소는 탄산나트륨 흡착제를 이용하여 연속적으로 제거함으로써 순수한 수소를 제공하였다.