• Journal of the Korean Society of Combustion
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• v.11 no.2
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• pp.15-21
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• 2006

Characteristics of a plasma reactor for partial oxidation of methane, especially focused on the role and effectiveness of plasma chemistry, are investigated. Partial oxidation of methane is investigated using a rotating arc which is a three dimensional version of a typical gliding arc. Three different modes of operation were found. Each mode shows different reforming performance. The reason for the difference is due to the difference in relative role of thermal and plasma chemistry in overall process. A mode with high temperature results higher methane conversion and hydrogen selectivity in contrast to the mode with lower temperature where poor methane conversion and higher selectivity of $C_2$ species are observed. In this way, we can confirm that by controlling characteristic of process or controlling relative strength of plasma chemistry and thermal chemistry, it is possible to map an optimal condition of reforming process by rotating arc.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.19 no.5
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• pp.69-74
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• 2015

The study investigated numerically the heat transfer and chemical reaction characteristics of a methane-steam reforming by using a 3-dimensional computational fluid dynamics (CFD) code (Fluent ver. 16.1). The fuel temperature and its species mole fractions were estimated for various Reynolds number in the reformer tube at different burner temperatures. The catalysts were modeled as the porous medium of nicrome in the reformer tube. We considered radiation effect as well as conduction and convective heat transfer because the methane-steam was reformed at very high temperature condition above 1000 K. For two different Reynolds numbers of 49,000 and 88,000 and the burner temperatures were in the range from 1,100 K to 1,300 K. At a low Reynolds number, the fuel temperature increased, leading to increase in hydrogen reforming. However, fuel temperature and hydrogen reforming decreased because of higher convective heat transfer from relatively low fuel temperature. Moreover, the hydrogen reforming also increased with burner temperature.

• The KSFM Journal of Fluid Machinery
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• v.14 no.6
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• pp.61-67
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• 2011

The study is to analyze the chemical and heat-flow reactions in the hydrogen generation unit(autothermal reformer), using computational numerical tools. Autothermal reformer(ATR) is involved in complex chemical reaction, mass and heat transfer due to exothermic and endothermic reactions. Therefore it is necessary to reveal the effects of various operation parameters and geometries on the ATR performance by using numerical analysis. Numerical analysis needs to dominant chemical reactions that includes Full Combustion(FC) reaction, Steam Reforming(SR) reaction, Water-Gas Shift(WGS) reaction and Direct Steam Reforming(DSR) reaction. The objective of the study is to improve theoretically the reformer design capability for the goal of high hydrogen production in the autothermal reformer using methane. Hydrogen production reached maximum in a certain value of Oxygen to Carbon Ratio(OCR) or Steam to Carbon Ratio(SCR). When the longitudinal distance to dimeter ratio(L/D) is increased, hydrogen production increases.

• Journal of Hydrogen and New Energy
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• v.21 no.5
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• pp.364-374
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• 2010

Design of a reformer consisting of combustion chamber and reforming chamber was investigated for a 1 kW and a 5 kW polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), respectively, using the computational fluid dynamics (CFD). First, the 1kW reformer was considered to obtain the reliability of the numerical study. It was modeled, calculated and compared with experimental data. Second, the 5kW reformer was considered for a geometric study. Three tip sizes (35, 40, and 45 mm) and five aspect ratios was selected. It was found that the optimum was at tip sizes of 40 and 45 mm, at aspect ratios of -10% and -20% of the standard length.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.322-322
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• 2013

$CO_2$를 $CH_4$와 열 및 전기화학적인 반응을 통해 고농도의 CO 및 $H_2$로 구성된 합성가스로 효율적으로 전환시키기 위해, 반응가스 주입용 간극형 노즐을 가진 비이송식 직류 열플라즈마 토치 시스템을 설계, 제작하고 다양한 조건에서 이 두 가스의 개질 실험을 수행하였다. 설계 제작된 간극형 노즐과 리액터 내 고온 반응 영역을 활용한 $CO_2$ 및 $CH_4$ 반응가스의 효율적인 처리를 통하여, 최고 70% 이상의 $CO_2$ 및 $CH_4$의 전환율과 최고 80% 이상의 CO 및 $H_2$선택도를 달성할 수 있음을 확인하였다. 또한, 상기 조건의 경우, 플라즈마 입력 전력 10.6 kW 대비 49 lpm 의 반응가스 처리량을 통하여 얻은 것으로 최고 2.5 mmol/kJ 이상의 Specific Energy Requirement (SER) 조건도 만족할 수 있음을 보였다. 특히, 제안된 막대 음극-반응 가스 주입구를 가진 양극 노즐 플라즈마 토치의 경우, $CH_4$ 반응가스를 음극에 직접 닿지 않도록 간극을 통해 주입하게 함으로써, 반응 가스 분해에 의한 음극 등 전극 부식을 최소화하면서도 고에너지 전자가 풍부한 아크 컬럼에 의해 $CO_2$ 및 $CH_4$의 전환 반응을 효율적으로 일으킬 수 있어 효율적인 $CO_2$ 및 $CH_4$ 개질을 위한 열플라즈마 토치 시스템의 개발이 기대된다.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.26 no.2
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• pp.14-20
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• 2022

In this study, the catalytic reaction characteristics for producing hydrogen using methanol steam reforming were investigated. Nickel and copper are frequently used in steam reforming reaction and methanol synthesis, were used as main active metals. As a support, hydrotalcite has a high specific surface area, excellent porosity and thermal stability, and has weak Lewis acid sites and basic properties. Hydrotalcite was used to identify catalysts of methanol steam reforming with catalytic activity and their properties. In this research, high reactivity was shown in the catalyst of copper metal with high reducibility. And increasing of active metal loading showed the higher the methanol conversion and hydrogen selectivity.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.18 no.4
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• pp.56-62
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• 2014

The present study investigated numerically heat and mass transfer characteristics of a fixed bed reactor by using a computational fluid dynamics (CFD) code of Fluent (ver. 13.0). The temperature and species fraction were estimated for different porosities. For modeling of the catalyst in a fixed bed tube, catalysts were regarded as the porous material, and the empirical correlation of pressure drop based on the modified Eugun equation was used for simulation. In addition, the averaged porosities were taken as 0.545, 0.409, and 0.443 and compared with non-porous state. The predicted results showed that the temperature at the tube wall became higher than that estimated along the center line of tube, leading to higher hydrogen generation by the endothermic reaction and heat transfer. As the mean porosity increases, the hydrogen yield and the outlet temperature decreased because of the pressure drop inside the reformer tube.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.21-24
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• 2006

수소의 소규모 분산 생산 기술은 본격 적 인 수소 인프라가 도입되기 전에 연료전지 자동차의 수소 충전용이나 분산 발전형 연료전지의 수소 공급을 위해 필요하다. 생산 용량은 수소 기준으로 $20{\sim}100 Nm^3/hr$ 정도로 현재로선 천연가스의 수증기 개 질법이 가장 경제적인 공정으로 알려져 있다. 소규모 생산에 따른 열효율 저하를 줄이 기 위해 단위 공정들이 통합된 컴팩트 개질 시스템의 개발이 필요하다. 연료전지 자동차용 수소 인프라 조기 구축을 위하여 수소충전소 구축과 국산화 천연가스 수증기 개질기 개발을 병행하여 진행하였다. 수소 충전소 구축 부분은 충전소 부지 확보, 건물 건축, 각종 유틸리 티 설치의 토목 부분과 천연가스 개질형 수소 제조 유닛 설치, 수소 압축, 저장, 디스펜싱 시스템 설치를 포함하고 있으며 고압 설비에 대한 인허가 대응 및 안전대책 작업도 진행하였다. 구축된 수소충전소는 향후 연료전지 자동차 연계 실증 프로그램에 활용할 수 있다. 국산화 핵심 기술 개발을 위하여 열 및 시스템 통합 설계에 의 해 천연가스 수증기 개질기를 제작하고 내부 열교환 구조에 따른 개질기의 성능을 평가하였다. 개발된 개질기는 개질온도 $720^{\circ}C$, 수증기 대 카본 비 2.7의 운전조건에서 $23Nm^3/h$ 이상의 수소 생산이 가능하였으며 73% 이상의 개질 효율을 나타내었다. 개발된 천연가스 수증기 개질기는 향후 수소 정제용 PSA(Pressure Swing Adsorption) 시스템과 연계하여 수소충전소 국산화 엔지니어링 설계 패키지 개발의 핵심 기 술로 사용할 계획이다.시간 정도 운전한 후 시스템을 정지하였다 메탄 전환율과 일산화 탄소 농도, 열효율을 모니터링 하고 있으며, 현재까지 초기 성능을 그대로 유지하고 있다. 앞으로 일일시동-정지 운전 시험을 지속하면서 초기 시동 특성 및 부하 변동에 따른 응답 특성 개선, 그리고 연료전지와의 연계 운전을 실시할 예정이다 한다. 단위 전지 운전 온도 $130^{\circ}C$, 상대습도 37%의 운전 조건에서도 상당히 우수한 전지 성능을 보임에 따라 고온/저가습 조건에서 상용 Nafion 112 막보다 우수한 막 특성을 나타냄을 확인하였다.소/배후방사능비는 각각 $2.18{\pm}0.03,\;2.56{\pm}0.11,\;3.08{\pm}0.18,\;3.77{\pm}0.17,\;4.70{\pm}0.45$ 그리고 $5.59{\pm}0.40$이었고, $^{67}Ga$-citrate의 경우 2시간, 24시간, 48시간에 $3.06{\pm}0.84,\;4.12{\pm}0.54\;4.55{\pm}0.74 $이었다. 결론 : Transferrin에 $^{99m}Tc$을 이용한 방사성표지가 성공적으로 이루어졌고, $^{99m}Tc$-transferrin의 표지효율은 8시간까지 95% 이상의 안정된 방사성표지효율을 보였다. $^{99m}Tc$-transferrin을 이용한 감염영상을 성공적으로 얻을 수 있었으며, $^{67}Ga$-citrate 영상과 비교하여 더 빠른 시간 안에 우수한 영상을 얻을 수 있었다. 그러므로 $^{

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 2006.05a
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• pp.250-255
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• 2006

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 2003.05a
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• pp.633-638
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• 2003

현재, 각종 산업공정에서 발생하는 부생가스, 도시폐기물, 폐플라스틱, 바이오매스 등의 미활용 에너지원이나 석탄, 폐유 등을 가스화 혹은 열분해 하여 합성가스를 발생시켜 재활용하려는 연구가 활발히 진행하고 있다. 합성가스는 공업적으로 중요한 에너지원 및 화합물을 제조하는 가장 기초적인 반응가스인데, 합성가스를 제조하는 방법 중 가장 잘 알려진 천연가스 개질반응 이외에도 열분해/가스화 반응공정을 통해 제조되기도 한다.(중략)