• New & Renewable Energy
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• v.6 no.3
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• pp.30-38
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• 2010

수소경제로 가는 길목에서의 압축천연가스에 수소를 첨가한 수소-압축천연가스(HCNG)는 자동차 연료로서의 뛰어난 효과로 인해 미국, 캐나다, 유럽 등에서는 강화되고 있는 자동차의 배출가스 규제에 대해 만족할 수 있는 차세대 천연가스 자동차의 대안으로서 관련 기술개발과 실증사업에 주력하고 있다. 향후 수소시대의 도래에 즈음하여 HCNG의 사용은 수소사용에 대한 인식 향상과 아울러 수소사용을 안정적으로 공급할 수 있는 토대를 마련하고 수소제조 등 여러 분야에서 기술개발을 할 수 있는 부가적인 효과가 있다고 하겠다. 따라서 최근 국내에서 시내버스와 청소차등에서 천연가스 차량의 보급이 확대되고, 충전소도 점차 확대되고 있는 상황에서 HCNG 연료의 적용가능성을 확인하기 위한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 인프라 관점에서의 선진국과 국내의 기술개발 현황을 소개하고 향후 우리에게 필요한 과제가 무엇인지를 생각해보는 기회를 갖고자 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.171-171
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• 2011

헬륨냉동계통은 연구용 원자로인 하나로에서 냉중성자를 생산할 수 있도록 설치된 수조내기기 내의 감속재인 수소가 정상적으로 열 사이펀을 유지하기 위한 주요 계통이다. 헬륨냉동계통은 헬륨가스를 압축하는 헬륨 압축부분과 헬륨가스를 팽창시켜 저온을 생성시키는 헬륨 팽창부분으로 나누어진다. 헬륨 압축부분은 두 개의 스크류가 맞물려 회전하면서 약 1.05 bar(a)의 헬륨가스를 최대 13 bar(a)까지 압축시키는 압축기가 있으며, 헬륨 팽창부분인 냉동박스의 팽창 터빈은 self-acting gas bearing에 의해 구동되며, 저온모드 운전 시작시 헬륨 압축부분에서 일부의 가스는 팽창 터빈 축(shaft)으로 유입되어 회전속도가 서서히 증가하면서 고속으로 회전하여 극저온의 헬륨가스(14~18 K)를 생성하는 주요 기기이다. 헬륨을 팽창하는 부분인 냉동박스 내로 헬륨 압축가스를 유입하기 전에 압축된 헬륨가스 내 불순물의 순도를 분석하여 냉동박스의 주요 부품인 팽창터빈의 운전에 영향을 미치지 않는 것이 가장 중요하다. 따라서 헬륨 저압측에 헬륨가스 내 불순물 즉, 수소($H_2$), 수분($H_2O$), 질소($N_2$), 탄화수소류(CxHy) 및 오일(Oilaerosol) 등의 함량을 분석하기위해 가스 분석기가 설치되어 있으며, 냉동박스 내로 유입되기 전에 헬륨압축에서 순환되는 가스 내 불순물인 수분, 질소, 탄화수소류 및 오일은 10 vpm 이하이어야 하며, 수소 함량은 0.1 % 이내이어야 한다. 헬륨 압축부분에서 순환되는 가스의 불순물이 요구 조건에 만족하도록 헬륨 고압측과 헬륨 저압측에 cryogenic adsorber를 설치하여 가스 내 불순물을 제거하는 가스순도제어 작업을 수행해야 한다. cryogenic adsorber를 사용하기 위해서는 장치 내의 불순 가스를 공정진공도(1.33 X $10^{-3}$ mbar) 이하로 진공배기하는 작업이 매우 중요하다. 이는 계통의 헬륨가스가 오염되지 않도록 하는 것으로 cryogenic adsorber 내에는 액체질소를 충전하여 액체질소 온도에 노출된 활성탄층을 헬륨가스가 흐르면서 수분, 질소, 탄화수소류 및 오일 등이 제거된다. 이 논문에서는 헬륨냉동계통의 가스 순도 제어 작업을 통해 헬륨가스의 순도가 요구조건 이하로 만족하며, 팽창 터빈의 운전에 영향을 미치지 않음을 기술하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.226.2-226.2
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• 2010

수소경제로 가는 길목에서의 압축천연가스에 수소를 첨가한 수소-압축천연가스(HCNG)는 자동차 연료로서의 뛰어난 효과로 인해 미국, 캐나다, 유럽 등에서는 강화되고 있는 자동차의 배출가스 규제에 대해 만족할 수 있는 차세대 천연가스 자동차의 대안으로서 관련 기술개발과 실증사업에 주력하고 있다. 향후 수소시대의 도래에 즈음하여 HCNG의 사용은 수소사용에 대한 인식 향상과 아울러 수소사용을 안정적으로 공급할 수 있는 토대를 마련하고 수소제조 등 여러 분야에서 기술개발을 할 수 있는 부가적인 효과가 있다고 하겠다. 따라서 최근 국내에서 시내버스와 청소차등에서 천연가스 차량의 보급이 확대되고 있고, 충전소도 점차 확대되고 있는 상황에서 HCNG 연료의 적용가능성을 확인하기 위한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 선진국과 국내의 기술개발 현황을 소개하고 향후 우리에게 필요한 과제가 무엇인지를 생각해보는 기회를 갖고자 하였다.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.27 no.1
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• pp.48-56
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• 2023

Currently, Hydrogen compressor is maintained and managed according to the safety management regulations of the operator. But it is not based on technical standards, so it is necessary to establish based on reliability. In this paper, hydrogen compressor taxonomy by ISO 14224 standard reviewed for hydrogen compressor operated by KOGAS-Tech hydrogen vehicle refueling station to establish 9-stage taxonomy, and FMEA was conducted to establish RCM strategy specified in SAE JA1011, and 1012. It is expected that results of taxonomy and RCM strategy will be used as basic data for development of standards for verifying the performance of compressors.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.112.2-112.2
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• 2010

지구의 온난화로 인한 기상변화 등이 계속적으로 발생하는 가운데 전 세계는 지구 온난화의 가장 근본적인 원인인 이산화탄소의 방출을 줄이기 위한 방안을 찾기 위해 많은 노력을 하고 있다. 이에 대해 전 세계적으로 각종의 기후협약 체결, 리우선언, 도쿄의정서 등을 통해 온실가스 배출원인인 석유 등 화석에너지 배출을 억제하기 위한 활동이 행해지고 있으며, 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 새로운 에너지를 발견하기 위한 연구개발에도 박차를 가하고 있다. 이러한 계속적인 연구개발에서, 세계의 국가들은 친환경 에너지인 태양열, 풍력, 지열 및 수소에너지와 같이 화석연료를 대체할 수 있는 다양한 에너지를 조사하고 개발해왔고 현재도 가장 적합한 에너지 자원을 찾기 위하여 노력 중에 있다. 최근에, 수많은 대체에너지 중 수소 에너지는 유해배출가스가 없기 때문에 가장 유망한 대안이라고 판단되어 전 세계가 수소에너지 연구개발에 주목하고 있다. 이러한 수소에너지를 교통수단에 적용하기 위하여 전 세계적으로 안전성 및 기술 확보를 위한 기술개발과 안전기준의 확립하기 위해 노력하고 있다. 현재 기술적으로 수소를 자동차용 연료로 사용하기 위해서는 수소를 액체 상태 및 압축 상태로 저장하는 것이다. 두 가지 저장방법 중 세계 대부분의 자동차 메이커들은 수소를 압축하는 방식을 채택하고 있으며, 자동차의 주행거리를 최대한 확보하기 위하여 수소가스를 고압으로 압축한 상태로 저장하는 방식을 사용하고 있다. 이에 따라 고압의 수소를 안전하게 저장할 수 있는 고압수소용기의 개발이 필요하다. 수소연료전지 자동차에 장착이 가능한 고압으로 압축된 수소를 저장할 수 있고, 자동차에 탑재할 수 있도록 적합한 크기의 가벼운 용기의 개발이 진행되어지고 있다. 자동차용 용기는 크게 4가지 타입으로 구분지어 진다. 현재는 4가지 타입의 압축용기 중 안전성과 중량을 만족시키기 위해 Type3와 Type4 형태의 용기가 수소자동차에 시범적으로 적용되어 운용되고 있다. 또한 고압수소용기의 신뢰성과 안전성을 확보하기 위한 기준 및 코드가 국 내외에서 연구 개발되고 있다. 본 연구에서는 수소연료전지자동차에 장착되는 고압수소용기의 국제기준 동향에 따른 국내의 차량용 고압수소용기를 위한 KGS 안전기준의 개발현황과 개발방향을 제시하고자 한다.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.28 no.1
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• pp.85-99
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• 2024

As the proliferation of hydrogen electric vehicles accelerates, there is observed diversification in hydrogen refueling station models. This diversification raises safety concerns for different types of stations. This study conducted a quantitative risk assessment of a multi-vehicle hydrogen station, capable of simultaneously refueling cars, buses, and trucks. Utilizing Gexcon's Effects&Riskcurves Software, scenarios of fire and explosion due to hydrogen leaks were assessed. The study calculated the impact distances from radiative heat and explosion overpressure, and measured risks to nearby buildings and populations. The largest impact distance was from fires and explosions at dispensers and high-pressure storage units. High-pressure storage contributes most significantly to personal and societal risk. The study suggests that conservative safety distances and proper protective measures for these facilities can minimize human and material damage in the event of a hydrogen leak.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.37 no.5
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• pp.473-479
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• 2013

This study focused on a heavy-duty natural gas engine fuelled with HCNG (CNG: 70 vol%, hydrogen: 30 vol%) and CNG. To study the emission characteristics of an HCNG engine with high compression ratio, the exhaust gas of CNG and HCNG fuel were analyzed in relation to the change in the compression ratio at the half load condition. The results showed that the thermal efficiency improved with an increase in the compression ratio. Consequently, $CO_2$ emission decreased. CO emission increased with inefficient oxidation due to the low exhaust gas temperature. $NO_x$ emission with high compression ratio was increased at the same excess air ratio condition. However, $NO_x$ emission was not affected by a compression ratio exceeding ${\lambda}$ = 1.9 because of the same MBT timing.

• Journal of Power System Engineering
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• v.14 no.3
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• pp.25-32
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• 2010

전 세계적으로 급속도로 인기가 더해가고 있는 수소에너지는 높은 전환 효율성, 재생성, 친환경적인 특징을 가지며 미래의 주 에너지가 될 것이다. 왕복동식 압축기를 통과한 후의 수소 가스의 압력은 높은 맥동압을 가진다. 스너버는 압축기의 한 구성품으로 맥동압을 낮추고 수소가스의 불순물을 제거하기 위해 사용된다. 이 연구에서의 실험은 스너버 시스템에 사용된 강관의 맥동에 관해 조사하기 위해서 수행되었다. 맥동압은 12 Hz ~ 60 Hz의 모터속도에서 RMS값을 기준으로 0.1625% ~ 0.5305% 그리고 평균압력을 기준으로 0.1621% ~ 0.5277% 감소하였다. 압력손실은 RMS값을 기준으로 0.1092% ~ 1.4419%, 평균압력을 기준으로 0.1493% ~ 1.7507%로 측정되었다. CFD를 이용한 수치해석값은 실험값이 거의 비슷한 결과를 나타내고 강관 관로 내부 가스의 자세한 압력을 설명하기 위한 중요한 역할을 수행한다.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.17 no.5
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• pp.1-7
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• 2013

In this study, simulation work of HCNG refueling system was performed. The hydrogen was produced from steam reforming process by natural gas. The conversion of natural gas is increased as SCR is increased. but it was no significant difference more than 3 of SCR and fuel throughput is increased as GHSV is increased. Both conversion and fuel throughput levels was optimized when the $1700h^{-1}$ of GHSV. CNG was compressed from low pressure natural gas. For the mixing of $H_2$ and CNG is mixed with the high pressure conditions such as 400bar of $H_2$ and 250bar of natural gas. Single-stage compression was required more power than multi stage. So, multi stage compression was suggested for high pressure compression. We calculated the intermediate pressure to minimize total required power of compressors. The intermediate pressure for $H_2$ and natural gas were derived at 61 and 65 bar, respectively.

• Journal of Power System Engineering
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• v.12 no.1
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• pp.20-27
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• 2008

수소 추출과 리포밍 과정, 연료 전지, 저장소로 구성된 수소 연료에 대한 연구는 세계적으로 번영하고 있는 중이다. 그러나 한국의 수소 스테이션에 대한 연구는 아직도 개발이 미미한 수준이다. 그리고 역시 수소 스테이션의 가장 중요한 부분인 수소 압축기에 대한 연구도 미흡하다. 수소압축기에서 가장 중요한 부분 중에 하나는 스너버인데 이것의 기능은 수소가스의 맥동압을 줄이고 불순물을 제거한다. 스너버 내부에는 버퍼라고 불리는 기울어진 판이 설치되어 맥동압을 줄이고 불순물을 제거하는 역할을 담당한다. 스너버 내부의 압력 손실과 맥동압이 최소가 될 때 스너버는 적절한 성능을 가졌다고 평가된다. 그러므로 이 연구의 목적은 수치해석을 통하여 스너버의 최적의 기하학적 크기와 버퍼의 각도에 따른 최적의 스너버를 찾는 것이다. 수치해석의 결과에서 다양한 버퍼각도에 따른 스너버의 독특한 특성을 볼 수 있다. 결과적으로 버퍼의 각도가 $35^{\circ}$일때 최소의 압력손실율이 발생했고, 버퍼의 각도가 $10^{\circ}$일 때 최소의 맥동압이 발생하였다.