To improve the safety, the fuel cell operate inside a pressurized enclosure which contains inert gas so called protective gas. The protective gas not only prevents the mixture of hydrogen and oxygen, but also removes the water in the vessel with the condenser. This study presents the details of the flow optimization in order to reduce the humidity in the fuel cell housing. The protective gas flow in the fuel cell container is studied by Computational Fluid Dynamics(CFD) simulations. This study focuses on optimizing the geometry of an protective gas circulation system in fuel cell module to reduce the humidity in the vessel. CFD analysis was carried out for an existing model to understand the flow behavior through the fuel cell system. Based on existing model CFD results, geometrical changes like inlet placement, optimization of outlet size, modification of fuel cell module system are carried out, to improve the flow characteristics. The CFD analysis of the optimized model is again carried out and the results show good improvement in protective gas flow behavior.
Flue gas recirculation (FGR) is widely adopted to control NO emission in combustion systems. Recirculated flue gas decreases flame temperature and reaction rate, resulting in the decrease in thermal NO production. Recently, it has been demonstrated that the recirculated flue gas in fuel stream, that is, the fuel induced recirculation (FIR), could enhance much improved reduction in NO per unit mass of recirculated gas, as compared to conventional FGR in air. In the present study, the effect of dilution methods in air and fuel sides on NO reduction has been investigated numerically by using $N_2$ and $CO_2$ as diluent gases to simulate flue gases. Counterflow diffusion flames were studied in conjunction with the laminar flamelet model of turbulent flames. Results showed that $CO_2$ dilution was more effective in NO reduction because of large temperature drop due to the larger specific heat of $CO_2$ compared to $N_2$. Fuel dilution was more effective in reducing NO emission than air dilution when the same recirculation ratio of dilution gas was used by the increase in the nozzle exit velocity, thereby the stretch rate, with dilution gas added to fuel side.
Fuel cell powered unmanned aerial vehicles (UAV) are globally being developed for various application according to hydrogen roadmap. However, safety standards for hydrogen fuel cell for UAV have not been established. Therefore, in this study, we derive safety data based on risk assessment to develop safety standards for fuel cells for UAV. We use fault tree analysis method which is broadly used in hydrogen facilities as a risk assessment tool. We set hydrogen leaks and fires as top events and derived the basic events. Safety data for the basic events were derived by quoting overseas safety standards related to fuel cells. The safety data will be used for developing fuel cell inspection standard according to Act on Hydrogen Economy Promotion and Hydrogen Safety Management.
As greenhouse gas emissions from maritime transport are increasing, the International Maritime Organization is continuously working to strengthen emission regulations. Liquefied natural gas (LNG) fuel is less advantageous as a point of CO2 reduction due to the methane leakage that occurs during the bunkering and operation of marine engines. In this study, greenhouse gas emissions from an LNG-fueled ship were analyzed from the perspective of the life cycle. The amount ofmethane emission during the bunkering and operation procedures with various boil-off gas (BOG) treatment methods and gas engine specifications was analyzed by dynamic simulation. The results were also compared with those of other liquid fuel engines. As a result, small LNG-fueled ships without a BOG treatment facility emitted 32% more greenhouse gas than ships utilizing marine gas oil or heavy fuel oil. To achieve a greenhouse gas reduction via a BOG treatment method, a gas combustion unit or re-liquefaction system must be mounted, which results in a greenhouse gas reduction effect of about 25% and 30%. As a result of comparing the amount of greenhouse gas generated according to the BOG treatment method used with each tank size from the perspective of the operating cycle with the amounts from using existing marine fuels, the BOG treatment method showed superior effects of greenhouse gas reduction.
The research and development history of the gas turbine combustor in Korea is introduced briefly. It is very important to understand the fuel spray, mixing phenomena in achieving combustion performance. In this paper, two kinds of fuel injection system such as duplex fuel injector and rotary spray system are introduced in developing gas turbine combustor in Korea. The extensive experimental research of fuel spray, ignition, performance and endurance rig test makes gas turbine combustor successfully in Korea.
Using gas chromatography, the light hydrocarbon emissions were analyzed from SI engine fueled with methane and liquified petroleum gas(LPG), and the effects of fuel and engine operating condition were discussed. For this purpose, 14 species of light hydrocarbon including 1, 3-butadiene were separated, calibrated with standard gas, and measured from undiluted emissions. The brake specific hydrocarbon emission(BSHC) and ozone forming potential(BSO)3 were calculated and discussed with the changes of fuel, engine speed, load, fuel/air equivalence ratio, coolant temperature, and spark timing. As a result, exhaust emission was composed of mainly fuel composed of mainly fuel comp- onent and other olefin components of similar carbon number. The olefin components such as ethylene and propylene determine most of the ozone forming potential. The fraction of fuel component in total hydrocarbon emission was bigger with methane fuel than with LPG fuel. Also fuel fraction increased at high speed or high speed or high temperature of exhaust gas, and to lesser extent with high coolant temperature and retarded spark. However, the effect of equivalence ratio had different tendency according to fuels.
본 논문은 하이브리드 로켓 성능향상을 위하여 가스발생기형과 후방 연소형 개념을 결합한 혼합형 하이브리드 로켓을 제안하고 있다. 특히 고체 추진제를 사용하는 기존의 가스발생기와 달리, 고체연료와 액체/기체 산화제를 적용한 혼합식 가스발생기를 제안하였으며 혼합식 가스발생기의 연료과농 연소특성을 확인하기 위하여 연료 길이, 산화제 유량, 연료 내경 그리고 연료 종류를 변화하며 연소가스 온도 변화를 측정하였다. 그러나 이들 인자 변화에 의한 온도변화가 매우 제한적이므로 또 다른 인자로 $O_2$와 $N_2$를 혼합한 혼합산화제를 사용하였다. 이때 가스발생기의 연소가스 온도의 요구조건은 1600 K이하로 설정하였으며 연소 시험에서 혼합식 가스발생기는 온도조건을 만족하는 연료과농 연소가스가 생성되었음을 확인하였다. 그러나 온도에 따른 검댕의 발생특성과 다른 이전 연구들에서 제시하는 가스발생기 연소가스 온도 요구조건이 1200 K이하임을 고려할 때, 최종적으로 이 조건을 만족하는 연료과농 연소가스를 생성할 계획이다.
In this paper, the combination effects of oxygen component in fuel and exhaust gas recirculation on the exhaust emissions have been investigated for a direct injection diesel engine. It is a kind of effective oxygenated fuel of diether group that the smoke emission of DGM(diethylene glycol dimethyl ether) blended fuel is reduced remarkably compared with commercial diesel fuel, that is, it can supply oxygen component sufficiently at higher loads and speeds in diesel engine. But, NOx emission of oxygenated fuel was increased compared with commercial diesel fuel. Also, the effects of exhaust gas recirculation(EGR) on the characteristics of NOx emission has been investigated. It was found that simultaneous reduction of smoke and NOx was achieved with oxygenated fuel(DGM 5vol-%) and cooled EGR method(10∼15%).
This paper presents the applicability of low caloric synthetic gas from coal gasification to a gas engine system. A commercial LPG engine is modified to use the low caloric synthetic gas from coal gasification as the gas engine fuel. The modification is focused on the fuel supplying system, which includes air flowrate adjusting orifice, gas mixer, vaporizer, preheater, regulators, and fuel tank. The electrical system and others for the alternative fuel are also redesigned and replaced. From the results of engine performance data, we have demonstrated that the engine modified by using coal gasification gas is well operated from idle to wide open throttle conditions although the engine power is somewhat reduced relative to LPG fueled engine. This paper addresses the need to determine the practical potential for such a concept and to identify further research and development efforts that may be necessary.
본 연구는 천연가스를 기반으로 하는 가스연료 자동차의 연비산출방법에 대해 미국과 유럽의 기준을 조사하고 적합성을 분석하여 국내에 적합한 자동차 연비 산출방법을 도출하는데 목적이 있다. 탄소평형법으로 유도되는 연료소비율 산출은 연료의 탄소중량비와 자동차 배출가스중 탄소성분의 평형 관계식에 의해 유도된다. 미국기준은 시험가스 조성의 제한이 없지만 유럽 기준은 기준 시험가스(G20, G23)를 사용하여야 한다. 국내 도시가스를 사용하는 NGV의 경우 유럽기준을 적용하면 시험가스의 차이로 연비가 약 12% 불리하게 나오는 것으로 확인되었다. 또한, 연비 산출시 필요한 연료물성을 발열량으로부터 결정하는 방법을 소개하고 이러한 방법을 기반으로 국내 천연가스 자동차 연비 산출방법을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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