Baik, Jong Hoon;Karng, Sarng Woo;Kang, Hyungmook;Garceau, Nathaniel;Kim, Seo Young;Oh, In-Hwan
Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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v.26
no.2
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pp.105-113
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2015
In order to accelerate hydrogen society in current big renewable energy trend, it is very important that hydrogen can be transported and stored as a fuel in efficient and economical fashion. In this perspective, liquid hydrogen can be considered as one of the most prospective storage methods that can bring early arrival of the hydrogen society by its high gravimetric energy density. In this study, a small-scale hydrogen liquefier has been designed and developed to demonstrate direct hydrogen liquefaction technology. Gifford-McMahon (GM) cryocooler was employed to cool warm hydrogen gas to normal boiling point of hydrogen at 20K. Various cryogenic insulation technologies such as double walled vacuum vessels and multi-layer insulation were used to minimize heat leak from ambient. A liquid nitrogen assisted precooler, two ortho-para hydrogen catalytic converters, and highly efficient heat pipe were adapted to achieve the target liquefaction rate of 1L/hr. The liquefier has successfully demonstrated more than 1L/hr of hydrogen liquefaction. The system also has demonstrated its versatile usage as a very efficient 150L liquid hydrogen storage tank.
OH, SEUNG JUN;YOON, JEONG HWAN;KIM, SI POM;CHOI, JEONGJU
Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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v.33
no.4
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pp.391-399
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2022
Hydrogen is one of the energy carriers and has high energy efficiency relative to mass. It is an eco-friendly fuel that makes only water (H2O) as a by-product after use. In order to use hydrogen conveniently and safely, development of production, storage and transfer technologies is required and attempts are being made to apply hydrogen as an energy source in various fields through the development of the technology. For transporting and storing hydrogen include high-pressure hydrogen gas storage, a type of storage technologies consist of cryogenic hydrogen liquid storage, hydrogen storage alloy, chemical storage by adsorbents and high-pressure hydrogen storage containers have been developed in a total of four stages. The biggest issue in charging high-pressure hydrogen gas which is a combustible gas is safety and the backfire prevention device is that prevents external flames from entering the tank and prevents explosion and is essential to use hydrogen safely. This study conducted a numerical analysis to analyze the performance of suppressing flame propagation of 2, 3 inch flame arrestor. As a result, it is determined that, where the flame arrestor is attached, the temperature would be lowered below the temperature of spontaneous combustion of hydrogen to suppress flame propagation.
In this study, damage resulting from internal flaws was investigated by finite element analysis for the safety evaluation of a non-destructive testing platform for hydrogen pressure vessels. A specimen was modeled and calculated using finite element analysis to determine material properties in accordance with the parameters of the composite material in order to assess the safety of the Type 4 hydrogen pressure vessel. Through this, flaws in the hydrogen pressure vessel were modeled, and test conditions were provided in accordance with rules to look into whether there was safety. Delamination, foreign object, and vertical cracks were modeled for internal flaws, and damage was examined in accordance with failure criteria. As the delamination defect approached the interior of the hydrogen pressure tank, it became more likely to cause damage. Additionally, as the crack depth grew in the case of vertical cracks, the likelihood of crack propagation rose. On the other hand, it was anticipated that the foreign item defect would suffer more damage from the outside in. A non-destructive testing platform will be used to assess the safety of fuel cell vehicles that are already in operation in future research.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.27
no.11
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pp.57-68
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2013
The market for distributed power generation based on renewable energy is increasing, particularly for standalone mini-grid applications in developing countries with limited energy resources. Stand-alone power systems (SAPS) are of special interest combined with renewable energy design in areas not connected to the electric grid. Traditionally, such systems have been powered by diesel engine generator sets (DEGS), but also hybrid systems with photovoltaic and/or wind energy conversion systems (WECS) are becoming quite common nowadays. Hybrid energy systems can now be used to generate energy consumed in remote areas and stand-alone microgrids. This paper describes the design, simulation and feasibility study of a hybrid energy system for a stand-alone power system. A simulated model is developed to investigate the design and performance of stand-alone hydrogen renewable energy systems. The analysis presented here is based on transient system simulation program (TRNSYS) with realistic ventilation load of a large store. Design of a hybrid energy system is site specific and depends on the resources available and the load demand.
BOG (Boil Off Gas) generation is unavoidable in the liquefied hydrogen carrier, and proper measures are necessary to prevent pressure problems inside the cargo tank. The BOG can be used as propulsion fuel for ships, and the remaining parts used for propulsion must be effectively managed, such as in the form of reliquefying or burning. This study proposes an BOG reliquefaction system optimized for a 160,000 m3 liquefied hydrogen carrier with a hydrogen propulsion system. The system comprises a hydrogen compression and helium refrigerant section, and increases the efficiency by effectively using the cold energy of the BOG discharged from the cargo tank. In this study, the system was evaluated through the exergy efficiency and SEC (Specific Energy Consumption) analysis according to the rate of the reliquefaction of the BOG while the hydrogen BOG with a supply temperature of -220℃ entered the reliquefaction system. As a result, it showed SEC of 4.11 kWh/kgLH2 and exergy efficiency of 60.1% at the rate of reliquefaction of 20%. And the parametric study of the effects of varying the hydrogen compression pressure, inlet temperature of the hydrogen expander, and the feed hydrogen temperature was conducted.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.6
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pp.605-612
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2021
Amid growing global damage due to abnormal weather caused by global warming, the introduction of eco-friendly cars is accelerating to reduce greenhouse gas emissions from internal combustion engines. Accordingly, many studies are being conducted in each country to prepare for the explosion of hydrogen fuel in semi-closed spaces such as tunnels and underground parking lots to ensure the safety of hydrogen-electric vehicles. As a result of predicting the explosion pressure of the hydrogen tank using the equivalent TNT model, it was found to be about 1.12 times and 2.30 times higher at a height of 1.5 meters, respectively, based on the case of 52 liters of hydrogen capacity. A review of the impact on the human body and buildings by converting the predicted maximum explosive pressure into the amount of impact predicted that all predicted values would result in lung damage or severe partial destruction. The predicted degree of damage was applied only by converting the amount of impact caused by the explosion, and considering the additional damage caused by the explosion, it is believed that the actual damage will increase further and safety and disaster prevention measures should be taken.
Kim Jongtae;Hong Seong-Wan;Kim Sang-Baik;Kim Hee-Dong
Journal of computational fluids engineering
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v.10
no.3
s.30
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pp.9-18
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2005
During a hypothetical severe accident in a nuclear power plant (NPP), hydrogen is generated by the active reaction of fuel-cladding and steam in the reactor pressure vessel and released with steam into the containment. In order to mitigate hydrogen hazards possibly occurred in the NPP containment, hydrogen mitigation system (HMS) is usually adopted. The design of the next generation NPP (APR1400) designed in Korea specifies 26 passive autocatalytic recombiners and 10 igniters installed in the containment for the hydrogen mitigation. in this study, the analysis of the hydrogen and steam behavior during a total lose of feed water (TLOFW) accident in the APR1400 containment has been conducted by using the CFD code GASFLOW. During the accident, a huge amount of hot water, steam, and hydrogen is released in the in-containment refueling water storage tank (IRWST). The current design of the APR1400 includes flap-type dampers at the IRWST vents which are operated depending on the pressure difference between inside and outside of the IRWST. it was found that the flaps strongly affects the flow structure of the steam and hydrogen in the containment. The possibilities of a flame acceleration and transition from deflagration to detonation (DDT) were evaluated by using Sigma-Lambda criteria. Numerical results indicate the DDT possibility could be heavily reduced in the IRWST compartment when the flaps are installed.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.1
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pp.25-36
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2021
Hydrogen in hydrogen-electric vehicles has a wide range of combustion and explosion ranges, and is a combustible gas with a very fast flame propagation speed, so it has the risk of leakage, diffusion, ignition, and explosion. The fuel tank has a Thermally active Pressure Relief Device (TPRD) to reduce the risk of explosion and other explosions, and in the event of an accident, hydrogen inside the tank is released outside before an explosion or fire occurs. However, if an accident occurs in a semi-closed space such as an underground parking lot, the flow of air flow is smaller than the open space, which can cause the concentration of hydrogen gas emitted from the TPRD to accumulate above the explosion limit. Therefore, in this study, the leakage rate and concentration of hydrogen over time were analyzed according to the diameter of the nozzle of the TPRD. The diameter of the nozzle was considered to be 1 mm, 2.5 mm and 5 mm, and ccording to the diameter of the nozzle, the concentration of hydrogen in the underground parking lot increases in a faster time with the diameter of the nozzle, and the maximum value is also analyzed to be larger with the diameter of the nozzle. In underground parking lots where air currents are stagnant, hydrogen concentrations above LFL (Lowe Flammability Limit) were analyzed to be distributed around the nozzle, and it was analyzed that they did not exceed UFL (Upper Flammability Limit).
Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) instead of batteries is appropriate for long time flight of unmanned aero vehicles (UAV). In this work, $NaBH_4$ hydrolysis system supplying hydrogen to PEMFC was studied. In order to decrease weight of $NaBH_4$ hydrolysis system, enhancement of hydrogen yield, recovery of condensing water and maintenance of stable hydrogen yield were studied. The hydrogen yield of 3.4% was increased by controlling of hydrogen pressure in hydrolysis reactor. Condensing water formed during air cooling of hydrogen was recovered into storage tank of $NaBH_4$ solution. In this process the condensing water dissolved $NaBH_4$ powder and then addition of $NaBH_4$ solution decreased system weight of 14%. $NaBH_4$ hydrolysis system was stably operated with hydrogen yield of 96% by 2.0g Co-P-B catalyst for 10 hours at 2.0L/min hydrogen evolution rate.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.3
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pp.512-521
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2017
This paper reports development process of a university-based sounding rocket using simplified hybrid rocket propulsion system for low-altitude flight application. A hybrid propulsion system was tried to be designed with as few components as possible for more economical, simpler and safer propulsion system, which is essential for the small scale sounding rocket operation as a CanSat carrier. Using blow-down feeding system and catalytic ignition as combustion starter, 250 N class hybrid rocket system was composed of three components: a composite tank, valves, and a thruster. With a composite tank filled with both hydrogen peroxide($H_2O_2$) as an oxidizer and nitrogen gas($N_2$) as a pressurant, the feeding pressure was operated in blowdown mode during thruster operation. The $MnO_2/Al_2O_3$ catalyst was fabricated for propellant decomposition, and ground test of propulsion system showed the almost theoretical temperature of decomposed $H_2O_2$ at the catalyst reactor, indicating sufficient catalyst efficiency for propellant decomposition. Auto-ignition of the high density polyethylene(HDPE) fuel grain successfully occurred by the decomposed $H_2O_2$ product without additional installation of any ignition devices. Performance test result was well matched with numerical internal ballistics conducted prior to the experimental propulsion system ground test. A sounding rocket using the developed hybrid rocket was designed, fabricated, flight simulated and launch tested. Six degree-of-freedom trajectory estimation code was developed and the comparison result between expected and experimental trajectory validated the accuracy of the developed trajectory estimation code. The fabricated sounding rocket was successfully launched showing the effectiveness of the simplified hybrid rocket propulsion system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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