• 대한기계학회논문집B
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• 제33권2호
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• pp.85-92
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• 2009

Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells are a promising technology for short-term power generation required in residential and automobile applications. Proper management of water has been found to be essential for improving the performance and durability of PEM fuel cells. This study investigated the liquid water exhaust capabilities of various flow channels having different geometries and surface properties. Three-pass serpentine flow fields were prepared by patterning channels of 1 mm or 2 mm width onto hydrophilic Acrylic plates or hydrophobic Teflon plates, and the behaviors of liquid water in those flow channels were experimentally visualized. Computational fluid dynamics (CFD) simulations were also conducted to quantitatively assess the liquid water exhaust capabilities of flow channels for PEM fuel cells. Numerical results showed that hydrophobic flow channels have better liquid water exhaust capabilities than hydrophilic flow channels. Flow channels with curved corners showed less droplet stagnation than the channels with sharp corners. It was also found that a smaller width is desirable for hydrophobic flow channels while a larger width is desirable for hydrophilic ones. The above results were explained as being due to the different droplet morphologies in hydrophobic and hydrophilic channels.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2006년도 제37회 하계학술대회 논문집 B
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• pp.1161-1162
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• 2006

본 논문은 3[kW]급 연료전지와 연료전지의 저전압$[40{\sim}60[Vdc]$)을 승압(380vdc)하기 위한 풀-브리지 DC-DC 컨버터, 그리고 승압된 링크전압을 교류 상용전압(220[Vac], 60[Hz)으로 변환하기위한 단상 풀-브리지 인버터로 구성된 연료전지 발전용 전력변환시스템 중 연료전지 시스템용 DC-DC 컨버터를 제안하였다. 제안한 연료전지 시스템용 DC-DC 컨버터는 변압기 2차측에 배전류 정류회로를 삽입하여 기존의 고주파 변압기 보다 간단하면서 무게 및 부피를 줄였다. 그리고 위상 천이 PWM 제어로 출력 전압을 가변시켜 영전압 스위칭을 달성 함으로써 스위칭 손실을 줄였으며. 효율을 95%이상 달성 하였다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 2008년도 춘계학술 발표회
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• pp.101-108
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• 2008

Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells are promising power generation devices which are ideal for residential and automobile applications, thanks to their fast transient characteristics. However, liquid water produced in PEM fuel cells should be properly managed to enhance the performances and durabilities of the cells. In this study, a visualization experiment was conducted to investigate the flow behavior of water droplets in cathode channels. The visualization experiment was done with four different model flow channels which were made by varying the material (Acrylic and Teflon) and the channel width (1 mm and 2 mm). Acrylic is hydrophilic (contact angle is about $80^{\circ}$) while Teflon is hydrophobic (contact angle is about $120^{\circ}$). A computational fluid dynamics (CFD) analysis was also performed to compare the observed and the simulated two-phase water/air flow characteristics in cathode channels. The computational models were made to be consistent with the geometries and surface properties of the model flow channels. Both the experimental and numerical results showed that the Teflon cathode channel with 1 mm width has the best water management performance among four model flow channels considered. A close correlation was found between the experimental visualization results and the numerical CFD simulation results.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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• pp.144-145
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• 2010

본 논문에서는 15V 출력의 1kW급 가정용 연료전지를 위한 고승압 DC-DC 컨버터를 제안한다. 제안하는 컨버터는 전 부하 영역에서 모든 스위치의 ZVS 턴온과 다이오드의 ZCS 턴온 턴오프가 성취되고 클램프 커패시터를 분할하여 사용함으로서 불균형 문제를 해소하였다. 기존 전류원 컨버터와 특성을 비교 분석하였고 이론적 해석과 시뮬레이션 및 실험을 통해 타당성을 검증하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2005년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.517-519
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• 2005

본 논문에서는 연료전지를 이용한 가정용 발전 시스템의 계통 연계를 위한 새로운 단상 인버터 시스템을 제안한다. 제안한 방식에 의해 역률 1에 가까운 전원 품질로 독립 운전과 계통연계 운전이 가능하고 자동 모드 전환시 최소의 과도상태를 갖는다. 또한 제안한 인버터 제어기는 연산이 적고 구조가 간단하여 저가격의 고정소수점 DSP로 구현이 가능할 뿐 아니라 정상상태 오차가 거의 없고 양호한 과도상태 응답특성을 얻을 수 있다. 제안한 계통연계형 인버터의 제어기에 관하여 기술하고 모의실험 및 실험에 의하여 그 타당성을 입증한다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제32권6호
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• pp.534-541
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• 2021

In this study, a novel microwave-matrix reformer was proposed to convert CH₄, which is a major component, to a high quality hydrogen energy. And to identify this performance, it was investigated for O₂/C ratio, steam feed amount and reformed gas recirculation which are affected for methane conversion and product gas yield. Through the parametric screening studies, optimal operating conditions were that O₂/C ratio, steam feed amount and recirculation rate were 1.1, 10 mL/min and 30 L/min. In this conditions, CH₄ conversion was 68.1%, H₂ selectivity 77.2 and H₂/CO ratio 2.62 which are possible applying SOFC stack for RPG (residential power generator).

• 멤브레인
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• 제32권5호
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• pp.292-303
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• 2022

이산화탄소 배출이 없는 고분자 전해질 막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)는 수송용, 발전용 시스템에 적용 가능한 친환경 에너지 변환장치이다. PEMFC의 주요 구성품 중 하나인 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 구동시간 동안의 높은 수소 이온 전도도와 물리화학적 안정성 갖춘 과불소화계 고분자(perfluorinated sulfonic acid, PFSA) 기반 PEM (PFSA-PEM)이 상용화 되어있다. 하지만 PFSA-PEM의 단점으로 지적되는 낮은 유리전이온도와 높은 기체 투과도의 보완이 요구되고 있다. 이에 본 총설에서는 PFSA-PEM의 성능 향상 및 단점 보완을 위해 1) PFSA의 측쇄부 길이를 조절함으로써 이온교환용량의 증가와 고분자의 결정성을 증가시켜 PFSA-PEM의 능력을 향상시킨 연구와 2) 유/무기 첨가제를 도입하여 수소 이온 전도도 및 물리적 안정성을 향상시키는 복합 막 연구 및 3) 다공성 지지체를 도입하여 PEM의 두께를 효과적으로 감소시켜 막 저항을 효과적으로 줄이고 내구성을 큰 폭으로 개선한 다공-충진막에 관한 연구를 소개하고자 한다.

• 설비공학논문집
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• 제20권6호
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• pp.394-399
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• 2008

There are many attempts to use a fuel cell system as a residential power generation system. The purpose of this study is to investigate the optimal design of a water tank for a hot water system when the fuel cell co-generation system is combined with a domestic hot water supply system. The demands of hot water supply per month per home are investigated in Busan for a year. It showed somewhat large differences between the actual demand and the designed demand of hot water, but the actual capacity of hourly averaged hot water demands is analyzed as $60{\ell}/h$ in this study based on the actual demand. The experiments are performed in the various inlet and outlet locations of nozzles, and the hot water consumption rates. The experimental results are showed that the optimal capacity of the water tank is $200{\ell}$ when the thermal efficiency, the storing capacity of hot water and the space for installation are considered.

• 에너지공학
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• 제15권2호
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• pp.83-95
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• 2006

본 연구에서는 기준안으로 2040년까지 최종에너지의 15%를 수소로 대체한다는 목표를 세우고, 수소이용 효율이 가장 높은 수송부문을 주대상으로 2040년까지 자동차의 50% 이상을 연료전지 자동차로 대체하고, 기타, 가정 상업 및 산업부문에서도 각각 22%, 23%를 연료전지로 대체하는 계획을 수립하였다. 수소의 제조와 저장, 운반 등 공급인프라 부분에서는 2020년까지는 LNG와 석탄 등의 화석연료를 주원료로, 2040년까지는 신 재생에너지의 비중을 60%까지 늘리는 것으로 목표를 설정하였다. 기준안(수소비 중 15%)으로 제시한 수소경제가 실현되는 경우 1차에너지가 9% 저감되고, 석유가 22.7%, 원자력이 17.8%, LNG가 8.9%, 석탄이 3.1% 줄어들고 대신 신 재생에너지는 47.3% 증가하여 지속가능한 에너지믹스가 실현되는 것으로 나타났다. 이에 따라 에너지자급도의 개선, 에너지수입대체효과, 환경편익, 신성장동력으로서 수소 연료전지 산업 정착에 따른 고용창출효과 등 경제적 파급효과도 막대한 것으로 나타났다. 또한 수소경제의 적정산업규모를 갖추기 위한 투자비를 산출한 결과 2040년까지 총 200조원 이상이 필요하다. 방대한 재원을 조달하기 위해 민간자본의 유치와 정부의 효과적 정책개발이 요청된다. 수소경제의 비용효과적인 조기실현을 위해서는 전담기구의 신설과 민간의 전문인력 양성, 그리고 수소 연료전지 산업육성을 위한 규격 및 표준화 마련도 시급한 것으로 판단된다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2009년도 정기총회 및 추계학술대회 논문집
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• pp.81-83
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• 2009

가정용 연료전지의 상용화를 위해서는 시스템의 신뢰성과 경제성 향상이 중요한 문제이며, 경제성 향상은 시스템의 가격 절감과 컨버터의 효율 향상을 통해서 달성될 수 있다. 본 논문은 1kW급 가정용 연료전지 시스템을 위한 새로운 고효율 푸쉬풀 컨버터의 토폴로지를 제안한다. 제안된 컨버터는 2차측을 낮은 정격 전압을 가진 정류 다이오드를 사용한 2단 정류구조로 구성하여 다이오드의 손실을 저감시키고, 다이오드의 접합 커패시턴스와 변압기의 누설 인덕턴스의 상호작용에 의해 발생하는 공진 전압의 크기를 저감시킴으로써 스너버에서 소모되는 전력을 줄여 효율을 향상시켰다. 실험에서는 일반적인 형태의 푸쉬풀 컨버터 1차측 회로와 고주파 변압기는 공유하고, 2차측회로만 변경하는 방법으로 효율을 측정하여 비교함으로써 제안된 방식의 우수함을 증명하였다. 제안된 방식의 푸쉬풀 컨버터는 기존방식에 비해 특히 경부하에서 높은 효율을 나타내었으며, 전 부하 구간에서 효율의 변화가 크지 않아 부하가변 방식의 운전에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.