• 한국가스학회지
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• 제21권6호
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• pp.81-87
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• 2017

SOFC(Solid Oxide Fuel Cell)는 고온 연료전지 중 하나이며, SOFC 시스템과 스택은 고온 운전 특성을 가지고 있다. 이러한 특성 때문에 시스템 설계 및 재료의 선택, 내구성 확보, 안전성능 확보에 많은 어려움을 가지고 있다. 따라서 SOFC 연료전지의 상용화와 보급을 위해서는 안전성능 평가기술과 평가시스템의 개발이 병행되어야 한다. 본 연구에서는 스택 안전성능 평가시스템의 제작을 위하여 국내 외 SOFC 관련규격 및 스택의 위험요소를 분석하였다. 분석한 자료를 바탕으로 스택 안전성능 평가 시스템의 제작을 위한 평가항목을 도출하였다. 본 연구 결과를 통해 SOFC 연료전지의 보급 활성화와 안전한 사용 환경에 기여할 수 있기를 기대한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.81.2-81.2
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• 2010

고체 산화물 연료전지(SOFC) 시스템은 스택과 기계적 주변 장치인 MBOP(Mechanical Balance of Plant), 그리고 전기적 주변장치인 EBOP(Electrical Balance of Plant)로 구성되어있다. SOFC는 일반적으로 $700^{\circ}C$ 이상의 고온에서 작동되기 때문에 효율적인 열 이용 및 열 관리가 중요하다. SOFC 시스템의 MBOP에는 상온의 연료가스들을 고온으로 가열하여 스택에 유입 시기키 위한 열교환기 및 촉매연소기 등의 장치들이 필요하며, 효율적인 열관리를 위해서는 고온에서 작동하는 장치들을 한곳에 통합하여 구성하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 SOFC 시스템의 MBOP(Mechanical Balance of Pant) 중 고온부에 해당하는 촉매연소기, 열교환기 및 스택이 통합된 스택 모듈을 제작에 앞서 개념 검증을 위해 열교환기 및 촉매연소기로 이루어진 프로토타입(prototype)의 SOFC 모듈평가 장치를 제작하였다. 열교환기는 Plate형으로 총 6개로 구성되어 있으며, 연료극과 공기극 가스라인에 각각 3개씩 배치하여 스택에 유입되는 연료 및 공기가 촉매연소기에서 나오는 고온의 배가스와 열교환되어 가열되도록 구성하였다. 촉매연소기는 honeycomb 타입의 촉매를 사용하였고, 촉매연소기로 유입되는 연료극 배가스와 공기의 균일혼합과 hot spot을 방지하기 위한 장치를 삽입하여 제작하였다. 제작된 SOFC 모듈평가장치는 시운전을 통해 각 장치의 성능 확인 후 반응면적이 $20{\times}20cm^2$ 인 단전지를 적층하여 연계 운전을 수행하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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• pp.21-24
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• 2008

We have developed a $kW_e$ class liquid fuel based solid oxide fuel cell (SOFC) system. Our final target is to develop the 1 $kW_e$ diesel based SOFC system for residential power generator(RPG). In this study, we present the conceptual design of SOFC system. System is composed of hot-box and cold-box. Planar typed SOFC stack, heat exchanger, combustor for stack tail gas, and fuel processor, such as fuel reformer and desulfurizer, are contained in the hot-box. And several balance of plants(BOP), such as fuel suppliers and controller, are contained in the cold-box. Before the SOFC system fabrication, we have already operated the selfsustaining fuel processor, and heat exchange of all heat-related components is simulated using ASPEN HYSYS, because heat maintenance and management in hot-box are important for stable operation of SOFC system. The self-sustained fuel processor was successfully operated for about 250 hours, and heat exchange is enough to operate the SOFC system.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2004년도 춘계학술대회
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• pp.2070-2075
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• 2004

Performance of a solid oxide fuel cell (SOFC) can be enhanced by converting thermal energy of its high temperature exhaust gas to mechanical power using a micro gas turbine (MGT). A MGT plays also an important role to pressurize and warm up inlet gas streams of the SOFC. In this study, the influence of performance characteristics of the tubular SOFC on the hybrid power system is discussed. For this purpose, detailed heat and mass transfer with reforming and electrochemical reactions in the SOFC are mathematically modeled, and their results are reflected to the performance analysis. The analysis target is 220kWe SOFC/MGT hybrid system based on the tubular SOFC developed by Siemens-Westinghouse. Special attention is paid to the ohmic losses in the tubular SOFC counting not only current flow in radial direction, but also current flow in circumferential direction through the anode and cathode.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.131.2-131.2
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• 2010

SOFC 발전 시스템은 친환경 고효율 에너지 발전 미래 에너지기술로서 개발의 초점이 되고 있다. SOFC는 연료전지 발전 기술 중 최고효율과 최장 수명을 가지며 유일하게 기존 발전기술과 가격 경쟁이 가능한 것으로 알려지고 있다. 현재 분산 발전용으로 개발이 진행되고 있으며 향후 중앙발전, 휴대용, 가정용 및 수송용 등으로 그 시장이 확대될 것으로 예상된다. 분산 발전 SOFC 개발을 위해서는 시스템 Scale-up이 기술 확보가 관건이며 특히 스택 제조 비용의 2/3 이상을 차지하는 대면적 단전지 제조 공정 기술 개발이 필요하다. 단전지 대면적화는 원가 절감 및 성능 개선을 기대할 수 있게 하므로 분산 발전 SOFC 상용화를 위한 핵심 기술이라 할 수 있다. 그러나 기존의 국내 SOFC 연구는 시스템이나 소형 단전지 위주로 진행되어 왔으며 대면적 단전지 제조를 위한 핵심 공정 기술에 대한 연구는 취약한 상황이다. 또한 랩스케일의 소규모 연구를 뛰어넘는 양산 기술 개발에 대한 연구는 전무한 실정이다. 또한 재료 및 공정 적합성을 요구하는 대면적 SOFC 단전지의 양산 기술 개발을 위해서는 원료 분말 및 기초소재의 국산화를 통한 제조 공정 윈도우를 확대하여 제조 수율을 향상하는 것이 매우 중요하다. 본 논문에서는 그동안 포스코파워(주)에서 대면적 SOFC 단전지 양산 기술 개발을 위해 추진 중인 $400cm^2$급 대면적 SOFC 단전지의 제조 및 성능에 대한 연구 결과를 발표하고자 한다. 또한 대형 단전지 제조 공정의 재현성, 상용화 수준의 성능, 내구성 및 경제성 확보를 위한 공정 개선을 위한 포스코파워(주)의 연구 현황 및 양산 기술 확보를 위한 제조 윈도우 확보 전략에 대해 발표하고자 한다.

• 한국가스학회지
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• 제28권1호
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• pp.1-10
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• 2024

본 연구에서는 농업 분야 에너지 자립 시스템 기술도입의 일환으로 농산부산물 기반 SOFC 열병합발전 시스템의 공정 모사 모델을 구축하고 열교환망 최적화를 진행하였다. 0.3 ton/d급 농산부산물 반탄화 연료 가스화기 실험 결과를 기반 농산부산물 SOFC 열병합발전 시스템 모델을 구축하여 4~20 kW급 SOFC 발전 용량별 열교환망 최적화를 진행하였다. 현재 시스템상에서 8 kW급 농산부산물 기반 SOFC 열병합발전 시스템이 최적으로 도출되었으며, 본 연구 결과를 기반으로 추후 상용 설비 설계 시 기초자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제36권1호
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• pp.40-50
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• 2012

폐열의 활용은 연료전지시스템의 효율의 제고에 중요하다. SOFC/GT/ST 하이브리드시스템은 연료전지시스템 폐열의 전력화에 가스터빈 및 증기터빈을 활용하는 방식이다. 본 논문은 SOFC/GT/ST 하이브리드시스템에 대한 스택의 작동온도와 전류밀도, 가스터빈의 압력비가 시스템의 성능에 미치는 영향 등을 시뮬레이션을 통하여 검토한 것이다. 그 결과로 SOFC/GT/ST 하이브리드시스템은 단독 SOFC시스템과 비교하여 효율의 급격한 변화를 완화시키며 또한 효율을 크게 제고시키고 있음을 확인하였다.

• 전기화학회지
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• 제12권2호
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• pp.119-130
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• 2009

본 논문에서는 고체산화물 연료전지의 스택 제조 및 시스템 연구개발의 최근 연구동향을 살펴보았다. 고체산화물 연료전지는 연료의 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시킬 수 있는 친환경, 고효율의 전기화학장치이다. 고체산화물 연료전지 발전시스템은 응용분야에 따라 중대형 분산발전, 가정용 열병합 발전, 보조전원 및 휴대용 발전 시스템으로 구분할 수 있으며, 10 kW급 이상의 SOFC 발전시스템의 경우 원통형 셀로 구성된 발전시스템이 연구개발의 주를 이루고 있다. 더불어, SOFC 발전시스템 연구개발의 경우 매년 증가하는 세계 전력소비량에 대응하기 위해 발전시장에 진입 가능한 고성능, 장수명의 SOFC 소재 및 발전시스템에 R&D 노력이 집중되고 있다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집D
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• pp.703-707
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• 2001

A performance analysis of a SOFC/MGT hybrid system has been carried out for concept design. Thermo-dynamic models for each component being able to describe electrochemical characteristics and heat and mate-rial balance are proposed. Estimated is the power capacity of a SOFC suitable for the hybrid operation with a 5kW class MGT. Effects of current density and operating pressure are also investigated. Electric efficiency showed weak dependence on operating pressure and current density. It is desirable that the SOFC operates at high current density in manufacturing cost's point of view though operating with high current density slightly decreases the electric efficiency find specific power.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제32권2호
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• pp.256-261
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• 2008

The purpose of this study is to propose practicable configurations against Rapid Load Down like propeller racing of ships which have been using SOFC/GT hybrid system on board. This paper suggests four kinds of countermeasures against propeller racing. The types A and B keep a fixed load of SOFC and save a surplus electric power to a storage system. In types of C and D, the load of SOFC is changed with the propeller racing. The best desirable countermeasure for Rapid Load Down depends upon the size of the ship, the propulsion power, and the characteristics of the engine system.