• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제7권1호
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• pp.29-37
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• 1996

Alkaline water electrolysis has been commercialized as the only large-scale method for a long time to produce hydrogen and the technology is superior to other methods such as photochemical, thermochemical water splitting, and thermal decomposition method in view of efficiency and related technical problem. However, such conventional electrolyzer do not have high electric efficiency and productivity to apply to large scale hydrogen production for energy or chemical feedstocks. Solid polymer electrolyte water electrolysis using a perfluorocation exchange membrane as an $H^+$ ion conductor is considered to be a promising method, because of capability for operating at high current densities and low cell voltages. So, this is a good technology for the storage of electricity generated by photovoltaic power plants, wind generators and other energy conversion systems. One of the most important R&D topics in electrolyser is how to minimize cell voltage and maximize current density in order to increase the productivity of the electrolyzer. A commercialized technology is the hot press method which the film type electrocatalyst is hot-pressed to soild polymer membrane in order to eliminate the contact resistance. Various technologies, electrocatalyst formed over Nafion membrane surface by means of nonelectrolytic plating process, porous sintered metal(titanium powder) or titanium mesh coated with electrocatalyst, have been studied for preparation of membrane-electrocatalyst composites. In this study some experiments have been conducted at a solid polymer electrolyte water electrolyzer, which consisted of single cell stack with an electrode area of $25cm^2$ in a unipolar arrangement using titanium mesh coated with electrocatalyst.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제20권4호
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• pp.300-308
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• 2009

In a pursuit of the development of alternative mobile power sources with a high energy density, a planar and air-breathing PEMFCs with a new type of hydrogen cartridge which uses onsite $H_2$ generated from sodium borohydride ($NaBH_4$) hydrolysis have been investigated for use in advanced power systems. Two types of $H_2$ generation through $NaBH_4$ hydrolysis are available: (1) using organic acids such as sulphuric acid, malic acid, and sodium hydrogen carbonate in aqueous solution with solid $NaBH_4$ and (2) using solid selected catalysts such as Pt, Ru, CoB into the stabilized alkaline $NaBH_4$ solution. It might therefore be relevant at this stage to evaluate the relative competitiveness of the two methods mentioned above. The effects of flow rate of stabilized $NaBH_4$ solution, MEA (Membrane Electrode Assembly) improvement, and type and flow control of the catalytic acidic solution have been studied and the cell performances of the planar, air-breathing PEMFCs using $NaBH_4$ has been measured from aspects of power density, fuel efficiency, energy density, and fast response of cell. In our experiments, planar, air-breathing PEMFCs using $NaBH_4$ achieved to maximum power density of 128mW/$cm^2$ at 0.7V and energy efficiency of 46% and has many advantages such as low operating temperature, sustained operation at a high power density, compactness, the potential for low cost and volume, long stack life, fast star-up and suitability for discontinuous operation.

• 전력전자학회논문지
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• 제17권6호
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• pp.553-561
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• 2012

Existing energy sources convert chemical energy into mechanical energy, while fuel cell directly generates electricity through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Therefore, it has a lot of strong points such as high efficiency, zero emission, and etc. In addition, with the development of hydrogen preservation technique, some companies have been researching and releasing portable fuel cell power packs for specific applications like military equipment, automobile, and so on. However, there are some drawbacks to the fuel cell, high cost and slow dynamic response. In order to compensate these weak points, auxiliary energy storages could be applied to the fuel cell system. In this paper, the optimum structure for a 150W portable fuel cell power pack with a battery pack is selected considering the specification of the system, and the design process of main parts is described in detail. Here, main objectives are compact size, simple control, high efficiency, and low cost. Then, an automatic mode change algorithm, which converts the operating mode depending on the states of fuel cell stack, battery pack, and load, is introduced. Finally, performance of the designed prototype using the automatic mode change control is verified through experiments.

• 상하수도학회지
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• 제30권4호
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• pp.449-457
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• 2016

In this study, the effectiveness of electrodialysis in removing inorganic arsenic from groundwater was investigated. To evaluate the feasibility of the electrodialysis, operating parameters such as treatment time, feed concentration, applied voltage and superficial velocity were experimentally investigated on arsenic removal. The higher conductivity removal and arsenic removal efficiency were obtained by increasing applied voltages and operation time. An increase of salinity concentrations in arsenic polluted groundwater exerted no effects on the arsenic separation ratios. Arsenic polluted waters were successfully treated with stack voltages of 1.8 ~ 2.4 V/cell-pair to approximately 93.4% of arsenic removal. Increase flow rate in diluate cell gave positive effect to removal rate. However, increase of superficial velocity in the concentrated cell exerted no effects on either the conductivity reduction or on the separation efficiency. Hopefully, this paper will provide direction in selecting appropriate operating conditions of electrodialysis for arsenic removal.

• 전력전자학회논문지
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• 제27권1호
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• pp.26-32
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• 2022

This paper proposes a power system that includes a 120k W fuel cell DC-DC converter (FDC) and 30 kW bidirectional DC-DC converter (BHDC) for a 150 kW fuel-cell vehicle. With a high DC link voltage of 800 V, the efficiency and power density of the power electronic components are improved. Through the modular design of FDC and BHDC, electric components are shared, resulting in reduced mass production costs. The switching frequency of 30 kHz of full SiC devices and optimal design of coupled inductor reduce the volume, achieving a power density of 8.3 kW/L. Furthermore, a synergetic operation strategy using variable limiter control of FDC and BHDC was proposed to efficiently operate the fuel cell vehicle considering the fuel cell stack efficiency according to the load. Finally, the performance of the prototype was verified by Highway Fuel Economy Driving Schedule testing, EMI test, and the linked operation between FDC and BHDC. The full load efficiencies of the FDC and BHDC prototypes are 98.47% and 98.74%, respectively.

• 대한환경공학회지
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• 제27권4호
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• pp.445-449
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• 2005

본 연구의 목적은 실제 가동 장치에 연결된 전기집진장치의 제거효율을 향상시키기 위하여 주입되는 트리에틸아민 주입 조건에 대한 실제 장치의 효능을 평가하는 것이다. 국내 발전소에서는 주로 호주, 중국, 남아프리카 및 미국에서 수입되는 비스무스 석탄을 이용하는데 비록 이러한 수입 석탄의 종류에 따라 발생되는 비산재의 전기저항도값이 다소 차이가 있지만, 석탄 연소시 배출되는 비산재의 대표적인 전기저항도값은 $1{\times}10^{12}\;{\Omega}-cm$ 큰 것으로 나타났다. 이 때문에 국내 대부분의 적기집진기 가동시 백 코로나 문제가 빈번하게 나타난 것으로 확인되었다. 전기집진장치 출구에서 직접 측정된 분진의 농도, 매연도 및 분진의 전기저항도와 집진효율을 동시에 확인한 결과에 따르면, 트리메틸아민의 주입이 전기집진장치의 집진효율을 상당량 증가시키는 것으로 확인되었다. 트리에틸아민 주입 전에 비산재의 전기저항도값이 $1.9{\times}10^{12}\;{\Omega}-cm$이던 것이 15 ppm(순도 99.7%) 주입시 비산재의 전기저항도값이 $2.1{\times}10^{11}\;{\Omega}-cm$으로 감소하였다. 이러한 조건에서 연돌에서 배출되는 분진의 배출량은 대략 80% 정도 감소율을 나타내며 농도 대비 $70\;mg/Sm^3$ to $14\;mg/Sm^3$수준이었다.

• 전기전자학회논문지
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• 제19권3호
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• pp.319-326
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• 2015

본 논문에서는 OPC 스택이 없는 제어기를 OPC DA 클라이언트와 통신하도록 하는 변환 소프트웨어 개발 기법을 제안한다. 제안된 기법은 OPC DA 표준 프로토콜에 기반을 둔 OPC 서버 구현, OPC 태그 및 포인트의 정보를 확인할 수 있는 GUI 개발, OPC 프로토콜에서 개방형 표준 프로토콜로 변환하는 변환모듈 개발 등의 3가지 과정으로 구성된다. OPC DA 표준 프로토콜에 기반을 둔 OPC 서버 구현 과정은 산업용 OPC DA 클라이언트와 OPC DA 프로토콜을 통하여 데이터를 주고받을 수 있도록 PC에 서버를 구현하는 단계이다. OPC 태그 및 포인트의 정보를 확인할 수 있는 GUI 개발 과정은 OPC 서버를 구동시키고 이를 윈도우 레지스트리에 등록하며 OPC 태그 및 포인트를 확인하고 직렬통신 데이터의 송수신 확인을 위한 GUI 개발 단계이다. OPC DA 프로토콜에서 개방형 표준 프로토콜로 변환하는 변환모듈 개발과정은 OPC DA 클라이언트로부터 수신된 OPC 태그의 데이터를 개방형 표준 프로토콜을 사용하는 산업용 제어기기와 직접적으로 통신을 할 수 있도록 프로토콜을 변환함으로써 데이터를 송수신 할 수 있는 변환모듈을 개발하는 단계이다. 개발된 소프트웨어의 효율성을 평가하기 위하여 본 논문에서 개발한 서버단의 소프트웨어와 OPC 클라이언트를 연결하고, 개방형 표준 프로토콜을 사용하는 5개의 샘플 제어기기와 연결하여 테스트 한 결과 전체 송수신 패킷 중에서 96.98%의 평균 통신 성공률을 나타내었다. 따라서 본 논문에서 제안한 OPC DA 변환 소프트웨어를 이용하여 Modbus 프로토콜을 지원하는 산업용 빌딩 제어 장치와 산업용 OPC DA 클라이언트 사이에 통신을 수행시킬 수 있음이 확인되었다.

• 한국철도학회논문집
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• 제15권5호
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• pp.517-523
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• 2012

이단적재화물열차는 미국 및 캐나다를 중심으로 활성화되어 있다. 이러한 이단적재열차의 장점으로는 화차의 길이 및 열차의 길이를 늘이지 않고도 대량수송이 가능한 시스템을 구축하는 것이므로 철도물류사업의 경쟁력을 대폭 강화하는 혁신적인 열차라고 할 수 있다. 국내의 경우도 물류수송량이 증가하고 있으며 친환경녹색교통수단인 철도물동량을 증대시키기 위해선 화물열차를 장대화하는 것 외에도 이단적재방식을 추가로 도입하는 것이 대량수송 확보 측면 및 효율성 측면에서 보다 유리할 것이다. 본 연구에서는 경부선에 이단적재방식을 도입하기 위한 시스템 구축비용이 많이 소요됨에 따라 대안으로 기존선 개량사업을 추진 중에 있어 이단적재시스템 구축 비용이 비교적 적게 소요되는 경전선을 대상으로 이단적재열차 도입을 위해 운임탄력성 연구를 수행하였으며, 철도운임과 연동된 추가적인 철도물동량 증대가능성을 조사한 바, 이단적재열차가 경전선에 도입될 경우 대량수송에 의한 단위수송원가 절감으로 인해 철도운송경쟁력이 향상되고, 운송업체에게 직접 운임 인하를 추가로 적용할 수 있을 것으로 예상되어 관련업체를 대상으로 조사한 결과 도로운송비용 대비 3만원(현재 운임의 약 37.7%할인 수준) 저렴하게 수송이 가능하다면 약 63%까지 철도로의 수송전환이 이루어질 것으로 분석되었다.

• 한국융합학회논문지
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• 제7권6호
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• pp.13-21
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• 2016

본 논문은 현재 진행 중인 대한민국 남부지역에 위치한 대학 내 스마트에너지캠퍼스 마이크로그리드에서 대학 내 빌딩에 설치될 수소전기분해 이용 연료전지 시스템 운용을 위한 선행 연구로써 고분자전해질막 전기분해(PEMWE)과 고분자전해질막 연료전지(PEMFC) 장치에서 동시에 온도변화 효과를 연구하고자 한다. 전반적으로 실험실에서 50W 고분자전해질막 연료전지(PEMFC)을 사용하여 수행하였다. 모니터링 프로세스는 무선 로라 노드와 게이트웨이 네트워크를 구성하여 실행하였다. 그리고 PEMWE와 PEMFC에 대한 수학적 모델링과 운전 알고리즘을 제안하였으며 제안한 모델에서 PEMWE는 낮은 발열 기준에서 효율이 더 높음을, 반면에 PEMFC는 높은 발열기준에서 효율이 더 높음을 을 알 수 있었다. 향후 대학 구내 빌딩에 설치될 실증시스템 성능을 높이기 위해 PEMWE와 PEMFC의 온도와 압력을 모니터링, 통신 및 제어 등 연구개발을 통하여 구현할 예정이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권3호
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• pp.343-350
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• 2012

본 연구에서는 외부 개질기에 열원을 공급하기 위한 시스템 내에 가용한 열에너지의 활용 및 확보에 대한 해석을 위해서 외부 개질기를 연계한 평판형 SOFC 시스템의 해석 모델을 구축하고자 한다. 이러한 해석을 위한 모델 구축을 위해 Matlab simulink$^{(R)}$ 기반의 ThermoLib module을 사용하였으며, 구축된 해석 모델을 통하여 시스템의 성능 향상을 위한 구성 기법에 대해서 연구를 하였다. 시스템 구성 방법은 기존 시스템의 layout을 바꾸기 위해 공기극 출구가스 재순환 및 외부개질기와 촉매연소기를 통합한 개질반응시스템 적용, 개질기에 공급되는 혼합연료의 예열, 연료극 출구가스의 응축을 통한 연료 농도 향상 등을 고려하였다. 시뮬레이션의 해석 결과에서는 SOFC 시스템에 있어서 일반 연소기를 적용한 기준 시스템에 비하여 촉매 연소기를 사용한 시스템의 전기 효율이 12.13% 향상되었으며, 연료극 출구 가스를 응축시켜 버너로 연소시킨 시스템에서는 열효율이 76.12%로 가장 높았다.