In this paper, a new technology to obtain electronic grade, highly pure carbon dioxide by using membrane and liquefied natural gas (LNG) cold heat assisted cryogenic distillation has been proposed. PRO/II with PROVISION release 2023.1 from AVEVA company was used, and Peng-Robinson equation of the state model with Twu's alpha function to predict pure component vapor pressure versus temperature more accurately was selected for the modeling of the membrane and cryogenic distillation process. Advantage of using membrane separation instead of selecting absorber-stripper configuration for the concentration of carbon dioxide was the reduction of carbon dioxide capture cost.
본 논문은 슬로싱 상태에 놓인 포화 상태 액체수소탱크에서 열 유속 및 BOG(Boil-off gas)의 경향을 다루고 있다. 특히, 액체-기체간의 침투 및 혼합에 의한 열 교환에 관심을 두었다. 먼저, VOF(Volume of fluid)와 Eulerian 기반의 다상 유동모델로 모형 슬로싱 실험을 모사하여 압력을 예측하고 계측된 값과 비교하였다. 자유 수면 및 충격 압력 실험 결과와 해석 결과를 비교하였으며, 유체의 속도 예측에서 정확할 수 있음을 간접적으로 증명하였다. 그리고 2차원의 Type-C 원통형 수소탱크를 대상으로 다상열유동해석을 수행하였다. 이때 포화상태에 놓인 액체 및 기체수소를 가정하고, 해석을 통해 각 상간의 혼합에 의한 열 교환의 수준을 확인하고자 하였다. 단, 상간의 열 교환만을 관심으로 두고 있었으므로 질량전달 및 기화모델은 해석에서 제외하였다. 최종적으로 상의 혼합으로 인해 액체수소로 유입되는 열 유속의 기여도에 대하여 정리하였다. 또한 액체수소로 유입되는 열 유속과 집중 질량 기반의 간이식을 통해 BOG 발생량 및 경향을 예측하고 분석하였다.
A hydrogen liquefaction equipment by direct cooling has been designed and built at KIST. Cool-down characteristics and liquefaction performance of the equipment have been investigated. The hydrogen liquefaction equipment consists of a GM refrigerator, a liquefaction velssel, a radiation shield and a cryostat. It is found that the hydrogen starts to be liquefied in the liquefaction vessel after 40~50 minutes of cool-down from the gas state of 270K. The effect of natural convection phenomena of charged gas in liquefaction vessel on the cool-down characteristics is evaluated by comparing with those in vacuum of liquefaction vessel. It is seen that the cool-down time of a liquefaction vessel is substantially increased in vacuum environment of liquefaction vessel. The experiments have been performed for 1~5 atm of hydrogen pressure to investigate the influence of hydrogen pressure on the liquefaction rate and figure of merit(FOM). It is found that both liquefaction rate and FOM are increased as the charged hydrogen pressure is increased.
수소 수요가 증가함에 따라 수소를 저장하기 위한 설비의 중요성이 대두되었으며, 국내에서는 다양한 법으로 수소 취급 설비를 규제하고 있다. 산업안전보건법에 따르면 저장량 5톤 이상의 액화수소를 취급하는 경우 공정안전관리 제도를 운용해야 한다. 하지만 현행 산업안전보건법에는 인화성을 띠는 저온액화 물질에 적용하기엔 적절하지 않은 기준이 있다. 본 연구에서는 산업안전보건법과 KOSHA Guide를 바탕으로 PSM 구성요소 중 공정안전자료와 안전운전 계획에서 수소취급 설비를 위해 개선되야 할 7개 주요 항목에 대해서 제시하였으며, 과학적인 분석을 통해 제시된 7개 항목이 어떤 방향으로 개선되어야 하는지 도출하였다.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제8권2호
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pp.39-50
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2000
Thermodynamic cycle analysis is presented to estimate the maximum liquefaction rate of hydrogen for various systems using a Gifford-McMahon(GM) cryocooler. Since the present authors` previous experiments showed that the gaseous hydrogen was liquefied approximately at the rate of 5.1 mg/s from the direct contact with a commercial two-stage GM refrigerator, this study has been proposed to predict how much the liquefaction rate can be increased in different configurations using the GM cooler and with improved heat exchangers. The optimal operating conditions have been analytically sought with real properties of normal hydrogen for the Linde-Hampson(L-H) system precooled by single-stage GM, the direct-contact system with two-stage GM, the L-H system precooled by two-stage GM, and the direct-contact system with helium GM-JT (Joule-Thomson). The maximum liquefaction rate has been predicted to be only about 7 times greater than the previous experiment, even though the highly effective heat exchangers may be employed. It is concluded that the liquefaction rate is limited mainly because of the cooling capacity of the commercially available GM cryocoolers and a practical scale of hydrogen liquefaction is possible only if the GM cooler has a greater capacity at 70-100 K.
Nguyen Quoc Huy;Duong Phan Anh;Ryu Bo Rim;Lee Jin Uk;Kang Ho Keun
한국항해항만학회:학술대회논문집
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한국항해항만학회 2022년도 추계학술대회
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pp.160-161
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2022
Hydrogen is bridge fuel with high energy content and environmentally friendly to satisfy the stringent IMO regulation relating to greenhouse gas (GHG) emissions. There is growing interest in hydrogen in numerous nations and regions illustrated by an extensive range of research and development in technology. Regarding maritime applications, researchers have recognized the utilization of hydrogen as a fuel for fuel cells, a device that converts the chemical energy of the fuel to electrical energy. Solid oxide fuel cell (SOFC), with high working temperature, is easy to combine with the waste heat recovery cycles/devices to increase output power and thermodynamic performances as well. Furthermore, the cold energy from liquid hydrogen supplied to SOFC can also be used to generate more power. In this study, we proposed a SOFC integrated system with the idea of combining the waste heat recovery from the SOFC exhaust stream and cold energy utilization from LH2. The designation is aimed to target small-scale vessel which uses electric propulsion for short distances voyage.
Jangdon Kim;Youngjun Choi;Keuntae Lee;Jiho Park;Dongmin Kim;Seokho Kim
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제25권4호
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pp.65-69
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2023
Hydrogen is an eco-friendly energy source and is being actively researched in various fields around the world, including mobility and aerospace. In order to effectively utilize hydrogen energy, it should be used in a liquid state with high energy storage density, but when hydrogen is stored in a liquid state, BOG (boil-off gas) is generated due to the temperature difference with the atmosphere. This should be re-condensed when considering storage efficiency and economy. In particular, large-capacity liquid hydrogen storage tank is required a gaseous helium circulation cooling system that cools by circulating cryogenic refrigerant due to the increase in heat intrusion from external air as the heat transfer area increases and the wide distribution of the gas layer inside the tank. In order to effectively apply the system, thermo-hydraulic analysis through process analysis is required. In this study, the condenser design and system characteristics of a gaseous helium circulation cooling system for BOG recondensation of a liquefied hydrogen storage tank were compared.
Needle valves are instrumentation devices with quick-opening inherent flow characteristics, used in pipelines requiring rapid flow supply immediately upon opening the flow path. For needle valves applied in liquefied hydrogen plants operating in cryogenic environments, it is necessary from the initial design stage to have various inherent flow characteristics in addition to quick-opening, depending on the intended usage. In this study, the inherent flow characteristics of a 1/2'' liquid hydrogen needle valve were evaluated through computational fluid dynamics analysis. Disk shapes exhibiting various inherent flow characteristics were proposed by deriving the flow coefficient (Cv) according to changes in disk shapes. Among the disk shapes that directly affect the Cv, the disk length and slope angle were selected, and case studies were conducted with nine parameter combinations. From the results of the normalized Cv regarding to opening rates, disk lengths and slope angles exhibiting quick-opening, equal-percentage, and linear inherent flow characteristics were determined.
Yang Seung-Heun;Kang Byoung-Hee;Gho Jae-Soek;Mok Hyung-Soo;Choe Gyu-Ha
전력전자학회:학술대회논문집
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전력전자학회 2001년도 Proceedings ICPE 01 2001 International Conference on Power Electronics
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pp.109-112
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2001
Water-Electrolyzed gas is a mixed gas of the constant volume ratio 2:1 of Hydrogen and Oxygen gained from electrolyzed water, and it has better characteristics in the field of economy, efficiency of energy, and environmental intimacy than acetylene gas and LPG (Liquefied Petroleum Gas) used for existing gas welding equipment. So studies of Water-Electrolyzed gas are activity in progress nowaday, and commercially used as a source of thermal energy for gas welding in the industry. The object of this paper is getting a V-I characteristic of Hydrogen-Oxygen Gas Generator using DC source. First, chemical analysis of electrolysis is conducted and the relation of electrical energy and then chemical energy is investigated through the faraday's laws.
한국초전도저온공학회 1999년도 제1회 학술대회논문집(KIASC 1st conference 99)
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pp.194-197
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1999
Thermodynamic cycle analysis has been performed to maximize the liquid amount for two hydrogen liquefaction systems using two-stage GM(Gifford-McMahon) refrigerator. the optimal operating conditions have been analytically sought with real properties of normal hydrogen for the two-stage GM direct contact system and the two-stage GM precooled L-H (Linde-Hampson) system. In the precooled system, there existed optimal values for compressed mass flow and compressed pressure to maximize the liquefied mass. It was recommended to use a cryocooler, which had a large precooling capacity between 70 and 100K.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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