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분산 발전을 위한 MCFC-HCCI 엔진 하이브리드 시스템의 엔진 실험
김선엽(Seonyeob Kim),최원재(Wonjae Choi),오세철(Sechul Oh),김용태(Yongtae Kim),김재현(Jaehyun Kim),송한호(Han Ho Song) 대한기계학회 2015 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2015 No.11
자원고갈과 각종 환경 문제로 인해 대체에너지에 대한 관심이 높아지며 연료전지, 풍력에너지, 태양열 에너지 등 다양한 신재생에너지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이중 연료전지는 온실가스와 오염물질을 적게 배출하고 효율이 높다는 점에서 특히 활발히 연구되고 있다. 연료전지 중 고온형 연료전지에는 용융탄산염 연료전지(MCFC)와 고체산화물 연료전지(SOFC)가 있는데 이중 MCFC는 다양한 출력 범위 내에서 이미 상용화가 되어있다. 특히 작은 용량의 발전소도 상용화가 되어 있어 분산발전으로도 적합하다. 연료전지는 연료전지 내에서 반응하는 양보다 많은 연료를 넣어주어 연료전지의 애노드 오프 가스에는 아직 연료가 상당량 남아있다. 일반적인 연료전지 시스템의 경우 이 애노드 오프 가스를 촉매연소기에서 태워 열을 이용하는 반면, 저자들은 이를 예혼합압축착화(HCCI) 엔진에서 연소시켜 일과 열을 모두 얻어 시스템 효율을 향상시키는 하이브리드 시스템을 개발한 바 있다. 이번 연구에서는 이러한 하이브리드 시스템의 엔진 부문에 대해 실험 장비 셋업을 하고 설계점에 대해 구동한 결과를 보여주고자 한다. 실험 장비 셋업은 모터, 인버터, 엔진, 히터 등 다양한 장비들로 엔진 시스템을 구축하였으며, 설계점 구동 결과 아직 최적화가 이뤄지지 않은 구동임에도 불구하고 유망한 효율 값을 얻을 수 있었다. 이러한 추가적인 엔진 효율을 이용해 시스템의 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
공기극의 조건의 변화가 막가습기를 포함한 고분자 전해질막 연료전지내의 물 함량에 미치는 영향에 대한 해석적 연구
김동규(Dongkyu Kim),서정훈(Jeonghoon Seo),김선엽(Seonyeob Kim),송한호(Hanho Song),김민수(Minsoo Kim) 한국자동차공학회 2011 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2011 No.11
Polymer Electrode Membrane Fuel Cell s(PEMFCs) are largely used in vehicle such as automobile for high responsibility and high energy density. According to necessity of miniaturization of automobile, fuel cell systems operating in high pressure are used in these days. In order to reach high efficiency membrane humidifiers are also utilized in fuel cells. There are some needs to analyze water contents of this new concept fuel cell. By increasing pressure, activities in fuel cells are increased, this means that operation in high pressure have advantage in flooding. In addition, membrane humidifier can prevent dry out in PEMFCs. To suggest optimal pressure range for high efficiency, this study conducts numerical analysis of changes of efficiency of PEMFCs as changing activity in 1D, steady state. Also, this paper analyzes fuel cell performance with membrane humidifier as activity changing with pressure change.
터보차져를 이용한 연료전지 시스템의 효율 향상에 대한 수치 해석적 연구
김동규(Dongkyu Kim),서정훈(Jeonghoon Seo),김선엽(Seonyeob Kim),송한호(Hanho Song),김민수(Minsoo Kim) 한국자동차공학회 2013 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2013 No.5
Parasitic power is a crucial factor in determining the total efficiency for pressurized fuel cell system. Generally, pressure is applied through compressor which consumes high power. This paper suggest novel system using turbocharger that has benefit in reducing compressor power. In order to investigate performance of this novel fuel cell system, steady state model of PEMFC system is developed adding turbocharger. The model is discretized into several part ? stack, membrane humidifier, compressor, thermal management system and extra device ? to resolve performance enhancement of the system. At first, the performance of simulation of general pressurized PEMFC system is analyzed in each model and whole integrated system. After that, novel system with turbocharger is analyzed in same process of that of general system. Finally, relations among whole parts are considered under various operating conditions. These results are useful to design the variable pressure PEMFC system model with turbocharger and find optimal operating condition under various current densities.
고분자 전해질 막 연료전지에 적용된 ORC의 효율에 대한 해석적 연구
김동규(Dongkyu Kim),김선엽(Seonyeob Kim),류진우(Jinwoo Yoo),신동규(Dongkyu Shin),고재선(Jaeseon Ko),송한호(Han Ho Song),김민수(Min Soo Kim) 대한기계학회 2013 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2013 No.12
In order to enhance efficiency of system, many researcher have been studied for reusing wasted heat from system. Several combined systems, such as combined heat and power plant, geothermal ORC system and solar ORC system, have been developed. This paper suggest novel power plant combined polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) and organic rankine cycle(ORC). At first, normal PEMFC system model is develpoed which include fuel providing system, air providing system and thermal management system. And then, TMS part is revised to introduce ORC. After proper coolant and capacity is selected for ORC, efficiency of ORC is analyzed. Lastly, influences to PEMFC are also studied.
예혼합압축착화엔진의 부분 산화 개질을 이용한 고체산화물 연료전지 발전시스템 모델링 연구 및 가용에너지 분석
오세철(Sechul Oh),김선엽(Seonyeob Kim),최원재(Wonjae Choi),송한호(Han Ho Song) 대한기계학회 2014 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2014 No.11
Due to the depletion of fossil fuels and environmental issues such as atmosphere pollution, fuel cell power generation system with high efficiency and low emission is being pursued. Traditionally, pre-reforming system, such as steam reforming, has been used in almost every fuel cell system to produce hydrogen as the fuel. We studied the use of homogeneous charge compression ignition engine as an external reformer for the fuel cell system, whose operation occurs in an excessively rich condition leading to un-catalyzed in-cylinder partial oxidation. An exergy analysis was performed to compare HCCI reforming system with steam reforming one. From the results, it was shown that the fuel-air mixture was not fully reformed in HCCI reforming system, because the exhaust stream is not in the equilibrium state, while we should operate it at O/C > 0.8. The efficiency and power output of HCCI reforming system showed that the efficiency of HCCI reforming system is greater due to the heat balance of each system, although the power output of HCCI reforming system is relatively small as compared to that in steam reforming system.