• Title, Summary, Keyword: 연료 효율

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Design of Fuel Cell Power Generation System Using a Waste Heat (배열을 이용한 연료전지 발전시스템 설계)

  • Choi, Young-Jae;Jun, Jae-Ho;Jun, Joong-Hwan
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.133-133
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    • 2009
  • 연료전지는 연료의 화학적 에너지를 전기화학 반응을 통하여 직접 전기로 변환하기 때문에 에너지 전환효율이 높고 공해물질을 배출하지 않는 환경친화적인 고효율 발전방식으로, 특히 용융탄산염 연료전지(MCFC) 및 고체산화물 연료전지(SOFC)같은 고온형 연료전지의 경우 분산전원이나 중앙집중발전 같은 발전용에 적합한 연료전지로 평가받고 있다. 현재 MCFC 및 SOFC등의 발전용 연료전지 시스템의 효율은 약 50% 정도이며, 시스템의 발전효율을 높이기 위한 여러 연구가 진행되고 있다. 그 중에서 고온의 배열을 이용하여 연료전지 발전시스템의 효율을 향상시키기 위해 FuelCell Energy, Ansaldo Fuel Cells 및 Simens Westinghouse 등에서 수백 kW급의 fuel cell - gas turbine hybrid system에 대한 상용화 수준의 실증연구가 진행되었다. 본 연구에서는 발전용 연료전지 시스템의 발전효율을 높이기 위한 방안 중 하나로 배열을 이용하여 steam을 발생시켜 air amplifier에 사용함으로써 연료전지 시스템의 MBOP(Mechanical Balance of Plant)중 전력을 소비하는 air blower를 대체하여, 시스템 효율을 향상시키고 시스템의 가용성을 높일 수 있는 설계안에 대하여 논하고자 한다.

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1kW RPG design and its stack performance model development (1kW급 가정용 연료전지 시스템 설계 및 스택 성능 예측 모델 개발)

  • Kim, Min-Jin;Sohn, Young-Jun;Lee, Won-Yong
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.287-287
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    • 2009
  • 연료전지는 전기에너지와 열에너지를 동시에 사용 할 수 있기 때문에 에너지 효율이 높고 유해 배기물이 거의 없으므로 친환경적이다. 따라서 환경문제가 대두되고 있는 오늘날, 고효율 친환경의 연료 전지는 차세대 에너지원으로 각광받고 있다. 보일러와 계통선에서 열과 전기를 공급받는 기존방식에 비해 연료전지 코제너레이션 시스템의 경우 20%이상 에너지 절감율을 향상시킬 수 있다. 기존 10kW이하의 소용량 발전설비의 경우 대형 발전소와 같은 수준인 30%이상의 전기 효율을 기대할 수 없으나 고분자 전해질 연료전지를 적용할 경우 1kW급에서도 35%의 전기 효율을 기대할 수 있으며 열회수까지 고려할 경우 80%에 가까운 열효율을 달성할 수 있다.(4)연료전지 시스템은 연료전지 스택 이외에, 연료변환장치, 급기설비, 열 및 물관리 설비, 전력변환장치 그리고 제어 장치 등으로 구성된다. 연료전지 시스템 성능은 연료전지 스택의 성능에 가장 의존적인데 연료전지 스택의 성능은 같은 스택이라도 운전 및 제어 방법에 따라서 다양하게 변할 수 있다. 실제로 연료전지 스택 자체의 전기 변환 효율은 최대 40% 까지로 매우 높으나, 다양한 운전 조건에 따라 효율이 30~40% 수준에서 변화는 것이 현실이다. 때문에 시스템을 설계할 때에는 종합화된 시스템 측면에서의 운전까지 고려한 설계와 성능 해석이 필요하다. 그간 연료전지를 활용한 가정용 열병합 발전분야에서는 시스템 설계를 위한 시뮬레이션 기반 성능 해석에 관한 연구가 활발히 진행되어왔다. 하지만 연료전지 스택의 경우 간이화된 성능 모델식을 사용하여 이로 인한 성능 예측모델의 오차가 크게 발생하여 전체 시스템 최적화의 저해요인으로 작용하여왔다. 따라서 본 연구에서는 가정용 연료전지 열병합 발전 시스템을 자체적으로 설계 개발하였으며 이 중 연료전지 스택의 성능모델을 실험기반으로 구축하였다. 먼저 가정용 연료전지 열병합 발전 시스템의 설계는 크게 네 단계로 구분되며 이는 1) 시스템 개념 설계, 2) 연료전지 스택 설계, 3) 주변장치 설계, 4) 제어시스템 설계로 이뤄진다. 연료전지 스택의 성능 모델은 고분자연료전지의 성능에 가장 민감하게 영향을 미치는 온도 및 습도의 변화에 따른 다양한 스택 성능을 예측 가능하도록 개발하였으며 이는 간단한 이론 모델의 구조에 실험 데이터를 기반으로 모델 파라미터를 도출하는 기법으로 이뤄졌다.

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Development of a compact fuel processor for building fuel cells (건물용 연료전지를 위한 컴팩트 연료개질기 개발)

  • Jung, Un Ho;Koo, Kee Young;Yoon, Wang Lai
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.224.2-224.2
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    • 2010
  • 연료개질기는 연료전지 시스템의 핵심 구성요소 중의 하나로 도시가스로부터 수소를 생산하는 역할을 담당한다. 연료개질기는 주로 탈황, 수증기 개질, 수성가스 전이, 선택적 산화 반응의 4단계로 구성되어 있으며 이 중 상온 탈황부분을 제외한 나머지 부분은 일체화 설계를 통해 제작된다. 탈황의 경우 도시가스에 포함된 부취제인 황화합물를 제거하여 후단에 위치한 촉매층이 황에 의해 피독되는 것을 막는 역할을 하며 주로 상온흡착식 탈황제를 사용한다. 황이 제거된 도시가스는 물과 함께 연료개질기로 도입되어 수증기 개질반응을 통하여 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 소량의 메탄과 미반응 수증기로 구성된 개질가스로 전환된다. 이후의 수성가스 전이반응에서는 일산화탄소가 물과 반응하여 수소 생산량을 늘리며 동시에 일산화탄소의 농도를 낮추게 된다. 또한 고분자 전해질 연료전지에 공급되는 개질가스는 선택적 산화반응을 통하여 일산화탄소의 농도를 10ppm이하로 유지하게 된다. 이러한 기능의 연료개질기 개발의 주요 이슈로는 컴팩트화 및 고효율화이며 이 두가지 요소를 고려하여 연료개질기를 설계하여야 한다. 연료전지 시스템의 전체부피를 줄이기 위한 노력의 일환으로 연료개질기의 컴팩트화가 요구되는데 가정용 연료전지 기술 선진국인 일본 제품의 경우 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 부피는 20L정도로 알려져 있다. 또한 연료전지 시스템의 효율은 연료개질기의 개질효율과 연료전지 스택의 발전효율의 곱으로 계산되기 때문에 연료개질기의 연료개질 효율은 전체 시스템의 효율에 직접적으로 영향을 미치게 된다. 한국에너지기술연구원에서는 수소생산량 기준 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 개발을 완료하였으며 크기 및 효율면에서 선진국 제품과 비교하여 동등 또는 우위의 수준을 달성하였다. 연료개질기 내부의 혼합 및 분배 구조를 개선하고 각 촉매층의 최적 배치를 통해 연료개질기의 부피를 최소화 하였으며 연료개질기 내부에서 고온부위와 저온부위 사이의 최적 열교환을 통해 열효율을 극대화 시켰다. 현재 개발된 $1Nm^3/h$급 개질기의 단열 후 부피는 13.5L 그리고 단독운전 시 열효율은 80%(LHV)로 측정되었다. 또한 $1Nm^3/h$급의 연료개질기의 스케일-업 설계를 통하여 수소생산량 3, $5Nm^3/h$ 규모의 연료개질기를 개발하였으며 성능평가가 진행 중이다.

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Development of Fuel Cell Engine System for Electric Vehicle (연료전지 자동차 추진용 엔진 시스템 개발)

  • 백동현;이원용;김창수;최수현
    • Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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    • pp.243-246
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    • 2000
  • 연료전지(Fuel Cell)는 carnot 과정을 거치지 않고 연료의 화학 에너지를 전기 에너지로 직접 전환시키는 고효율의 전기화학적 발전장치이다. 기존의 내연기관은 실제 효율이 20-45%이지만, 연료전지는 40-65%의 효율로 운전할 수 있고 공해물질의 발생도 거의 없는 장점이 있다. 또한 다양한 대체 연료를 사용할 수 있어 석유에너지 절감과 대체 에너지 개발에 기여할 수 있다는 장점이 있다.(중략)

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Fuel economy and Life Cycle Cost Analysis of Fuel Cell Hybrid Vehicle (연료전지 하이브리드 자동차의 연료 경제성 및 Life cycle 비용 분석)

  • Jung, Kwi Seong;Oh, Byeong Soo
    • Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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    • v.13 no.4
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    • pp.287-296
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    • 2002
  • 현재 자동차의 문제점을 해결할 수 있는 가장 착실한 엔진은 수소를 이용한 연료 전지라고 판단된다. 연료전지는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 직접 변환하는 장치이다. 순수한 연료전지 차량과 연료전지 하이브리드 차량을 비교 분석하였다. 연료전지 하이브리드 차량에서 고려하여야할 점은 효율, 연료경제성, 출력 특성 등이 있다. FUDS 싸이클 시뮬레이션 비교를 하면 하이브리드화가 순수 연료전지 차량 보다 효율이 높다. 이는 회생 제동 에너지를 이용할 수 있으며 battery를 이용하여 연료전지를 효율적인 영역에서 작동하게 할 수 있기 때문이다. Life cycle 비용은 연료전지의 크기, 연료전지의 가격, 수소의 가격 등에 지배적인 영향을 받는다. 연료전지의 가격이 고가이면 하이브리드화가 유리하나, 연료전지의 가격이 400$/kW 이하가 되면 순수한 연료전지 자동차가 비용면에서 유리 하다.

High Efficiency Fuel Cell System with Air Amplifier using Waste Heat (배열이용 공기증폭기를 활용한 고효율 연료전지 시스템)

  • Jun, Jaeho;Choi, Youngjae;Jun, Joonghwan;Kim, Seontae;Kim, Seongwan
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.72.1-72.1
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    • 2010
  • 지금까지 연료전지 시스템의 효율을 극대화시키기 위한 기술들이 개발되어 왔는데, 대표적인 방법은 CHP(Combined Heat & power)와 FCT(Fuel cell & Turbine) Hybrid 시스템이다. 그러나 본 연구의 기술은 연료전지 배열을 이용한 Coanda 공기증폭기를 장착한 새로운 개념의 고효율 연료전지 시스템이다. 원래 공기 증폭기는 완만한 곡면 주위를 흐르는 유체가 곡면의 표면을 따라 흐름의 방향이 바뀌는 원리(Coanda Effect)를 이용한 장치로서, 소량의 고압유체를 구동 에너지원으로 사용하여 최고 20배에 해당하는 많은 양의 주변 유체를 빠른 속도로 이송시키는 역할을 한다. 문제는 고압의 유체원을 만드는 것인데, 본 연구에서는 발전용 연료전지 시스템의 배기가스를 활용하여 먼저 고압의 수증기를 발생시키고, 다음으로 고압의 수증기를 공기 증폭기의 구동원으로 사용함으로써 연료전지 시스템의 Air blower를 대체하는 것이다. 이러한 개념을 검증하기 위해서 고압의 스팀작동 Coanda 공기증폭기를 제작하여 선행실험을 진행하였다. 먼저 공기증폭기의 Gap 및 스팀압력에 따른 공기유량, 압력 등의 기본특성을 조사하였고, 출력 공기의 특성을 개선하기 공기증폭기의 형상 및 재료를 새롭게 설계하였다. 그리고 실제 시스템의 적용가능성을 알아보기 위해서, 예로 300kW급 용융탄산염 연료전지 발전시스템의 Air blower 대체가능성을 확인하였고, 배열이용 Coanda 공기증폭기를 활용한 고효율 연료전지 시스템의 개념설계를 수립하였다. 결론적으로 본 기술을 활용하면 연료전지 시스템의 최종 전기효율을 향상시킬 뿐 아니라는 시스템의 장기 신뢰성을 증대시키는 효과를 기대할 수 있다.

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연료절감을 위한 하이브리드 추진시스템에 관한 연구

  • Kim, Min-Uk;Lee, Heon-Seok;Jang, Jae-Hui;Gang, Yeong-Min;O, Jin-Seok
    • Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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    • pp.85-87
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    • 2016
  • 기존의 내연기관만을 이용한 선박 추진시스템은 내연기관의 저부하 운전 구간에서 효율이 낮아지는 문제점을 해결하지 못하고 있다. 그러나 최근 내연기관의 효율이 낮은 저부하 운전 구간에서 전동기를 기동함으로써 연료 효율을 높일 수 있는 하이브리드 추진시스템이 적용되고 있고, 이는 소형 어선부터 호화 여객선, 요트 등에 탑재되어 연료 절감 효과를 입증하고 있다. 본 연구에서는 하이브리드 추진시스템의 연료 절감 효과를 검증하고, 연료 효율을 높이기 위한 하이브리드 추진시스템을 제안한다.

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Trend of Fuel for Combustion Engine (연소기관연료의 동향)

  • 이창식
    • Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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    • v.9 no.4
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    • pp.23-34
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    • 1987
  • 연소 기관용 연료의 효율적 이용과 연소 효율 향상을 위한 연소 기술의 개발에 더욱 노력을 경주 하여야 한다. 이러한 관점에서 연소 기술의 개발과 더불어 새로운 대체연료에 관한 연구가 더욱 활발히 이루어 져야 할 것으로 생각된다. 그러므로 여기서는 대체 연료로 기대되는 석탄액화유, 알코올연료, 태양에너지 중에서 연소 기관용 연료로 주목되고 있는 알코올연료의 특성과 연소 기관의 적용성과 그 문제점에 대하여 살펴 보기로 한다.

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Electrical Characteristics and System Efficiency of the 5.9kW Phosphoric Acid Fuel Cell Power Generation System (소형 인산형 연료전지발전 시스템의 출현 및 효율 특성)

  • 정두환;이원용;이선근;임희천;신동열;최수현
    • Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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    • pp.90-95
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    • 1993
  • 수력, 화력, 원자력 다음으로 제 4의 전원으로서 관심의 대상이 되고 있는 연료전지는 연료가 가지고있는 화학에너지를 직접에너지로 변환시키는 점에서 종래의 발전 기술과는 원리적으로 다르며, 카르노(Carnot)사이클에 의한 에너지 변환 효율의 제한을 받지 않기 때문에 효율이 높으며 공해가 없는 특징을 가지고 있다. 연료전지의 발전 방식은 작동 온도, 전해질 등에 의해서 분류되나 현재 실용화단계의 기술은 인산형연료전지 발전이다. 인산형 연료전지의 발전용 연료는 천연가스, 메탄올, 납사 등과 같은 탄화수소 계열의 다양한 연료를 사용할 수 있으며, 이들 연료들을 수소가 많이 함유된 가스로 변환시켜 연료전지에 공급하여야 한다. 연료전지발전시스템 개발은 주로 전력이용 측면에서 천연가스를 개질연료로 사용하는 연구가 주류를 이루었으나, 최근에는 전 세계적으로 대기 공해에 시달리고 있는 도시의 환경개선을 위하여 도심용 버스 및 대형 트럭 등에 응용하기 위한 무공해 수송용 자동차엔진의 개발, 국방용 이동전원 개발 및 100㎾ 미만의 현지설치용 및 낙도용 전원으로서 메탄올을 연료로 한 연료전지의 개발이 활발히 진행되고 있다. 한국에너지기술연구소는 한국전력 기술연구원과 공동으로 1989년부터 1992년까지 본체를 제외한 5.9㎾급 인산형 연료전지 발전시스템 즉, 메탄올 연료 개질장치, 운전자동화 시스템, 배열이용 시스템, 종합 배관 등을 설계 구성하여 발전 플랜트의 운전 특성 연구를 수행하였으며, 본 고에서는 이들 설비들의 운전 특성과 발전 플랜트로서의 효율 특성에 대한 고찰을 수행하였다. 본 시스템은 연료개질기가 연결되고 배열을 이용하는 국내최초의 종합적인 연료전지 발전 시스템으로서 개질된 연료로 운전하였을 경우 본체의 효율은 31.9%, 배열을 회수한 종합발전 플랜트의 효율은 45.2%였다.로서, 흰쥐 유선이 LH의 생성처이면서 동시에 작용처이며 유선에서 합성된 GnRH의 조절하에 국부적인 인자로 작용할 가능성을 시사한다.f variation)가 10% 내외로 만족할 만한 범위에 들었다. 본 실험 방법을 타액과 혈청내 testosterone 농도 측정에 응용하여 RIA의 결과와 비교하여 본 바 상관관계가 타액에서 r=0.969, 혈청에서 r=0.990으로 두 결과가 잘 일치하였다. 본 실험에서 측정된 한국인 여성의 타액내 testosterone농도는 107.7$\pm$12.0 pmol/l이었고, 남성의 타액내 농도는 274.2$\pm$22.1 pmol/l이었다. 이상의 결과로 보아 본 연구에서 정립된 EIA 방법은 RIA를 대신하여 소규모의 실험실에서도 활용할 수 있을 것으로 사려된다.또한 상실기 이후 배아에서 합성되며, 발생시기에 따라 그 영향이 다르고 팽창과 부화에 관여하는 것으로 사료된다. 더욱이, 조선의 ${\ulcorner}$구성교육${\lrcorner}$이 조선총독부의 관리하에서 실행되었다는 것을, 당시의 사범학교를 중심으로 한 교육조직을 기술한 문헌에 의해 규명시켰다.nd of letter design which represents -natural objects and was popular at the time of Yukjo Dynasty, and there are some documents of that period left both in Japan and Korea. "Hyojedo" in Korea is supposed to have been influenced by the letter design. Asite- is also considered to have been "Jap

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High-efficiency DC-DC Converter for Fuel cell with Interconnection (연료전지 계통 연계형 고효율 DC-DC 컨버터)

  • Oh, Eun-Tae;Chae, Hyung-Jun;You, Gwang-Min;Yoon, Soo-Young;Lee, Yoon-Jae;Lee, Jun-Young;Han, Byung-Moon
    • Proceedings of the KIEE Conference
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    • pp.911_912
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    • 2009
  • 최근 화석에너지원의 고갈과 고유가 및 지구 온난화 방지를 위해 국가별로 이산화탄소 배출량을 규제하기 시작하면서 신재생 에너지의 계통연계 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중 연료전지가 한 부분을 차지하고 있으며, 연료전지는 친환경적이고 효율적인 에너지원으로서 근 미래의 새로운 대체 에너지로서 각광 받으며 여러 분야의 전기장치로 사용될 수 있다. 연료전지는 낮은 출력전압과 높은 출력전류를 갖는 특징이 있으며 부하에 따라 출력전압이 변화하는 특성이 있기 때문에 연료전지의 계통연계를 위해서는 다양한 부하조건에서 연료전지와 연동된 승압형 컨버터의 제작이 반드시 필요하다. 본 논문에서는 연료전지의 계통연계를 위한 고효율 DC-DC컨버터를 제안하였고, 1.2kW용량의 연료전지 스택(Stack)과 연계한 실험을 통하여 그 유용성을 입증하였다.

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