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8kW급 SOFC 스택 오프가스 이용 열분배시스템 최적 설계
송형운(Hyoungwoon Song),정희숙(Heesuk Jung),윤종혁(Jonghyuk Yoon),정석우(Seokwoo Chung) 한국열환경공학회 2019 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2019 No.춘계
고체산화물연료전지(SOFC)는 높은 전기 생산 효율과 비귀금속계의 전극 사용 및 다양한 연료의 적용이 가능한 이점이 있다. 그러나 SOFC 시스템은 약 700℃ 내외의 운전 특성으로 오프가스의 폐열을 활용하기 위한 열분배시스템의 최적화가 필요하다. 본 연구에는 8 kW급 SOFC 시스템의 성능을 안정적으로 유지하기 위하여 스택에서 배출되는 고온에 오프가스의 폐열을 활용하는 열분배시스템을 최적 설계하고자 하였다. 특히, SOFC 스택에서 배출된 AOG(anode off gas)를 완전 산화시켜 발생하는 산화열과 AOG와 COG(cathode off gas)가 보유한 현열을 이용하고자 열교환기를 통해 열에너지를 회수하여 시스템내 재 이용함으로 에너지 효율 최적화를 도모하였다. 또한 2kW급 단위스택의 열분배시스템을 통해 얻어진 운전데이타를 기반으로 8kW급 시스템으로 용량을 스케일업하기 위하여 설계 영향인자를 도출하였다. 그리고 다중 스택 배열 및 매니폴드를 설계 제안하고 열유동 해석을 통해 스택 및 단열박스내에 열분배 특성을 파악하였다. 또한 열분배시스템의 공정 해석을 통해 물질 및 에너지 수지를 산출하고, 이를 기반으로 구성 요소의 설계 및 열적성능을 평가하였다.
송형운(Hyoungwoon Song),정대웅(Daewoong Jung),윤종혁(Jonghyuk Yoon),이동규(Dong-Kyu Lee) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.2
반도체 산업의 지속적인 발전에 따라 반도체 생산 과정에서 지구온난화를 야기하는 각종 환경유해물질이 배출되고 있으며, 이 를 처리하고 저감하기 위한 다양한 기술이 적용되고 있다. 특히, 반도체 생산공정으로부터 발생되는 환경유해물질은 온난화 지수가 높고 열적으로 매우 안정적인 난분해성 물질이기 때문에 이를 효과적으로 처리하기 위한 높은 열을 사용해야 한다. 현재 반도체폐가스처리용 가스스크러버 에 적용된 기술은 Bum-wet, Plasma-wet, Heat-wet 이 주이 며, 모든 기 술이 반도체폐가스를 처리하는 과정에서 사용되는 에너지로 인해 다량의 이산화탄소를 배출하게 된다. 따라서, 본 연구에서는 온실가스 저감을 통한 탄소중립을 실현하기 위하여 Burn-wet 스크러버에 이용하는 기존 메탄 연료를 수소연료로 전환하기 위 하여 반도체폐가스 처리용 수소분해모듈을 개발하고자 한다. 이에 200L/min급 수소분해모듈을 제안하고 3차원 열유동 수치해석을 통해 수소분해모듈에 운전특성을 파악하고 기하학적 형상변화를 통해 수소분해 모듈에 형상을 최적화하고자 하였다.
바이오가스 유래 수소 제조 기술 동향 및 효과적인 적용
송형운 ( Hyoungwoon Song ),정희숙 ( Hee Suk Jung ),엄성현 ( Sunghyun Uhm ) 한국공업화학회 2020 공업화학 Vol.31 No.1
바이오가스를 이용한 수소 제조는 주요한 에너지 및 환경 관련 이슈들을 동시에 해결할 수 있다는 장점으로 꾸준히 주목받아 왔다. 바이오가스 정제를 통해 얻은 바이오메탄 수증기개질은 천연가스 개질을 대체할 수 있는 좋은 현실적인 대안이다. 하지만, 경제성과 환경 유해성을 모두 고려한다면 바이오가스를 직접 개질반응에 활용하는 바이오가스수증기 개질 및 건식 개질을 활용한 수소 제조가 보다 효과적이라 평가된다. 본 논문에서는 바이오가스 기반 추출수소 제조 관련 최근의 기술 이슈 및 개발 동향을 소개하며 향후 상업화를 위한 효과적인 적용 방향에 대해서 고찰하고 자 한다. Hydrogen production from biogas has received consistent attention due to the great potential to solve simultaneously the issues of energy demands and environmental problems. Practically, biomethane produced by purification/upgrading of biogas can be a good alternative to the natural gas which is a main reactant for a steam methane reforming process. Judging from the economic and environmental impacts, however, the steam biogas and dry reforming are considered to be more effective routes for hydrogen production because both processes do not require the carbon dioxide elimination step. Herein, we highlight recent studies of hydrogen production via reforming processes using biogas and effective applications for earlier commercialization.
송형운(Hyoungwoon Song),엄성현(Sunghyun Uhm),장은석(Eun Seok Jang),김문현(Mun- hyun Kim) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.2
지구온난화를 해결하기 위한 탄소중립 실현을 위해 기존 화석 에 너지에서 탈피하고 청정한 수소에너지 사용올 위한 다양한 노력 이 추진되고 있다. 특히 , 수소모빌리티 분야에서 수소에너지 이용을 위한 정책적 지원 등이 집중되고 있으며, 이와 연계되어 수소차 충전을 위한 수소충전소 설치가 빠르게 확대되고 있다. 현재 국내 에 서는 부생수소를 연료로 하여 운전되는 저장식수소충전소(off-site) 에 대한 운전특성 분석 및 고장 진단 등에 다양한 연구가 진행되고 있지만, 저장식수소충전소(on-site)에 대한 운전특성을 파악하고 분석한 사례는 전무한 실정이다. 이에 본 연 구에서는 바이오가스를 활용하여 그린수소를 생산하고 활용한 국내 최초 마더스테이션인 충주바이오그린수소충전소에 대한 운전자료 중 고장 횟수, 가동중지 시간 등 에 상관관계 분석을 통해 설비 고장에 따른 운전영향을 파악하였다. 이 결과를 통해 향후 수소충전소 가동율을 높이고 설비 고장을 최소화하기 위한 공정 설계 및 설비 사양 선정에 주요 자료로 활용하고자 한다.