• 대한기계학회논문집B
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• 제35권8호
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• pp.825-829
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• 2011

본 연구에서는, 미소유체시스템 상에서 정밀한 유체 제어를 위해 입력압력이 변하여도 일정한 유량을 유지할 수 있는 수동형 유량제어기를 개발함에 있어, 주기적으로 변화하는 압력에 대한 유량제어기의 동적특성을 평가하였다. 압력 변화의 주기보다 짧은 시간 내에 유량을 측정하기 위하여 입자영상속도계(Particle Image Velocimetry, PIV) 방법을 이용하였다. 지름이 $0.7{\mu}m$ 인 형광입자가 담긴 탈이온수를 유량제어기에 공급하고, 펄스레이저와 형광현미경을 이용하여 $10{\mu}s$ 간격의 연속된 사진을 얻고 이를 분석하여 유량제어기를 통과한 후의 유체의 속도를 측정하였다. 개발된 유량제어기는 20kPa 과 50kPa 사이를 주기적으로 변화하는 60Hz 의 압력 하에서 0.194${\pm}$0.014m/s의 일정한 유속을 유지함을 실험적으로 확인하였다. 압력의 주파수를 1~60Hz 까지 변화시켜가며 수행한 실험에서도 유량제어기는 압력의 주파수에 상관없이 $5.82{\pm}0.29\;{\mu}l/s$ 의 일정한 유량 공급이 가능함을 확인하였다.

• 한국가스학회지
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• 제23권2호
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• pp.74-81
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• 2019

천연가스 운송기지에서 전기에너지를 회수하기위하여 팽창 터빈시스템을 사용하는 것은 잘 알려진 기술이다. 터보팽창기의 효율은 천연가스의 유량과 터보팽창기 설계유량의 비에 따라 달라진다. 그러나 감압기지에서 계절적 공급패턴, 즉 여름에는 낮은 유량으로 반면에 겨울에는 높은 유량으로 공급되기 때문에, 단일 터보팽창기로는 낮은 유량의 천연가스로부터 감압에너지를 충분히 회수하기가 비효율적이다. 따라서 본 연구에서는 대용량과 소용량의 이중 터보팽창기의 새로운 개념을 제안하게 되었다. 본 연구에서는 저압 정압기지에서 팽창밸브의 평균 입구, 출구 압력조건인 18.5 bar에서 7.5 bar로 감압될 때 입구의 온도, 유량조건에 따라서 생산 가능한 전력을 이론적 배경을 통해 계산하였다. 최저 설계 효율 0.72에서 회수 가능한 전력생산량은 단일 터보팽창기로 운전될 때에는 12.4 MW이었으나, 여기서 제안한 이중터보팽창기에서는 16.1 MW로 약 30% 증가한 결과를 얻게 되었다.

• 적정기술학회지
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• 제6권2호
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• pp.136-145
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• 2020

개발도상국에 있어서 농업은 국가 경제의 중추임에도 불구하고, 대부분의 개도국에서는 장비와 지능형 시스템, 데이터 모니터링 등을 이용한 현상에 대한 통합적 판단 없이 인력에 의해 농업을 수행하고 있다. 농업의 중요한 요소인 관개는 작물 생산에 영향을 미치는 핵심적인 과정으로서, 연간 강우량의 변동에 대응하고자 대부분의 농장에서는 관개 시스템을 적용하고 있다. 그러나, 농장 관개 시스템의 모니터링과 제어 등에 대한 기술적 기반이 부족하여 생산성의 증대와 효율적인 농업용수 관리가 어려운 실정이다. 본 논문에서는 탄자니아 농촌 지역 관개 시스템의 스마트화를 위하여 433 MHz 무선 주파수 및 2G 기반 스마트 관개 측정 시스템과 농업용수 선불 시스템을 제안한다. 개발된 스마트 관개 시스템은 기상 데이터와 토양 수분 데이터를 하이브리드로 분석하도록 설계되었는데, 탄자니아 Arusha 지역의 Ngurudoto 마을로의 적용을 목적으로 한다. 제안된 시스템은 기상 측정 컨트롤러, 토양 수분 센서, 수류 센서, 솔레노이드 밸브 및 선불 시스템으로 구성되었는데, 센서를 통해 수집된 데이터는 433 MHz 무선 주파수 및 2G 기반 통신 아키텍처 모듈을 통해 서버로 전송된다. 본 시스템은 인터넷 운용이 제한되는 지역에 적합할 뿐만 아니라, 데이터 기반의 상태 판단과 실시간 예측이 가능하다. 개발된 시스템의 데이터 분석 알고리즘은 동적 회귀 알고리즘과 Naïve Bayes 알고리즘을 적용하여 선형 및 비선형분석 모두에 있어서 높은 정밀도를 보인다. 또한, 농장의 용수공급 시기와 용수의 양, 소요되는 전력에 대한 판단 뿐만 아니라 전체 시스템 하드웨어의 작동 및 오류에 대한 모니터링이 가능하다. 부가하여, 사용자가 농업용수를 공급받기 전에 선금을 지불하는 시스템을 적용하여 관리의 효율성을 도모하였으며, 농업의 전 과정에서 측정된 센서 데이터 및 용수 사용량은 사용자 인터페이스를 통하여 실시간으로 모니터링이 가능하도록 개발되었다. 본 연구를 통하여 개발된 RF(Radio Frequency) 및 2G 기반 스마트 관개 모니터링 시스템은 현장 적용의 편의성과 함께 사용자 중심의 모니터링 시스템을 통해 개발도상국의 경제, 사회 분야에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대한다.

• 한국산업정보학회논문지
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• 제18권5호
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• pp.81-92
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• 2013

인공위성은 태양전지판 전개, 통신 안테나 전개, 관측 장비에 대한 오염방지 덮개, 추진계의 파이로테크닉 밸브 및 리튬-이온 셀 모듈 바이패스 장치 등 다수의 분리장치들을 포함하고 있다. 파이로테크닉 회로로 동작되는 분리장치의 기폭제들은 단발성으로 동작되기 때문에 기폭제 구동은 성공적 임무 수행을 위해 필수 요소이다. 파이로테크닉 회로는 안전을 위한 스위칭 네트워크를 포함해야 한다. 일반적인 스위칭 네트워크는 기폭제 점화 동안 스위칭 과도상태 전류를 취급하기 위해 높은 정격 전류 용량의 점화 스위치로 구성되는 단점이 존재한다. 파이로테크닉 회로는 기폭제가 메인버스에서 점화되면 버스에서 요구되는 첨두 전력을 감소시킬 수 있는 전력 조절 기능을 필요로 한다. 본 논문은 기폭제 점화 동안 스위칭 과도상태 전류를 취급하기 위해 높은 정격 전류 용량의 점화 스위치로 구성되는 단점을 극복하기 위해 점화 스위치를 작동시키기 위한 점화 명령에 동조된 파이로테크닉 회로를 설계한다. 파이로테크닉 회로는 점화스위치들이 점화 전류를 전달만 하고 스위칭을 하지 않는 것을 보증하기 위해 점화 명령에 동조되어 전류 제한된 윈도우 펄스 점화 전류를 제공한다. 전류 제한된 윈도우 펄스 점화 전류는 스위칭 네트워크에서 낮은 정격 전류 용량과 가벼운 무게의 스위치 사용을 가능하게 한다. 파이로테크닉 회로의 전류 제한 기능은 기폭제에 공급하는 전압을 감소시키고 첨두 버스 전력을 감소시키는 전력 조절 효과를 제공한다. 정지궤도위성 개발에 적용하기 위해 파이로테크닉 회로는 개발 모델에서 시험하여 기능을 검증하였다.

• 한국입자에어로졸학회지
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• 제12권3호
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• pp.95-102
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• 2016

본 연구에서는 호흡용 보호구 필터의 나노물질에 대한 여과특성을 측정하기 위해서 소금(NaCl)과 은나노입자(Ag)를 대상으로 입경별 집진효율을 평가하였다. 호흡용 보호구 필터는 특급 방진마스크와 1급 방진마스크의 두 가지 안면부 여과식 방진마스크인 사용하였고, 마스크의 배기밸브 부분을 제외한 필터 여재 부분을 직경 47 mm로 잘라내어 필터홀더에 부착하여 입경별 입자제거효율을 시험하였다. 시험입자는 일반적으로 시험 입자로 사용되는 소금입자는 분무형 입자발생장치를 사용하여 발생하였고 중화기를 통과시켜 입자의 하전특성을 볼츠만 분포로 만들어 공급하였다. 은나노입자의 경우, 기화-응축 방법을 이용한 금속나노입자 생성방법인 ISO10801 방법을 사용하였다. 작업장의 은나노입자의 고농도 노출을 모사하기 위해, 중화기를 통과하지 않은 나노입자를 시험입자로 사용하였다. 은나노입자의 경우 소금입자로 만들기 어려운 20nm 이하의 입자를 안정적으로 효과적으로 만들어 시험에 적용하였고, 나노 크기에서도 매우 안정적인 데이터를 확보할 수 있었다. 1급 마스크 필터와 특급 마스크 필터에 대한 소금입자의 평가에서, 입경별 최소효율이 30~50nm 사이에서 나타나는 특성은 기존 연구와 비슷한 결과를 얻었다. 반면, 은나노입자의 경우 1급 마스크 필터와 특급 마스크 필터 모두에서 비슷한 크기의 소금 입자와 비교할 때 높은 효율을 나타냈다. 이것은 소금 입자의 경우 중화기를 통과시켜 시험입자로 사 용한 반면, 은나노입자의 경우 중화기를 통과시키지 않았기 때문이다. 본 연구에서는 작업장에서 은나노 입자가 고농도로 노출될 경우를 모사하여, 기화-응축에 의한 방법의 은나노입자 발생장치를 사용하였는데, 이 때 상대적으로 높게 대전된 입자들이 많이 만들어진다(Jung et al., 2006). 이로 인해, 정전필터인 마스크 필터의 포집 효과가 상대적으로 크기 때문에, 입경별 효율이 높아진 것으로 생각된다. 본 연구에서 평가한 1급 및 특급 방진마스크 여재의 최소 포집효율은 유럽 EN 149 기준인 95 LPM 유량 기준을 만족하는 것으로 나타났지만, 이것은 여재에 대한 평가 결과로, 실제 마스크에 대해서는 여재의 구조적인 불균일성이나 마스크를 착용하는 과정에서 밀착이 되지 않아 누출될 가능성은 마스크 사용에 고려되어야 한다. 불시에 발생할 수 있는 작업장 내 안전사고의 예방을 위하여 적절한 보호구의 선택과 올바른 착용 및 유지관리가 필요할 것으로 생각된다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제30권4호
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• pp.121-127
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• 2016

본 논문에서는 대전류공급장치(PCITS)에 의해 소손된 강이음쇠형(iron fittings type) 금속플렉시블호스(CSST)의 구조 및 전기적 특성을 해석하였다. CSST는 보호 피막, 튜브, 너트, 클램프 링, 플레어 캡, 소켓, 볼 밸브 등으로 구성되어 있다. CSST의 내전압 평가는 전기 충전부와 비충전부 사이에 교류 전압 220 V를 1분간 인가하여 견뎌야 한다. 직류 500 V에 의한 절연 성능의 평가는 온도 상승 시험 전에 $1M{\Omega}$ 이상, 시험이 끝난 후에는 $0.3M{\Omega}$ 이상을 요구한다. 정상 제품의 평균 저항은 $11.5m{\Omega}$이었으나 PCITS로 130 A를 흘려 소손된 제품의 평균 저항 $11.50m{\Omega}$이었다. 또한 130 A가 약 10 s 흘렀을 때 튜브의 보호 피막이 일부 용융되었고, 검정색의 연기가 발생하였다. 60 s 경과되면 튜브의 대부분이 적색으로 발열되며, 전류가 120 s 흘렀을 때는 적열 범위가 넓어졌다. 95%의 신뢰 구간(CI)의 검증에서 P 값은 0.019로 정규 분포를 갖지 못하였으나 Anderson-Darling (AD) 통계량은 0.896, 표준 편차는 0.5573 등으로 양호한 특성을 나타냈다.

• 한국가스학회지
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• 제18권4호
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• pp.13-20
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• 2014

상업용 천연가스 배급 시스템에서 천연가스의 공급압력은 압력조절밸브를 사용하여 제어하며 이때 막대한 압력에너지가 낭비된다. 이러한 폐압에너지는 터보 팽창기와 같은 터보기계를 사용하여 회수할 수 있으나 팽창과정에서 발생하는 Joule-Thompson 효과에 따라서 큰 온도강하가 발생한다. 터보 팽창기 전단 또는 후단에 보일러를 설치하여 영하의 온도를 방지할 수 있으며 또한 보일러를 대체하여 연료전지나 가스엔진의 폐열을 이용하여 천연가스를 예열할 수도 있으나 하이브리드 시스템의 구동을 위해 운영규모에 따라 일정량을 소모해야 한다. 이 연구에서는 천연가스가 가지고 있는 압력에너지를 활용하여 천연가스의 소모 없이 터보 팽창기와 연결된 히트펌프를 구동하여 천연가스를 예열하는 시스템을 제안하고 증발온도, 응축온도 및 작동유체의 변화에 따른 시스템의 열역학적 특성을 분석하였다. R717 냉매가 예상 작동범위 내에서 가장 높은 COP와 가장 낮은 압축일을 나타내 제안된 하이브리드 시스템에 적합함을 확인하였다. 보일러시스템과의 경제성 분석을 통해 천연가스를 LNG 형태로 수입하고 있는 국내의 경우 히트펌프 하이브리드 시스템이 경쟁력 있음을 확인하였다.

• 전기전자학회논문지
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• 제27권1호
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• pp.122-126
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• 2023

본 논문에서는 복합 미생물 배양기의 제어시스템을 제안하였다. 제안하는 제어시스템은 복합 미생물 배양기의 제어부, 통신부, 전원부, 제어시스템 등으로 구성된다. 복합 미생물 배양기의 제어부는 아날로그 신호와 디지털 신호의 변환, LCD 패널을 이용한 디스플레이, 수위센서, 온도센서, pH 농도센서 등과 같은 센서들의 신호 제어를 하도록 설계 및 제작한다. 사용하는 수위센서는 기존 수위센서가 거품과 같은 이물질 등으로 인해 측정이 어려운 문제점을 해결하고자 직진성이 우수한 IR 레이저 방식을 사용하여 정확한 수위 측정이 가능하도록 설계 및 제작한다. 온도센서는 열 저항 원리를 사용하여 측정함으로써, 높은 정확도와 누적 저항 오차가 없도록 설계하여 사용한다. 통신부는 2개의 LAN 포트와 1개의 RS-232 포트로 구성하여 복합 미생물 배양기에서 사용되는 LCD 패널, PCT 패널, 로드셀 컨트롤러 등의 신호를 제어부에 전달할 수 있도록 설계 및 제작한다. 전원부는 제어부와 통신부가 원활하게 동작할 수 있도록 24V, 12V 5V 등 3개의 전압 공급 단자로 구성하여 전원을 공급하도록 설계 및 제작한다. 복합 미생물 배양기의 제어시스템은 PLC를 사용하여 pH 농도센서, 온도센서, 수위센서 등의 센서값과 배양에 사용되는 써큘레이션 펌프, 써큘레이션 밸브, 로터리 펌프와 인버터 로드셀 등의 동작을 제어한다. 제안된 복합 미생물 배양기의 제어시스템의 성능을 평가하기 위하여 공인인증기관에서 실험한 결과는 수위 측정감도의 범위가 -0.41mm~1.59mm로, 물 온도의 변화 폭이 ±0.41℃로 현재 상용으로 판매되는 제품들 성능보다 우수한 성능으로 동작됨이 확인되었다. 따라서, 본 논문에서 제안한 복합 미생물 배양기의 제어시스템의 효용성이 입증되었다.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제9권4호
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• pp.449-461
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• 2013

최근 발생한 경북 구미의 불산 누출 및 경남 울산의 염산 누출사고의 예와 같이 화학공장에서 발생되는 사고중대 부분은 저장탱크나 운송배관 및 플랜지호스 등의 손상에 의한 휘발성 유독성물질의 대량누출이며, 이 경우 누출된 지역의 자연환경과 대기 조건에 따른 유독성물질의 확산 거동이 인적, 물적 피해의 중요한 변수가 되기 때문에 위험성평가는 가장 중요한 관심 대상이 된다. 따라서 본 연구에서는 누출물질에 대한 대기 중 확산을 모사하기 위하여 불산 저장탱크에서 누출된 경우를 예제로 선택하여, 수치해석과 ALOHA(Areal Location of Hazardous Atmospheres)의 확산 시뮬레이션을 이용한 결과해석을 수행하였다. 먼저 공정위험분석으로 정성적 평가인 HAZOP(Hazard Operability) 결과를 살펴보면 첫째 공정흐름상(flow) 위험 요소로서 플렌지, 밸브와 호스의 균열 등 손상으로 인한 누출에 의한 운전지연 또는 독성가스누출 등이 발생할 수 있고, 둘째 온도, 압력, 부식으로부터는 화재, 질소공급과 압 그리고 탱크나 파이프 이음관의 내부 부식으로 인한 독성누출의 가능성이 높은 것으로 분석되었다. 다음 결과 영향분석 기법인 ALOHA를 운용한 결과를 살펴보면 Dense Gas Model에 대한 입력 자료값에 따라 미치는 결과 영향이 다소 차이가 있음을 발견하였으나 기상조건으로서 대기안정도 보다는 풍향 및 풍속이 가장 영향을 미치는 것으로 분석 되었다. 또한 풍속이 빠를수록 누출물질의 확산이 잘 일어났고, 수치해석결과인$LC_{50}$과 ALOHA의 AEGL-3(Acute Exposure Guidline Level)과 결과를 비교했을 때 확산길이는 다소 차이가 있지만 확산농도 측면에서는 액체와 증기누출인 경우에 있어서 거의 비슷한 결과를 보였다. 따라서 ALOHA 모델을 운영한 결과 각 시나리오별 경향은 상당히 일치함을 볼 수 있었다. 따라서 추후 수치해석과 확산모델링에 의한 예측농도를 국제적인 기준치인 IDLH(Immediately Dangerous to Life and Health), ERPG(Emergency Response Planning Guideline), AEGL(Acute Exposure Guidline Level)과 비교 함 으로서 독성 가스의 대한 완충거리를 결정 할 수 있고, 이와 같은 연구방법은 유독성물질 누출에 따른 위험성평가를 보다 효율적으로 수행하는데 도움을 줄 것이며, 지역사회 비상대응체계 수립 시 적절하게 활용할 수 있을 것이다.