• 멤브레인
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• 제28권4호
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• pp.243-251
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• 2018

메탄은 중요한 온실가스 중의 하나이며, 바이오가스의 주 성분이다. 이러한 바이오가스로부터 메탄의 몰분율 농도를 0.95 이상으로 회수하기 위하여 폴리설폰 중공사 분리막 모듈을 3단으로 연결하여 회수율을 99% 이상으로 얻을 수 있도록 공정을 설계하고 전산 모사하였다. 수치 해석 시 이산화탄소 투과도와 선택도를 이산화탄소의 부분증기압 함수로 나타내어 전산 모사를 수행하여 정확도를 높이고자 하였다. 공급 기체 압력, 공급 기체 내 메탄 농도, 그리고 분리막 모듈 내 분리막 면적이 클수록, 생성물 내 메탄 몰분율 농도가 증가함을 알 수 있었다. 그러나 생성물 내 메탄 몰분율 농도를 0.95 이상, 동시에 메탄 회수율을 99% 이상 얻기 위해서는 분리막 모듈의 분리막 면적을 적절히 선택하여야 하며, 선정된 분리막 모듈을 다단 공정으로 구성함에도 불구하고 공급 기체 압력, 공급 기체 유속, 그리고 공급 기체 메탄 농도를 제한적 범위 내에서 조절하여야 함을 알 수 있었다.

• 대한화학회지
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• 제43권2호
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• pp.156-160
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• 1999

메탄-산소를 아르곤으로 희석한 혼합기체의 점화 과정을 1516-1937K 온도 범위에서 반사 충격파를 이용하여 고찰하였다. 메탄 기체의 점화 지연 시간은 충격관 끝에서 5.0 cm 떨어진 곳에서의 압력 변화 및 광 방출을 측정하여 구하였으며, 각 혼합기체의 농도 의존도 및 온도 의존도에 관한 실험식을 구할 수 있었다. 메탄 산화 과정에 관한 실험 결과를 설명하기 위해 GRI 1.2 메카니즘을 이용한 컴퓨터 모의 실험을 수행하였다.

• 멤브레인
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• 제21권2호
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• pp.177-192
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• 2011

바이오 가스의 분리와 정제를 위해 셀룰로오스 트리아세테이트(CTA) 고분자를 이용하여 중공사형 기체분리막을 상분리법에 의해 제조하고, 제조된 기체분리막을 사용하여 유효 막면적이 0.17 $m^2$인 중공사형 기체분리막 모듈을 제조하였다. 제조된 기체분리막 모듈의 순수 기체투과도틀 메탄, 산소, 이산화탄소에 대하여 측정하였다. 메탄의 투과도는 평균 0.46 GPU를 나타내었으며, 이산화탄소의 투과도는 평균 18.52 GPU였으며 이때 ${\alpha}CO_2$/$CH_4=40.4$를 나타내어 매우 높은 선택도를 나타내었다. 순수 가스 투과 테스트 후 혼합 가스에 대한 분리 정제 테스트를 4가지 모사가스에 대하여 진행하였으며 1 stage, 2 stage, 3 stage로 기체분리막 모듈을 구성하여 stage cut의 변화에 따른 각 부분에서 발생되는 기체의 농도 및 유량을 측정하였다. 1 stage에서는 stage cut이 상승함에 따라 메탄의 농도가 상승하는 것을 알 수 있었으며, 메탄 회수 효율은 떨어지는 것을 알 수 있었다. 2 stage 테스트에서는 1 stage와 유사한 거동을 보이는 것을 알 수 있었으며 메탄의 회수 효율은 1 stage보다 상승하는 것을 알 수 있었다. 바이오 가스 내에 존재하는 메탄의 손실을 줄이기 위해 3 stage 테스트를 진행하였으며, 그 결과 메탄가스의 손실율을 5% 이내로 줄일 수 있는 모듈의 배열을 찾아내었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.577-580
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• 2010

기체메탄/액체산소를 추진제로 이용한 동축인젝터를 설계하였으며, 전단(기체)/전단(액체)형 인젝터와 전단(기체)/스월(액체)형 인젝터 두 가지로 제작하였다. 수류시험을 통해 두 가지 인젝터의 미립화와 분무특성을 알아보았다. 전단/전단형 인젝터는 물줄기 형태로 분무되고, 전단/스월형 인젝터는 hollow cone형태로 분무되었다. 전단/전단형 인젝터보다 전단/스월형 인젝터의 미립화 성능이 우수하였다.

• 멤브레인
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• 제32권2호
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• pp.140-149
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• 2022

본 연구에서는 폴리술폰 분리막을 이용한 바이오가스 정제 공정으로 고선택성 소재를 이용한 2단 공정의 높은 회수율 및 경제성과 동등한 수준의 회수율을 확보하기 위해 저온 고압의 분리막 공정을 설계하고 평가하였다. 폴리술폰 고분자를 4성분계 도프를 이용하여 비용매 유도 상전이법으로 중공사 분리막을 제조하였다. 기체 분리용 중공사 분리막은 1.6 m²의 유효 막면적을 갖는 샘플을 제조하여 상온 및 저온에서 기체 투과 특성을 평가하였다. 제조된 기체분리막 모듈의 온도에 따른 기체 투과 특성을 분석하기 위하여 온도별 단일 기체 투과도를 평가한 결과 이산화탄소와 메탄 투과도는 20℃에서 각각 412, 12.7 GPU이며, -20℃에서는 각각 280, 3.6 GPU로써 이상 선택도는 32.4에서 77.8로 향상되었다. 단일 기체 투과 테스트 후 혼합 기체에 대한 분리 테스트를 진행하였으며, 모듈 1단 구성 및 2단 구성(막 면적비 1:1, 1:2, 1:3)을 통하여 투과 거동을 살펴보았다. 1단 구성에서는 stage-cut이 상승함에 따라 메탄의 농도가 상승하지만, 반대로 회수율은 떨어지는 결과를 나타내었다. 2단 구성 테스트에서는 메탄 농도 97% 기준에서 막 면적비 1:1보다 1:3이 메탄의 회수율이 더 높게 측정되었으며, 공급 기체의 온도가 낮을수록 메탄의 회수율이 높아짐을 확인하였고, 최종적으로 폴리술폰 2단 공정에서 메탄 농도 97%, 회수율 97%의 결과를 달성하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제25권6호
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• pp.45-52
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• 2021

본 연구에서는 액체 추진제 소형로켓엔진의 개발을 위한 선행연구로 연료과농 조건의 기체메탄-기체산소 연소시험 결과를 제시한다. 다양한 당량비에 대한 연소특성을 비교하기 위해 산소 공급 유량을 12 g/s로 설정하고 메탄 공급 유량을 변화시켰다. 시험 결과, 연소시험 중 형성되는 정상상태 특성속도가 후반에서 급작스럽게 증가하는 현상이 관측되었으며, 그 변화량은 당량비에 비례하여 커지는 경향을 확인할 수 있었다. 이를 바탕으로 특성속도의 변이특성에 종속하는 당량비 구간을 총 3가지 연소 범주로 구분하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.877-880
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• 2011

기체메탄/액체산소를 추진제로 사용하는 동축 스월/전단형 인젝터를 설계 및 제작하였다. 각 추진제의 오리피스 개수와 유입오리피스 후단의 형상 등은 상용 해석프로그램인 Fluent를 이용하여 유동해석을 수행한 결과를 바탕으로 결정하였다. 설계/제작된 인젝터는 수류시험을 통해 차압에 따른 설계유량을 측정하였고, 패터네이터를 이용하여 유량분포의 균일성을 확인하였다. 측정결과 설계 유량의 약10% 내외의 차이를 보였으며, 산화제 인젝터의 분무각은 $66^{\circ}$로 측정되었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.658-661
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• 2011

기체메탄/액체산소를 추진제로 사용하는 동축 스월/전단형 인젝터를 설계 및 제작하였다. 각 추진제의 오리피스 개수와 유입오리피스 후단의 형상 등은 상용 해석프로그램인 Fluent를 이용하여 유동해석을 수행한 결과를 바탕으로 결정하였다. 설계/제작된 인젝터는 수류시험을 통해 차압에 따른 설계유량을 측정하였고, 패터네이터를 이용하여 유량분포의 균일성을 확인하였다. 측정결과 설계 유량의 약 10% 내외의 차이를 보였으며, 산화제 인젝터의 분무각은 $66^{\circ}$로 측정되었다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제29권3호
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• pp.478-485
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• 2012

고분자는 우수한 투과선택도 및 가공성으로 인하여 여러 기체 혼합물의 분리를 위한 막의 소재로 널리 이용되고 있다. 본 연구에서는 polyamide 복합막을 이용하여 $CH_4$ 및 $CO_2$ 혼합기체의 분리특성에 관한 연구를 수행하였다. 본 연구를 위한 모사 기체로는 순수 메탄과 이산화탄소를 혼합하여 사용하였으며, 서로 다른 운전조건에서의 투과실험을 수행하였다. 주입 기체의 유량은 800~1000 $cm^3/min$으로 변화시켰으며, stage cuts의 변화는 50~60 %로 하였다. 또한 분리막의 운전 온도는 $30{\sim}70^{\circ}C$에서 변화시켰으며 기체의 초기 주입압력은 6 bar로 설정하였다. 각 실험조건에서 메탄과 이산화탄소의 투과도를 평가하였고 이때 permeate에서의 이산화탄소에 대한 선택도를 함께 평가하였다. 또한 본 연구에서는 Arrhenius plots를 이용하여 메탄과 이산화탄소의 분리막에 대한 투과 활성화 에너지를 얻었다.

• 공업화학
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• 제7권4호
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• pp.605-613
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• 1996

Cellulose acetate(CA) 비대칭막, CA 복합막 그리고 cellulose triacetate(CTA) 비대칭막을 통한 순수 이산화탄소 및 메탄의 투과 특성을 측정하여, 투과성능의 운전압력에 대한 영향을 조사하였다. 그리고 이산화탄소와 메탄의 혼합기체($CO_2/CH_4=57.6/42.4$)에 대한 투과 특성을 조사하여, 이를 순수 기체의 투과 특성으로부터 얻어진 결과와 비교하였다. 실험은 25~125 psig의 분압과 상온에서 실험하였다. CA 복합막과 CTA 막을 통한 기체의 투과거동은 CA 막의 투과 거동과 비슷하였다. CA 막, CA 복합막 그리고 CTA 막을 통한 순수 이산화탄소의 투과속도는 상부분압이 증가함에 따라 약간 증가하였으며, 반면에 메탄의 경우에는 상부분압에 의존하지 않고 일정하였다. 그러나 혼합기체의 경우 이산화탄소에 의한 가소화 효과와 각 기체의 경쟁효과에 의해 순수 기체와는 다른 투과거동을 보였다. 각각의 분리막의 투과성능을 비교 할 때, CTA 막의 분리인자와 투과속도가 CA 막의 값들보다 높은 값을 나타내었으며, CA 복합막의 투과속도가 CA 막의 값보다 높은 값을 가졌다. 그러나 CTA 막의 경우 기계적 강도가 매우 낮았다. 결국 본 연구에 사용된 CA 복합막이 투과 플럭스가 크므로 이산화탄소와 메탄의 분리용 막으로 적합하다고 생각된다.