본 논문에서는 와류분사기를 가진 액체로켓엔진용 축소형 연소기의 설계/제작/시험에 대해 기술하였다. 와류분사기는 내부에 액체산소 외부에 케로신을 공급하여 노즐 외부에서 혼합하는 구조를 가지고 있다. 축소형 연소기는 분사기 헤드, 삭마 냉각방식의 내열재 연소실 그리고 물냉각 노즐로 구성되어 있다. 분사기 헤드는 18 개의 주 분사기, 하나의 중앙 분사기, 연료 메니폴드, 산화제 메니폴드 그리고 추진제 분배기 등으로 구성되어 있다. 축소형 연소기 제작 후 수류시험 및 점화시험을 거쳐 설계점 및 탈설계점에서의 연소시험을 성공적으로 수행하였다. 연소시험결과 분사기 차압은 수류시험시의 값과 비슷하였고 연소효율은 목표치보다 높게 나왔으며, 정상연소시 동압의 진폭은 규격조건을 만족하였고 고주파 연소 불안정은 발생하지 않았다.
연료전지의 안정성 여부를 장시간에 걸쳐 측정하기 위한 stability test logic을 LabVIEW 기반으로 설계하여 개선된 평가 system을 구성하였다. 일반적으로 사용되어온 logic에서 탈피하여 다량의 데이터 수집을 통한 평균값과 표준편차를 도출함으로서 연료전지 성능 데이터의 안정성 검증과 신뢰도를 대쪽 향상시킬 수 있었다. 가습의 새로운 개념인 water injection system방법을 제시하였으며 양측가습의 경우와 비교할 때 4% 이하의 미미한 성능 차이를 보였다. Water injection system의 경우 가습에 필요한 에너지를 최소화할 수 있으므로 전체적인 에너지효율을 높일 수 있고 system을 소형화할 수 있다는 장점이 있다. 영하의 조건에 연료전지를 방치한 후 실험을 수행한 경우 성능이 다소 감소하였으며, 이와 같은 현상은 MEA의 구조 및 제조사에 따라 영향을 받는 것으로 사료된다. 연료전지 운전 후 영하의 상태로 내려가기 전에 가스를 사용하여 내부의 물을 제거하는 방법에 대한 실험을 수행하였다. 저온방치 전 건조실험에서 전극면적이 $25cm^2$인 경우에 성능저하가 거의 없었다.
성질이 서로 다른 그물 구조형 이온교환수지인 Amberlyst-15, Amberlyst-15(wet)와 Amberlyst XN-1010을 가지고 고정층 상압 유통식 반응장치에서 옥탄가 향상제인 TAME 합성반응을 행하였다. Amberlyst-15가 Amberlyst-15(wet)와 Amberlyst XN-1010에 비해 활성이 좋았는데 그 이유는 겔형 미세입자 내부 활성점의 반응참여 정도가 크기 때문으로 생각되며, TAME 합성반응의 최적 조건들은, 반응온도=$135^{\circ}C$, 반응물 몰비(MeOH/I.A.A.)=1.0~4.0, W/F=2.0~4.0 gr.-cat. hr/gr.-mole일 때이었다. X-ray 회절 분석결과 $2{\theta}=20$에서 styrene divinyl benzene이 가교결합을 나타냈으며, DSC 분석결과 열적 안정성의 순서로는 Amberlyst-15, Amberlyst-15(wet) 및 Amberlyst XN-1010이였다. 본 실험에서 구한 TAME 합성의 겉보기 활성화 에너지 값은 Amberlyst-15:Ea=12.36 kcal/mole, Amberlyst-15(wet):Ea=12.46 kcal/mole 및 Amberlyst XN-1010:Ea=14.72 kcal/mole이였다.
본 논문은 2015년에 발생된 의정부 공동주택화재와 같이 화재발생시 초기 피난실패로 안타까운 인명피해 발생을 최소화하기 위하여 피난성능향상을 위한 주소형 비상방송시스템의 필요성에 관한 연구이다. 특히, 현대 건축물과 같이 복잡한 내부구조에서 발생되는 화재피해를 최소화하기 위해서는 정확한 화재위치를 재실자에게 경보하여 초기 피난방향 오류방지를 통해 효율적인 피난이 가능한 적응성 있는 비상방송시스템의 도입이 필요하다. 이에 본 연구에서는 기 개발된 주소형 시스템을 이용한 주소형 비상방송시스템을 설계 제작하고, 기존 재래식 비상방송시스템과의 성능비교실험을 실시하여 피난성능향상을 위한 주소형 비상방송시스템의 필요성을 확인하였다. 실험결과 주소형 비상방송시스템이 재래식 비상방송시스템보다 축소모형 피난성능실험에서는 최대 30.3%, 복도 피난성능실험에서는 최대 54.6% 이상 피난완료시간이 단축시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
수소의 소규모 분산 생산 기술은 본격적 인 수소 인프라가 도입되기 전에 연료전지 자동차의 수소 충 전용이나 분산 발전형 연료전지의 수소 공급을 위해 필요하다. 생산 용량은 수소 기준으로 $10\~100 Nm^3/hr$ 정도로 현재로선 천연가스의 수증기 개질법이 가장 경제적인 공정으로 알려져 있다. 소규모 생산에 따른 열효율 저하를 줄이 기 위해 단위 공정들이 통합된 컴팩트 개질 시스템의 개발이 필요하다. 핵심 기술인 컴팩트 리포머의 국산화 기술 확보를 위하여 $20 Nm^3/hr$용량의 동심관형 리포머를 설계, 제작하였다. 내부구조는 제작의 단순화를 고려하여 중첩된 동심관이 배열되었고 압력 손실과 열웅력 발생을 억제하도록 유로를 배치하였다. 수증기개질 반응에 필요한 반응열은 리포머 본체에 부착된 버너를 이용하여 공급하였다. 성능 측정을 위한 부속 기기로 상온 흡착식 탈황기, 폐열 회수형 수증기 발생기, 반응물 예열을 위한 열교환기, 생성 가스 응축기를 설계 제작하여 전체 리포밍 시스템을 구성하였다. 반응 온도 $680\~720^{\circ}C$, 탄소 대 수중기 비(S/C ratio) $2.7\~3.2$ 조건에서 수증기 개질 반응을 수행하였다. 해당 반응 조건에서 메탄 전환율 $89\%$ 이상, 저위 발열량 기준 개질 열효율 $70\%$ 이상을 달성하였고 개질 생성가스 내 수소의 최대 유량은 $23.4Nm^3/h$였다. 개발된 리포밍 시스템은 고순도 수소 생산이 필요한 경우, 수소 수율 향상을 위한 고온 수성 가스 전화 반응기를 통합 가능하도록 열교환기 구성을 조정할 수 있으며 용융 탄산염 연료전지와 같이 고온형 연료전지의 경우 $550^{\circ}C$ 이상으로 개질 생성 가스를 공급하도록 구성할 수도 있다. 향후 리포머 본체의 개질 효율 향상 및 장치 소형화, 부속 기기의 최적화를 통한 전체 리포밍 시스템 개선, 스케일 업 설계를 위한 엔지니어링 설계 패키지 구성을 계획하고 있다.
현대사회에서 화재에 의한 물적 피해는 물론 인적피해가 현저하게 증가하고 있으며 희생자의 사망원인이 종래에는 화재시 발생한 열에 의한 화상을 중심으로 하는 소사였지만, 최근에는 화염보다 독성가스로 인하여 사망하는 경우가 많아졌고, 희생자는 거의 화상을 확인할 수 없거나 화상자이더라도 혈액 중에서 일산화탄소를 중심으로 한 유독가스가 확인되기 때문에 이들 유독가스의 흡입으로 인하여 행동불능상태 이후 열의 영향으로 사망한 것으로 추정되는 사례가 증가하는 추세이다. 따라서 대규모 건축물에 있어서는 화재발생시 유독가스가 건물 전체로 연소 확대되는 것을 방지하기 위하여 넓은 면적을 일정한 면적으로 구획하거나 계단실 등과 다른 부분 또는 층별 등으로 구획하고 있으며, 국내의 방화구획은 크게 다른 층으로 화재전파를 막기 위한 층간 방화구획, 연소면적을 제한하기 위한 면적별 방화구획, 다른 용도로 인한 화재 위험성 감소를 위해 용도별 방화구획으로 3가지를 법에서 채택하고 있다. 방화구획은 방화문 또는 자동방화셔터를 이용하거나, 내부구조의 바닥, 벽, 각종 방화문으로 구획할 것을 정하고 있다.(피난방화규칙 제14조) 본 연구에서는 철제방화셔터 대체용으로 직물방화셔터용의 실리카 소재를 이용하여 제직한 직물에 내열/차연 기능성 코팅의 공정 조건을 변화하여 최종 방화시험을 거치기 전 내열성 테스트중 하나인 불꽃열 통과량 실험을 실행하여 방화 직물의 내열성을 비교 분석하였다. 이러한 결과를 토대로 본 연구는 고내열/차연성 방화 제품 기술을 개발하는데 필요한 연구를 수행하는데 목적이 있다.
본 연구는 미스 반 데어 로에의 일리노이 공과대학 캠퍼스(1339-1359)의 구성과 공간적 특성을 분석하는 것을 주제로 한다. 미스의 건축에 대한 연구가 "보편적 공간"이나 구조적 합리성 등 단일 건축물에 치중되어 왔다면 IIT 캠퍼스는 여러 동의 건물로 공공 공간을 구성한 단지계획이라는 점이 연구의 동기라고 할 수 있다. 본 연구에서는 미스의 기존 작품들과의 연관성을 도출하고 IIT 캠퍼스의 계획의도를 분석하기 위해 미스가 그린 스케치, 배치도, 투시도 등을 분석하였다. 그리하여 도출한 결론은, 첫째 미스는 단순한 형태의 선형건물을 공공 공간을 규정하는 벽처럼 사용하여 "흐르는 공간"을 캠퍼스 전반에 구현하였다. 둘째, IIT 캠퍼스는 그 자체로 도시 공간의 한 일부분으로서 통합되는 "중립적 프레임"이 되었다. 셋째, 캠퍼스의 내부에는 학생들을 위해 외부의 혼잡함으로부터 보호받으며 조용한 안정감을 주는 동시에 주변 공간과 연속되고 개방된 공공 공간을 만들었다.
최근의 전자재료들은 산화물 기반의 소자들을 이용하며 이들 소자의 특징은 가시광 영역에서의 높은 투과도와 실리콘 기반의 소자에 비해서 높은 이동도를 나타낸다. 이러한 점을 활용하여 LCD, PDP, 태양전지 등으로의 응용을 위해 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 비정질임에도 이동도가 $10cm^2/V{\cdot}s$ 정도로 높은 이동도를 가지고 있는 a-IGZO 박막에 대하여 RF magnetron sputtering 법을 이용, 다각도의 연구를 진행하였다. 기판은 Corning 1737 유리기판을 사용하였으며 유기 클리닝 후 즉시 챔버 내부에 장착되었다. IGZO 타겟은 $In_2O_3$, $Ga_2O_3$, ZnO 분말을 각각 1:1:2mol% 조성비로 혼합하여 소결한 타겟을 사용하였으며 AFM, SEM, XRD 투과도를 이용하여 산소의 함량과 RF power에 따른 박막의 변화를 알아보았다. 박막 증착 조건으로는 초기 압력을 $2.0{\times}10^{-6}$ Torr, 증착압력으로 $2.0{\times}10^{-2}$ Torr를 유지하였으며, Ar 과 $O_2$의 비율을 10에서 40%까지 변화시키며 시편을 제작하였다. AFM 분석결과 $O_2$가 첨가될수록 박막의 거칠기가 감소하였으며, XRD 결과 Bragg's 법칙을 만족 하지 않는 비정질 구조임을 확인할 수 있었다. 가시광선 투과 특성은 $O_2$를 첨가한 박막이 첨가하지 않은 박막보다 우수하였으며 그 평균은 85% 이상으로 양호하였다. Hall과 XPS 분석결과 산소함량이 많아질수록 박막의 특성이 절연체의 특성을 가짐을 확인하였다.
$BaTiO_3$를 기본조성으로 하는 PTC 써미스터는 Curie 온도이상에서 저항이 급격히 상승하는 산화물 반도체 세라믹이다. 이러한 성질을 이용하여 degaussing 소자, 정온 발열체, 온도센서, 전류 제한소자 등 상업적으로 여러 분야에서 연구되고 있다. 또한 원가절감 등을 위하여 Ni 내부전극을 사용하여 환원 분위기에서 소결하는 칩 타입에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 Sm 함량(0.1at%~1.0at%)을 달리한 $BaTiO_3$(Si, Mn, Ca) 계를 선택하여 3%$H_2/N_2$ 분위기에서 1200~$1260^{\circ}C$, 2h 소결한 후 공기 중에서 재산화 처리하고 재산화 시간에 따른 PTC 특성 변화에 대하여 고찰하였다. 재산화 온도와 시간은 각각 $800^{\circ}C$와 0.5h~10h으로 하였다. Sm 함량을 달리하여 환원 분위기에서 소결한 시편의 미세구조와 PTC 특성과의 상관관계를 관찰한 결과, 소결온도가 낮을수록 PTC 특성은 좋아졌으며, 상온 비저항은 Sm 함량이 높아질수록 낮아졌다. 또한 Sm 함량이 높아질수록 jumping ratio$(R_{max}/R_{25^{\circ}C})$는 낮아졌다. 재산화 시간에 따른 PTC 특성은 다소 떨어졌지만 소결온도에 따라 달리 나타났다. Jumping ratio$(R_{max}/R_{25^{\circ}C})$는 Sm을 0.7 at% 첨가한 계에서 재산화를 1시간 처리한 시편에서 가장 우수하였다.
규소 표면의 기계적 손상은 산화 공정 중에 규소 표면에 여러 가지 형태의 결함들을 발생 시킨다. 규소 표면에 손상을 주는 마모 입자가 커짐에 따라 OISF보다는 etch pit의 형상이 동굴형인 선 결함(line defects)들이 많이 발생된다. 이들 결함들은 실리콘 결정을 성장시키는 단계에서 형성되는 결함들과는 상호 관련이 없다. 방향성 응고법으로 성장된 규소 결정속에 존재하는 결함들은 주로 twin과 stacking fault들이며 응고과정에서 발생이 예상되는 응력에 의한 전위는 거의 발견되지 않았다. 따라서 Czochralski 법으로 성장된 단 결정 규소뿐 아니라 방향성 응고법으로 성장된 다 결정 규소 기판도 표면의 결함들을 이용하여 extrinsic gettering을 통한 규소 결정 내부의 불순물 제거의 가능성이 높다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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