• 한국분무공학회지
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• 제26권2호
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• pp.57-66
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• 2021

The reactivity controlled compression ignition (RCCI) is the technology that provides two different types of fuel to the combustion chamber with the advantage of significantly reducing particulate matter and nitrogen oxides emissions. However, due to the characteristics of lean combustion, combustion efficiency is worsened. The conventional type of pistons for conventional diesel combustion (CDC) has mostly been used in the researches on RCCI. Because the pistons for CDC are optimized to enhance flow and target spray, the pistons are unsuitable for RCCI. In this study, a piston that is suitable for RCCI is designed to improve combustion efficiency. The new piston was designed by considering the factors such as squish geometry, bowl depth, and surface area. The experiment was carried out by fixing the energy supply to 0.9kJ/cycle and 1.5kJ/cycle respectively. The two pistons were quantitatively compared in terms of thermal efficiency and combustion efficiency.

• 한국화재소방학회:학술대회논문집
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• 한국화재소방학회 2013년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.77-77
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• 2013

최근의 산업활동에서는 신규 원료 개발과 생산 효율성을 높이기 위하여 분체 공정이 증가하고 있는데, 미세 분진의 취급으로 분진운의 형성과 착화가 용이해지므로 분진폭발이나 화재 위험성이 증가하고 있다. 분진을 안전하게 사용하고 저장, 취급하기 위해서는 착화 전의 위험성 지표로서 최저발화온도(MIT ; Minimum Ignition Temperature)를 사전에 파악해 두는 것이 중요하다. 분진농도의 발화온도는 장치 내의 발화위험성이나 분진 취급 공정의 사고예방대책 관리를 위한 실용적 관점에서 중요하게 활용되는 폭발특성값이다. 또한 분진의 발화온도는 분진농도에 의존하며 농도변화에 따른 가장 낮은 온도를 MIT라고 한다. 본 연구에서는 화재폭발사고 빈도가 줄지 않고 있는 Mg 및 Mg-Al합금(60:40 wt%, 50:50 wt%, 40:60 wt%)을 대상으로 조성비율에 따른 최저발화온도를 실험적으로 조사하였다. Mg 및 Mg-Al(60:40 wt%), Mg-Al(50:50 wt%), Mg-Al(40:60 wt%) 시료의 평균입경은 142, 160, 151, $152{\mu}m$이다. MIT실험장치는 IEC 61241-2-1(Methods for Determining the Minimum Ignition Temperatures of Dust, 1994)에 준거하여 제작하여 사용하였다. 실험장치는 가열로, 분진운 시료홀더, 온도조절장치, 압축공기 제어장치 등으로 구성되어 있다. 구체적인 실험방법은 시험분진를 분진홀더에 장착하고 0.5 bar의 압축공기를 0.3 sec 동안 사용하여 일정 온도로 가열된 로의 내부로 분진운을 부유시킬 때에 분진운이 발화하여 가열로 하단부의 개방구에까지 화염이 전파하는지를 디지털비데오카메라로 기록, 평가하여 발화 유무를 판정하였다. Mg합금에 대한 MIT를 측정한 결과 $740^{\circ}C$가 얻어졌으며, Mg-Al(60:40 wt%)의 MIT는 $820^{\circ}C$로 조사되었다. 그러나 Mg-Al(50:50 wt%) 및 Mg-Al(40:60 wt%)에 대해서는 최대 가열로의 설정온도를 $890^{\circ}C$까지로 하여 농도를 변화시키면서 조사하였으나 발화가 일어나지 않았다. 문헌에 따르면 Mg입자 표면의 산화피막은 다공성으로 일정 온도에서 산화반응이 시간에 따라 직선적으로 증가하는데 반하여, Al의 산화피막은 보호 작용을 하여 일정 온도에서 산화반응속도가 표면과 내부의 농도 기울기에 의한 확산속도에 의존한다고 보고하고 있다. 본 연구결과를 토대로 Mg-Al합금의 발화특성을 고찰해 보면, Mg-Al합금에서 자기 전파성이 작은 Al성분의 증가는 착화지연이 증가하여 연소성이 감소하여 최저발화온도의 증가로 이어지는 것으로 추정되었다. 또한 발화온도는 주어진 조건의 온도장에서 분진이 존재하는 시간 길이에 따라 변화하므로, 발화온도를 실험적으로 측정하는 경우에는 측정장치나 방법에 따라 달라지므로 사업장의 현장에 발화온도를 적용하는 경우에는 장치 내의 분진의 존재시간을 고려할 필요가 있다.

• 한국가스학회지
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• 제24권6호
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• pp.1-10
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• 2020

반응성 조정 압축착화 (Reactivity Controlled Compression Ignition, RCCI) 연소는 착화원인 디젤 연료를 압축 행정 중 이른 시점에 미리 분사하여, 공기와 미리 섞여 들어온 천연가스 연료뿐만 아니라 디젤 연료 자체도 미리 연소 전에 공기와 혼합하여 착화를 이루는 전체 예혼합 혼소(Dual-fuel combustion) 방식의 일종이다. 따라서 기존의 혼소 방식 중에서도 RCCI 연소는 질소산화물(Nitrogen Oxides, NOx) 및 매연(Smoke)을 획기적으로 줄일 수 있고, 또한 높은 열효율을 유지할 수 있는 장점을 지니고 있다. 특히 연소 중 NOx의 발생은 연소 온도와 국부적인 당량비에 관계된 상황에서 당량비를 낮추기 위해 예혼합율을 높이는 시도뿐만 아니라, 연소 온도 감소를 위한 배기재순환(Exhuast Gas Recirculation, EGR)을 적용하는 것이 효과적이다. 그러나 배기재순환은 대개의 경우 터보차저의 압축기 전단에서 추출하는 HP-EGR(High Pressure-EGR) 방식을 적용하는 경우가 많으므로, EGR율을 높일 경우 터빈으로 공급되는 배기의 양이 줄어 배기 엔탈피 감소로 인해 과급이 줄어드는 악영향을 초래할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 서로 다른 두 운전조건에서 천연가스-디젤 RCCI 연소를 시행할 때, EGR율 변화에 따른 엔진 시스템의 제동 출력 및 열효율의 변화에 대하여 실험적으로 분석하였다. 실험 조건은 1,200 rpm/29 kW 수준의 조건과 1,800 rpm/90 kW 이하 조건에서 수행하였으며 NOx와 smoke의 배출조건은 Tier-4 final 배기규제를 기준으로 삼았으며 엔진의 내구성을 고려하여 최고 연소압력은 160 bar를 넘지 않게 제어하였다. 그 결과 1,200 rpm/29 kW 조건에서는 EGR율을 4에서 30 %로 높이더라도 출력 및 열효율의 변화는 미미하였으나, 1,800 rpm 조건에서는 EGR율을 4에서 28 %로 증가할 경우 최대 과급 압력이 2.3에서 1.8 bar로, 최고 출력은 90에서 65 kW로, 열효율은 37에서 33 %로 감소함을 알 수 있었다. 따라서 효과적인 EGR공급을 위해서는 현재 압축기 전단에서 추출하는 EGR을 후단에서 추출하는 LP-EGR (Low Pressure EGR) 시스템이 효과적일 수 있음을 시사한다.

• 한국분무공학회지
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• 제24권4호
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• pp.194-202
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• 2019

A mixture preparation strategy was proposed and evaluated in a diesel-natural gas dual-fuel engine to reduce hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) emissions under low load conditions. An experimental investigation was conducted in a single-cylinder compression-ignition engine. Natural gas was supplied with air during the intake stroke, and diesel was injected directly into the combustion chamber during the compression stroke. First, effects of diesel start of energizing (SOE) and natural gas substitution ratio on the combustion and exhaust gas emissions were analyzed. Based on the results, the mixture preparation strategy was established. A low natural gas substitution ratio and a high exhaust gas recirculation (EGR) rate were effective in reducing the HC and CO emissions.

• 한국가스학회지
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• 제26권3호
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• pp.45-53
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• 2022

디젤엔진의 배출물 개선을 위해 탄소수가 낮은 천연가스를 혼합하여 사용하는 천연가스-디젤 혼소 연소가 각광받고 있다. 특히 자발화 특성에 차이가 있는 디젤과 천연가스의 특성을 이용한 반응성 제어 압축착화(reactivity controlled compression ignition, RCCI) 연소 전략을 통해 기존 디젤엔진의 효율과 배출가스를 동시에 개선시키는 연구가 활발하게 진행되어 왔다. 상사점보다 앞당겨진 디젤 직접 분사시기 적용을 통해 실린더 전체 영역의 균일 혼합기를 형성하여 전체적으로 희박한 자발화 기반 연소를 달성함으로써 질소산화물 (NOx) 및 입자상물질 (PM) 저감과 제동열효율 개선을 동시에 달성할 수 있다. 하지만 매우 희박한 저부하 영역에서 불완전 연소량이 증가하는 단점이 존재하며, 안정적인 연소 구현을 위해 디젤 분사시기가 민감하게 제어되어야 하는 어려움도 존재한다. 본 연구에서는 앞서 언급된 저부하 영역에서의 천연가스-디젤 혼소 엔진의 효율 및 배기 개선을 확인하고, 동시에 발전용 엔진 구동 영역에서 디젤 분사시기에 따른 연소안정성을 평가하였다. 실험에는 6 L급 상용디젤 엔진이 사용되었으며, 1,800 rpm, 50% 부하 영역 (~50 kW)에서 실험이 진행되었다. 제동효율 및 연소안정성을 개선하기 위한 전략으로 분무 패턴이 다른 2개의 인젝터를 적용하였으며, 천연가스/디젤 비율과 디젤 분사시기를 바꿔가면서 실험이 진행되었다. 실험 결과, 협각 분사가 추가된 수정 인젝터에서 제동 열효율이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 연소안정성 및 출력, 그리고 강화된 배기 규제를 고려하였을 때 수정 인젝터의 분무 패턴이 예혼합연소 형성에 적합하였고 이를 통해 질소산화물 배출량을 Tier-V 기준치인 0.4 g/kWh 이하로 저감함으로써 RCCI 연소 가능 영역을 확장할 수 있음을 실험적으로 확인하였다.