• 에너지공학
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• 제21권4호
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• pp.402-410
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• 2012

본 연구에서는 가솔린 엔진 자동차에서 엔진 폐열 회수를 위한 이중 회로 랭킨 사이클 성능 해석이 수행되었다. 고온(HT)의 엔진 배기가스 열회수를 위해서는 물을 사용하는 스팀사이클이 적용되었고, 엔진 냉각수열과 고온 사이클로부터의 응축열을 활용하는 저온(LT) 사이클은 R-134a를 사용하는 유기랭킨사이클이 적용되었다. 고온 및 저온 열원을 동시에 활용하는 이중 회로 시스템의 특성을 파악하기 위해 에너지 및 엑서지 분석이 수행되었다. 고온 및 저온 사이클에 사용되는 용적형 팽창기의 체적이 차량적용을 위한 시스템 최적화에 매우 중요하며 시스템 최적화를 위해서는 반드시 고려되어야 한다. 목표로 하는 엔진 운전 조건에서 고온(HT) 팽창기와 저온(LT) 팽창기의 체적을 고려하면서 고온(HT) 사이클의 팽창비와 저온(LT) 사이클의 응축온도가 시스템의 성능에 미치는 영향을 파악하였다. 본 연구에서는 이러한 이중 회로 랭킨 사이클 시스템에 의해 목표 엔진 운전조건에서 엔진 폐열로부터 약 21%의 추가 동력을 얻을 수 있는 것으로 예측되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권1호
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• pp.35-43
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• 2010

본 연구에서는 물을 재순환하는 이상적인 순산소 발전시스템의 작동조검 변화에 따른 성능해석을 수행하였다. 순산소 발전시스템에서의 터빈은 작동유체의 연소기 출구온도에 따라 증기터빈 또는 가스터빈을 사용할 수 있다. 본 연구의 순산소 사이클에서는 터빈입구온도를 가스터빈 수준으로 가정하였으며, 터빈출구의 과열도 증대를 위해 재열시스템을 채택하였다. 또한 터빈출력 증대를 위해 터빈출구 압력을 진공상태로 가정하였으며, 이에 따라 가스터빈 출구에서 추가의 팽창과정이 요구된다. 터빈입구온도, 압력비, 응축기압력과 같은 중요 작동 조건의 변화에 따른 시스템 성능이 해석되었으며, 시스템 구성 변화에 따른 효율 변화도 검토하였다. 결론에서는 성능을 최적화시키면서 고순도의 이산화탄소 회수가 가능한 순산소 발전시스템의 최적 작동조건을 제안하였다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제33권4호
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• pp.836-847
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• 2016

본 연구는 바이오매스를 열분해하여 생성된 수상오일(water soluble oil)을 얻었다. MDO(Marine Diesel Oil)와 수상오일을 유화시켜 생성된 에멀젼 연료의 특성과 배출가스를 연구 하였다. 바이오매스로는 톱밥을 사용하였고 $500^{\circ}C$에서 열분해하여 생성된 물과 탄화수소를 응축시켜서 수상오일을 얻었다. 수상오일을 MDO에 10~20% 까지 혼합 후 유화시켜 에멀젼 연료를 만들었다. 엔진 배출가스 측정은 엔진 dinamometer로 실시하였다. 유화연료는 연소실내에서 미세폭발을 일으켜 연료를 잘게 쪼개어 주어 smoke를 감소시킨다. 그리고 물이 연소실내의 기화열을 빼앗아 연소실 내부의 온도를 낮추어 NOx 생성을 억제하는 효과를 갖는다. ND-13모드의 각 모드별 배출가스온도가 MDO에 비해 유화연료를 사용했을 때 낮게 나온 것으로 뒷받침 될 수 있었다. 유화연료의 함수율이 증가함에 따라 NOx와 smoke의 배출량은 줄어들었으며, 출력도 함수율 증가에 따라 유화연료 자체의 발열량 감소로 인하여 줄어든 것으로 판단된다. ND-13모드에서 MDO 유화연료를 시험한 결과 바이오매스오일 함유량 20%인 유화연료의 NOx 감소량은 약 25%, smoke의 총감소량은 약 60%, 그리고 약 15%의 출력손실을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.655-655
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• 2013

그래핀은 높은 전자 이동도, 열전도도, 기계적 강도, 유연성 등의 고유한 특성으로 다양한 분야에 응용하기 위한 연구가 수행되고 있으며, 특히 전자 소자에의 적용에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 전자 소자에 적용하기 위해서는 성장 및 물성에 관한 규명, 응용 소자에 따른 특성 평가가 필요하다. 이러한 소자 특성은 그래핀 물성에 의한 영향이 기본적이지만 에칭, 전사 등의 공정 중 발생하는 오염, 표면 특성, 잔여물 등에 의한 물성 변화 또한 분석 및 제어에 관한 연구가 필요하다. 열화학증착법(thermal chemical vapor deposition)을 이용한 그래핀 합성은 구리 기판을 사용하며, 합성된 그래핀의 에칭, 박리 및 전사 공정이 있다. 이러한 공정 중 발생하는 오염 입자가 그래핀 표면에 흡착되거나, 제거되지 않은 PMMA 잔여물이 그래핀의 특성에 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 $CO_2$ 클러스터의 표면 충돌을 이용하여 이러한 오염 물질 및 잔여물을 제거하고 그래핀 표면을 평탄화하는 것에 관한 연구를 수행하였다. 가스 클러스터란 작동기체의 분자가 수십에서 수백 개 뭉쳐 있는 형태를 뜻하며 이렇게 형성된 클러스터는 수 nm 크기를 형성하게 된다. 그리고 짧은 시간의 응축에 의해 수십 nm 크기 까지 성장 하게 된다. 클러스터를 이용한 표면 처리는 충돌에 의한 제거에 기반 한다. 따라서 생성 및 가속되는 클러스터로부터 대상으로 전달되는 운동량의 정도가 세정 특성에 영향을 미치며 이는 생성되는 클러스터의 크기에 종속적이다. 생성 클러스터의 크기 분포는 분사거리, 유량, 분사 각도, 노즐 냉각 온도 등의 변수에 관한 함수이다. 본 연구에서는 이러한 변수들을 제어하여 클러스터를 이용한 그래핀 표면 처리 실험을 수행하였다. 평가는 클러스터 표면 처리 전과 후의 특성 비교에 기반 하였으며, 광학 현미경을 이용한 표면 형상 측정, 라만분광 분석, AFM을 이용한 표면 조도 측정, 그래핀 면저항 측정 결과를 비교하였다. 평가 결과를 통하여 표면 처리를 하지 않은 그래핀에 비하여 면저항과 표면 조도가 낮아지는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 클러스터 세정은 300 mm 웨이퍼 크기 이상의 대면적을 짧은 시간에 건식으로 세정할 수 있다는 장점이 있어 향후 최적화를 통해 그래핀 양산 시 특성 향상을 위한 후처리 방법으로 사용될 수 있음을 확인하였다.

• 분석과학
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• 제17권3호
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• pp.251-262
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• 2004

생활폐기물을 매립, 처리하는 위생매립장에서 발생된 침출수의 삼중수소 분포 특성을 조사하기 위해 침출원수, 처리수 및 메탄가스응축수의 삼중수소 농도를 측정하였다. 또한 침출수 및 처리수의 콜로이드 크기에 따른 삼중수소의 용존특성을 조사하였다. 침출수의 주요 무기물 오염성분은 Na, K, Ca, Mg, 암모니아성 질소 및 염소이온이었다. 연구대상 매립장중 2개 매립장을 제외한 나머지 매립장의 침출수에서 환경준위보다 수십 내지 수백 배 이상 높은 농도의 삼중수소가 검출되었으며, 조사기간중 침출수의 평균 삼중수소 농도분포는 17 ~ 1196 TU였다. 메탄가스응축수 및 침출수 처리공정을 거친 처리수에서도 침출수와 비슷한 수준의 삼중수소가 검출되었다. 이와 같은 삼중수소의 농도는 삼중수소의 음용수 기준에 비해 약 100배 이상 낮은 수준임을 확인할 수 있었다. 침출수중 삼중수소는 대부분 $0.45{\mu}m$ 이하의 용해성 콜로이드에 분포되어 있었나, 일부는 $0.45{\mu}m$ 이상의 콜로이드에 분포되어 있는 것으로 추정되었다. 침출수의 삼중수소와 총유기성탄소가 상대적으로 높은 상관성을 나타내었다. 그러나 침출수의 삼중수소 농도는 매립장의 규모, 수문학적 특성 및 매립연령 등과 특별한 상관성이 없는 것으로 나타났다.

• 한국가스학회지
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• 제27권3호
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• pp.27-34
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• 2023

고체 산화물 연료전지의 연료로 암모니아를 사용하는 것은 고효율, 환경 친화성, 보관 및 운송의 용이성으로 인해 주목받고 있다. 암모니아 활용 SOFC 시스템의 효율을 더욱 높이려면 시스템의 비효율적인 구성 요소를 이해해야 하며 이를 위해 엑서지 분석을 수행하였다.본 연구에서는 단순 연료전지 시스템(FC), 연료극 재순환 시스템(RC-FC) 및 수분 제거 재순환 시스템(RC-WR-FC)의 세 가지 시스템에 대해 엑서지 분석을 수행하였다. FC, RC-FC 및 RC-WR-FC의 엑서지 효율은 각각 48.7%, 51.6% 및 58.4%이었으며, 세 시스템 모두에서 SOFC 스택은 엑서지 파괴의 주요 원인이었다. 또한 버너, 공기 열 교환기 및 냉각기/응축기와 같이 낮은 효율을 가진 부품들을 재구성한다면 효율을 높일 수 있다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제4권2호
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• pp.43-51
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• 2001

현재 우리 나라 해양 환경 오염의 실태는 매우 심각하다. 또한 이로 인한 피해가 수산 양식 및 선박의 안전 운항에 많은 지장을 초래하고 있다. 그 동안 이를 해결하기 위한 대책의 일환으로 오염원인 해양 폐기물을 수거하여 소각한 후 매립하는 방법을 주로 사용하여 왔다. 하지만 이 방법에는 몇 가지 문제점들이 있다. 먼저 해양 폐기물 중에서 가연성 물질의 대부분은 고분자 화합물로서 이를 소각하기 위해서는 별도로 고안된 장치가 필요하고 배기에 의한 대기 오염의 우려가 있다. 또한 매립은 폐기물 그 자체가 자연분해가 거의 불가능하며 침출수에 의한 토양 오염이 우려된다. 따라서 최근에는 이러한 고분자 폐기물을 열분해하여 오일을 회수함으로써 자원을 재활용하고 2차 오염도 일으키지 않는 처리 방법에 대한 연구가 활발하게 수행되고 있다. 본 연구에서는 고분자 해양 폐기물을 열분해하여 오일을 회수하기 위한 장치를 개발하기 위하여 폐기물의 물리적ㆍ화학적 특성 및 승온 속도 변화가 폐기물의 감량특성에 미치는 영향 등을 조사하였다. 그리고 폐기물을 승온 속도 변화에 따라 열분해하여 회수된 오일과 비응축 가스의 비율을 실험함으로써 가장 많은 오일이 회수되는 조건을 밝혀내기도 하였다. 끝으로 열분해 오일 회수 장치에 대한 경제성 논란을 검증하기 위하여 이 장치에 대한 경제성 평가를 수행함으로써 개발의 성공 여부를 확신할 수 있게 되었다.

• 에너지공학
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• 제24권4호
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• pp.200-210
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• 2015

유동층반응기에서 바이오매스 급속 열분해의 모델화를 통해 열분해로부터 발생되는 바이오오일(Bio-oil) 및 비응축 가스(Non-condensable gas) 성분의 예측과, 이를 통한 수율 향상을 목표로 한다. 본 연구의 목적은 유동층반응기 내부에 투입된 바이오매스가 급속 열분해되는 동안 발생되는 생성물의 수율 예측과 실험 및 시뮬레이션 값을 비교 및 분석하는 것이다. 급속 열분해의 시뮬레이션을 위해 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 프로그램이 사용되었으며, 바이오매스의 급속 열분해의 시뮬레이션을 위해 바이오매스 하위 구성 성분의 상세한 열분해 반응 경로가 적용되었다. 이 열분해 반응은 세부적으로 셀룰로오스(Cellulose), 헤미셀룰로오스(Hemicellulose) 및 리그닌(Lignin)의 반응을 포함하고 있으며, 열분해로부터 발생되는 주요 가스 성분은 이산화탄소($CO_2$), 일산화탄소(CO), 메탄($CH_4$), 수소($H_2$), 에틸렌($C_2H_4$)이다. 본 모델의 예측치와 기존 문헌(Mellin et al., 2014)의 실험 및 시뮬레이션 결과를 비교하였으며, 그 결과, $CH_4$, $H_2$ 및 $C_2H_4$의 경우, 각각 3.7%p, 4.6%p 및 3.9%p로 비교적 일치하게 예측되었지만, $CO_2$ 및 CO의 경우, 각각 9.6%p 및 6.7%p로 높게 예측되었다. 이러한 차이가 발생하는 이유는 이차 열분해 반응에서의 세부 반응조건에 해당되는 각각의 인자의 부재에 기인한 것으로 판단된다. 연구 결과, 시뮬레이션을 통한 모델화 접근이 가능한 것으로 판단되며, 추후에 연구된 모델화를 통해 바이오오일 및 기타 성분들의 예측도 가능할 것으로 판단된다.