• 한국마린엔지니어링학회:학술대회논문집
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• 한국마린엔지니어링학회 2011년도 후기공동학술대회 논문집
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• pp.112-113
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• 2011

선박으로부터 배기오염에 대한 국내의 관련 규제들이 강화되면서 관련 기술 개발이 급격하게 이뤄지고 있다. 그 중 탱커선의 화물탱크로부터 배출되는 유중기를 대기중으로 방출하지 않고 회수할 수 있는 설비 관련기술이 개발되고 있다. 회수설비 중 포함되는 스크러버는 가스 속의 부유 고액 미립자를 액을 이용하여 포집하는 장치로서, 스프레이 노즐을 통해 액을 분사하며, 일반적으로 물을 사용한다. 고효율 스크러버 설계기술 개발을 위해 스크러버용 노즐의 성능해석과 유동가시화 실험을 통한 내부유동 특성을 연구하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제23권5호
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• pp.549-557
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• 2017

본 연구에서는 강화되는 황산화물 및 입자상물질의 배출규제를 만족시키기 위한 후처리장치인 스크러버(scrubber)에 대한 수치해석적 연구를 수행하였다. 먼저 수치 해석을 통하여 기존 스크러버의 문제점을 파악하고, 이러한 문제점들을 개선할 수 있는 새로운 형태의 와류형 스크러버를 설계하여 분석하였다. 그 결과 와류형 스크러버에서 배기가스는 하부에서 와류를 형성하고 그 중 일부는 바닥면을 통과하여 가이드 베인을 따라 배출되는데, 이 때 수직 방향의 압력구배는 크지 않으나 배플의 내 외부에는 압력차가 발생하는 것으로 나타났다. 배기가스 유선의 형태를 확인한 결과, 물이 분사되지 않는 경우에는 물이 분사되는 경우에 비해 가이드 베인을 따라 출구까지 일정하게 유동하였으며, 유동의 형태에 가이드 베인과 노즐의 배열 및 수압 등이 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 와류형 스크러버의 경우 입 출구의 차압이 기존의 스크러버 대비 절반 이하로서 기관의 배압에 미치는 영향이 훨씬 적은 것으로 나타났다.

• 해양환경안전학회지
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• 제22권5호
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• pp.583-592
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• 2016

해상에서는 UN산하 IMO(International Maritime Organization, 국제해사기구)는 선박에서 배출하는 $CO_2$량을 2030년까지 30 %까지 줄이는 것을 목표로 설정하고 있다. 본 연구는 이러한 상황에 대응하고 친환경기술의 개발을 목표로 선박용 내연기관에서의 폐열을 이용하는 열전발전시스템 개발에 최종목표를 두고, 본 논문에서는 선박용 열전발전시스템 개발에 앞서 기초 열해석을 실시하고 분석하였다. 그 결과 다음과 같은 열전발전시스템의 효율향상에 관한 유효한 방법을 얻어 낼 수 있었다. 1) 고온측 열원과 모듈간 온도차를 줄여 모듈의 온도차를 늘리는 것으로 열전발전시스템의 효율이 8.917 %로 향상되는 것을 알 수 있었다. 2) 외부부하저항의 변화에 따른 시스템 효율은 약 6 %로 그 변화폭이 크게 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 3) 동일 계산 조건에서 방형관의 재질이 스테인레스인 경우의 시스템 효율이 8.707 %로 두랄루민(8.605 %), 동(8.607 %)보다 높을 것을 확인할 수 있었다.

• 청정기술
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• 제24권2호
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• pp.127-134
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• 2018

국제해사기구에서는 선박 배기가스 내 질소산화물($NO_x$) 배출에 대한 강화된 Tier III 규제가 2016년부터 적용됨에 따라 이를 대응하기 위한 노력이 필요하다. $NO_x$ 저감 방법으로 선택적 촉매 환원법(Selective catalytic reduction, SCR)을 주로 사용하고 있으며, 세라믹 허니컴 촉매를 주로 사용하고 있다. 그러나 기존의 세라믹 허니컴 촉매는 약한 강도로 인하여 운전상 문제가 발생하거나 유지 및 보수에 있어서도 어려움을 갖는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 세라믹 허니컴 촉매의 단점들을 보완하기 위하여 높은 열적 안정성과 기계적 강도를 가짐과 동시에 배기가스의 다방향성 이동을 통한 낮은 배압효과 등의 장점을 가지는 금속 지지체를 적용하였다. 이러한 금속 지지체 상에 촉매를 담지하기 위하여 유 무기바인더 첨가를 통해 코팅슬러리를 제조하고, 이를 코팅, 건조 및 소성과정을 통해 금속 지지체 상에 견고하게 부착된 금속 지지체 기반 촉매를 제조하였다. 이러한 금속 지지체 기반 촉매는 $NO_x$ 성능평가와 초음파 및 낙하시험을 통한 접착 내구성 평가를 수행하였다. 특히, 무기바인더를 첨가한 MFC01경우 95% 이상의 $NO_x$ 전환율을 보였으며, 상용 세라믹 허니컴 촉매보다도 우수한 내구성을 보였다. 이러한 특성 및 성능평가를 통하여 개발된 금속 지지체 기반 촉매는 고효율, 고내구성을 가짐을 확인하였으며, 기존 세라믹 허니컴 촉매를 대체할 수 있는 선박용 배연탈질 촉매로서의 가능성을 확인하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제25권6호
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• pp.788-794
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• 2019

최근 지구의 기후변화는 온실가스가 원인으로 전 세계적 대기환경문제로 크게 부각되고 있다. 국내에서도 기후변화에 적극 대응하기 위한 기술개발이 꾸준히 진행되고 있다. 날씨의 이상고온으로 인한 환경에 미치는 영향과 갑작스런 집중호우가 환경에 미치는 영향을 대상으로 하였다. 우리생활 주변 대기온도가 상승하였을 때 온도변화에 의한 대기오염발생에 미치는 영향을 연구하고자 한다. 본 연구의 실험조건은 선박 디젤기관에서 회전수 1400 rpm, 1600 rpm 그리고 1800 rpm, 부하는 0 %에서 25 %씩 100 %까지 하였고, 흡기 온도변화는 20℃에서 50℃까지 구분하여 연구하였다. 연구한 결과 흡기온도가 증가함에 따라 일산화탄소 및 탄화수소는 약간 감소하였으나 연료소비율, 질소산화물, PM은 약간 증가하였다. 또한 연소온도는 큰 변화가 없었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제38권7호
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• pp.877-882
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• 2014

국제해사기구 해양환경보호위원회에서 그린하우스가스(GHG)의 주범인 CO2 배출량 감축을 위해 선박에서 대기로 방출하는 CO2의 양을 지수화 하고자 활발한 논의가 진행되고 있다. 이에 따라 에너지 효율 개선을 위해서 선체의 설계변경, 마찰저항을 줄이기 위한 도료개발, 엔진의 열효율을 개선하기 위한 첨가제 개발, 연료를 절감하기 위하여 저속운전 등 다양한 방법들이 적용되고 있다. 선박의 주 기관에서는 전 부하영역에서 효율을 높이기 위하여 전자엔진이 사용되고 있으나, 선박용 발전기 엔진은 여전히 캠으로 연료분사와 흡 배기 밸브를 구동하는 기계식 작동엔진이 대부분이다. 또한 선박용 발전기 엔진은 선박의 과부하 방지 시스템 내에서 운전되므로 대부분의 운전은 80% 이하의 부분부하 영역에서 사용되고 있다. 따라서 100%부하에 세팅된 발전기 엔진은 부분부하에서 효율적인 운전을 위해서는 연료분사시기 재조정이 필요하다. 본 연구는 현재 운항중인 선박발전용 디젤엔진의 운용특성을 파악하여 부분부하에서 연료분사시기 재조정을 통하여 연료소비량 개선에 관한 결과를 보고 하고자 한다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제39권6호
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• pp.626-632
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• 2015

국제해사기구(IMO)에서는 선박으로부터의 대기오염방지를 위한 규제와 여기에 더하여 지구온난화의 방지를 위한 규제가 이미 시행되고 있거나 또는 논의 중에 있다. 따라서 고효율 친환경에 대한 요구들을 동시에 만족시킬 수 있는 대책이 요구된다. 디젤엔진에 있어서 밀러 사이클의 채택이 NOx 저감과 열효율향상을 동시에 꾀할 수 있는 방법으로 많은 관심을 받고 있다. 그러나 이 방법은 높은 급기압력이 요구되며 그 대책의 하나로 2단과급에 의한 방법이 주목을 받고 있다. 2단 과급시스템을 이용하면 고과급의 효과는 물론 여기에 바이패스기술과 밀러사이클을 이용하면 특정 부하영역에서의 성능향상 등 더욱 다양한 성능개선을 이룩할 수 있다. 그러나 2단 과급시스템의 디젤기관은 그만큼 구조가 복잡하게 되어 과급기 최적 매칭 등 시스템의 최적설계가 매우 복잡하고 어렵게 된다. 따라서 설계초기단계에서 이러한 다양한 방법들의 개선효과를 정량적으로 확인하고 또한 최적조건을 검토할 필요가 있다. 본 연구에서는 과급 시스템의 최적 설계를 위한 시뮬레이션 프로그램을 개발하였으며, 개발 된 프로그램의 신뢰성을 확인하고 이 프로그램의 활용방법에 관하여 고찰한 결과를 보고한다.

• 해양환경안전학회지
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• 제19권5호
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• pp.525-530
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• 2013

본 연구에서는 건조 후 20여년 운항한 군산대학교 실습선 해림호의 발전기를 대상으로 직접 선박현장에서 실험하여 최적 연료 분사시기를 규명해서 선박의 경제적이고 친환경적인 운항에 도움을 주고자 연구하였다. 실험은 기관회전속도 1,200 rpm으로 일정히 유지하고, 기관부하를 0 kW에서 90 kW까지 30 kW간격으로 변화시켰으며, 연료분사시기는 BTDC $19^{\circ}$에서 $23^{\circ}$까지 $2^{\circ}$ 간격으로 변화시키면서 실험하였다. 실험결과 연료분사시기를 BTDC $21^{\circ}$에서 BTDC $23^{\circ}$로 앞당길 경우, 연료소비율은 1.37 % 감소하였고, 질소산화물은 11.59 % 증가하였으며, 매연은 23.5 % 감소하였고, 아황산가스는 2.8 % 감소하였다. 따라서 노후 발전기 엔진에 있어서 연료분사시기가 연소특성 및 배기배출물특성에 미치는 영향을 종합적으로 분석 고찰한 결과, 최적 연료분사시기는 원래의 분사시기보다 $2^{\circ}$ 앞당겨진 BTDC $23^{\circ}$로 확인되었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제27권1호
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• pp.179-186
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• 2021

본 연구에서는 선박용 디젤 엔진에서 발생되는 크랭크케이스 수트(soot)의 재활용 가능성을 검토하기 위하여, 수트를 배기관에서 발생하는 수트와 크랭크케이스에서 발생한 수트로 분류하고, 열처리에 따른 수트의 구조적 특성을 분석하였다. 열처리는 아르곤 가스 분위기에서 2,000℃와 2,700℃로 열처리를 수행하였고, 샘플의 구조적 특성 분석을 위해 라만분광법(Raman spectroscopy)과 고분해능 전자현미경(HRTEM)을 활용하였다. 또한, 취득한 HRTEM 이미지를 정량적으로 분석하기 위해 디지털 이미지 처리(Digital Image Processing) 기법을 활용하였다. 라만 분석 결과, 배기 수트와 2,700℃로 열처리한 수트에서 상대적으로 높은 G/D ratio가 나타났다. HRTEM 이미지에서는 두 수트 모두 유사한 형태의 흑연화된 나노 구조를 확인할 수 있었으나, 수트의 종류와 열처리 온도차에 따른 흑연화 정도의 차이를 정량적으로 도출할 수 없는 한계가 있었다. 이에 Digital Image Processing을 통해 HRTEM 이미지의 fringe의 길이와 곡률을 정량적으로 분석하였으며, 라만 분석과 일치하는 결과를 도출할 수 있었다. 이는 배기 수트가 크랭크케이스 수트에 비해 더 흑연화 된 구조를 가지는 것을 의미하며, 더 높은 온도에서 열처리 할 경우 흑연의 구조로 더 잘 발달함을 의미한다. 본 연구의 결과로 크랭크케이스 수트 역시 배기 수트와 마찬가지로 흑연계 재료로 재활용이 가능함을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권3호
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• pp.112-118
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• 2018

화석연료를 기반으로 하는 내연기관의 엄격한 배기가스규제를 충족시키기 위해 자동차와 선박용 후처리장치의 비중이 점차로 증가하고 있다. 디젤엔진은 $CO_2$ 배출량이 적고 강력한 파워와 연료의 경제성을 가지고 있으며, 상용차뿐만 아니라 승용차에서도 시장의 수요가 증가하고 있다. 디젤 연료 특성으로 인하여 질소산화물은 국부적인 고온연소 영역에서 생성되며, 입자상물질은 확산연소 영역에서 생성이 된다. LNT와 urea-SCR 촉매는 디젤엔진에서 NOx를 저감시키기 위한 후처리장치로 개발되어져왔다. 이 연구는 가혹해지고 있는 배기가스 규제 대응을 위해 소형과 중 대형 디젤기관에 많이 사용되고 있는 Cu SCR 촉매의 NOx 저감 성능 향상을 목적으로 한다. $5Cu-2ZrO_2$/Zeolyst(Si/Al=13.7)SCR 촉매는 $5Cu-2ZrO_2$/93Zeolite(Si/Al=2.9) 촉매에 비해 촉매온도 $300^{\circ}C$ 이상에서 약 5-50% 수준으로 de-NOx 성능이 높았다. Zeolite는 zeolyst에 비해 금속의 분산도가 낮고 평균 입경이 커짐에 따라 촉매의 반응속도가 저하되었다. 10wt% Cu가 담지된 $10Cu-2ZrO_2$/88Zeolyst 촉매는 $200^{\circ}C$에서 40%, $350^{\circ}C$에서 약 65%로 NOx 정화성능이 가장 높았고, Cu의 이온이 제올라이트의 결정화합물인 Al과의 이온교환율이 증가함에 따라 다른 촉매에 비해 20-40% de-NOx 성능이 향상되었다.