• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권2호
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• pp.200-208
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• 2021

액체 상태의 수소는 기체 상태의 수소에 비해 수송이 용이하고 에너지 밀도가 높으며 폭발 위험성이 낮다. 하지만 수소 액화 공정은 냉각 사이클에 많은 양의 에너지가 소모된다. 반면에 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)는 재기화 과정에서 다량의 냉열이 버려진다. 따라서 LNG 냉열을 회수하여 수소 냉각에 활용한다면 공정 효율을 높일 수 있다. 또한, 천연가스 개질을 통한 수소 생산은 가장 경제성 있는 방법으로 평가받고 있으며, 이러한 측면에서 LNG를 수소 생산의 원료로 사용할 수 있다. 본 연구에서는 LNG를 원료 및 냉열원으로 사용하여 수소를 생산 및 액화시키는 공정을 개발하고 열역학적 관점에서 공정을 평가하였다. 공정 개발을 위해 기존의 탄화 수소 혼합 냉매와 헬륨-네온 냉매를 이용한 수소 액화 공정을 비교 공정으로 선정하였다. 이후 LNG를 원료 및 수소 예냉의 냉열원으로 사용하는 새로운 공정을 설계하여 에너지 소모량 및 엑서지 효율 측면에서 기존 공정과 비교, 분석하였다. 제안된 공정은 기존 공정 대비 약 17.9%의 에너지 절감 및 11.2%의 엑서지 효율이 향상된 결과를 나타내었다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제9권4호
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• pp.231-236
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• 2011

지난 2011년 3월의 후쿠시마 원전 사고시 원자로 건물에서의 연쇄적인 수소폭발이 발생하였을 때 관계자들은 제1원전 4호기의 폭발에 더욱 놀랐었는데 이는 그 당시 4호기는 정기보수를 위하여 원자로내 모든 핵연료를 저장조에 보관중이었기 때문이다. 저장조내 냉각수 유실로 노심에서 옮겨진 핵연료가 공기 중에 노출되어 수소가 발생하고 임계가 도달하였다면 더욱 심각할 수도 있기 때문이었는데 다행히 추후에 양호한 냉각수 상태가 확인되어 우려할 상황을 피할 수 있었다. 본 논문에서는 후쿠시마 원전 사고를 계기로 국내 원자력 발전소내 핵연료 임시 저장시설의 안전성과 관련하여 중대사고 관점에서 검토해 보고자 한다.

• 공업화학
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• 제31권2호
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• pp.153-163
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• 2020

액체 수소는 기체 수소 부피의 약 1/800로 감소시킬 수 있어 동일 압력에서 기체 수소 대비 800배의 체적 에너지 밀도를 가지고 있고, 기체 수소에 비해 폭발 위험성이 낮고 수송이 용이하다는 장점이 있다. 하지만 수소 액화를 위해서는 대규모 시설투자가 필요하고, 단순 압축 저장방식에 비해 많은 에너지가 필요함으로써 경제성 문제가 수반된다. 따라서 에너지 절감형 수소액화공정 연구는 매우 중요하다고 볼 수 있다. 본 연구에서는 수소 액화를 위한 주요 공정으로 헬륨/네온(몰 비 80 : 20) 냉동사이클을 선정하고 화학공정모사기 AVEVA 사의 PRO/II ver. 10.2를 이용하여 공정모사 및 에너지 사용량을 도출하였다. 수소 액화를 위해 헬륨/네온 냉동사이클만을 사용하는 경우, SMR+헬륨/네온 냉동사이클을 사용하는 경우, C3-MR+헬륨/네온 냉동사이클을 사용하는 경우 에너지 사용량을 상호 비교하였다. 그 결과 수소 1 kg을 액화하는데 소요되는 압축기 총 소요 동력은 각각 16.3, 7.03, 6.64 kWh이었다. 헬륨/네온 냉동사이클만을 사용하는 것보다 상용화되어 있는 SMR 공정이나 C3-MR 공정을 사용하여 예냉하는 경우 에너지를 크게 절감할 수 있는 것을 확인하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권2호
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• pp.385-393
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• 2022

수소는 지구 온난화의 주범인 온실가스(GHG) 배출을 감소시키고 선박용 친환경 연료로서 대두되고 있다. 수소는 가연 하한계(Lower Flammability Limit, LFL)가 4 ~ 75 %이고 폭발 위험성이 큰 물질이다. 그래서 선박용으로 사용되려면 누출에 대비한 안전성이 충분히 확보되어야 한다. 본 연구에서는 수소탱크 저장실에서 수소 누출이 발생한 경우, 급·배기구의 면적 변화가 환기 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 급·배기구의 면적은 1A = 740 mm × 740 mm이며 저장실 표면에 크기 및 위치 변경이 쉽도록 설정하였다. CFD 상용 소프트웨어인 ANSYS CFX ver 18.1을 이용하여 급·배기구의 면적을 1A, 2A, 3A, 5A로 변경하였고, 면적 변화에 따른 저장실 내의 수소 몰분율을 분석하였다. 그 결과 급기구 면적이 배기구 면적 증가에 비해 누출 수소의 농도를 더 감소시켰으며 단일 급기구보다 최소 2A 이상에서 환기 성능이 향상되었다. 급기구의 면적이 증가할수록 수소 층화가 저장실 상부부터 균일하게 형성되었지만 LFL 범위는 벗어나 있었다. 그러나 배기구는 면적을 단순히 증가하는 것만으로는 환기 성능에 미치는 영향은 미비하였다.

• 한국지구과학회:학술대회논문집
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• 한국지구과학회 2010년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.120-120
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• 2010

두 개의 별로 구성되었을 것이라고 여겨진 공생별은 밝기변화는 궤도운동에 따라 밝기가 변하는 것으로 알려졌다. 분광 관측 자료에는 이러한 궤도 변화 외에도 다양한 요소가 밝기 변화에 관여하는 것이 특성으로 나타난다. 또한 공생별은 밝기가 급격하게 증가하고 혹은 감소하기도 하는데, 이는 폭발에 기인하는 것으로 판단된다. 이러한 변화, 궤도 운동에 따라 기하학적 변화와 폭발 현상을 모두 볼 수 있는 대표적인 공생별이 Z And이다. 우리는 선행연구(MIKOLAJEWSKA & KENYON, 1996)에서 발표한 저분산 분광 자료를 이용하여 위상별로 변하는 상대적 선세기 변화를 조사하였다. MIKOLAJEWSKA & KENYON (1996)의 자료는 저분산 기기로(${\Delta\lambda\sim}3{\AA}$), HeI, HII, [OIII]5007, [NeV]등이 관측되었는데, 이러한 선들의 세기를 광이온 모델을 이용하여 예측한 후, 공생별 가스를 이온화시킨 중심별(WD)의 물리적 특성을 연구하였다. 또한 Hyung & Aller가 2002년 8월 12일 Lick Observatory에서 Hamilton Echelle Spectrograph (HES)를 사용하여 3600초 노출 관측한 고 분산 분광자료(${\Delta\lambda\sim}0.1{\AA}$)도 분석하였다. HES 관측 자료는 공생별의 위상이 $\Phi$=0.22이며, HES자료는 $3470{\AA}-9775{\AA}$에서 HI, HII, HeI, HeII, NII, NIII, OII, [OI], [OII], [OIII] 등이 있었다. 이 선들의 선 윤곽을 IRAF와 StarLink/Dipso를 이용하여 분석하고, 각 성분이 위상($\Phi$=0.22)인 상태에서의 관측자에 대해 어떠한 기하학적인 구조를 가지고 있는지 연구하였다. CLOUDY를 사용하여 광 이온 모형성운을 만들어 화학원소 및 성운가스의 물리적 조건을 연구하였다. Z And의 수소의 수밀도($N_H$)는 $10^{8.5}/cm^3$으로 가정하였다. 중심별 온도는 약 110,000K, 광도는 태양의 2000배로 추정되었다.

• 한국가스학회지
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• 제21권5호
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• pp.56-63
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• 2017

전세계적으로 수소 충전 스테이션 구축에 많은 투자와 지원을 하고 있는 실정이다. 그러나 수소는 폭발범위가 넓고 확산이 빠른 기체이다. 본 연구에서는 액화수소를 취급하는 소규모~대규모 충전스테이션을 대상으로, 사고시 발생하는 VCE로 인한 피해영향범위를 산출하고, 프로빗 모델을 통해 주변의 인적, 물적 피해를 예측하였다. 더불어, 벤트스택 끝단에서 발생 가능한 Jet fire를 시나리오로 선정하여 최적 높이를 설정하였다. 피해영향범위는 관심과압 6.9kPa을 기준으로 하여, 소규모 저장시설의 경우 8.24m, 중규모 14.10m, 대규모 22.38m이다. 폐출혈로 인한 인체 피해는 소규모와 중규모가 각각 50m, 대규모 100m였으며, 구조물 손상에 따른 피해는 소규모 200m, 중규모 300m 및 대규모 500m이다. 벤트스택의 최적높이는 소규모 4.7m, 중규모 8.8m 및 대규모 16.9m이다.

• 에너지공학
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• 제25권4호
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• pp.85-92
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• 2016

초고온가스로는 열출력 밀도가 낮아 노심용융의 가능성이 낮으며, 냉각재 상실사고 시 수소 발생 등으로 인한 폭발의 위험도 없다. 안전성 측면의 장점과 더불어 냉각재를 초고온으로 만들어 전력생산이외에 산업시설용 공정열로의 응용도 가능하다. 본 논문에서는 초고온가스로를 일차계통으로 하고, 전력 및 공정열 공급이 가능한 이차계통의 개념 설계를 담고 있다. 기존에 NGNP(Next Generation Nuclear Part)에서 제안한 350 MW 열출력 원자로 모델을 기반으로 수소생산 루프와는 별도로 전력생산을 위한 300 MW의 열에너지를 중간열교환기를 통해 이차계통으로 전달하는 참조모델을 개발하고, 이를 열역학적 측면에서 분석하였으며 이차계통 각 지점에서 주요 설계변수에 따른 효율분석과 최적화개념 연구를 수행하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.106-106
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• 2017

가스센서는 사내 및 산업 환경에서의 유독성 또는 폭발성 가스 검출, 환경 모니터링, 질병 진단 등 매우 다양한 응용분야에서 큰 관심을 가지고 있다. 반도체 금속산화물(SMOs) 기반의 센서 분야에서는 이들의 감도 및 선택성을 향상시키기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 이는 센서의 선택성을 부여하게 되면 다양한 가스들이 존재하는 환경에서도 검출자가 원하는 가스만의 응답을 얻을 수 있기 때문이다. 본 연구에서는 MOF(Metal-Organic Framwork) 기반 멤브레인으로 ZIF-8(Zeolitic Imidazolate Frameworks 구조들 중 하나) 멤브레인 쉘 층을 이용하여 ZnO 나노선에 형성하였다. ZnO 나노선은 VLS공정 (Vapor-Liquid-Solid)을 이용하여 패턴된 전극을 갖는 $SiO_2$-grown Si 웨이퍼 상에 성장되었고, 성장된 ZnO 나노선은 2-methyl imidazole과 methanol이 포함된 고용체에 넣고 폐쇄된 압력용기 속에서 가열시켜 얻게 된다. 이렇게 얻어진 ZIF-8@ZnO 나노선의 ZIF-8 멤브레인은 분자 체 구조(molecular sieving structure)를 갖게 되며, 이들의 pore 크기는 약 $3.4{\AA}$을 갖는다. 따라서 이보다 더 큰 동적 직경을(kinetic diameter) 갖는 가스 종은 이 멤브레인을 통과할 수 없음을 나타내므로 제작된 시편은 $H_2$(kinetic diameter : $2.89{\AA}$), $C_7H_8$(kinetic diameter : $5.92{\AA}$), 그리고 $C_6H_6$(kinetic diameter : $5.27{\AA}$) 가스들을 각각 사용함으로써 ZIF-8@ZnO 나노선의 센서 특성을 조사했으며, 보다 정확한 비교를 위해 순수한 ZnO 나노선 역시 동일한 조건에서 측정되었다. 결과를 통해, 수소 가스를 제외한 다른 가스들에 대해서는 반응을 하지 않고, 오직 수소 가스에 대해서만 반응을 나타냈으며, 순수 ZnO 나노선의 수소 감응도보다 낮은 감응도를 나타내었다. 이는 멤브레인 쉘 층을 형성함으로써 ZnO 나노선의 표면적이 감소해 가스 분자와의 접촉점을 감소시키기 때문이라고 판단된다. 이와 같은 MOF 멤브레인의 캡슐화 전략은 가스센서뿐 아니라 바이오 센서 및 광촉매 등과 같은 이온 선택성을 필요로 하는 다양한 응용분야에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국안전학회지
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• 제36권4호
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• pp.71-79
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• 2021

In this study, a real-scale fuel-cell room of volume 1.36 m³ is constructed to confirm the explosion characteristics of hydrogen-air mixture gas in a hydrogen-powered house. A volume concentration of 40% is applied in the fuel-cell room as the worst-case scenario to examine the most severe accident possible, and two types of doors (made of plastic sheet and wood) are fabricated to observe their effects on the overpressure and impulse. The peak overpressure and impulse based on distance from the ignition source are experimentally observed and assessed. The maximum and minimum overpressures with a plastic-sheet door are about 20 and 6.7 kPa and those with a wooden door are about 46 and 13 kPa at distances of 1 and 5 m from the ignition source, respectively. The ranges of impulses for distances of 1-5 m from the ignition source are about 82-28 Pa·s with a plastic-sheet door and 101-28 Pa·s with a wooden door. The amount of damage to people, buildings, and property due to the peak overpressure and impulse is presented to determine the safe distance; accordingly, the safe distance to prevent harm to humans is about 5 m based on the 'injuries' class, but the structural damage was not serious.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제33권4호
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• pp.391-399
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• 2022

Hydrogen is one of the energy carriers and has high energy efficiency relative to mass. It is an eco-friendly fuel that makes only water (H₂O) as a by-product after use. In order to use hydrogen conveniently and safely, development of production, storage and transfer technologies is required and attempts are being made to apply hydrogen as an energy source in various fields through the development of the technology. For transporting and storing hydrogen include high-pressure hydrogen gas storage, a type of storage technologies consist of cryogenic hydrogen liquid storage, hydrogen storage alloy, chemical storage by adsorbents and high-pressure hydrogen storage containers have been developed in a total of four stages. The biggest issue in charging high-pressure hydrogen gas which is a combustible gas is safety and the backfire prevention device is that prevents external flames from entering the tank and prevents explosion and is essential to use hydrogen safely. This study conducted a numerical analysis to analyze the performance of suppressing flame propagation of 2, 3 inch flame arrestor. As a result, it is determined that, where the flame arrestor is attached, the temperature would be lowered below the temperature of spontaneous combustion of hydrogen to suppress flame propagation.