연료전지는 연료의 화학적 에너지를 전기화학 반응을 통하여 직접 전기로 변환하기 때문에 에너지 전환효율이 높고 공해물질을 배출하지 않는 환경친화적인 고효율 발전방식으로, 특히 용융탄산염 연료전지(MCFC) 및 고체산화물 연료전지(SOFC)같은 고온형 연료전지의 경우 분산전원이나 중앙집중발전 같은 발전용에 적합한 연료전지로 평가받고 있다. 현재 MCFC 및 SOFC등의 발전용 연료전지 시스템의 효율은 약 50% 정도이며, 시스템의 발전효율을 높이기 위한 여러 연구가 진행되고 있다. 그 중에서 고온의 배열을 이용하여 연료전지 발전시스템의 효율을 향상시키기 위해 FuelCell Energy, Ansaldo Fuel Cells 및 Simens Westinghouse 등에서 수백 kW급의 fuel cell - gas turbine hybrid system에 대한 상용화 수준의 실증연구가 진행되었다. 본 연구에서는 발전용 연료전지 시스템의 발전효율을 높이기 위한 방안 중 하나로 배열을 이용하여 steam을 발생시켜 air amplifier에 사용함으로써 연료전지 시스템의 MBOP(Mechanical Balance of Plant)중 전력을 소비하는 air blower를 대체하여, 시스템 효율을 향상시키고 시스템의 가용성을 높일 수 있는 설계안에 대하여 논하고자 한다.
추론엔진과 지식베이스를 기반으로 하는 전문가 시스템은 사용목적에 맞게 구성되며,인간의 사고 방식을 모방한 컴퓨터가 올바른 해를 도출시키도록 하는데 궁극적인 목표가 있다. 즉, 추론의 효율성이 전문가 시스템의 효율성을 좌우한다. 시스템이 어떠한 목적을 갖는가에 따라서, 추론 방법과 지식표현 방법등이 결정된다. 최근 추론의 효율성을 극대화하기 위해 이용되고 있는 지식표현 및 추론 방법으로는 Rete, TREAT 등의 트리 표현을 사용하는 전향추론, 관계리스트를 사용하는 직접추론 등이 있다. 전문가 시스템의 성능은 추론을 얼마나 효율적이고 정확하게 하는지에 따라 좌우된다. 본 논문에서는 이러한 추론의 효율성이 지식베이스의 구축형태와 밀접한 관련을 이용하여 효율적인 추론 엔진을 구성하였다. 지식의 표준화가 모듈화가 쉬운 생성규칙을 사용하여 지식을 표현하였으며 , 사용자의 요구에 의해 전향추론, 후향추론이 수행되도록 하였다. 본 논문에서는 추론을 효율적으로 하기위한 기본 방법중, 지식표현을 보다 더 효과적으로 구축하는 방법을 택하였다. 기존의 지식표현방법을 살펴보고, 이를 기반으로 새로운 지시표현 방법인 ECBM(extedned clause bit matrix)과 ERCBM(extended clause bit matrix)을 제안하고 이를 이용하여 전향추론, 후향추혼이 가능한 추론엔진을 구축하였으며 이 두 지식표현을 이용하여 구축되어진 추론엔진을 비교하였다. 이 추론엔진은 기존에 시스템과는 달리 전향, 후향이 모두 효율적으로 수행되어지며, 모든 지식에 대해 적용이 가능한 강력한 범용성을 갖고 있다.
어려운 패턴인식 문제를 다루기 위하여, 다수 인식기를 사용하는 다수 인식기 시스템의 개발에 관한 연구가 활성화 되었으나, 다수 인식기 시스템의 효율적인 구축에 관한 체계적인 시도는 그리 많지 않았다. 다수 인식기 시스템의 효율성은 인식기 집합에 포함되는 인식기의 선택 방법과 선택된 인식기들의 결합 방법에 의해서 결정되는 시스템의 인식 성능으로 판단될 수 있다. 따라서, 이들 요인을 고려하여 효율성이 높은 다수 인식기 시스템을 구축하는 방법을 살펴보고자 한다.
지금까지 연료전지 시스템의 효율을 극대화시키기 위한 기술들이 개발되어 왔는데, 대표적인 방법은 CHP(Combined Heat & power)와 FCT(Fuel cell & Turbine) Hybrid 시스템이다. 그러나 본 연구의 기술은 연료전지 배열을 이용한 Coanda 공기증폭기를 장착한 새로운 개념의 고효율 연료전지 시스템이다. 원래 공기 증폭기는 완만한 곡면 주위를 흐르는 유체가 곡면의 표면을 따라 흐름의 방향이 바뀌는 원리(Coanda Effect)를 이용한 장치로서, 소량의 고압유체를 구동 에너지원으로 사용하여 최고 20배에 해당하는 많은 양의 주변 유체를 빠른 속도로 이송시키는 역할을 한다. 문제는 고압의 유체원을 만드는 것인데, 본 연구에서는 발전용 연료전지 시스템의 배기가스를 활용하여 먼저 고압의 수증기를 발생시키고, 다음으로 고압의 수증기를 공기 증폭기의 구동원으로 사용함으로써 연료전지 시스템의 Air blower를 대체하는 것이다. 이러한 개념을 검증하기 위해서 고압의 스팀작동 Coanda 공기증폭기를 제작하여 선행실험을 진행하였다. 먼저 공기증폭기의 Gap 및 스팀압력에 따른 공기유량, 압력 등의 기본특성을 조사하였고, 출력 공기의 특성을 개선하기 공기증폭기의 형상 및 재료를 새롭게 설계하였다. 그리고 실제 시스템의 적용가능성을 알아보기 위해서, 예로 300kW급 용융탄산염 연료전지 발전시스템의 Air blower 대체가능성을 확인하였고, 배열이용 Coanda 공기증폭기를 활용한 고효율 연료전지 시스템의 개념설계를 수립하였다. 결론적으로 본 기술을 활용하면 연료전지 시스템의 최종 전기효율을 향상시킬 뿐 아니라는 시스템의 장기 신뢰성을 증대시키는 효과를 기대할 수 있다.
ESP는 Effective System Performance의 약자로 NERSC에서 개발한 HPC 시스템에 대한 새로운 성능 측정 기준이다. 기존 HPC 시스템에서는 주로 성능 측정의 대상으로 시스템[프로세서]의 계산 성능에 주안점을 두었지만 시스템의 효율성은 무시되는 경향이 있었다. ESP는 실제 운영환경에서 배치 작업 스케줄러 및 병렬 작업 환경에 영향을 받는 시스템 효율성(ESP:Effective System Performance)을 측정하는 데 주안점을 두고 있다. KISTI 슈퍼컴퓨팅센터는 2003년 7월 국내 최고 성능의 슈퍼컴퓨터인 IBM p690+ 시스템의 도입을 완료하고 ESP를 사용하여 배치 작업 스케줄러인 LoadLeveler의 스케줄링 알고리즘에 따른 시스템 효율성 벤치마크를 수행하였다. 이 벤치마크를 통해서 효율적인 시스템 자원 활용을 위한 작업 스케줄링 알고리즘의 적용 근거를 마련하게 되었다.
엑서지의 개념을 이용하여 에너지변환시스템의 성능을 분석함으로써 시스템의 최적화의 시스템효율을 향상시킬 수 있는 방안을 모색하였다. 복합화력 열병합 발전 시스템을 운전방식에 따라 3가지 시스템조합으로 구분하고 이에 대한 엑서지효율, 그리고 시스템조합의 각 흐름들에 대한 엑서지량과 엑서지 손실량을 계산하였다. 또한 이 양들에 대한 경제적 가치를 평가하고 엑서지 효율이 낮고 비용이 많이 드는 장치를 규명하여 써브시스템의 교체와 보수·유지에 대한 우선 순위를 결정하였다. 이러한 결과는 에너지 변환시스템의 효율향상과 경제적 운영을 위한 계획수립에 도움을 줄 수 있다.
본 논문에서는 감시 영상 시스템에서 영상처리 기법을 적용함으로써 효율성을 높인 디지털 비디오 영상의 기록 및 검색 시스템을 구현하였다. 일반적으로 기존 감시영상 시스템은 영상 전체를 저장하므로 데이터의 증가 및 검색 효율이 저하되었다. 그러나 제안된 시스템은 배경부분을 제외한 목표 물체 영역만 데이터베이스에 저장되므로 저장장치의 효율뿐만 아니라 검색 시간의 단축 및 목표 영상의 확대를 통한 명확한 물체 확인이 가능하다.
안테나의 특성은 셀룰러 시스템의 서비스 품질에 직접적으로 영향을 미치는 요소가 되며, 특히 섹터화로 인한 용량의 증가를 기할 수 있는 CDMA 시스템의 경우에는 매우 중요한 의미를 갖는다. 본 논문의 지향성 안테나를 이용하여 전력 제어된 CDMA 셀을 섹터화할 경우 얻을 수 있는 용량의 이득을 논의한다. 용량의 측면에서 이상적인 안테나 패턴과 비교할 때 실제 안테나 패턴의 역방향 링크 용량 효율을 해석적으로 구한다. 셀룰러 CDMA 시스템의 용량은 동일한 주파수 대역을 사용할 수 있는 최대 통신 채널의 수이므로 용량 효율은 결국 주파수 스펙트럼 이용 효율을 의미한다. 측정된 반사판 섹터 안테나 패턴을 대상으로 분석한 결과를 제시하고 패턴 특성과 섹터 셀의 배치 구조에 따라 용량 효율이 86~97%로 변화함을 보인다.
시스템을 구성하고 있는 $n$개의 부품 중 적어도 ${\kappa}$개의 부품이 제대로 작동하면 정상적으로 작동하는 시스템을 ${\kappa}$-out-of-$n$ 시스템이라 한다. 기존의 ${\kappa}$-out-of-$n$ 시스템에 관한 대부분의 연구에서는 단지 시스템의 작동여부에만 관심을 갖고 시스템의 신뢰도를 산출하는 문제를 주로 다루었다. 하지만 시스템이 작동할 때 작동하는 부품의 개수에 따라 시스템의 효율이 달라질 수 있으므로, 본 논문에서는 다상태 ${\kappa}$-out-of-$n$ 시스템을 고려하고 시스템의 총 효율을 산출하는 연구를 수행한다. 또한 시스템이 수리 가능할 경우, 시스템의 총 효율을 최대화 시킬 수 있는 수리 시점을 찾아보기로 한다. 이러한 시스템의 효율은 기존의 평균수명을 일반화한 형태가 됨을 보일 수 있다. 따라서 본 연구에서 다루는 모형은 기존의 모형을 보다 일반적인 경우로 확장한 모형이라 할 수 있다.
공기열원 히트펌프시스템의 문제점, 즉 열효율, 안정성, 착상에 대한 현황을 파악하고 이를 해결하기 위한 연구를 수행하였다. 열효율과 안정성을 위해 기존 시스템을 보완한 8행정 냉매사이클시스템 개발과 제어시스템의 개발을 통해 히트펌프 시스템의 효율을 2배 정도 증가시키고, 안정성을 높이며, 착상 문제를 최소화할 수 있도록 하였다. 개발된 공기열원 히트펌프시스템의 COP는 평균 5정도이고, 안정적으로 운용되는 외부 온도는 $-10^{\circ}C$에서 $55^{\circ}C$까지이다. 토출되는 온수의 온도는 $50{\sim}60^{\circ}C$정도이다. 평균 제상시간은 1분 이내이다. 앞으로 개발해야 할 문제는 외부 온도 $-10^{\circ}C$ 이하지역에서 보조열원 없이 난방을 할 수 있고 친환경 냉매를 사용하며 COP가 7이상인 고효율 히트펌프시스템를 실용화하는 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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