신선농산물의 환경기체조절 저장 연구 및 호흡속도 측정연구에 필요한 설비중의 하나가 기체 발생기, 기체 실린더 및 이를 제어할 수 있는 가스분석기 이다. 현재는 질소, 산소, 이산화탄소 실린더를 이용하여 기체를 공급하고 기체분석기에서 저장고내의 농도를 측정하여 소정의 기체조성으로 유지하는 방법을 많이 사용하고 있으나 고가의 기체분석기를 구비하고 있어야 하는 점과 각 기체 실린더의 유지비용이 발생하며 자동으로 제어하기 위해서는 고가의 설비가 필요한 단점이 있다. 본 연구에서는 가격이 저렴하면서 혼합기체를 안정적으로 공급할 수 있어 파일럿 시스템의 환경기체조절 저장연구에 사용될 수 있는 장치를 개발하였다. 환경기체조성을 위한 가스 혼합장치의 조작은 시판되는 $N_2$, $O_2$, $CO_2$압축 실린더 또는 질소 발생기 및 공기압축기와 연계하여 사용할 수 있도록 설계하였다. 개발된 혼합기의 작동원리는 압력 조절기를 통해서 일정압력 유지시킨 후 정밀 압력 조절기 (IR 2010, SMC Co., Japan)에서 정압을 유지하고 metering valve(SS-SS2, Swagelok Co., U.S.A)를 이용하여 각 기체의 유량을 소정의 비율로 제어할 수 있도록 하였다. 각각의 기체는 metering valve에서 조절된 유량의 비로 기체 혼합셀에서 섞이게되고 일정 농도의 혼합기체를 얻을 수 있게 된다. 가스혼합기의 성능실험을 위하여 압력을 조절하여 혼합가스의 유량을 조절하는 실험과 이에 따른 농도 재현성을 측정하였다. 정밀 압력 조절기의 설정압력을 0.04~0.16MPa까지 0.02MPa단위로 압력을 변화 시켜본 결과 발생되는 혼합기체의 유량은 35~175$m\ell$/min의 범위까지 유량을 자유롭게 조절 할 수 있었으며 발생기체의 농도는 압력에 따라 0.1~0.3%의 편차를 나타내었고 동일압력에서 시간 경과에 따른 재현성 측정 결과는 0.1% 수준으로 나타나 본 장치를 환경기체조절 저장챔버 또는 신선 농산물의 호흡속도 측정에 사용 할 수 있을 것으로 판단되었다.
본 논문에서는 AMESim을 이용하여 터보펌프 모사 장치 중 압력조절계에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 시스템의 최적화를 통하여 압력조절계의 과도 및 정상상태의 특성과 응답성을 확인하였다. 연구결과들은 향후 제어밸브의 성능 검증 및 제어로직 검증을 위한 추력제어시스템 성능 시험장치 및 엔진공급계 인증시험설비의 설계와 운용 시 적극 반영할 계획이다.
추력조절이 가능한 가변유동형 덕티드 로켓(VFDR; Variable Flow Ducted Rocket)의 기초연구 목적으로 가스발생기와 유량조절장치를 개발하여 지상연소시험을 수행하였다. 연소시험을 통하여 본 개발에 대한 내열성, 연소시간, 압력 및 온도와 같은 성능 요구조건의 충족 여부를 확인하였으며 Boron/MgAl/AP 등을 혼합한 연료농후 고체추진제의 연소특성을 분석하였다. 유량조절장치는 Plunger 타입으로 개발하여 토출면적 조절로 유량 및 압력을 제어할 수 있음을 확인하였다. 그러나 토출 유로 내 연소 생성물 부착으로 인한 토출면적 감소에 따라 압력 안정화 구간 없이 연소압력이 증가하는 경향을 나타내었다. 토출면적 감소로 인한 압력증가의 연소특성 분석은 본 논문의 Part 2에서 다루어진다.
압력조정기란 저장탱크와 용기로 부터 연소기에 공급되는 가스압력을 연소기의 압력에 맞게 조절하여 정상연소가 되도록 돕는 장치로써, 용기 및 저장탱크내의 압력변화에 대응하여 공급압력을 일정하게 유지하고, 가스의 조성, 온도, 소비량, 소비시간, 잔류가스량 등의 변화에 따라 감압작용과 정압작용을 동시에 하는 장치이다. LPG용 압력조정기는 일반가정용이나 업소에서 주로 사용하는 조정기로써 용량 4kg/h부터 집단공급용인 수백 키로까지의 제품이 있으며 일반적으로 감압작용, 정압작용, 폐쇄작용을 한다. (중략)
버섯의 감압건조시험을 할 수 있는 요인시험장치를 제작하여 시험한 결과를 요약하면 다음과 같다. 가. 댐퍼조절방식 감압건조장치로 건조시험한 결과, 표고버섯은 건조온도 5$0^{\circ}C$에서는 나타나 건조실 압력에 따른 건감률의 변화는 크게 나타나지 않았으나, 건조온도 6$0^{\circ}C$에서 건조실 내부압력이 990hPa일 때 4.57%/hr로 1,013hPa에 비해 높게 나타났으며, 색차면에서는 온도 5$0^{\circ}C$일 때 건조실 내부 압력이 낮아질수록 변화가 적은 것으로 나타났고, 수축률은 압력별로 거의 변화가 없었으나, 건조온도 6$0^{\circ}C$, 압력 990hPa에서 다른 조건에 비해 양호한 것으로 판단되었으나 건조실 내부에 공기분배가 일정하지 않고, 건조실 내부압력 강하성능이 떨어지는 문제점이 발생하여 솔레노이드를 이용한 압력조절방식으로 보완 제작하여 건조시험을 실시하였다. 나. 솔레노이드방식 감압건조장치로 건조시험 한 결과, 표고버섯은 열풍온도 5$0^{\circ}C$, 건조실 내부압력 940-980hPa에서 건감률 2.69%w.b./hr, 갓의 복원률 90.1%로 가장 높았고, 색차 및 수축률이 가장 낮은 것으로 나타났으며, 건조실 내부압력을 900-940hPa로 고정하고 열풍온도를 40, 50, 6$0^{\circ}C$로 표고버섯을 시험한 결과 건감률은 6$0^{\circ}C$일 때 가장 높았으나, 색차, 수축률, 복원률을 고려할 경우 열풍온도 5$0^{\circ}C$가 가장 적합한 것으로 판단된다. 다 솔레노이드방식 감압건조장치로 건조한 표고버섯으로 품위에 대한 유의성 검증결과, 표고버섯의 경우 온도별로는 색택과 복원률, 건조실 내부 압력별로는 수축률, 복원률에서 유의차가 있는 것으로 나타났다. 라. 본 연구에서 구명된 감압건조특성을 기초로 하여 배치식 감압건조기를 설계 제작에 활용하고자 한다.
하천 횡단구조물 하류부에서는 고유속 및 ±압력에 의해 하상재료가 유실되는 세굴현상이 발생한다. 이러한 세굴을 방지하기 위해 횡단구조물 하류부에는 석재, 콘크리트 및 콘크리트 블록 등을 설치 및 포설하여 하상보호공을 설치한다. 하상보호공을 설치하면 설치된 부분은 세굴이 방지 되지만, 하상보호공 끝단 이후에는 지반이 노출되어 있어 노출된 지반에서 고유속 흐름 및 압력변화에 의한 세굴이 발생하는 경우가 많다. 이에 본 연구에서는 하상보호공 끝단 즉, 하상이 노출된 지반에서 압력변화에 따라 하상재료가 유실되므로 압력에너지를 감쇄시키기 위한 하상보호장치를 개발하였다. 개발한 하상보호장치는 본래 다수개가 열을 지어 메트릭스 형태로 설치되도록 하여야 하지만 실험 여건상 단일체로 수리실험을 진행하였다. 하상보호장치는 상판과 하판이 조립된 형태이며 상판과 하판 사이에 이격공간이 구비되어있다. 하상보호장치 검증을 위해 상판과 하판에 쓰이는 판은 수로재질과 같은 아크릴로 제작하였으며, 하상재료의 공극률을 반영하여 다공성 판으로 제작하였다. 다공판의 전체 구멍 면적 대비 판 면적은 35 % 로 동일하다. 상판 구멍 지름 15.0 mm, 4.5 mm 2가지로 제작하였으며, 하판 구멍 지름 3.0 mm 으로 동일하다. 압력변화가 큰 곳에서 작은 곳으로 물이 이동하게 되므로 고유속 수리조건에서 상판과 하판 사이에서의 압력변화를 측정하기 위해 판 중간에 압력계를 설치하였다. 하상보호장치 설치지점 앞 0.3 m 부근에 PIV를 설치하여 유속을 측정하였다. 실험결과 상판의 구멍 직경(15.0 mm)이 클 경우 상판부 압력이 하판부로 전달되어 하판에서 측정되는 압력이 증폭 되었으며, 상판의 다공성 구멍 직경(4.5 mm)이 작을 경우 상판부에서 하판부로 전달되는 압력이 감소하여 하판에서 측정되는 압력이 감소하였다. 상판과 하판의 다공성 구멍의 직경을 적절한 사이즈로 조절하면 상판부의 압력이 하판부로 전달되는 것을 막고 압력에 의해 하상에서 흡출되는 유사를 막을 수 있는 것으로 판단되며 추후 상판과 하판의 다공성판 구멍 직경의 상대적 차이에 따른 압력 감소효율에 관한 연구가 필요하다고 판단된다.
재난 시 피해자를 위해 사용되는 고압산소치료 시 흔한 부작용으로 높아진 압력에 적응하지 못하고 귀의 통증을 비롯한 압력 손상의 증상이 발현되는 경우가 종종 존재하여 이는 고압산소치료 시 해결해야 할 과제로 떠올랐다. 이에 본 본 연구에서는 고압산소치료기에 개발된 압력손상방지장치를 연결하여 적용하였을 때 고압산소치료 중 압력손상이 조기 감지되고 이를 통해 고압산소치료를 받는 피해자가 압력손상이 진행되지 않는지에 대하여 연구하였다. 압력손상방지장치를 활용하면 고압산소치료 중 압력손상이 조기 감지되고 이를 통해 고압산소치료를 받는 피해자가 압력손상이 심하게 진행되지 않는데 도움을 받을 수 있다. 단 이는 피해자 본인이 체내압력 조절이 가능한 상태여야 하며 의식이 없거나 협조가 어려운 대상에 대한 압력손상방지는 또 다른 도전으로 향후 이에 대한 추가적 연구가 필요하다.
냉각기계를 적용한 환경조절계통의 성능은 항공기의 비행환경에 따라 엔진의 운전상태가 달라지므로 환경조절장치로 취출되는 공기의 상태(온도와 압력)에 따라 급격히 바뀌게 된다. 즉, 항공기의 운전상태에 따라 환경조절장치는 운용성능을 100%만족하는 영역에서 운전될 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다. 그렇기 때문에, 일반적으로 냉각기계를 적용한 환경조절장치의 설계규격은 항공기에서 요구하는 개발규격보다 큰 설계여유를 갖도록 설계한다. 이로 인한 시스템적인 손실요인을 최소화하기 위하여 본 연구에서는 냉각기계형 환경조절장치에 상변화 물질의 적용가능성을 연구하였다. 그 결과 상변화 현상을 이용하여 환경조절장치의 출구온도를 일정온도 범위 이내로 제어하면, 현재 운용되는 냉각기계형 환경조절장치의 일반적인 성능여유보다 적은 성능여유에서도 환경조절장치에 요구되는 성능요구조건을 만족할 수 있는 것으로 분석되었다. 본 연구 결과 환경조절장치의 운용개념 변경을 통하여 환경조절장치의 시스템 적용성 향상을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 plunger 타입 유량조절장치를 적용한 가스발생기의 지상연소시험에서 발생한 현상에 대하여 해석적 접근을 수행하였고, 추후 가스발생기 설계에 요구되는 설계인자를 파악하였다. 토출관 내 연소 생성물이 부착되지 않은 경우의 압력상승은 콘 형태의 침식연소를 가정한 해석 결과와 경향이 유사하였으며, 다른 시험 결과에서의 압력상승은 침식연소와 함께 토출관 내 연소 생성물 부착에 따른 토출 특성 변화를 가정하여 해석한 결과와 유사한 경향을 보였다. 또한, 동일한 토출 특성 변화 상수에 대해 압력지수의 영향을 비교한 결과, 지상연소시험에서 수행한 그레인 형상과 토출면적에 대해 압력지수 0.45 이상의 경우에 연소 생성물 부착이 연소실 압력에 미치는 영향이 매우 큰 것으로 파악되었다.
최근 심장 혈관 질환 등으로 인한 심정지 발생이 증대됨에 따라, 응급 시 수동 작동 장치나 전기적 구동 장치 없이, 공급 산소의 압력만으로 자동으로 작동되는 휴대용 인공호흡기가 전 세계적으로 보급되고 있다. 그러나 이러한 인공호흡기의 구체적인 압력강하 특성에 대해서는 잘 알려진 바가 없어 본 논문에서는 호흡저항과 관련하여 핵심부품인 유량조절디스크의 다양한 홀 크기에 대한 압력강하 특성을 CFD 시뮬레이션 해석을 통하여 규명하고 압력강하를 최소화할 수 있는 홀 형상의 최적설계 안을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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