• 한국세라믹학회지
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• 제36권2호
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• pp.145-150
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• 1999

고체산화물 연료전지의 양극재료로서 Gd1-xSrxMnO3을 구연산법으로 합성하였으며, 이의 결정구조, 전기전도도 및 열팽창률을 조사하였다. 또한 합성한 Gd1-xSrxMnO3을 8mol% yttria stabilized zirconia(8YSZ) 혹은 Ce0.8Gd0.2O1.9(CGO) 전해질과의 반응성을 조사하였다. Gd1-xSrxMnO3의 결정구조는 Sr함량이 증가함에 따라 orthorhombic (0$\leq$X$\leq$0.3)에서 cubic(0.4$\leq$X$\leq$0.5)을 거쳐 tetragonal (X=0.6)로 변하였다. Sr 함량이 증가함에 따라 Gd1-xSrxMnO3의 전기전도도는 증가하였다. 열팽창률은 Sr 함량이 30mol% 이상인 경우 함량이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보이는 8YSZ, CGO와 비슷한 거동을 보였다. 8YSZ 및 CGO와의 반응성을 보기 위하여 Gd1-xSrxMnO3과 이들을 각각 혼합하여 130$0^{\circ}C$에서 48시간 동안 열처리했을 경우 8YSZ와는 SrZrO3의 반응물을 형성하였으나 CGO와는 반응을 하지 않았다.

• 한국가스학회지
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• 제2권1호
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• pp.99-106
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• 1998

최근 환경오염 문제와 관련하여 청정연료로 수요가 증가하고 있는 액화천연가스(LNG)의 저장탱크 및 운반선 등 연료 저장 설비, 초전도이용 관련 기기와 같은 저온용 설비 및 기기가 증가하고 있고 대형화의 추세를 보이고 있다. 특히 액화천연가스(LNG)의 수요급증에 따라 이의 운송 및 저장에 필요한 재료의 수요가 증가하면서 극저온재료에 대한 관심이 높아지고 있다. LNG저장조의 대형화에 따라, 설계강도상의 검토는 물론, 사용재료의 특성, 가공성 및 용접 둥의 시공법을 비롯하여 품질관리 면까지 충분한 검토가 필요하다. 특히 LNG를 저장하는 내조재료에 대하여는 모재 및 용접부의 제반 특성을 파악하여 저온에서 취성파괴에 대한 안전성을 확인해 둘 필요가 있다. 본 연구는, LNG 저장 탱크의 안전성 평가시 필요한 재료물성 데이터 중 파괴인성의 측정 기반 기술을 확보하고, 현재 국내에서 사용되고 있는 LNG 저장탱크용 재질(SUS304L강, Al합금 및 $9\%$ Ni강)에 대하여 77 K 및 173 K에서 계장화 샬피충격시험을 실시하여 온도에 따른 충격파괴특성 및 파면해석을 실시하여, 안전성 평가에 필요한 기초 자료를 확보하는 것을 주목적으로 한다. 계장화샬피충격파괴시험결과, $9\%$니켈강의 경우 온도저하에 따라 77K까지는 인성의 저하정도가 적어 우수한 파괴저항을 나타내었다. 계장화 장치에 의해 얻어진 하중-처짐 곡선으로부터, 온도가 173 K에서 77 K로 저하함에 따라 최대하중은 증가하였으나 에너지는 오히려 감소하였다. 또한 균열개시에 쓰여진 에너지보다 균열진전에 쓰여진 에너지가 높게 나타났다. A5083의 경우 합금강재에 비해 충격흡수에너지값이 낮고 저온 특유의 갈라짐 현상을 볼 수 있었다. SUS304L재의 경우 균열개시에 쓰여지는 에너지가 높게 나타났고, 균열진전에 따른 에너지는 거의 나타나지 않아 균열개시 후 비교적 평탄한 파단면을 나타내는 파면관찰 결과와 일치하는 거동을 나타내었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권5호
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• pp.437-447
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• 2016

원자력 발전소의 반응로에 핵연료 봉으로 이루어진 집합체가 있으며 핵 연료의 연소를 통한 열을 이용하여 발전을 한다. 핵연료 봉은 핵연료와 그를 감싸는 피복관으로 이루어졌으며 연소되는 동안 서로의 상호작용에 대한 해석은 안전성을 평가함에 있어 중요한 사실이다. 본 논문에서는 핵연료와 피복관의 연소 상태에서 기계적 상호작용에 대한 해석 방법에 대하여 제시한다. 온도 해석에 있어서 핵연료와 간극 사이에서의 열전도도가 중요하며 간극 거리와 접촉여부에 따른 접촉 압력이 또한 중요 요소이다. 이에 간극 열전도도는 비결정론적이기 때문에 이를 해결할 수 있는 방법에 대하여 제시했다. 핵 연료의 열팽창에 따른 피복관과의 접촉을 해결하기 위한 계산을 수행하였고 그에 따라 접촉 시 발생하는 응력이 항복함수를 넘어 소성 변형이 일어날 경우 또한 고려하였다. 핵연료의 열팽창에 따라 피복관과 접촉에 의한 소성 변형을 해석하므로 핵연료 봉의 안정성을 평가할 수 있다. 이를 적용하기 위해 3차원 유한요소 모듈을 FORTRAN90을 이용하여 개발하였다. 핵연료와 피복관의 접촉에 의한 탄소성 변형을 주로 다루며 두꺼운 실린더를 통한 간단한 이론 모델을 제시하여 코드에 대해 검증을 실시하였다.

• 폴리머
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• 제35권1호
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• pp.35-39
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• 2011

본 연구에서는 고분자 전해질 연료전지의 타소 지지체로 중형기공 실리카(SBA-15)를 이용한 전통적인 주형합성법을 이용하여 중형기공 탄소(CMK-3)를 합성하였다. 합성된 CMK-3는 추가적으로 비표면적과 물리적 성질을 증가시키기 위하여 활성화제로 수산화 칼륨 (KOH)양을 0, 1, 3, 및 4g으로 달리하여 활성화하였다. 그리고 활성화된 CMK-3(K-CMK-3)에 화학적 환원 방법을 이용하여 백금과 루테늄을 답지하였다. CMK-3에 담지된 백금-루테늄 촉매의 특성을 확인하기 위해 비표면적 장치(BET), X-선 회절분석법(XRD), 주사전자현미경(SEM), 투과전자현미정(TEM), 유도결합 플라즈마 질량분석기(ICP-MS)를 이용하였다. 또한, 백금 루테늄 촉매의 전기화학적인 특성을 순환전류전압 실험으로 분석하였다. 결론적으로, 3 g의 KOH로 활성화된 CMK-3(K3g-CMK-3)가 가장 넓은 비표면적을 나타냈다. 또한, K3g-CMK-3의 높은 비표면적은 백금-루테늄의 균일한 분산과 함께 전기적인 촉매의 성능을 향상시키는 것을 확인할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권3호
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• pp.527-534
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• 2012

FCC 연료가스로부터 에틸렌 회수를 위한 흡착공정을 개발을 위하여 활성탄(AC)과 탄소분자체(CMS)로 충진된 흡착탑의 흡착 동특성을 비교하였다. FCC 연료가스로는 6성분($CH_4/C_2H_4/C_2H_6/C_3H_6/N_2/H_2$,32:15:14:2:12:25 vol.%) 혼합가스를 이용하였으며, 흡착탑의 흡착 및 탈착파과 실험을 실시하였다. 활성탄 흡착탑의 경우 파과는 $H_2$ < $N_2$ < $CH_4$ < $C_2H_4$ < $C_2H_6$ 순서로 나왔으며, CMS 흡착탑의 경우는 $H_2$< $CH_4$ < $N_2$ < $C_2H_6$ < $C_2H_4$ 순서를 보였다. CMS 흡착탑은 활성탄 흡착탑보다 성능이 나쁘나, 속도분리의 특성으로 $CH_4$와 $N_2$뿐만 아니라 활성탄에서 제거하기 어려운 $C_2H_6$ 이상의 성분들을 흡착단계에서 제거할 수 있다. 흡착탑의 재생은 감압과정만으로는 두 흡착제 충진탑에서 충분히 재생되기 어려우며, 진공재생이 필요하다. 따라서 CMS를 이용하는 흡착공정은 전처리 공정으로 설계하고, 활성탄을 이용하는 흡착공정을 주요 분리기로 설계하는 압력진공순환식 흡착공정(PVSA)이 에틸렌 회수에 제안될 수 있다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권1호
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• pp.103-110
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• 2012

EV double cone 버너를 장착한 스월 예혼합 연소기를 대상으로 LES 수치기법을 적용하여 연소기내의 유동 현상과 연료/공기 혼합, 화염 거동에 대해 조사하였고, 공연비와 압력 변화에 따른 NOx, CO 농도 변화를 예측하였다. 버너에서 발생한 강한 스월로 인해 재순환 영역이 발생하였으며, 희박 예혼합 화염은 버너 출구부터 형성되어 0.2 m 이내에 존재하는 것으로 나타났다. 상압, 공연비 38.7인 해석 조건에서 NOx 발생량은 연소기 출구에서 0.59 ppm으로 예측되었고, CO는 화염면에서 다량 생성되나 출구로 갈수록 급격히 산화되어 출구에서 5.25 ppm으로 낮게 예측되었다. 또한, NOx 배출량은 공연비가 높아질수록, 압력이 감소할수록 줄어드는 것으로 나타났다. 설계 변경을 통해 다양한 연료 공급 형태에서의 NOx 배출 특성을 조사하였으며, 5 lance-hole 분사의 경우 가장 적은 NOx 배출 특성을 보였다.

• 한국추진공학회지
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• 제2권3호
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• pp.99-106
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• 1998

현재 국내에서 개발되어왔던 중형항공기 후보엔진인 터보팬 엔진의 성능해석과 성능최적화를 위한 제어기법을 연구하였다. 선행된 연구에서 동적모사 및 실시간 선형모사를 수행한 결과 지상 정지조건 하에서 70% 엔진로터 회전수에서 100% 엔진로터 회전수로 급상승하는 경우 고압터어빈 입구온도에서 오버슈트가 발생하여 제한온도인 3105 $^{\cire}R$ 을 넘어감을 확인할 수 있었다 또한 압축기의 서지여유도 협소하여 엔진에 손상을 가져올 수 있다. 이에 본 연구에서는 보다 빠른 가속성능과 함께 엔진 성능의 최적화를 위해 LQR 제어기를 설계하였다. 제어기의 설계를 위해서는 선형모델을 구성해야하며 엔진의 비선형 거동에 보다 근접한 선형화를 위해서는 실시간 선형모사가 요구된다. 선형모델에 필요한 행렬은 자동점에 %의 섭동을 주어 5% 간격으로 구하였으며, 최소자승법을 이용하여 저압 엔진로터 회전수의 함수로 보간하는 방법으로 실시간 선형모사를 수행하였다. 제어변수는 연료유량의 증가속도와 압축기 블리드 공기유량으로 하였으며, 제어 결과 고압 터빈입구온도의 오버슈트를 제거하였으며 최대 압축기 서지여유도 0.55 이하로 확보였다. 비연료소모율도 0.353에서 0.43으로 안정됨을 확인할 수 있었다.

• 공업화학
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• 제30권5호
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• pp.546-555
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• 2019

본 연구는 국내 화장로 설비의 주류를 이루는 대차방식 화장로의 성능개선을 목표로 하였다. 주연소실 형상 변화를 통해 용적을 증대시키고, 버너연소제어 최적화를 통한 화장시간 단축 및 에너지 사용량 절감기술을 실증설비 기반으로 연구하였다. 1차적으로 열유동해석을 통해 최적화된 구조설계로 주연소실의 체적을 약 70% 증대시키므로 연소배가스의 체류시간이 증대되는 효과를 얻을 수 있었고, 이를 통해 설계한 파이로트 화장로를 제작하여 다양한 운전조건에서 연소거동을 실험하고 주연소실 형상별 최적의 운전방안을 도출하였다. 이렇게 도출된 결과를 반영하여 실증 화장로를 설계하고, P시 Y화장장에 설치하였다. 실증 화장로 조업을 통해 최적 연소조건을 도출할 수 있었고, 고온의 연소배가스의 체류시간 증대에 따른 에너지 효율의 증대효과로 기존대비 화장시간 및 연료사용량을 최소화할 수 있었다. 즉, 화장시간은 기존 화장로 조업대비 44.1% 단축된 38 min이었고, 연료사용량은 기존 화장로 대비 54.4% 절감된 $21.8Nm^3$이었다.

• 공업화학
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• 제30권4호
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• pp.493-498
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• 2019

수소연료전지의 백금 촉매층은 높은 활성을 가지고 있어야 하며, 물과 산소의 원활한 물질전달을 위하여 얇은 두께를 유지해야 한다. 이를 위해 수열 합성 기반의 높은 백금 함량의 담지 촉매 합성법이 보고되어 왔지만, 반응과정에서의 입자 성장 거동 및 속도에 대한 접근은 상대적으로 희박하다. 본 연구에서는 환원과정이 완료된 현탁액을 교반하면서 백금 결정의 성장을 시간별로 관찰하였고 이의 전기화학적 활성을 평가하였다. 초반 교반과정 단계의 단지 수 시간에서 백금 콜로이드가 탄소 담지 백금 촉매에 붙어 백금 결정을 성장시키는 것을 확인하였다. 그 이후에는 새로운 핵성장 반응으로 크기가 작은 콜로이드가 형성되지만, 백금 결정 성장에는 참여하지 않는 것을 확인하였다. 따라서 6 h만 교반과정을 겪은 탄소 담지 백금 촉매도 산소환원반응에 대해 우수한 성능을 가지고 있음을 확인하였다.

• 공업화학
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• 제22권2호
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• pp.167-172
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• 2011

본 연구에서는 중형기공 탄소(MCs)를 표면처리하여, 표면 관능기를 분석하고, 표면처리 효과를 조사하였다. 직접 메탄올 연료전지의 탄소지지체로 중형기공 실리카(SBA-15)를 이용한 전통적인 주형합성법을 이용하여 중형기공 탄소(MCs)를 합성하였다. 중형기공 탄소는 인산의 농도를 각각 0, 1, 3, 4, 및 5 M로 달리하여, 343 K에서 6 h 동안 처리하였다. 그리고 표면처리된 중형기공 탄소(H-MCs)에 화학적 환원방법을 이용하여 백금과 루테늄을 담지하였다. 표면처리된 탄소지지체에 담지된 백금-루테늄 촉매의 특성을 확인하기 위해 비표면적 측정장치(BET), X-선 회절분석법(XRD), X-선 광전자 분광법(XPS), 투과전자현미경(TEM), 유도결합 플라즈마 질량분석기(ICP-MS)를 이용하였다. 또한, 백금-루테늄 촉매의 전기화학적인 특성을 순환전류전압 실험으로 분석하였다. 표면분석의 결과로부터, 산소를 포함한 화학관능기가 탄소지지체에 도입된 사실을 알 수 있었다. 결론적으로, 4 M의 인산으로 표면처리한 H4M-MCs가 백금-루테늄의 균일한 분산과 함께 전기적인 촉매의 성능을 향상시키는 것을 확인할 수 있었다.