• 기계와재료
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• 제26권1호
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• pp.38-46
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• 2014

초임계 이산화탄소 사이클 발전시스템은 액체와 기체의 복합 특성을 가지는 초임계 유체의 특성을 잘 활용하여 고효율 및 고출력의 장점을 가지며, 다양한 열원을 이용한 발전이 가능하기 때문에 최근 차세대 발전기술로서 주목을 받고 있다. 미국, 일본 등 선진국에서는 현재 실험실 규모의 시스템 검증을 거쳐 수십 MWe급 시스템 개발을 진행 중에 있으며 수백 MWe급 플랜트를 구축하는 프로젝트도 준비 중에 있다. 본 고에서는 이러한 초임계 이산화탄소 사이클 발전시스템의 기술적 특징과 기술개발 동향을 소개하고, 특히 향후 분산형 발전시스템으로 적용 가능성을 제시하고자 한다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제2권4호
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• pp.531-536
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• 2016

세계적으로 온실가스저감에 대한 요구가 높아지고 있는 가운데 고효율 발전 시스템의 개발에 대한 연구개발이 꾸준히 진행되고 있다. 초임계 $CO_2$ 발전기술은 효율 향상과 소형화, 다양성의 장점을 가지고 있어, 2000년대 이후 세계 여러 나라에서 연구개발에 박차를 가하고 있다. 초임계 $CO_2$ 발전 시스템은 $CO_2$를 작동유체로 하는 발전 시스템으로 크게 간접가열방식과 직접가열방식으로 구분될 수 있다. 현재, 대부분의 연구는 간접가열방식의 초임계 $CO_2$ 발전 시스템 개발에 집중되어 있고, 미국은 NREL을 중심으로 태양열 연계 초임계 $CO_2$ 발전 시스템을 개발 중이며, DOE는 올 해 화력 연계 초임계 $CO_2$ 발전 시스템 개발에 대한 투자도 시작할 계획이다. GE는 10MW급 초임계 $CO_2$ 발전 시스템 개발뿐만 아니라, 50MW급과 450MW급 초임계 $CO_2$ 발전시스템의 개념 설계도 진행 중에 있다. 우리 나라에서는 원자력연구원이 초임계 $CO_2$ 발전시험 설비를 구축해오고 있으며, 한국전력공사 전력연구원은 현대중공업과 함께 디젤 및 가스엔진 폐열을 이용하여 2MW급 초임계 $CO_2$ 발전시스템 개발을 진행 중에 있다.

• 기계저널
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• 제56권9호
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• pp.32-37
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• 2016

초임계 유체의 고유한 물리적 특성변화와 난류유동을 결합하여 성능을 높이는 데 활용하고 있는 가장 대표적인 시스템 중의 하나는 연소기이다. 이때 연료와 산화제의 연소반응은 저압조건과 다른 고유한 특성을 가지고 있어 기존의 연소모델에 의해서는 정확한 분석이 어렵게 된다. 따라서 초임계 압력조건에 대한 연소과정을 분석할 수 있는 연소모델이 필요하고 이러한 연소과정이 난류유동조건에서 발생하기 때문에 최근 많은 연구가 초임계 난류연소모델 개발에 집중되어 왔다. 이 글에서는 특히 액체로켓엔진 관련 초임계 연소모델 개발 분야의 연구동향을 살펴보고자 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제10권1호
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• pp.32-38
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• 2009

R744용 초임계 증기압축식 냉동시스템의 작동변수에 대한 기초설계자료를 제공하고자 냉동능력, 압축일량, 성적계수에 대한 사이클 성능분석을 실시하였다. 본 연구에서 고려된 작동변수는 R744 증기압축식 사이클의 과열도, 가스냉각기 출구온도, 증발온도이다. R744의 냉동능력은 과열도가 증가할수록 증가하는 반면, 증발온도와 가스냉각기 출구온도가 증가할수록 감소한다. 압축일량은 R744의 과열도와 냉각압력과 함께 증가하나 증발온도는 증가할수록 감소한다. 그리고 성적계수는 가스냉각기의 출구온도와 증발온도가 증가할수록 증가하는 반면, 과열도는 감소한다. 그러므로, R744용 초임계 증기압축식 냉동시스템의 냉동능력, 압축일량, 성적계수는 과열도, 가스냉각기 출구온도, 증발온도에 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 따라서, R744용 초임계 증기압축식 냉동시스템을 설계할 경우에는 이러한 영향을 면밀하게 파악하여야 한다.

• 기계저널
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• 제56권9호
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• pp.38-43
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• 2016

초임계 난류유동이 활용되고 있는 가장 대표적인 시스템은 액체로켓연소기이다. 액체로켓엔진은 목적하는 임무에 따라 추력이 결정되고 엔진의 추력이 결정된다. 이러한 추력을 결정하는 핵심부품이 분사기(injector)이다. 실용 인공위성을 발사하기 위한 액체로켓엔진의 연소기는 수백 개의 분사기를 통해 연료와 산화제가 혼합되는 구조를 가지고 있다. 따라서 로켓연소기의 연소특성 및 성능은 분사기의 혼합특성에 좌우된다. 그러므로 단일 분사기의 연료/산화제 혼합특성에 대한 많은 실험과 해석연구가 진행되고 있다. 그런데 초임계압력에서는 액체의 표면장력이 사라지게 되어 독특한 혼합특성을 가지고 있기 때문에 성능을 높여주기 위하여 초임계 압력을 선택할 경우 분사기에 대한 연구가 선행되어야 한다. 이 글에서는 이러한 초임계 작동압력에서 분사기에 대한 연구들을 소개하고자 한다.

• 기계저널
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• 제56권9호
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• pp.49-53
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• 2016

액체로켓엔진은 연소실의 온도가 약 3,600K로서 냉각시스템은 필수적이다. 지금까지 대표적으로 사용되어온 냉각방법은 재생냉각과 막냉각으로 아임계압력에서 다양한 실험연구에 의해서 설계가 진행되어 왔다. 아임계압력에서 얻어진 유동구조 이해 및 설계경험식은 초임계 압력에서는 물성치가 급격히 변하기 때문에 재정립될 필요가 있다. 특히 열전달 성능을 좌우하는 난류유동구조가 크게 바뀌기 때문에 초임계 유체에 대한 난류유동 및 열전달연구가 진행될 필요가 있다. 이 글에서는 초임계 압력조건에서 난류열전달 연구동향을 소개하고자 한다.

• 한국추진공학회지
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• 제25권3호
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• pp.113-126
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• 2021

극초음속 순항 비행체에 탑재되어 운용 가능한 능동냉각시스템을 개발하기 위해서는 탄화수소 액체연료의 흡열반응을 이용한 재생냉각 기술에 대한 일련의 연구가 선행되어야 하며, 그 중에서도 광범위한 온도/압력 조건에서의 탄화수소 항공유에 대한 열물리적 물성치 획득과 함께 재생냉각시스템용 미세채널 내에서의 초임계 탄화수소의 유동/열전달/흡열분해 특성 등에 대한 연구가 필수적이다. 이에 따라 본 연구에서는 최근 전세계적으로 수행되고 있는 효율적인 극초음속 비행체용 재생냉각시스템 개발을 위한 초임계 탄화수소 항공유의 냉각채널 내에서의 물성치/유동/열전달/흡열분해 특성에 관한 다양한 기술 및 그와 관련된 주요 연구 동향을 분석하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권3호
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• pp.248-253
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• 2006

효율적인 약물 전달 시스템을 개발하기 위한 연구의 일환으로, 초임계 상태에서 mesoporous silica인 MCM-41에 항염증제 ibuprofen을 함침시키고, 그 방출효과를 실험적으로 조사하였다. 초임계 용매로는 기존의 약물 처리 공정에 사용되는 유기용매의 단점을 보완할 수 있는 무독성의 초임계 이산화탄소를 선택하였다. 실험은 수열합성법에 의한 MCM- 41의 합성, 초임계 이산화탄소에 의한 MCM-41에의 ibuprofen 함침 및 함침된 ibuprofen 용출의 세 공정으로 구성하였다. 초임계 함침 공정의 함침평형에 도달하는 시간은 본 연구의 조건 범위에서 약 2h 정도였으며, 평형 함침량은 초임계 이산화탄소에 대한 ibuprofen의 용해도 증가에 따라 증가하였다. Ibuprofen의 용출속도는 함침된 ibuprofen의 함량에 무관하게 유사한 형태의 용출 특성을 나타내었다.

• KSBB Journal
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• 제16권1호
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• pp.66-70
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• 2001

순수한 초임계 이산화탄소를 이용하여 camptothecin(CPT)와 10-hydroxy camptothecin(HCPT) 추출 시험을 결과, 이들은 각각 유기용매 메탄올 추출에 비교하여 3%와 2% 밖에 추출되지 않았다. 보조용매로 메탄올과 에탄올을 이용하여 CPT와 HCPT를 추출하면 추출 효율이 상승됨을 확인할 수 있었다. 특히 에탄올 보다 메탄올이 효율이 좋았다. 따라서 보조용매 적용에 관련된 여러 조건들을 최적화 하였다. 메탄올을 보조용매로 사용하는 경우에 보조용매의 농도가 증가할수록 추출 효율도 증가하였고 16% 이상에서는 추출 효율이 완만하게 증가하였다. 또한 추출은 온도에 따라 크게 영향을 받지 않아으나 온도에 따라 약간 증가하는 경향을 보였다. 초임계 추출에서 압력의 영향을 살펴본 결과 250 bar까지 압력이 증가할수록 추출 효율은 증가하였다. Acetate ion을 공급하여 추출 실험을 수행하였으나 CPT나 HCPT 모두 ion pairing agent의 영향은 없었다. 본 시스템과 같은 solid/fluid 추출 시스템에서 추출 효율에 영향을 크게 미치는 3가지 요소 (용해도, 확산, 및 matrix)중 확산의 영향을 살펴보았다. 여러 기하학적 모델 중 matrix가 구형인 hot-ball model로 확산게수를 계산하였다. 본 시스템에서 보조용매를 포함한 초임계 유체의 $D/r^2$ 값은 0.0072 $min^{-1}$로서 순수한 메탄올 유기용매 추출보다 큰 값을 보였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제43권1호
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• pp.27-32
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• 2005

본 연구에서는 다양한 공용매로 변형된 초임계 이산화탄소를 이용하여 웨이퍼 표면에 존재하는 이온주입 포토레지스트(IIP, ion-implanted photoresist) 및 잔류 불순물의 제거 공정을 97, 148, $200^{\circ}C$의 온도와 200, 300, 400 bar의 압력조건에서 수행하였다. 이온주입 포토레지스트는 순수 초임계 이산화탄소에 의해 제거되지 않았으나 팽윤(swelling)되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 단일 공용매 및 비양성자성 용매들의 혼합 공용매로 변형된 초임계 이산화탄소 시스템은 이온주입 포토레지스트를 팽윤시키나, 제거에 효과적이지 못하였다. 그러나 DMSO에 DIW가 혼합된 혼합 공용매(5%, v/v)로 변형된 초임계 이산화탄소 시스템은 $97^{\circ}C$, 200 bar의 온도, 압력 조건에서 30분 동안 세정 실험을 수행한 결과 이온 주입 포토레지스트의 제거에 효과적이었다(약 80%). 본 연구에서 사용된 혼합 공용매로 변형된 초임계 이산화탄소 시스템은 플라즈마 애싱(ashing) 및 산과 용매가 기본이 되는 습식 세정 방법의 대안으로서 화학액의 사용과 폐수를 감소시킬 수 있다.