• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.463-463
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• 2010

고휘도 고효율 백색 LED (lighting emitting diode)가 차세대 조명광원으로 급부상하고 있다. 백색 LED를 생산하기 위한 공정에서 MOCVD (유기금속화학증착)장비를 이용한 Epi wafer공정은 에피층과 기판의 격자상수 차이와 열팽창계수차이로 인하여 생성되는 에피결함의 제거를 위하여 기판과 GaN 박막층 사이에 완충작용을 해줄 수 있는 버퍼층 (Buffer layer)을 만들고 그 위에 InGaN/GaN MQW (Multi Quantum Well)공정을 하여 고휘도 고효율 백색 LED를 구현할 수 있다. 이 공정에서 기판의 온도가 불균일해지면 wafer 파장 균일도가 나빠지므로 백색 LED의 yield가 떨어진다. 균일한 기판 온도를 갖기 위한 조건으로 기판과 induction heater의 간격, 가스의 흐름, 기판의 회전, 유도가열코일의 디자인 등이 장비의 설계 요소이다. 코일에 교류전류를 흘려주면 이 코일 안 또는 근처에 있는 도전체에 와전류가 유도되어 가열되는 유도가열 방식은 가열 효율이 높아 경제적이고, 온도에 대한 신속한 응답성으로 인하여 열 손실을 줄일 수 있으며, 출력 온도 제어의 용이성 및 배출 가스 등의 오염 없다는 장점이 있다. 본 연구에서는 유도가열방식의 induction heater를 이용하여 회전에 의한 기판의 온도 균일도 측정을 하였다. 기초 실험으로 저항 가열 히터를 통하여 대류에 의한 온도 균일도를 평가하였다. 그 결과 gap이 3 mm일 때, 평균 온도 $166.5^{\circ}C$ 에서 불균일도 6.5 %를 얻었으며 이를 바탕으로 induction heater와 graphite susceptor의 간격이 3 mm일 때, 회전에 의한 온도 균일도를 측정을 하였다. 가열원은 induction heater (viewtong, VT-180C2)를 사용하였고, 가열된 graphite 표면의 온도를 2차원적으로 평가하기 위하여 적외선 열화상 카메라(Fluke, Ti-10)을 이용하여 온도를 측정하였다. 기판을 회전하면서 표면 온도의 평균과 표준 편차를 측정한 결과 2.5 RPM일 때 평균온도 $163^{\circ}C$ 에서 가장 좋은 5.5 %의 불균일도를 확인할 수 있었고, 이를 상용화 전산 유체 역학 코드인 CFD-ACE+의 모델링 결과와 비교 분석 하였다.

• 공업화학
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• 제33권1호
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• pp.96-102
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• 2022

고분자전해질막 연료전지의 반응물인 수소와 산소는 기체 상태이므로, 반응물이 원활히 전달될수록 작동 전압의 손실을 줄일 수 있다. 높은 전류밀도 영역에서 산소 물질 전달이 전압 손실을 좌우하므로, 환원극 유로의 형상 변경에 대한 연구들이 진행되어 왔다. 환원극 유로 형상 중에서 유로를 막는 블록은 반응물을 다공성 매질인 기체확산층으로 강제 대류 하도록 사용되었다. 본 연구에서는 간단한 단 채널의 연료전지 모델에 블록을 배치하였다. 전산 유체역학을 사용하였고, 공기 공급 유량을 달리하였을 때 블록으로 인한 강제 대류 효과가 전압-전류 곡선과 국부 전류 밀도에 대한 영향을 연구하였다. 기체확산층으로의 강제 대류 현상을 통하여 적은 공기 공급 유량으로도 높은 전류 밀도를 얻을 수 있었다. 다수의 블록을 직렬로 배치한 경우에 1개의 블록만 배치한 것보다 강제 대류 효과를 증가시켜 높은 전류밀도를 얻을 수 있었다.

• 공업화학
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• 제32권6호
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• pp.613-620
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• 2021

고분자전해질 연료전지의 유로 형상은 내부 유동의 균일성에 영향을 주는 변수이다. 유로 내에서 반응물 분포가 균일하지 않을 경우, 지속적인 운전 과정에서 촉매의 열화 및 고분자 막의 기계적 손상이 야기되며 연료전지의 내구 수명 저하로 이어진다. 연료전지에서 원활한 반응물 공급과 균일한 농도 분포를 위하여 유로 형상에 관한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 유로의 배플은 유체의 강제 대류를 야기해 연료전지의 성능을 개선할 수 있고, 유로 중간에 새로운 반응물 공급 통로(서브 채널)를 만들어 반응물 농도 증가와 원활한 물 배출로 물질 전달 손실을 감소시킬 수 있다. 본 연구에서는 전산 유체 계산을 통하여 블록과 서브 채널을 적용한 유로가 연료전지의 전류밀도와 산소 농도에 미치는 영향을 분석하였다. 블록과 서브 채널이 유로에 구성되었을 때, 한계전류밀도가 증가하였고 블록 후단의 산소 농도가 회복되었다. 블록이 2개 이상 있을 때 블록 사이에 서브 채널을 배치할 경우 전류밀도 증가 폭이 더욱 커졌다. 또한 추가 공급되는 공기의 공급 위치에 따른 산소 농도를 분석하여 서브 채널이 블록 후단의 낮아진 산소 농도를 회복할 수 있었다.

• 공업화학
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• 제31권6호
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• pp.596-602
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• 2020

점/접착제 생산 공정은 배합 과정에서 mineral insulated (MI) cable을 통해 내부 용액을 76 ℃까지 가열 및 혼합 후 제품 출하를 위해 30 ℃까지 상온 냉각을 진행한다. MI cable을 이용한 반응기의 경우, 냉각시간이 평균 10 h 소요되어 생산효율이 낮은 문제점이 있지만, jacketed vessel을 설치하면 위의 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 그러나 jacketed vessel의 종류가 다양해 jacket을 설치하기 전, 배합 공정조건에 적합한 종류를 찾아야 한다. 본 연구에서는 생산효율에 영향을 주는 냉각시간을 최소화하기 위해 computational fluid dynamics (CFD)를 이용하여 jacket 종류에 따른 냉각시간을 비교해 공정에 적합한 jacketed vessel 모델을 개발하고, 점/접착제 생산 공정에 최적화된 jacketed vessel을 설계하였다. 연구 결과, jacket의 높이가 같을 때, half-pipe coil jacket보다 plain jacket의 냉각 성능이 32.7% 더 우수하였고, plain jacket에 60% spiral baffle을 설치하여 냉각 공정에 이용할 경우 냉각시간을 80.4%, 작업시간을 25.1% 단축 가능하다.