• 한국분무공학회지
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• 제25권4호
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• pp.162-169
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• 2020

The worldwide focus on reducing the emissions, fuel and lubricant consumption in T-GDI engines is leading engineers to consider the crankcase ventilation and oil mist separation system as an important means of control. In today's passenger cars, the oil mist separation systems mainly use the inertia effect (e.g. labyrinth, cyclone etc.). Therefore, this study has investigated high efficiency cylinder head-integrated oil-mist separator by using a compact multi-impactor type oil mist separator system to ensure adequate oil mist separation performance. For this purpose, engine dynamometer testing with oil particle efficiency measurement equipment and 3D two-phase flow simulation have been performed for various engine operating conditions. Tests with an actual engine on a dynamometer showed oil aerosol particle size distributions varied depending on operating conditions. For instance, high rpm and load increases bot only blow-by gases but the amount of small size oil droplets. Submicron-sized particles (less than 0.5 ㎛) were also observed. It is also found that the impactor type separator is able to separate nearly no droplets of diameter lower than 3 ㎛. CFD results showed that the complex aerodynamics processes that lead to strong impingement and break-up can strip out large droplets and generate more small size droplets.

• 한국융합학회논문지
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• 제13권4호
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• pp.307-313
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• 2022

차량 실내소음이 엔진의 고출력화와 경량화로 인해 더욱 심각해져 엔진진동의 저감의 중요성이 높아지고 있다. 최근 엔진진동 저감의 대표적인 방법으로 밸런스샤프트 부착이 제시되고 있다. 밸런스샤프트는 피스톤과 콘로드 등의 왕복운동에서 발생하는 진동을 임의의 편심질량을 이용하여 상쇄시키는 장치이다. 따라서 밸런스샤프트는 연비향상 및 차량의 승차감을 동시에 향상시킬 수 있다. 본 논문은 엔진구조로 인해 발생하는 관성력을 유도하고 이를 상쇄하기 위한 밸런스샤프트의 불평형량과 형상을 제시한다. 제시된 두가지 형상의 밸런스샤프트를 ADAMS 다물체동역학 모델로 구현하고, 이를 동역학 시뮬레이션을 통해 실제 거동상태에서의 관성력의 저감을 확인하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제43권5호
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• pp.523-532
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• 2022

Turbocharger technology is one of the ways to survive in a competitive market that is facing increasing demand for fuel and improving the efficiency of vehicle engines. Turbocharging allows the engine to operate at close to its maximum power, thereby reducing the relative friction losses. One way to optimally understand the behavior of a turbocharger is to better understand the heat flow. In this paper, a 1.7 liter, 4 cylinder and 16 air valve gasoline engine turbocharger with compressible, viscous and 3D flow was investigated. The purpose of this paper is numerical investigation of the number of heat transfer in gasoline engines turbochargers under 3D flow and to examine the effect of different types of coatings on its performance; To do this, modeling of snail chamber and turbine blades in CATIA and simulation in ANSYS-FLUENT software have been used to compare the results of turbine with experimental results in both adiabatic and non-adiabatic (heat transfer) conditions. It should be noted that the turbine blades are modeled using multiple rotational coordinate methods. In the experimental section, we simulated our model without coating in two states of adiabatic and non-adiabatic. Then we matched our results with the experimental results to prove the validation of the model. Comparison of numerical and experimental results showed a difference of 8-10%, which indicates the accuracy and precision of numerical results. Also, in our studies, we concluded that the highest effective power of the turbocharged engine is achieved in the adiabatic state. We also used three types of SiO₂, Sic and Si₃N₄ ceramic coatings to investigate the effect of insulating coatings on turbine shells to prevent heat transfer. The results showed that SiO₂ has better results than the other two coatings due to its lower heat transfer coefficient.

• 한국분무공학회지
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• 제28권1호
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• pp.1-9
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• 2023

In the cylinder of gasoline direct injection engines, the spray targeting from injectors is of great significance for fuel consumption and pollutant emissions. The automotive industry is putting a lot of effort into improving injector targeting accuracy. To improve the targeting accuracy of injectors, it is necessary to develop models that can predict the spray targeting positions. When developing spray targeting models, the most used technique is computational fluid dynamics (CFD). Recently, due to the superiority of machine learning in prediction accuracy, the application of machine learning in this field is also receiving constant attention. The purpose of this study is to build a machine learning model that can accurately predict spray targeting based on the design parameters of injectors. To achieve this goal, this study firstly used laser sheet beam visualization equipment to obtain many spray cross-sectional images of injectors with different parameters at different injection pressures and measurement planes. The spray images were processed by MATLAB code to get the targeting coordinates of sprays. A total of four models were used for the prediction of spray targeting coordinates, namely ANN, LSTM, Conv1D and Conv1D & LSTM. Features fed into the machine learning model include injector design parameters, injection conditions, and measurement planes. Labels to be output from the model are spray targeting coordinates. In addition, the spray data of 7 injectors were used for model training, and the spray data of the remaining one injector were used for model performance verification. Finally, the prediction performance of the model was evaluated by R² and RMSE. It is found that the Conv1D&LSTM model has the highest accuracy in predicting the spray targeting coordinates, which can reach 98%. In addition, the prediction bias of the model becomes larger as the distance from the injector tip increases.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제87권3호
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• pp.221-229
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• 2023

Urbanization and industrialization have significantly increased the amount of solid waste produced in recent decades, posing considerable disposal problems and environmental burdens. The practice of waste utilization in concrete has gained popularity among construction practitioners and researchers for the efficient use of resources and the transition to the circular economy in construction. This study employed Lytag aggregate, an environmentally friendly pulverized fuel ash-based lightweight aggregate, as a substitute for natural coarse aggregate. At the same time, fly ash, an industrial by-product, was used as a partial substitute for cement. Concrete mix M20 was experimented with using fly ash and Lytag lightweight aggregate. The percentages of fly ash that make up the replacements were 5%, 10%, 15%, 20%, and 25%. The Compressive Strength (CS), Split Tensile Strength (STS), and deflection were discovered at these percentages after 56 days of testing. The concrete cube, cylinder, and beam specimens were examined in the explorations, as mentioned earlier. The results indicate that a 10% substitution of cement with fly ash and a replacement of coarse aggregate with Lytag lightweight aggregate produced concrete that performed well in terms of mechanical properties and deflection. The cementitious composites have varying characteristics as the environment changes. Therefore, understanding their mechanical properties are crucial for safety reasons. CS, STS, and deflection are the essential property of concrete. Machine learning (ML) approaches have been necessary to predict the CS of concrete. The Artificial Fish Swarm Optimization (AFSO), Particle Swarm Optimization (PSO), and Harmony Search (HS) algorithms were investigated for the prediction of outcomes. This work deftly explains the tremendous AFSO technique, which achieves the precise ideal values of the weights in the model to crown the mathematical modeling technique. This has been proved by the minimum, maximum, and sample median, and the first and third quartiles were used as the basis for a boxplot through the standardized method of showing the dataset. It graphically displays the quantitative value distribution of a field. The correlation matrix and confidence interval were represented graphically using the corrupt method.

• 한국가스학회지
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• 제24권6호
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• pp.1-10
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• 2020

반응성 조정 압축착화 (Reactivity Controlled Compression Ignition, RCCI) 연소는 착화원인 디젤 연료를 압축 행정 중 이른 시점에 미리 분사하여, 공기와 미리 섞여 들어온 천연가스 연료뿐만 아니라 디젤 연료 자체도 미리 연소 전에 공기와 혼합하여 착화를 이루는 전체 예혼합 혼소(Dual-fuel combustion) 방식의 일종이다. 따라서 기존의 혼소 방식 중에서도 RCCI 연소는 질소산화물(Nitrogen Oxides, NOx) 및 매연(Smoke)을 획기적으로 줄일 수 있고, 또한 높은 열효율을 유지할 수 있는 장점을 지니고 있다. 특히 연소 중 NOx의 발생은 연소 온도와 국부적인 당량비에 관계된 상황에서 당량비를 낮추기 위해 예혼합율을 높이는 시도뿐만 아니라, 연소 온도 감소를 위한 배기재순환(Exhuast Gas Recirculation, EGR)을 적용하는 것이 효과적이다. 그러나 배기재순환은 대개의 경우 터보차저의 압축기 전단에서 추출하는 HP-EGR(High Pressure-EGR) 방식을 적용하는 경우가 많으므로, EGR율을 높일 경우 터빈으로 공급되는 배기의 양이 줄어 배기 엔탈피 감소로 인해 과급이 줄어드는 악영향을 초래할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 서로 다른 두 운전조건에서 천연가스-디젤 RCCI 연소를 시행할 때, EGR율 변화에 따른 엔진 시스템의 제동 출력 및 열효율의 변화에 대하여 실험적으로 분석하였다. 실험 조건은 1,200 rpm/29 kW 수준의 조건과 1,800 rpm/90 kW 이하 조건에서 수행하였으며 NOx와 smoke의 배출조건은 Tier-4 final 배기규제를 기준으로 삼았으며 엔진의 내구성을 고려하여 최고 연소압력은 160 bar를 넘지 않게 제어하였다. 그 결과 1,200 rpm/29 kW 조건에서는 EGR율을 4에서 30 %로 높이더라도 출력 및 열효율의 변화는 미미하였으나, 1,800 rpm 조건에서는 EGR율을 4에서 28 %로 증가할 경우 최대 과급 압력이 2.3에서 1.8 bar로, 최고 출력은 90에서 65 kW로, 열효율은 37에서 33 %로 감소함을 알 수 있었다. 따라서 효과적인 EGR공급을 위해서는 현재 압축기 전단에서 추출하는 EGR을 후단에서 추출하는 LP-EGR (Low Pressure EGR) 시스템이 효과적일 수 있음을 시사한다.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제6권1호
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• pp.28-38
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• 1981

동력경운기(動力耕耘機)의 효율적(效率的)인 이용(利用)과 고장(故障)으로 인(因)한 문제점(問題點)과 그에 따른 대책(對策)을 강구(講究)하기 위(爲)한 기초자료(基礎資料)를 제시(提示)코저 전국(全國) 8개도 278농가(農家)를 대상(對象)으로 동력경운기(動力耕耘機)의 각종(各種) 고장(故障) 및 수리실태(修理實態)를 조사분석(調査分析)한 결과(結果)는 다음과 같다. 가. 고장빈도(故障頻度) 동력경운기(動力耕耘機)의 대당(臺當) 년간(年間) 고장발생(故障發生) 빈도(頻度)는 9.05회(回)이었으며 평균(平均) 39.1시간(時間) 작업(作業)에 1회(回)의 고장(故障)이 발생(發生)되었다. 고장빈도(故障頻度)가 가장 높았던 곳은 점화연료공급계통(點火燃料供給系統)으로서 2.02회(回)로 전체고장(全體故障)의 22.3%를 차지하였고, 그 다음이 부속작업기(附屬作業機) 시린더계통(系統), 주행장치등(走行裝置等)의 순서(順序)로 나타났다. (2) 동력경운기(動力耕耘機) 사용년수별(使用年水別) 고장(故障) 발생빈도(發生頻度)는 구입후(購入後) 6년(年) 이하(以下) 경과(經過)된 기계(機械)에서 37.7시간(時間) 사용(使用)에 1회(回)의 고장(故障)이 발생(發生)된 것으로 나타나 가장 높았고 그 다음이 구입후(購入後) 2년(年) 미만(未滿)된 기계(機械)로서 38.6시간(時間) 작업(作業)에 1회(回)이 고장(故障)이 발생(發生)되었다. (3) 동력경운기(動力耕耘機) 기종별(機種別) 고장(故障) 발생빈도(發生頻度)는 석유(石油)엔진이 36.3시간(時間) 작업(作業)에 1회(回)의 고장(故障)이 발생(發生)되어 디젤엔진의 42.8시간(時間)보다 높았고 마력별(馬力別)로는 석유(石油)엔진의 경우(境遇) 8마력(馬力)이 10마력(馬力)보다 고장(故障) 발생빈도(發生頻度)가 높게 나타났다. (4) 동력경운기(動力耕耘機) 월별(月別) 고장(故障) 발생빈도(發生頻度)는 10월(月)에 가장 낮아 51.5시간(時間) 작업(作業)에 1회(回)의 고장(故障)이 발생(發生)되었고 그 다음이 6월로 49.7시간(時間) 작업(作業)에 1회(回)의 고장(故障)이 발생(發生)된 것으로 나타나 작업시간(作業時間)이 많았을 때 고장(故障) 발생빈도(發生頻度)는 상대적(相對的)으로 적었던 것으로 나타났다. 나. 수리장소(修理場所) (1) 동력경운기(動力耕耘機) 고장시(故障時)의 수리장소(修理場所)는 자가수리(自家修理)가 평균(平均) 45.3%이었고 공장수리(工場修理)가 54.7%로 나타나 공장수리(工場修理)가 자가수리(自家修理)보다 많았다. (2) 동력경운기(動力耕耘機) 사용년수별(使用年數別) 수리장소(修理場所)는 구입후(購入後) 경과년수(經過年數)가 길어질수록 공장수리(工場修理)보다 자가수리(自家修理)가 많아지는 것으로 나타났다. (3) 동력경운기(動力耕耘機) 자가수리율(自家修理率)은 디젤엔진이 석유(石油)엔진보다 높았으며 석유(石油)엔진에서는 10마력(魔力)이 디젤엔진에서는 8마력(魔力)이 높았다. (4) 고장부위별(故障部位別) 자가수리(自家修理) 비율(比率)은 조향장치(操向裝置)가 가장 높아 66.7%였으며 그 다음이 점화연료계통(點火燃料系統)인 것으로 나타났고 자가수리비율(自家修理比率)이 가장 낮는 곳은 부속작업기(附屬作業機)로서 26.5%에 불과(不過)하였다. 다. 고장원인(故障原因) (1) 동력경운기(動力耕耘機) 고장원인(故障原因)은 기계(機械)의 노후(老朽)에 의(依)한 고장(故障)이 년간(年間) 대당(臺當) 5.18회(回)로 전체(全體)의 57.2%를 차지하여 가장 많았고 정비불량(整備不良)과 과부하(過負荷)로 인(因)한 고장(故障)이 전체(傳遞)의 37.7%이었다. (2) 동력경운기(動力耕耘機) 구입후(購入後) 2년(年) 미만(未滿)의 기종(機種)에서는 정비불량(整備不良)으로 인(因)한 고장(故障)이 많았던 반면(反面) 노후(老朽)로 인(因)한 고장(故障)이 적었다. (3) 동력경운기(動力耕耘機) 고장원인(故障原因)은 기종별(機種別) 마력별(馬力別) 공(共)히 노후(老朽)로 인(因)한 고장(故障)과 과부하(過負荷)로 인(因)한 고장(故障)이 대부분(大部分)이었으며 특히 석유(石油) 5마력(馬力)엔진에서는 과부하(過負荷)로 인(因)한 고장(故障)이 월등히 높았다. (4) 동력경운기(動力耕耘機) 부위별(部位別) 고장원인(故障原因)은 시린더 계통(系統)과 주행장소(走行場所)의 고장(故障)에서는 주(主)로 노후(老朽)에 의(衣)한 원인(原因)이 많았던 반면(反面) 점화연료계통(點火燃料系統)의 고장(故障)에서는 정비불량(整備不良)으로 인한 고장(故障)이 많았다. 라. 수리비율(修理(比率) (1) 동력경운기(動力耕耘機) 년간(年間) 대당(臺當) 수리비(修理費)는 34,509원이었고 동력경운기(動力耕耘機) 1시간(時間) 수업당(修業當) 평균(平均) 수리비(修理費)는 97원이었다. (2) 동력경운기(動力耕耘機) 기종별(機種別) 수리비(修理費)는 석유(石油)엔진이 40,697원으로 디젤엔진의 28,322원보다 훨씬 많았다. (3) 동력경운기(動力耕耘機) 기종별(機種別) 1시간(時間) 수업당(修業當) 평균(平均) 수리비(修理費)는 석유(石油)엔진이 108원으로 디젤엔진의 86원보다 많았으며 마력별(馬力別)로는 차이(差異)가 없었다. (4) 동력경운기(動力耕耘機) 고장부위별(故障部位別) 년간(年間) 수리비(修理費)는 시린더 계통(系統)이 13,036원으로 가장 많았으며 조향장치(操向裝置)가 362원으로 가장 적었다. (5) 동력경운기(動力耕耘機) 1회(回) 수리시(修理時)의 평균(平均) 수리비(修理費)는 3,713원이었으며 시린더계통(系統)이 10,598원으로 가장 많았고 조향장치(操向裝置)가 1,006원으로 가장 적었다. 마. 자가수리소요시간(自家修理所要時間) 및 고장(故障)으로 인(因)한 불가동시간(不稼動時間) (1) 동력경운기(動力耕耘機) 년간(年間) 대당(臺當) 자가수리(自家修理) 소요시간(所要時間)은 8.36시간(時間)이었고 고장(故障)때문에 작업(作業)하지 못한 시간(時間)은 년간(年間) 대당(臺當) 93.5시간(時間)이었다. (2) 동력경운기(動力耕耘機) 사용년수별(使用年水別) 자가수리시(自家修理時)의 1회수리당(回修理當) 소요시간(所要時間)은 6년이상(年以上) 경과(經過)된 기계(機械)에서 21.3시간(時間)으로 가장 높았고 고장(故障) 때문에 사용(使用)하지 못한 시간(時間)은 2년(年) 미만(未滿)된 기계(機械)에서 년간(年間) 대당(臺當) 127.13시간(時間)으로 나타나 가장 높았다. (3) 동력경운기(動力耕耘機) 기종별(機種別) 자가수리시(自家修理時)의 1회(回) 수리당(修理當) 소요시간(所要時間)은 디젤엔진이 10.66시간(時間)으로 석유(石油)엔진의 6.48시간(時間)보다 많았고 고장(故障)으로 인(因)하여 가동(稼動)하지 못한 시간(時間)은 석유(石油)엔진이 년간(年間) 대당(臺當) 99.4시간(時間)으로 디젤엔진의 88.67시간(時間)보다 많았다. (4) 동력경운기(動力耕耘機) 마력별(馬力別) 자가수리시(自家修理時)의 1회수리당(回修理當) 소요시간(所要時間)은 석유(石油)엔진 디젤엔진 공(共)히 8마력(馬力)이 가장 적어 석유(石油)엔진 3.78시간(時間)이었고 디젤엔진은 8.25시간(時間)이었다. (5) 동력경운기(動力耕耘機) 고장부위별(故障部位別) 자가수리시(自家修理時)의 1회수리당(回修理當) 소요시간(所要時間)은 시린더 계통(系統)이 가장 많은 32.02시간(時間)이었고 고장(故障)으로 인(因)하여 가동(稼動)하지 못한 시간(時間)은 시린더 계통(系統)이 가장 많아 년간(年間) 대당(臺當) 37.30시간(時間)이었다.

• 에너지공학
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• 제11권2호
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• pp.114-121
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• 2002

가압유동층 화력발전소 운전시, 석탄 및 황산화물 흡착제 내에 존재하는 알칼리금속 성분들은 유동층 연소기 출구에서 입자나 증기 형태로 배출된다 이러한 알칼리 성분은 분진제거장치에 의해 제거될 수 있으나, 대부분의 분진 제거장치는 고온, 고압을 유지하지 못하므로 전체 발전효율이 떨어지게 된다. 또한 증기상으로 존재하는 알칼리금속 성분은 터빈날개 부식의 시발점이 되며, 그 배출정도는 석탄 및 흡착제에 포함된 광물의 특성과 조성 및 가압유동층 운전조건에 따라 달라지며 그 농도는 수십 ppm 정도인 것으로 알려져 있다. 반면 가스터빈에 유입되는 연소가스중의 알칼리금속 농도 허용치는 오일 및 석탄 연소의 경우에 50 ppb 이하로 설정되어 있다. 그러므로, 석탄의 유동층연소 및 가스화 과정에서 발생되는 알칼리금속 증기는 고체상의 흡착제를 사용하여 제거하여야만 가스터빈 부식 문제를 해결하고 전체 플랜트 효율을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 보크사이트, 고령토 및 석회석 흡착제들을 가압 알칼리증기 제거반응기 조건에 알맞도록 실린더 형태의 펠렛으로 성형 및 제조하여 실첨에 사용하였다. 연구결과에 의하면, 보크사이트가 가장 우수한 흡착제로 판단되며 고령토, 석회석 순서로 알칼리 흡착능을 보여 주었으며, 흡착제와 알칼리증기 흡착률은 반응온도, 펠렛의 다공도, 및 반응가스 중 알칼리 농도와 밀접한 관계를 보여 주었다.

• 한국가스학회지
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• 제15권5호
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• pp.25-30
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• 2011

바이오가스는 Biomass, 유기성 폐기물 등의 혐기소화 공정을 통해 얻을 수 있는 대표적인 신재생연료로 저발열량에도 불구하고 탄소중립적인 특성이 있기 때문에 이를 엔진에 적용하여 에너지를 생산하고자 하는 노력이 계속되어왔다. 바이오가스는 원료의 종류 및 혐기소화 공정 조건에 따라 그 연료 조성이 달라질 수 있는데, 이러한 조성 변화는 엔진 성능에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 따라서 이번 연구에서는 다양한 발열량을 갖는 바이오가스를 연료 내 불활성가스 비율을 변화시켜 모사하고 이를 이용하여 바이오가스 내 불활성가스 비율의 변화, 즉 발열량의 변화가 엔진 성능 및 배기 특성에 주는 영향을 파악하였다. 실험결과로 각 불활성가스 함량에 따른 최적 점화시기를 결정하였으며, 발열량 변화가 엔진 출력, 효율, 배기 성능에 미치는 영향을 제시하였다.

• 에너지공학
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• 제25권4호
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• pp.13-29
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• 2016

본 연구에서는 실제 난지 하수처리장에서 바이오가스를 연료로 사용하여 발전할 때, 가스엔진에서 발생하는 고장 사례에 대한 조사와 분석을 통해 바이오가스 플랜트의 주요 고장원인을 분석하고, 그 대책을 제시하였다. 바이오 가스엔진에 유입되는 바이오 가스 속의 황화수소와 수분 제거설비의 간헐적인 오작동으로 인한 수분이 바이오 가스엔진의 인터쿨러 부식을 초래하였다. 또한 바이오가스 속의 실록산이 이산화규소와 규산염 화합물을 형성하여 피스톤 표면 및 실린더라이너 내벽의 긁힘과 마모 등의 손상을 유발하였다. 연소실과 배기가스 설비에 부착된 물질들은 황화수소와 다른 불순물질이 결합한 것으로 분석되었다. 이러한 원인으로는 바이오 가스 속의 고함량(50ppm이상)의 황화수소가 탈황설비에 장기간 공급되었고, 탈황설비내 활성탄의 파과점 도달에 따른 제거효율 저하 때문에 황화수소가 엔진으로 유입됨으로써 발생한 것으로 사료된다. 또한, 황화수소는 흡착탑의 실록산 제거용 활성탄 기능을 저하시킴으로써 제거되지 않은 실록산 화합물이 엔진으로 유입되어 다양한 형태의 엔진고장을 유발한 것으로 판단된다. 따라서, 황화수소와 실록산, 수분은 바이오 가스엔진 고장의 주요 원인으로 볼 수 있으며, 이 중 황화수소는 고장을 일으키는 다른 물질과 반응하며, 전처리 공정에 중대한 영향을 미치는 물질로 볼 수 있다. 결과적으로, $H_2S$ 제거방법의 최적화가 안정적인 바이오 가스엔진 운영을 위한 필수적인 대책으로 사료된다.