• 한국가스학회지
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• 제25권6호
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• pp.53-65
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• 2021

수소충전소의 빠른 확장 및 설치와 동시에 수소충전소의 고압수소 충전 압력용기에 대한 안전 검사가 매우 중요하게 이루어져야 한다. 이 중 ASME에 따르면 일정 압력 이상의 수소를 보관하는 용기에 대해서는 수소 취성 검사를 반드시 해야 한다. 수소취성 검사의 주된 시험방법으로 고압의 수소분위기에서 파괴시험 및 피로 파괴시험을 실시해야 하며, 이를 통해 수소 분위기에서 압력용기의 내구한계를 측정하고, 사용한계를 결정하도록 되어 있다. 세부적으로 stress intensity factor(K)로부터 한계균열깊이를 계산하고, da/dN(피로성장율)로부터 사용수명을 결정할 수 있다. API579-1/ ASME FFS-1 part 9에서 crack-like flaws의 모드에 따른 계산방법을 예시하고 있으나, 플레이트, 실린더 등 다양한 형태의 형상에 대하여 균열의 형상, 위치 등에 의하여 대략 55개 모드가 있고, 상당히 복잡한 수식으로 인하여 쉽게 접근을 못한다. 본 연구에서는 엑셀 및 VBA를 통하여 수치해석적으로 파괴역학계산하는 방법을 소개하고자 한다. 또한, 이를 적용하여 압력용기의 두께와 내경이 수명에 미치는 영향을 분석해 보았다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2023년도 추계학술발표대회
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• pp.681-684
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• 2023

우리나라의 수소연료전지 차량의 점유율이 매년 증가하고 있으나, 수소충전소 설비의 잦은 중단으로 수소연료전지 차량 운전자들이 제때 차량을 충전하지 못하는 불편이 발생하고 있다. 본 논문에서는 수소충전소 설비 중 Diaphragm을 사용하는 압축기의 이상 패턴을 탐지하는 Ensemble 모델을 통해 수소충전소에서 2023년 1월 1일부터 2023년 6월 28일 동안 수집된 데이터를 분석하였으며, 해당 기간 동안 발생했던 고장에 대해 2일전부터 이상 패턴이 10,000 이상 탐지되는 결과를 얻었다.

• 한국가스학회지
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• 제23권2호
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• pp.1-8
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• 2019

근래 환경 문제가 이슈화됨에 따라, 수소 에너지에 대한 관심 역시 빠르게 집중되고 있다. 특히 국내에서는 수소 에너지의 보급을 위하여 정부 주도 하, 수소전기차 및 수소충전소의 확산이 탄력을 받고 있다. 그러나 수소 에너지의 도입 취지에 부합하는, 실질적인 국내 환경성에 대한 기여도가 평가되어야 하지만, 기존 $CO_2$ 배출량 분석 방법의 대부분은 미국의 에너지 환경을 대표하여 개발되었으므로, 국내 현실에 그대로 적응하기에는 한계가 존재한다. 따라서 본 논문에서는 국내에서 수소 생산 시 배출되는 $CO_2$ 배출량을 평가하는 방식으로, 물질 수지 기반의 수치 계산 분석을 제안한다. 제안한 방법을 바탕으로 천연가스, LPG, 나프타를 원료로 개질 반응 및 전기분해, COG를 활용한 수소 생산 시 국내에서 발생하는 $CO_2$ 배출량을 분석하였다. 또한, 해당 결과를 GREET 프로그램 분석 결과를 비교하여 제안한 방법의 신뢰성을 확인해보았다.

• 인터넷정보학회논문지
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• 제24권6호
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• pp.171-180
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• 2023

수소에너지 기술은 4차 산업 시대에서 주목받는 중요한 분야로 수소와 산소를 활용하여 전기 에너지를 생성하는 기술이다. 이 기술을 군사 차량에 적용할 경우, 온실가스 감소, 무소음, 저 진동 및 낮은 발열량의 효과로서 군사적으로 전략적 이점을 얻을 수 있어 다국에서 수소 군사 차량을 위한 연구 중이다. 우리나라 또한 미래 군사 차량에 수소를 적용하고 소형화 및 AI를 통한 스마트화 시키는 미래전을 대비한 전략인 Army Tiger4.0 계획을 수립하였다. 또한 국방부는 군용 수소충전소 설치에 따라 군 내 수소차 보급에도 탄력이 붙을 것으로 예상하여 환경부와의 협력으로 군용 수소충전소를 전국적으로 확충하기 위한 계획을 수립하였다. 하지만 수소는 화재와 폭발 위험물질로 안전한 충전소 구축과 효과적인 관리를 위한 체계적인 제도가 필요하다. 현재 군에서는 지정한 수소충전소 시설의 분류와 설치 조건을 군 시설 설계지침서를 통해 확인하였다. 그 결과, 충전소는 주유 시설로 분류되며 인접 건물과의 최소 안전거리를 2m 이상으로 이격시키는 것만 명시되어 있을 뿐 안전거리에 대한 그 외의 내용은 명시되지 않았다. 폭발의 규모가 큰 수소의 특성을 고려하여 과학적 기법을 통해 사고 피해 범위를 정량적으로 파악하고 피해 거리 밖으로 최소 안전거리를 제시하였다.

• 한국가스학회지
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• 제27권3호
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• pp.123-133
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• 2023

상용 수소연료전지 차량은 기체 수소를 고압으로 압축하여 차량 내 저장 탱크로 저장하는 방식으로 충전이 진행된다. 이러한 압축 과정은 기체의 온도 상승을 유발하며, 저장 탱크의 안전성을 확보하기 위해 온도는 제한된다. 따라서 이러한 온도 상승을 설명하기 위한 열전달 모델이 필요하다. 열전달 모델은 대류 열전달 현상을 포함하며 정확한 대류 열전달 계수 추산이 요구된다. 본 연구에서는 수소 충전 과정에서의 대류 열전달 계수를 물리적 현상을 고려한 다양한 상관관계식을 이용하여 계산하고 비교 분석하였다. 수소 충전 과정은 디스펜서로부터 탱크 입구까지의 충전라인과 차량 내 저장 탱크로 분류하였고, 각각의 내부 및 외부에서의 대류 열전달 계수를 질량 유량, 직경, 온도와 압력 등 공정 변수에 따라 추산하였다. 그 결과, 충전라인 내부의 경우 저장 탱크 내부에서보다 대류 열전달 계수가 약 1000배 크게 나타났고, 충전라인 외부의 경우 저장 탱크 외부에서보다 대류 열전달 계수가 약 3배 크게 나타났다. 마지막으로 각 과정에서의 대류 열전달 계수를 종합 분석한 결과 전체 수소 충전 과정에서 저장 탱크 외부에서의 열전달 계수가 가장 낮아 열전달 현상을 지배하는 것으로 나타났다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권2호
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• pp.170-179
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• 2017

본 논문은 소듐냉각고속로 원형로 소듐-물 반응 압력완화계통의 급수배출부와 수소방출부의 설계요건 도출을 목적으로 한다. 증기발생기 전열관 누설에 의한 소듐-물 반응 발생 시, 증기발생기 내의 급수 증기를 신속하게 배출하는 조건을 도출하기 위해 급수덤프탱크 가스방출배관의 단면적과 증기발생기 급수배출배관의 수직길이를 변화시켜 연구를 수행하였다. 정상운전과 재장전운전에 대해 각각 계산을 수행하여 급수덤프탱크 가스방출배관의 단면적과 증기발생기 급수배출배관의 수직길이를 결정하였다. 정상운전 조건에서 소듐-물 반응 발생 시, 생성물인 수소에 의해 형성되는 과압이 소듐덤프탱크의 설계압력을 만족시킬 수 있도록 하는 가스방출배관의 직경을 도출하였고, 이 때 대기로 방출되는 수소의 유량과 농도를 계산하였다. 본 논문의 계산결과는 향후 소듐냉각고속로 원형로의 소듐-물 반응 압력완화계통의 설계요건으로 활용될 예정이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.21-24
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• 2006

수소의 소규모 분산 생산 기술은 본격 적 인 수소 인프라가 도입되기 전에 연료전지 자동차의 수소 충전용이나 분산 발전형 연료전지의 수소 공급을 위해 필요하다. 생산 용량은 수소 기준으로 $20{\sim}100 Nm^3/hr$ 정도로 현재로선 천연가스의 수증기 개 질법이 가장 경제적인 공정으로 알려져 있다. 소규모 생산에 따른 열효율 저하를 줄이 기 위해 단위 공정들이 통합된 컴팩트 개질 시스템의 개발이 필요하다. 연료전지 자동차용 수소 인프라 조기 구축을 위하여 수소충전소 구축과 국산화 천연가스 수증기 개질기 개발을 병행하여 진행하였다. 수소 충전소 구축 부분은 충전소 부지 확보, 건물 건축, 각종 유틸리 티 설치의 토목 부분과 천연가스 개질형 수소 제조 유닛 설치, 수소 압축, 저장, 디스펜싱 시스템 설치를 포함하고 있으며 고압 설비에 대한 인허가 대응 및 안전대책 작업도 진행하였다. 구축된 수소충전소는 향후 연료전지 자동차 연계 실증 프로그램에 활용할 수 있다. 국산화 핵심 기술 개발을 위하여 열 및 시스템 통합 설계에 의 해 천연가스 수증기 개질기를 제작하고 내부 열교환 구조에 따른 개질기의 성능을 평가하였다. 개발된 개질기는 개질온도 $720^{\circ}C$, 수증기 대 카본 비 2.7의 운전조건에서 $23Nm^3/h$ 이상의 수소 생산이 가능하였으며 73% 이상의 개질 효율을 나타내었다. 개발된 천연가스 수증기 개질기는 향후 수소 정제용 PSA(Pressure Swing Adsorption) 시스템과 연계하여 수소충전소 국산화 엔지니어링 설계 패키지 개발의 핵심 기 술로 사용할 계획이다.시간 정도 운전한 후 시스템을 정지하였다 메탄 전환율과 일산화 탄소 농도, 열효율을 모니터링 하고 있으며, 현재까지 초기 성능을 그대로 유지하고 있다. 앞으로 일일시동-정지 운전 시험을 지속하면서 초기 시동 특성 및 부하 변동에 따른 응답 특성 개선, 그리고 연료전지와의 연계 운전을 실시할 예정이다 한다. 단위 전지 운전 온도 $130^{\circ}C$, 상대습도 37%의 운전 조건에서도 상당히 우수한 전지 성능을 보임에 따라 고온/저가습 조건에서 상용 Nafion 112 막보다 우수한 막 특성을 나타냄을 확인하였다.소/배후방사능비는 각각 $2.18{\pm}0.03,\;2.56{\pm}0.11,\;3.08{\pm}0.18,\;3.77{\pm}0.17,\;4.70{\pm}0.45$ 그리고 $5.59{\pm}0.40$이었고, $^{67}Ga$-citrate의 경우 2시간, 24시간, 48시간에 $3.06{\pm}0.84,\;4.12{\pm}0.54\;4.55{\pm}0.74 $이었다. 결론 : Transferrin에 $^{99m}Tc$을 이용한 방사성표지가 성공적으로 이루어졌고, $^{99m}Tc$-transferrin의 표지효율은 8시간까지 95% 이상의 안정된 방사성표지효율을 보였다. $^{99m}Tc$-transferrin을 이용한 감염영상을 성공적으로 얻을 수 있었으며, $^{67}Ga$-citrate 영상과 비교하여 더 빠른 시간 안에 우수한 영상을 얻을 수 있었다. 그러므로 $^{

• 한국가스학회지
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• 제21권2호
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• pp.20-25
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• 2017

압축 천연가스에 수소를 혼합한 HCNG 연료를 사용하는 HCNG 버스에 대해 WHVC 차량시험 결과를 토대로 연료 경제성 및 $CO_2$ 배출특성을 분석하였다. 동급 CNG 버스 및 디젤버스 시험결과와 비교하여 HCNG 버스의 연비 개선효과와 $CO_2$ 저감효과를 고찰하였다. $CO_2$ 배출특성은 탄소배출계수에 따른 연료효과와 연비에 의한 효과로 분석하였다. 분석결과 HCNG 버스는 CNG 버스 보다 연비는 11.5% 개선되었고 디젤버스와는 동등수준을 보이는 것으로 나타났다. 또한 $CO_2$ 배출 특성으로 HCNG 버스는 CNG 버스에 비해 20.4% 개선효과가 있고 디젤버스에 비해 34.5% 향상되는 것으로 분석되었다. 이산화탄소 배출특성은 연료성분에 따른 탄소배출계수와 엔진성능에 따른 연비에 영향을 받는 것으로 귀결되었다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권2호
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• pp.580-586
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• 2023

Diversified fuel types such as methanol, hydrogen, liquefied natural gas, ammonia, biofuels, have been come to fore in consideration of the limitations, regulations, environmental perception and efficient use of resources on maritime sector. NE is described as a substantial alternative energy source on the marine vessels in the sense of de-carbonization and fuel efficiency activities carried out by IMO. Although NPVs have been constructed for the merchant, navy and supply fields over the years, their numbers are few and working ranges are quite limited. NE generation techniques, reactor types, safety and security issues in case of any leakage or radiation pollution are analyzed and comparisons are performed between fossil-based fueled and NP based on icebreakers. The comparison are conducted on the basis of dimensions, resistances and operational competences by the VIKOR. NP icebreakers operated in recent years occupy a notable position in the ranking, although fossil fueled ones are most prevalent. Consequently, refueling period and emissions are the principal benefits of NPVs. Nevertheless, the use of such systems on marine vessels especially for merchant ships may come to the fore when all concerns in terms of safety, security and society are resolved since the slightest mistake can have irreversible consequences.

• 한국가스학회지
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• 제17권5호
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• pp.1-7
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• 2013

수소와 압축천연가스가 30 : 70비율로 혼합되는 HCNG 공급 시스템의 공정모사를 수행하였다. 수소 생산은 천연가스로부터 수증기 개질 공정을 이용하는 방법이며, 수증기 개질반응기 운전조건으로 SCR은 증가할수록 천연가스의 전환율은 증가하지만 SCR이 3이상부터는 큰 차이가 없었고, GHSV는 증가할수록 연료처리량이 증가하지만 전환율은 감소하여 $1700h^{-1}$일 때 전환율 및 연료처리량이 최적상태가 되었다. CNG는 저압 천연가스가로부터 압축되어 공급되는 시스템이다. 혼합용 수소와 천연가스는 고압상태에서 HCNG로 혼합된다. 수소와 천연가스는 각각 400 bar와 250 bar의 고압으로 압축된다. 고압압축을 위해 단일압축보다 압축소요동력이 적게 사용되는 다단 압축을 사용하였다. 수소와 천연가스압축에 각각 사용된 압축기들의 압축 총 소요 동력을 최소화하는 중간 설정압력으로 각각 61 bar, 65 bar의 중간압력을 도출하였다.