• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제29권6호
• /
• pp.570-577
• /
• 2018

Composite pressure vessels made through filament winding are widely used in various fields. Numerous studies regarding composite pressure vessels have been conducted in the automotive industry to improve the space efficiency of trunks as well as the fuel efficiency. Compared with steel liquefied petroleum gas (LPG) vessels used in the conventional LPG vehicles, the use of type 4 composite pressure vessels has advantages in terms of reduction of the weight of vehicles. This study focused on development of type 4 composite pressure vessels that can be installed in the spare tire well. Those type 4 composite pressure vessels are designed with torispherical dome shapes instead of geodecis dome shapes because of the space limitation. To reduce deformation due to the stresses in the axial direction of the vessels, thereby securing the safety of the container, the reinforcing bar concept was applied. A structural analysis software, ABAQUS, confirmed the effect of the reinforcing bar on the axial deformation through the type 4 composite pressure vessel. As a result, the final winding angle of the composite layer was analyzed by applying $26^{\circ}/28^{\circ}/26^{\circ}/28^{\circ}/26^{\circ}/88^{\circ}$ The tensile stress was 939.2 MPa and the compressive stress was 249.3 MPa.

• 자원ㆍ환경경제연구
• /
• 제32권1호
• /
• pp.27-46
• /
• 2023

본 연구는 차분연료배분모형을 이용하여 수송부문에서의 연료 간 대체성을 추정하고, 연료 간 대체에 따른 이산화탄소 배출효과를 살펴본다. 분석결과를 정리하면, 첫째, 수송부문은 경유에 대한 의존도가 매우 높아 디비지아 탄력성이 가장 큰 것으로 나타났다. 둘째, 연료별 자기가격탄력성은 모두 음(-)의 값을 보였으며, 경유의 자체가격탄력성이 휘발유와 LPG에 비해 상대적으로 낮은 것으로 나타났다. 셋째, 휘발유와 경유, 휘발유와 전기, 경유와 LPG는 대체관계를 보였으며, 경유와 전기는 보완관계를 갖는 것으로 나타났다. 넷째, 연료별 대체성과 배출계수를 이용한 결과, 바이오디젤을 경유에 혼합하는 경우 이산화탄소 감축 효과가 있으나, 주로 연료별 가격 변화에 따른 연료 간 대체가 이산화탄소 배출을 결정짓는 것으로 나타났다.

• 한국가스학회지
• /
• 제27권3호
• /
• pp.52-58
• /
• 2023

지구 기상이변에 대해 탄소중립의 중요성이 대두됨에 따라 무탄소 연료인 수소의 에너지원으로서의 활용도 역시 증대되고 있다. 일반적으로 수소는 연료전지(FC, Fuel Cell)에 활용되고 있으나, 이는 연소를 기반으로 하는 내연기관(ICE, Internal Combustion Engine)에도 활용될 수 있다. 특히 연료전지만으로 수소 활용 및 인프라 확장이 어려운 때에 이미 생산 측면이나 공급 측면에서 인프라가 기 구축되어 있는 내연기관은 수소 에너지 저변 확대에 큰 도움을 줄 수 있다. 다만 수소를 연소기반으로 활용할 경우 고온에서 공기 중 질소가 산소와 반응하여 유해배기물질인 질소산화물(NOx, Nitrogen Oxides)이 생성될 수 있는 단점은 존재한다. 특히 냉간 (Cold Start) 운전 영역시 포함될 EURO-7 배기규제의 경우 워밍업(Warm-up) 과정에서 발생하는 배기배출물의 저감을 위한 노력도 필요하다. 따라서 본 연구에서는 2 L급 수소 직접분사방식 전기점화 (SI, Spark Ignition) 엔진을 활용하여 냉각수를 상온에서 88 ℃로 워밍업하는 과정에서 질소산화물 및 연료소모율의 변화 특성을 살펴보았다. 특히 수소는 기존의 가솔린, 천연가스, 액화석유가스(LPG, Liquified Petroleum Gas)와 달리 가연범위(Flammable range)가 넓기 때문에 공기과잉률(Excessive air ratio)을 희박하게 조절할 수 있다는 장점이 있다. 이에 본 연구에서는 워밍업하는 과정에 있어서 공기과잉률을 1.6/1.8/2.0으로 변화하여 그 결과를 분석하였다. 본 실험의 결과는 워밍업 시 공기과잉률이 희박해질수록 시간당 질소산화물의 배출이 적고, 열효율도 상대적으로 높으나 최종 온도까지 도달 시간이 길어짐에 따라 누적 배출량 및 연료소모율은 악화될 수도 있음을 시사한다.

• 에너지공학
• /
• 제22권4호
• /
• pp.376-385
• /
• 2013

에너지부문의 가격인상이 물가에 미치는 영향에 대해 정부, 공급자, 수용가 사이에 논란이 존재한다. 공급자는 만성적자 해소와 경영의 계속성을 근거로 에너지요금 인상을 추진하지만 이에대해 한편에서는 물가상승 우려로 인한 반대의 목소리도 있다. 이러한 배경하에서 본 논문은 주요 에너지원별 가격변동의 물가파급효과를 정량적으로 규명하고자 한다. 이를 위해 2011년 산업연관표에 근거한 투입산출 분석을 적용하여 석탄, 나프타, 휘발유, 등유, 경유, 중유, LPG, 전력, 도시가스, 증기 및 온수공급업 총 10개 에너지원별 물가파급효과를 분석한다. 물가파급효과분석을 위해 레온티에프 가격모형을 적용하였고 분석결과 에너지원별로 요금을 10% 인상할 경우, 전력부문이 0.2196%로 10개 에너지원 중 물가파급효과가 가장 높게 나타났다. 반면 등유는 0.0122%로 10개 에너지원 중 가장 낮은 물가파급효과를 보였다. 가장 낮은 물가파급효과를 보이는 등유에 비해 가장 높은 물가파급효과를 보였던 전력부문은 약 18배의 물가파급효과가 있는 것으로 분석되었다. 더 나아가 10개의 에너지원별 물가파급효과에 대해 최근 3년의 결과를 비교하였고, 각각의 에너지원별로 가격을 조정하여 국민경제 전체로는 물가중립을 유지하는 자료로 제시하였다.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제29권2호
• /
• pp.238-247
• /
• 2023

선박 연료로서 LPG는 현재의 기술과 경제성 등을 고려하였을 때 매력적인 연료이다. 하지만, 아직 LPG 연료 선박의 안전 지침을 개발 중에 있고, 국내에서는 중소형 선박에 LPG 추진 시스템을 적용한 사례가 없다. 본 연구에서는 국내 최초 개발된 해상용 LPG 엔진 시스템에 대해 보다 객관적인 위험성 평가를 수행하고 안전 운용 기준을 제안하고자 한다. 우선, 위험과 운전 분석 기법을 통해 동 엔진 시스템을 5개의 검토 구간으로 분할하고 총 58가지의 위험요소를 식별하였다. 그다음 정성적 평가인 HAZOP 기법의 주관성을 보완하기 위해 퍼지 이론을 사용하고 검출도, 민감도 등 위험 요인을 추가하여 퍼지 분석적 계층 과정을 통해 위험 요인의 상대적 가중치를 비교하였다. 그 결과, 5가지의 위험 요인 중, 위험성에 가장 큰 영향을 미치는 위험 요인은 발생 빈도와 심각도로 평가되었다. 마지막으로, 위험 요인에 대한 가중치를 고려하여 위험 순위를 세밀하게 선정하기 위해 퍼지 TOPSIS 기법을 적용하였다. 그 결과, 위험 등급은 47개 그룹으로 구분할 수 있었고, 동 엔진 시스템의 운용 중 가장 위험도가 높은 위험요소는 LPG 공급 라인 유지 보수 중 가스 누출로 분석되었다. 본 연구에 제안된 기법을 LPG 공급계통 등 다양한 설비에도 적용하여, 향후 LPG 추진 선박의 안전 기준 마련을 위한 위험성 평가의 표준절차로 활용할 수 있기를 기대한다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제40권3호
• /
• pp.157-164
• /
• 2016

본 연구에서는 SI 공정 시스템에서 헬륨 가열 장치에 대한 설계와 건조 데이터 확보를 위한 파이롯 규모의 헬륨 가열 장치 시스템에 대한 예비 설계 및 해석을 수행하였다. 헬륨 가열기는 LPG연소로를 활용하도록 설계하였고, 열유동 해석을 수행한 결과, 열교환기 출구측에서 LPG 연소가스의 유속이 약 40 m/s가 되었다. 최대온도는 6개의 베플이 설치된 경우가 4개의 베플이 설치된 경우보다 높게 나타나며, 이는 6개의 베플일 때 연소가스에서 헬륨가스로의 열전달이 좋아질 것임을 의미한다. 더불어, 베플수가 많아지면 LPG 연소가스의 유량을 감소시킬 수 있어 연료비용을 저감할 수도 있음을 의미한다. 다만, 베플수를 무한정 증가시키면 입출구의 압력차가 증가되기 때문에 최적의 베플수 선정이 중요하다. 열유동 해석에 이어 수행한 구조해석에서는 헬륨의 유량을 3.729 mol/s, 출구 온도를 $910^{\circ}C$로 유지할 경우 관의 양 끝단에서 지지하는 경우 중간부분의 팽창률이 3.86 mm임을 확인하였다. LPG 연소로 헬륨 가열시스템에서 shell & tube type의 열교환기를 적용하여 $135^{\circ}C$의 헬륨이 $910^{\circ}C$로 가열하여 유출하기 위해서 약 $1300^{\circ}C$의 연소가스 온도 및 52 g/s의 연소가스 유량이 확보되어야 함을 확인하였다.

• 생물환경조절학회지
• /
• 제28권4호
• /
• pp.293-301
• /
• 2019

본 연구는 온실의 온도와 $CO_2$농도를 높이기 위해 DME버너용 연료로 DME가스를 사용했을 때 DME 연소가스의 성능을 결정하고 겨울에 상추와 양배추의 엽록소 함량 그리고 무게와 건조무게에 대한 영향정도를 조사하기 위해 수행되었다. 각각 온실1과 온실2에 처방 된 DME-1과 DME-2 처방은 덕트의 평균 DME 유량 $17.4m^3min^{-1}$과 $10.2m^3min^{-1}$으로 구성됐으며, 대조군(DME-3)으로 남겨진 온실3에는 DME 가스가 공급되지 않았다. DME 공급 시간은 각각 주차 별로 1주차는 하루당 0.5시간, 2주차는 1시간, 3주차는 1.5시간, 4주차는 2시간으로 설정하였다. 각각 처방마다 엽록소 함량과 상추와 배추의 건조 전, 후 중량을 측정했으며, 연구결과 무처리구인 온실3과 비교하여 온실1과 온실2의 $CO_2$ 농도는 각각 265%, 174% 증가하였고, 온도의 경우 $4.8^{\circ}C$, $3.10^{\circ}C$ 상승하였다. DME 가스를 제외한 다른 조건이 같은 온실에서 재배된 상추와 양배추의 엽록소 함량과 생체중, 건물중은 온실1에서 (유의적으로) 가장 높았으며, 온실2는 대조구 온실보다 높았다. 이러한 결과는 DME가스 연소에 의한 $CO_2$ 농도 차이에 기인된 것으로 판단된다. 일반적으로 가스연소에 의해 발생되는 유해가스 증상은 나타나지 않았으며 동절기 난방과 $CO_2$ 공급이 동시에 필요할 경우 DME가스가 기존의 경유 또는 LPG 등을 대체할 수 있는 가능성을 확인하였다. 향후 정밀한 연구를 통하여 효율적인 난방방식으로의 검토가 적극 필요하다고 판단된다.

• 한국대기환경학회지
• /
• 제32권6호
• /
• pp.593-602
• /
• 2016

The physicochemical characteristics of particulate matter emissions from various vehicle's fuel types were studied at the facility of Transport Pollution Research Center(TPRC), National Institute of Environmental Research (NIER), Korea. Three different types of fuels such as gasoline, liquefied petroleum gas (LPG) and diesel were tested on the NIER driving mode and the constant speed modes(30, 70, and 110 km/h). Chemical composition of submicron particles from vehicle emissions was measured by the High Resolution Time of Flight Aerosol Mass Spectrometer (HR-ToF-AMS) during running cycles. Organics were dominant chemical species of particulate matter emissions for all three different vehicles' fuel types. Moreover, regardless of fuel types, emission rate of organics and inorganics decreased as the average speed of vehicle increased. The portion of fully oxidized fragment families of $C_xH_yO_z$ accounted for over 98% of organic aerosol(OA) in LPG and diesel vehicles, while the relatively high fraction of $C_xH_y$ in OA was observed in gasoline vehicle.

• 청정기술
• /
• 제25권4호
• /
• pp.316-323
• /
• 2019

대기 오염 물질 저감과 연소 효율 증가를 위해서 연소 환경 내 일산화탄소를 정밀하게 측정하는 것은 필수적인 요소이다. 일산화탄소(carbon monoxide, CO)는 불완전 연소 때 급격히 증가하며 질소산화물(nitrogen oxide, NOx)과 Trade-off 관계로 오염 물질 배출량과 불완전 연소 반응에 기여하는 중요한 가스종이다. 특히, 대형 연소 시스템 중 열처리로의 경우, 강판 표면위 산화층 형성을 억제하기 위해 과잉 연료 조건에서 환원 분위기로 운전이 진행된다. 이는 많은 양의 미연분 일산화탄소가 배출되는 원인이기도 하다. 하지만 연소 환경 내에서 일산화탄소 농도는 불균일한 연소 반응과 열악한 측정 환경으로 인하여 실시간 측정이 어렵다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서 광학적 측정 방식인 파장 가변형 다이오드 레이저 흡수 분광법(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)이 각광을 받고 있다. TDLAS 기법은 열악한 현장 측정, 빠른 응답성, 비접촉식 방식으로 연소 환경 내 특정 가스종 농도 측정에 적합하다. 본 연구는 과잉 연료 조건에서 당량비 제어를 위한 연소시스템을 제작하였으며 연소 배기가스 생성을 위해 LPG/공기 화염을 이용하였다. 당량비 변화에 따른 CO 농도 측정은 TDLAS와 Voigt 함수 기반 시뮬레이션으로 분석하였다. 또한 연소 생성물로부터 간섭이 없는 CO 광 흡수 영역 확보를 위해 근적외선 영역의 4300.6 cm^-1을 선택하여 실험을 진행하였다.

• 자원환경지질
• /
• 제55권5호
• /
• pp.511-519
• /
• 2022

본 연구에서는 국내에서 운영 중인 대형 LPG(Liquefied petroleum gas: 액화석유가스) 지하공동저장소 주변 오염지하수 내 TOC(total organic carbon: 전유기탄소)를 효과적으로 제거할 수 있는 탈기법(air-stripping) 기반의 정화공정을 개발하기 위해, 국내 LPG 지하저장소 주변 두 종류의 오염 지하수 시료(초기 TOC 농도는 각각 608 mg/L와 153 mg/L)를 대상으로 TOC 제거 실내 실험을 하였다. 다양한 air-stripping 조건(공기주입량 변화, 온도 변화, 초음파 처리 연계 등)에서 처리수의 TOC 제거효율을 비교함으로써, 최적의 TOC 제거효율을 가지는 air-stripping 기반의 지하수 정화공정을 개발하고자 하였다. Air-stripping의 공기 주입량 변화 실험 결과, 공기주입량이 2 L/min에서 11 L/min로 많아질수록, stripping 시간이 1시간에서 24시간으로 길어질수록, 오염지하수의 TOC 제거율은 증가하였지만, 처리 후 지하수의 TOC 농도는 방류수 수질 기준(100 mg/L 이하)보다 높았다. 정성분석 결과 실험에 사용한 LPG 지하저장소 주변 오염지하수의 TOC 주요 성분은 메탄올과 프로판으로 나타났으며, 메탄올의 경우 물과의 친화성에 의해 air-stripping 효과가 프로판보다 낮아, 장시간의 stripping이 필요한 것으로 판단되었다. 상온(20℃)에서 공기주입량 4 L/min로 24시간 air-stripping 후 오염 지하수의 TOC 제거효율은 59.1%였으나, 온도를 30℃와 40℃로 상승시켰을 때 제거효율은 각각 80.0%와 82.8%로 증가하여, 온도 증가에 따라 TOC 제거효율도 증가하였다. 다만 오염지하수의 온도를 40℃로 유지하여도 24시간 이상 air-stripping을 해야 처리수의 TOC 농도가 방류수 수질 기준을 만족하였다. Air-stripping의 TOC 제거효율을 높이기 위해, 초음파 처리 과정을 병행한 경우, 공기주입량 9 L/min 조건으로 air-stripping을 적용한 결과 5시간 만에 87.8%의 높은 제거효율을 나타내어(처리 후 TOC 농도: 72.4 mg/L) 방류수 수질 기준(100 mg/L)을 만족하였다. 초기 TOC 농도가 낮은 오염지하수의 경우에도 초음파 처리와 air-stripping을 동일한 조건으로 병행한 경우, TOC 제거효율은 89.7%(처리 후 TOC농도: 18.9 mg/L)를 나타내었다. 연구 결과로부터 TOC로 오염된 대형 LPG 지하공동저장소 주변 지하수에 대하여 초음파 처리와 air-stripping을 연계한 정화법을 적용하는 경우, 비교적 짧은 시간(6시간 이하)에 효과적으로 지하수 내 TOC를 제거할 수 있음을 알 수 있었다.