인산형 연료전지내 열 및 물질전달 특성에 대하여 FDM과 시행착오법에 의하여 3차원 해석이 이루어졌다. Z병행류와 Z대향류를 대상으로 냉각공기 유입방향을 바꿔가며 전류밀도가 평균온도, 전압, 온도분포차, 전류밀도분포차에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 본 연구의 결과로 Stack에서의 최적조건을 도출하여 연료전지의 성능향상에 도움이 되리라 기대된다.

The development of proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs) with high energy efficiencies and high power densities is gaining momentum because their performance characteristics are attractive for terrestrial(power sources for electrical vehicles, stand-by power), space and underwater application[1]. Fuel cells are capable of running on non-petroleum fuels such as methanol, natural gas or hydrogen and also have major impact on improving air quality. They virtually eliminate particulates, NO$_{x}$, SO$_{x}$, and significant reduce hydrocarbons and carbon monoxide. Especially, fuel cell-battery hybrid power sources appear to be well suited to overcome both the so-called battery problem(low energy density) and the fuel cell problem(low power density)[2].[2].

오류역전파 신경망을 인산형 연료전지의 조업변수인 산소 및 수소 유량, 작동온도에 대하여 학습시켜 연료전지 모델을 구성하였다. 또한 구성된 모델을 이용하여 다양한 조업조건에서의 단위전지 성능을 예측하여 이를 실험결과와 비교하였으며, 학습된 신경망을 ASPEN PLUS의 단위공정으로 도입하여 50kW 출력의 연료전지 공정을 구성한 후 조업변수에 대한 영향을 살펴보았다. 3개의 층으로 구성된 오류역전파 신경망은 학습단계상수와 모멘텀이 각각 0.7 및 0.9인 경우 단위전지 성능곡선을 가장 정확히 학습하였으며, 이에 의하여 구성된 신경망 모델은 수소 및 산소의 유량, 온도의 변화에 따른 단위전지 성능곡선의 변화를 정확히 예측하였다. 연료전지 전체공정의 모사에서는 개질기의 경우 $600^{\circ}C$의 상압에서 수증기/탄화수소 비율이 2.6일 때, 연료전지의 경우 작동온도가 190~20$0^{\circ}C$일 때 연료전지의 출력이 최대값을 나타내었으며, 단위전지의 전기화학적 효율은 약 45%, 수소이용률은 약 61%, 발전시스템 전체의 효율은 18%이었다.

고분자 전해질형 연료전지의 성능을 향상시키기 위하여 막-전극 어셈블리 제조시 hot-pressing 온도와 압력조건을 변화시켜며 단위전지 성능을 관찰하였으며 이에 대한 분석은 열무게분석법(TGA), 기공도, 이온투과계수 등을 사용하였다. 또한 전지의 작동온도 및 압력을 변화시켜가며 전지의 성능을 관찰하였다. 성능 실험은 가습기의 온도와 cell의 온도, 압력을 변화시켜가며 측정하였다.

에너지이용/발전시스템의 개발은 미래의 급격한 전력수요증가 패턴과 에너지소비에 수반되는 환경문제들의 해소 그리고 에너지절약 측면에서의 이용효율 향상 및 열병합(CHP)시스템 구축 등으로 막대한 투자가 요구되고 있는 분야이다. 이 중 에너지의 효율적인 이용과 환경문제와 연계되어 주목을 받고 있는 연료전지는 연료의 cold burning을 통하여 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 electrochemical devices로서 부수적으로 발생되는 배열을 효과적으로 이용할 수 있는 고효율, 저공해 발전시스템이라고 할 수 있다.

연료전지는 최근에 들어서 고효율, 저공해 에너지기기로서 각광을 받으면서 국내에서는 범국가적 연구개발사업으로 한국형 제1세대 연료전지가 될 40㎾급 인산형 연료전지 발전시스템 개발이 '90년 8월에 착수하여 '95년 7월까지 진행되며, 그 연료전지 시스템의 주요 구성요소인 연료개질기, 전지스택 그리고 전력변환기는 (주)유공, (주)호남정유 및 (주)금성산전이 각각 개발하였으며, 가스공사는 종합적으로 연료전지 시스템 연계, 제어 및 운용을 담당하여 연료전지 개발사업에 체계적이고 종합적인 협동연구를 시도하여왔다.

소각로, 각종 산업시설 및 IGCC, PBFC등의 고온 고압 발전에서 배출되는 고온연소가스 중에 포함된 먼지를 제거할 목적으로 세라믹 고온가스 필터가 전세계적으로 개발중에 있다. (1,2) 성능이 우수한 세라믹 가스여과체의 필수조건으로써 \circled1높은 포집효율, 낮은 통기성, \circled2높은 기계적 강도 및 내부식성 등을 들 수 있다. 현재 국내.외에서 상용화되거나, 연구, 개발중인 세라믹 가스필터 재료의 조성으로써, \circled1단일 산화물계, \circled2산화물-산화물 복합계, \circled3산화물-비산화물계, \circled4비산화물계 등으로 분류할수 있다. (표1 참조)

화학 열펌프 시스템의 반응기 설계를 위하여 정적 설계의 결과를 이용하여 시간에 따른 전화율, 온도, 압력, 출력 등의 변화에 대한 모사를 시도하였다. 정적 모사를 통한 설계결과는 동적 거동 모사의 결과와 유사하였으며, 이로부터 정적모사가 동적모사를 위한 적절한 초기치와 기초 설계 정보를 제공함을 알 수 있었다. 본 연구를 통하여 확립된 설계절차와 해석방법에 따른 사례연구를 통하여 향후 실용화될 화학 열펌프 시스템의 개략적인 사양과 바람직한 설계방향을 제시 할 수 있었으며, 반응기의 조작에 따른 제어변수의 영향을 평가하는 기준을 마련할 수 있었다.

가스터빈 발전은 연료를 연소하여 연소가스로 직접 터빈을 회전시켜 터빈에 연결된 발전기에 의해 발전하는 방식으로 연료로는 중유, 원유, 경유, 가스등을 사용한다. 주요설비는 공기압축기, 연소기, 터빈 및 발전기로 구성되며 이중 고온부는 연소기와 터빈이다. 가스터빈의 효율은 터빈입구온도(TIT : TBN INLET TEMP)에 의존하는데 현재까지 약 1,30$0^{\circ}C$ 급의 가스터빈이 운전중이며 앞으로 1,50$0^{\circ}C$ 급의 고효율 가스터빈에 도전하고 있으며 연소가스의 고온화는 고온부의 재료개발, 냉각기술, 코팅기법의 향상과 더불어 이루어질 수 있다. 가스터빈의 고온부 부품인 연소기, 터빈의 동익(Moving blade) 및 정익(Fixed blade) 재료로 초내열합금이 계속 개발중이며 또한 각 부품에 대한 공기냉각기술, 코팅재료 및 기법도 개발중이다. 그러나 현재 국내에서 가동중인 가스터빈은 빈번한 기동정지로 열 사이클에 의한 부품의 손상이 심각한 실정이므로 고효율 가스터빈 개발과 이에 대한 정비기술 개발이 병행하여야만 안정된 전기공급을 이룰 수 있다는 차원에서 가스터빈은 고온부품의 정비기술에 대한 그 현황과 전망에 대해 살펴보고자 한다.

석탄가스화 복합발전설비에 사용되는 석탄주입계통 설계/엔지니어링을 위한 체계적 방법을 제시하였다. 석탄주입계통의 주요 구성요소로는 호퍼, 필터, 스크류공급기, 공압수송기 및 사출용기등을 고려하였고, 그에 대한 설계 사양 및 제한조건들을 제시하였다. 더 나아가 석탄주입계통의 공정제어를 위해 필요한 계측장비, 제어논리 및 제어시스템에 대한 설계기준을 서술하였다. 본 연구에서 제시된 방법들은 석탄주입계통의 기본설계 또는 선정을 위한 엔지니어링에 유용하게 사용될수 있을 것으로 판단된다.

The Integrated Gasification Combined Cycle(IGCC) power plant is one of Clean Coal Technology to meet the demand for clean and efficient electric power for the 21st century. This study is to investigate the impacts of changes in coal quality to the performances of gasification processes and IGCC plants. The selection of the most economic coal is an important attribute for the IGCC power generation technology. The performances of gasification processes was predicted, and compared with the results of Shell coal gasification demonstrantions. The IGCC performances with bituminous and sub-bituminous coal were predicted as well. It is obtained that the bituminous coal is superior to the sub-bituminous coal for IGCC power generation.

본 실험에서는 상압 유동층 반응기 (0.1 m-1.D x 1.6 m-high) 에서 호주탄의 가스화반응 특성을 공기와 스팀을 사용하여 살펴보았다. 유동화 속도 (2-5 u$_{mf}$), 공기/석탄비(1.6-3.2), 스팀/석탄비 (0.63-1.26), 그리고 반응 온도 (750 - 90$0^{\circ}C$) 가 생성 가스의 조성, 발열량, 수율 및 탄소 전환율에 미치는 영향을 고찰하였다. 입자 비산속도는 유동화 속도가 증가함에 따라 증가하였으나, 층온도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. 생성가스의 발열량 및 탄소 전환율 그리고 가스 수율은 유동화 속도 및 층 온도가 증가함에 따라 증가하였으나, 발열량은 공기/석탄비가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었다.

주유동에 수직으로 분사된 제트 화염의 구조는 이해하기 위하여 화염 길이와 온도를 측정하고 reactive mie scattering 방법을 이용하여 단면 가시화를 실시하였다. 주유동 속도와 제트 분사 속도의 증가에 따라 화염 길이도 함께 증가함을 알 수 있고, 단면 가시화 결과 화염 내부에 존재하는 inner vortical structure는 일반적인 동축제트 화염과 같은 대칭 구조를 갖지 앉고 유동 조건에 따라 inner vortical motion 의 생성 위치가 변화함을 알 수 있다 이는 본 유동장의 특성 중의 하나인 bound vortex와 제트와 주유동이 접하는 상류 면에서 발생하는 rolling-up 의 강도에 좌우됨을 알 수 있다.

본 연구는 에너지를 집중적으로 사용하는 발전소와 대규모 공장 단지에서 발생하는 배기가스 중에 포함된 황산화물의 제거 방법에 관한 것으로서, 활성탄의 적절한 전처리를 통해 이산화황 흡착능을 향상시켜 머지 않은 장래에 엄격히 적용될 대기오염 기준을 만족시킴과 동시에, 오염 물질의 제거 효율이 높고 폐기물 매립의 부담이 없는 건식 탈황 공정의 효율향상에 기여하는 것을 목적으로 하고 있다. Activated Char나 활성탄을 이용하여 황산화물과 질소산화물을 동시에 제거하기 위해서는 Carbon 표면을 적절하게 처리함으로써 활성탄의 촉매활성을 향상시키는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 활성탄을 열 및 $O_2$-NH$_3$ 혼합가스로 전처리하여 표면의 특성 변화와 SO$_2$ 흡착능에 미치는 영향을 살펴보았다. Coconut Shell로부터 제조한 활성탄을 NH$_3$의 농도를 변화시켜가며 $O_2$와의 혼합가스로 973~1173K에서 열처리하는 방법에 의해 전처리하여, 이률 고정층 반응기에서 SO$_2$흡착 및 반응실험을 수행하였고, 이 과정 중의 활성탄 표면의 특성변화를 원소분석, TPD(Temperature Programmed Desorption), FTIR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy), Acid-Base Titration, SEM(Scanning Electrolic Microscopy)등의 분석 방법을 통해서 알아보았다. 그 결과, 활성탄을 열 및 $O_2$-NH$_3$혼합가스로 처리하여 환원성 분위기 하에서 표면 활성점을 증가시킴으로써 황산화물 흡착제거율이 향상됨을 얻었다.

산화구리가 담지된 알루미나 흡수제/촉매를 이용하여 유황산화물과 질소산화물의 제거반응 특성을 고정층 반응기를 이용하여 고찰하였다. 반응온도가 증가할 수록 $350^{\circ}C$까지 탈질 효율이 증가하였으며 그 이상의 온도에서는 암모니아의 산화에 의하여 탈질효율이 감소하였다. 암모니아의 $NO_{x}$ 선택성은 $SO_{x}$ 가 존재하지 않는 경우에 $NH_3/NO_{x}$mole 비 1.0 까지 유지되었으나 $SO_{x}$ 가 존재하면 선택성은 매우 감소하였다. 동시제거 반응의 경우 $400^{\circ}C$ 이상에서 효과적이었으며 $350^{\circ}C$ 이하에서는 암모늄 염의 생성으로 인하여 탈질효율의 감소가 반응시간이 증가함에 따라서 감소하였다.

국내 총 71개 상용열병합발전업체를 대상으로 운전행태를 분석하고 이를 모형화하기 위한 설문조사 결과 이에 응답한 46개 업체의 운전행태를 분석해 보았으며 이들을 다시 10개 업종으로 구분하여 해당 업종의 전력수요량, 발전량, 수전량의 계절별, 시간대별 형태를 분석하였다. 그리고 분석기준치를 이용하여 향후 전력예측의 자료를 제공하였다. 업종별 발전행태에 의한 5개의 모형과 용량에 따른 5개의 모형을 도출하여 전원개발계획시 분산형전원을 고려할 수 있는 토태를 마련하였다.

열공급 대상지역의 연간 열부하를 예측하여 분석한 후 지역난방용 열병합발전 시스템에서 스팀터빈의 고압 및 저압터빈의 용량을 변화시켜 열부하 대상지역에서 운전하였을시 가장 적은 에너지를 소비하는 고압 및 저압터빈의 용량비율을 찾아 보았다. 추기배압터빈일 경우는 각 터빈용량의 비율변화에 거의 영향을 받지 않았으며 추기복수터빈일 경우 고압터빈용량의 비율이 적을수록 동일 열부하에 대한 에너지소비량은 적게 나타났으며 발전량은 증가되었다.

에너지 자원의 고갈과 환경오염 문제가 심각히 대두되고 있는 현재 액체연료에 비하여 청정 에너지인 가스의 연료화에 대한 연구는 과거 어느때보다도 그 중요성이 높이 인식되고 있다. 이에 본 연구에서 제시하는 연소기는 다공성 물질을 이용하는 연소장치로서 연소 경로를 바꾸어줌으로써 공기를 예열하는 효과를 극대화시킴과 대류열및 복사열을 방출하는 것이 큰 특징이다. 본 연구의 결과에 의하면 당량비의 감소에 따른 화염온도는 이론단열화염온도보다 높게 나타나서 당량비의 감소에 비례하여 더욱 좋은 효과를 얻을수 있었으며, 또한 왕복주기시간의 감소함에 따라 화염온도는 약간씩 증가하는 경향을 보여주었다. 이것들은 초희박 연소의 가능성을 보여준 것으로 저발열량의 연료 의 연소로 인한 에너지 절약 또는 유기화합물 즉, 페놀류나 알데히드류와 같은 공해물질들을 제거하는 연소메카니즘에 기여한 할 것이다.

본 연구에서는 저소음 팬 개발을 위해 검증 실험 대체로 전산유체역학을 응용하고 PT 제작기간 단축을 위한 방법을 제시하고자 한다. 팬 내부의 유동장 해석을 통하여 실제의 설계과정 중에 응용하기 위한 가능성을 알아본 결과, 해석으로부터 여러 대상 팬의 상대평가가 유용하다는 결론을 얻게 되었다. 이 때 효율의 상대평가는 팬 익면의 정압상승 검토를 통하여, 그리고 소음의 평가는 난류에너지 k의 분포를 통하여 비교할 수 있음을 알수 있었다. 또한 실제의 PT제작방법에 있어서도 기존에 비해 제작 기간과 비용면에서 유리한 SLA를 이용한 부분합성법을 시도하여, 기존에 사용했던 NC가공을 통한 PT제작 방법에 제작기간 및 비용을 50%이상 절감/감축할 수 있었다.

An improved steam generator model has been developed for the DSNP simulation of normal operational transient behavior of CANDU nuclear power plant. For more realistic prediction of steam generator behavior during transient, tube bundle region is divided into two separate control volumes, subcooled region and saturated region, and the variation of thermal hydraulic properties in the control volume is accounted for more realistic estimates of outlet enthalpy of each control volume. Test results for typical CANDU operational transient case show reasonable transient behavior of steam generator with overall CANDU operation and improved operational characteristics of steam generator with power variation.

A computer code for solving the 3-D time-dependent multigroup neutron diffusion equation by a coupled reactor kinetics method recently developed has been developed and for evaluating its applicability in CANDU transient analysis applied to a 3-D kinetics benchmark problem which reveals non-uniform loss of coolant accident followed by an asymmetric insertion of shutdown devices. The performance of the method and code has been compared with the CANDU design code, CERBERUS, employing a finite difference improved quasistatic method.

A nonlinear dynamic optimization has been performed for reactor power control system of CANDU 6 nuclear power plant considering xenon, fuel and moderator temperature feedback effects. Integral-of-Time-multiplied Absolute-Error (ITAE) criterion has been used as a performance index of the system behavior. Optimum controller gain are found by searching algorithm of Sequential Quadratic Programming (SQP). System models are referenced from most recent literatures. Signal flow network construction and optimization have been done by using commercial computer software package.

본 연구는 원자력발전소용 시뮬레이션 언어인 DSNP 언어를 이용하여 CANDU-6 발전소 운전 모사 프로그램을 구성함으로써 핵심계통인 1차냉각재 계통(PHTS)과 2차 계통 일부가 정상 및 과도조건에서 보일 수 있는 운전 상태를 연구하였다. DSNP 프로그램은 원자로심과 증기발생기에서의 열전달 모델, 열수송계통 펌프 모델 및 가압기 열수력 모델을 포함하고 있으며, 파이프(pipe)라는 단위 구성체를 이용하여 1차 냉각재계통을 노드화하여 계통 모사가 실현된다. 정상상태 100% 전출력 운전시 대표적인 운전변수를 기준으로 DSNP 결과와 CANDU-6 발전소 설계치를 비교해본 결과 서로 매우 근사한 값을 나타내었으며, 이는 과도상태 모사의 초기조건으로 합당한 것으로 판단된다. 본 연구에서 선택된 과도상태 모사시 DSNP 프로그램은 매우 안정된 '최종정상상태'를 얻음에 따라 원자로의 기계 물리학적 변화를 합리적으로 모사하고 있음을 알 수 있었다. CANDU-6 단계감발 운전시 동적 거동을 원자로 설계자료인 '예비 안전성 평가 보고서(PSAR)'와 비교한 결과 단기적 거동은 PSAR 결과와 다소 다른 점이 있었으나 전체적으로 합리적인 운전변수 값을 얻을 수 있었다. 단기적 거동에 대한 입증은 원자로 운전자료를 통하여 가능할 것으로 사료된다. 이상과 같이 본 연구를 통해 구성한 DSNP 프로그램은 보완 및 개선의 여지가 있으나 현재의 수준으로도 CANDU-6 발전소의 일부 과도상태 모사가 가능한 것으로 판단된다