• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
• /
• pp.78-78
• /
• 2010

그래핀(Graphene)은 탄소원자가 육각형 벌집(honeycomb)구조로 빼곡히 채워진 2차원의 단원자 층으로 역학적 강도와 우수한 화학적/열적 안정성 및 흥미로운 전기 전도 특성을 가지고 있다. 이러한 그래핀의 우수한 특성으로 인하여 현재 기초연구뿐만 아니라 응용연구 등 많은 연구들이 진행되고 있다. 일반적으로 그래핀의 우수한 물리적 특성들은 그래핀의 층수, 모서리(edge)구조, 결함(defect), 불순물 등에 의해 크게 좌우되는 것으로 알려져 있다. 따라서 그래핀의 구조 및 결함정도를 자유로이 제어하고 그에 따르는 특성 변화를 관찰하는 것은 기초연구의 측면에서 뿐만 아니라 향후 그래핀 응용에 있어서도 매우 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 그래핀의 내산화 특성을 연구하기 위하여, 그래핀을 열 및 플라즈마 산화 분위기에 노출시킨 후, Raman 분광법을 이용하여 광학적, 구조적 변화를 분석함으로써 그래핀의 내산화 특성에 대하여 조사하였다. 그래핀은 실리콘 웨이퍼에 전자빔증착법으로 니켈박막을 증착한 후 열화학증기증착법으로 합성하였으며, 메탄가스를 원료가스로 $900^{\circ}C$ 전후에서 합성하였다. 합성한 그래핀은 산화반응 시 기판의 영향을 제거하기 위하여 트렌치 구조의 기판 위에 전사(transfer)함으로써 공중에 떠있는 구조를 구현하였다. 열 산화의 경우, 합성한 그래핀을 대기분위기의 고온($500^{\circ}C$) 챔버에 넣고 처리시간에 따른 특성변화를 살펴보았다. 플라즈마 산화의 경우는 공기를 이용하여 직류플라즈마를 발생시킨 후 0.4 W의 낮은 플라즈마 파워를 이용하여 플라즈마 산화처리와 특성평가를 매회 반복하였다. 그래핀의 특성분석은 Raman분광기와 광학현미경, 원자힘현미경(AFM) 등을 이용하여 분석하였으며, 상기 결과들은 향후 산화환경에서의 그래핀 응용소자 개발에 유용할 것으로 예상된다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제22권2호
• /
• pp.193-204
• /
• 1998

Numerical analysis was performed with multicomponent transport properties and detailed reaction mechanisms for axisymmetric 2-D CH$_{4}$ jet diffusion flame. Calculations were carried out twice with the $C_{2}$-Thermal Mechanism including $C_{2}$ and thermal NO reactions and the $C_{2}$-Full Mechanism including prompt NO reactions in addition to the above $C_{2}$-Thermal NO mechanism. The results show that the flame structures such as flame temperature, major and minor species concentration are indifferent to respective mechanisms. The production path of Thermal NO is dominant comparing with that of Prompt NO in total NO production of pure CH$_{4}$ jet diffusion flame. This is because thermal NO mechanism mainly contributes to positive formation of NO in the whole flame region, but Prompt NO mechanism contributes to negative formation in the fuel rich region. In addition, 0$_{2}$ penetration near the nozzle outlet affects the flame structures, especially N0$_{2}$ formation characteristics.

• 한국추진공학회지
• /
• 제17권2호
• /
• pp.16-23
• /
• 2013

정상초음파장이 개재하는 메탄/공기 예혼합화염의 전파특성에 대한 당량비의 영향을 실험적 연구결과로 제시한다. 화염구조 가시화는 슐리렌 기법을 이용하였으며, 이미지 후처리를 통해 화염 전파 거동을 면밀히 관찰하였다. 정상초음파에 의한 화염 구조 변화가 연소반응을 촉진시켜 화염 전파속도를 증가시키는 것을 알 수 있었으며, 당량비가 증가할수록 정상초음파에 의한 화염전파속도의 증분은 감소하게 되고, 속도변화가 미미한 당량비 구간이 존재한다는 사실을 확인할 수 있었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제34권1호
• /
• pp.38-46
• /
• 2023

Carbon neutrality policies have been strengthened to reduce emissions, and the importance of technology road maps has been emphasized. In the global industrial boiler market, carbon neutrality is implemented through fuel diversification of methane-hydrogen mixture gas. However, various problems such as flashback and flame unstability arise. There is a limit to implementing the actual system as it remains in the early stage. Therefore, it is necessary to secure the source technology of methane-hydrogen hybrid combustion system applicable to industrial fields. In this study, control program for methane-hydrogen fuel conversion was developed to expect various parameters. After determining the hydrogen mixing ratio and the input air flow, the fuel conversion control algorithm was constructed to get the parameters that achieve the target oxygen concentration in the exhaust gas. LabVIEW program was used to derive correlations among hydrogen mixing rate, oxygen concentration in exhaust gas, input amount of air and heating value.

• 한국가스학회지
• /
• 제19권5호
• /
• pp.69-74
• /
• 2015

본 연구의 목적은 촉매가 삽입된 단일 개질관 내 가스의 주입 속도와 버너의 고온공기 주입온도에 따른 3차원 전산 유체 해석(Fluent ver. 16.1)을 수행하여, 열유동 및 화학반응 특성을 파악하는 것이다. 개질관 내부 촉매는 니크롬 재질의 다공성 영역으로 가정하였다. 메탄-수증기 개질반응은 1000 K 이상의 고온 환경에서 작동하므로 전도, 대류 및 복사를 고려한 복합열전달을 해석했다. 수소 개질량을 비교하기 위한 두 개의 레이놀즈 수는 49,000과 88,000이고, 레이놀즈 수가 88,000인 경우, 고온공기의 온도를 각각 1100 K, 1200 K 및 1300 K로 설정하였다. 수치해석 결과, 레이놀즈 수가 낮을 경우 개질관 내부의 온도가 상승하였으며, 수소 개질량도 증가하였다. 레이놀즈 수가 높을수록 상대적으로 온도가 낮은 가스의 대류 열전달량이 증가하여 개질관 내의 온도는 낮아져 수소 개질량은 감소한다. 그리고 고온 공기의 온도가 높을수록 개질관 내부의 온도가 증가하므로, 수소 개질량도 증가한다.

• 한국토양비료학회지
• /
• 제26권1호
• /
• pp.49-56
• /
• 1993

답전윤환지(畓田輪換地) 토양(土壤)에서 작부체계(作付體系)를 달리했을때 작물(作物)의 생육시기별(生育時期別) 토양(土壤)에서 방출(放出)되는 지구온난화원인(地球溫暖化原因)가스 -이산화탄소(二酸化炭素)($CO_2$), 메탄($CH_4$) 및 아산화질소(亞酸化窒素)($N_2O$) -양(量)을 조사(調査)한 결과(結果)를 보면 다음과 같다. 1. 작물재배기간중(作物栽培期間中) 이산화탄소(二酸化炭素)의 방출량(放出量)은 벼 연작재배시(連作栽培時) 가장많고 벼와 콩의 윤작재배시(輪作栽培時) 가장 적은 양(量)을 방출(放出)했으며, 답전윤환(畓田輪換) 방법별(方法別)로는 벼 연작토양(連作土壤)이 가장 많았고 매년윤환(每年輪換) 및 이년윤환(二年輪換)은 비슷했으며, 전전환시(田轉換時) 가장 적은 방출량(放出量)을 보였다. 2. 메탄의 방출량(放出量)은 벼 연작재배토양(連作栽培土壤)에서 가장많은 방출량(放出量)을 보였으며 답전윤환(畓田輪換) 및 벼와 콩 혹은 감자와 배추 등(等)을 윤작재배(輪作栽培)하므로써 방출량(放出量)의 뚜렸한 감소를 보였다. 3. 아산화질소(亞酸化窒素) 방출량(放出量)은 감자와 배추를 이년(二年)마다 윤환재배(輪煥栽培)하므로써 가장많은 방출량(放出量)을 보였으며 다음은 벼 윤작재배구(輪作栽培區)에서 많았다. 그러나 답전윤환구(沓田輪換區)의 벼와 콩 및 감자와 배추를 윤작재배(輪作栽培)하므로써 뚜렷한 감소(減少)를 보였다. 4. 토양(土壤) 공기중(空氣中) 산소(酸素) 및 이산화탄소(二酸化炭素) 구성비율(構成比率)은 작물(作物)의 생육시기(生育時期)에 따라 대단히 상이(相異)했으며 작물재배기간중(作物栽培期間中) 산소(酸素)는 4~10%로 대기(大氣)보다 낮고 이산화탄소(二酸化炭素)는 1~22%로 대기(大氣)보다 수십 내지 수백배로 높았으며 변이(變異) 폭(幅)이 대단히 컸다. 5. 작물재배기간중(作物栽培期間中) 이산화탄소(二酸化炭素)($CO_2$), 메탄($CH_4$) 및 아산화질소(亞酸化窒素)($N_2O$) 등(等) "지구(地球) 온난화(溫暖化) 원인(原因)가스"의 방출(放出)은 작물재배지(作物栽培地) 토양(土壤)의 수분(水分), 온도(溫度), 산소농도(酸素濃度) 및 양분(養分) 등(等)의 변화(變化)와 작물생육시기(作物生育時期)에 따라 크게 영향(影響)되었다.

• 유기물자원화
• /
• 제26권2호
• /
• pp.95-103
• /
• 2018

바이오가스 이용 최적화를 위해 탈황 및 제습 전처리시설 가이드라인으로 $H_2S$ 농도는 철염으로 처리가능한 150 ppm으로 설정하고, 제습은 발전기 운전 적정수분 값이며 EU회원국에서 바이오가스 활용 시 적용하는 상대습도 60 %로 설정하였다. 국내 바이오가스 평균 온도인 $31^{\circ}C$에서 상대습도 60 %으로 적용한다면 노점온도 $22^{\circ}C$, 절대습도 $20.57g/m^3$으로 나타낼 수 있으며, 전처리 설비가 적절히 가동된다면 가이드라인에 만족하여 바이오가스의 이용이 최적화 될 것으로 사료된다. 바이오가스 이용 최적화를 위해 발전기 설비 가이드라인을 설정하고자 하였다. 바이오가스 적정 이용량으로는 전체 가스 발생량의 90 % 이상을 이용해야하며, 발전기 시설의 용량은 여유율을 10~30 %로 설정해야 한다. 발전기에 유입가스의 압력을 균등화하기 위해서는 가스 균등조(buffer tank)를 설치하며, 발전실 평균온도는 $45^{\circ}C$이하로 유지한다. 소화조에서 일정한 메탄농도로 가스가 생성되지 않아 효율이 저하되므로 메탄농도에 변화에 따른 공기연료비 제어시스템을 설치가 요구된다. 본 연구에서는 유기성폐자원의 바이오가스 생산 및 이용을 최적화를 위해 현장시설의 정밀모니터링과 시설별 에너지수지를 분석하고, 현장문제 해결방안에 대해서 조사하여 전처리시설 및 발전기 등의 설계 및 운전 가이드라인을 제시하고자 한다.

• 자원환경지질
• /
• 제38권2호
• /
• pp.165-176
• /
• 2005

심해저 퇴적물에 분포하는 천연가스는 물리, 화학적인 조건에 따라서 세 가지 상(phase)으로 존재한다. 즉, 공극수에 녹아있는 가스의 농도가 용해도 이하이면 용존 가스 형태로 존재할 것이며, 용해도 이상이면 자유가스가(free gas) 형성될 것이며, 자유가스를 포함하는 해저 퇴적물이 저온 고압 조건인 하이드레이트 안정 지역이라면 가스 하이드레이트로 존재한다. 심해저 퇴적물내의 가스의 농도를 정확히 파악할 수 있다면 천연가스와 하이드레이트의 형성과 분포를 예측할 수 쳐다. 그러나, 해저 퇴적물 내에 포함되어 있는 가스의 양을 정확히 측정하는 것은 매우 어렵다. 심해저 퇴적층에서 가스를 채취하는 방법으로 널리 이용되는 공기층 가스 기법을 이용하여 퇴적물내의 가스의 양을 가늠하는 것은 천부 퇴적층에서만 가능하고 심부 지층에서 채취한 가스는 코어 회수와 시료 채취 과정에서 대부분의 가스가 유실되고 극히 일부만 정량 분석된다. 압력 코어(Pressure Core Sampler PCS)는 길이 $1{\cal}m$, 반경 $4.32{\cal}cm$ 규격으로 총 $1,465cm^3$의 퇴적물을 68.9 Mpa 압력 하에서 채취하는 장비이다. ODP Leg 204 시추 동안에 총 6개 지점(site) 에서 압력 코어를 사용하여 각 시추 지점에서 심도에 따른 퇴적물내의 가스의 양과 가스 하이드레이트의 분포를 측정하였다. 분석 결과 시추 위치에 따라서 가스 농도 및 분포 특성이 서로 다르게 나타났다. 하이드레이트 릿지(Hydrate Ridge)의 정상 주변에는 해저면 퇴적물에 메탄가스가 과포화되어 있고 정상 측면 및 분지지역에는 일부 심도의 퇴적물에서만 과포화되어 있었다. 하이드레이트 릿지의 가스 하이드레이트 분포는 압력 코어에 의해서 측정한 현장(in-situ)의 가스 농도 특성과 매우 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다.

• 한국환경농학회지
• /
• 제26권1호
• /
• pp.1-6
• /
• 2007

본 연구에서는 바이오가스의 연소엔진을 이용한 에너지 전환시에 발생되는 $NO_x$와 CO의 배출특성을 분석하고 나아가 배출계수를 산정하고자 하였다. 바이오가스의 주성분인 메탄을 70%로 한 합성가스를 이용하여 실험한 결과 연소엔진의 표준상태에서 $NO_x$와 CO가 각각 4 ppm과 100 ppm의 배출농도를 나타내었고, 이는 1.29g/MMBtu와 30.86 g/MMBtu의 배출계수 값을 산정할 수 있었다. 바이오가스의 주성분인 메탄을 60%로 한 약간의 과잉공기의 상태에서는 $NO_x$와 CO가 각각 2 ppm과 200 ppm의 배출농도를 나타내었고, 이는 정격 조건에 비해 투입열량이 적어져 연소온도의 저하로 인하여 열적 반응에 의해 생성되는 $NO_x$는 줄고, CO는 증가함을 알 수 있었다. 미국 EPA의 배출계수를 비교하기 위하여 투입된 연료의 열량을 기준으로 비교해 볼 때 본 연구의 결과가 $NO_x$의 경우 근사한 값을 보여 주었고, 이는 국내 바이오 가스 연소시의 오염배출계수로 잘 적용 가능함을 보여 주었다. 본 연구에서 사용한 가스엔진이 오염배출 측면에서 대기 환경보전법상의 배출 허용기준 내에서 가동됨을 알 수 있었고, 가동조건에 따라 연소온도를 증가시킴으로서 CO의 발생을 저감시킬 수 있으리라 사료된다.

• 한국추진공학회지
• /
• 제18권1호
• /
• pp.73-84
• /
• 2014

본 논문에서는 화학발광 계측을 통한 연소화염의 당량비, 열방출율과 같은 물리량 판단에 대한 최신 연구결과를 정리 분석하였다. 현대의 연소장치는 연소의 동적 안정성 증대 및 공해물질 배출억제를 위해 세밀한 제어가 필요하다. 화학발광 세기 계측을 통한 물리량 파악은 그 적용에 있어서 많은 상대적 장점을 지니고 있다. 그러나 본 방법은 당량비, 연소압력, 입구온도, 난류세기, 연료 종류 등에 의해 많은 영향을 받는다. 연구결과를 종합하면, 메탄/공기 예혼합 화염에서 $CH^*/OH^*$가 연료 과농 조건을 제외하고 당량비와 밀접한 관계가 있다. 또한 넓은 공간에서 측정된 $OH^*$, $CH^*$ 신호는 전체 열방출율과 비례관계를 갖는 것으로 판단된다.