• 한국음향학회지
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• 제28권1호
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• pp.19-24
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• 2009

정재파 열음향 냉각기의 스텍에서의 온도 구배와 냉각기 효율의 관계에 대한 연구를 수행하였다. 스택에서의 로트식 (Rott Equation) 을 이용하여, 스택을 통과하는 엔탈피 플럭스의 크기가 크게 되면, 스택에서의 온도구배가 비선형의 특성을 나타내는 것을 밝혀내었다. 또한 이런 비선형의 스택 온도구배가 열음향 냉각기의 냉각 효율을 저하시키는 것을 확인하였다. 1/4 파장의 정재파 열음향 냉각기를 이용한 시뮬레이션을 통해, 특정길이의 스택에 대해 냉각 용량이 커질수록, 또한 특정냉각 용량에 대해, 스택의 길이가 길어질수록 비선형의 스택 온도구배가 크게 일어남을 알아낼 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.91.2-91.2
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• 2010

SOFC는 높은 반응온도($600{\sim}1000^{\circ}C$)에서 작동되어 발전효율이 높고 다양한 연료를 사용할 수 있는 것이 장점이다. 하지만 고온에서의 운전은 구성요소의 열변형과 온도구배에 의한 전극촉매의 열화 그리고 밀봉재의 수명에 영향을 주어 결국 스택의 내구성을 감소시킨다. 특히 스택의 온도구배가 심화되면 국부적인 Hot spot를 형성하여 셀에 심각한 손상을 주게 된다. 본 과제에서는 SOFC 스택의 온도구배를 완화시키기 위한 내부개질기의 개발 및 고온용 분리판 소재의 정밀성형기술을 확보하고자 한다. 열/유동해석을 통하여 반응가스의 농도, 유속, 구조변경 등 내부개질기 온도구배에 대한 주요인자를 확인하였고, 장기 운전평가를 통하여 개질 촉매의 고온 활성 및 내구성에 대한 성능평가를 진행 중이다. 분리판의 경우, 고온용 소재(페라이트계 스테인레스)에 대한 기초실험을 실시하여 성형품질의 주요 인자를 파악하였으며 Proto-type 금형 설계 및 개발을 통하여 성형 기초기술을 확보하였다. 그리고 스택 내부온도를 구현할 수 있는 시뮬레이터를 설계 중에 있으며 이를 이용하여 개발된 내부개질기 및 분리판을 스택 운전환경에서 평가할 예정이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.81.1-81.1
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• 2010

SOFC 발전시스템의 상용화를 위해 선행되어야 할 것은 스택의 안정적 출력 및 신뢰성 확보이다. 이를 이루기 위해서는 스택을 구성하는 구성요소의 신뢰성 있는 규격 및 검수가 필요하다. 즉, 셀, 밀봉재, 분리판 및 집전체로 대변되는 구성요소들이 스택에 장착되었을 때 그 기능을 최대한 발휘하면서도 점진적 또는 급격한 품질저하가 발생되지 말아야 한다. 특히, 셀의 경우 스택의 성능에 직접적인 영향을 미치는 구성요소로서 품질에 대한 명확한 검수기준이 필요하다. SOFC용 셀은 다공성 anode, 치밀한 전해질, 그리고 다공성 cathode로 구성된 세라믹 소결체이다. 이 때 치밀한 전해질에 결함이 내재되어 있거나 물리적 힘에 의해 신규로 발생할 경우, 연료로 사용되는 수소와 공기가 만나는 cross-over가 발생하게 된다. Cross-over는 연료가 소모되는 문제도 있지만 발열로 인한 Hot spot을 형성시켜서 주변과의 온도구배를 유발하고, 이로 인해 고체 전해질의 균열전파를 일으킬 수 있고 나아가 급격한 셀의 파괴를 야기할 수 있다. 본 연구에서는 SOFC에 사용되는 셀의 형상측정, 물리적 강도 및 결함 검출을 위한 검수기법을 개발하여 스택의 신뢰성 향상과 향후 규격표준화를 위한 기반을 제공하고자, 평판형 셀의 3차원 형상을 정밀하게 측정하는 장치와 일정 면압을 인가하여 특정 형상을 갖고 있는 셀의 물리적 파괴여부를 판단할 수 있는 장치, 그리고 셀의 전해질에 내재된 결함을 검출할 수 있는 장치를 제작하였다. 본 장치들은 $1,000cm^2$급 평판형 셀까지 검수할 수 있도록 고안하여 양산시스템에 접목시킬 수 있도록 고안된 것이다. 본 장치들을 이용한 검수결과, 현재 $700cm^2$급 평판형 셀의 경우 최대 camber가 4mm 이하, 전해질의 He leak rate는 $5{\times}10^{-5}mbar.l/s.cm^2$ 이하라는 검수규격을 본 연구소에서 운전하는 스택에 1차적으로 적용하였으며 현재 검수규격의 신뢰성 및 강화를 위한 연구를 수행 중에 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.86.1-86.1
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• 2010

예비개질기(Pre-reformer)는 중대형 내부개질형 용융탄산염 연료전지(MCFC) 시스템에서 다양한 연료를 사용하기 위한 필수적인 화학반응기이다. 예비개질기는 스택 전단에 설치함으로서 스택 내부의 열균형을 유지하고, 다양한 원료를 연료로 이용할 수 있도록 하며, 황화물로부터 후단의 개질촉매 및 전극촉매를 보호하여 주개질 반응의 부담을 감소시켜 MCFC 시스템의 내구성 향상의 중요한 역할을 한다. 본 연구는 예비개질 반응기 설계에 CFD 모델링을 적용하기에 앞서 파일롯 반응기 내 농도/ 온도 구배를 측정하고자 하는 목적으로 수행되었다. 반응가스로는 천연가스 내 고차탄화수소(C2 이상) 중 상대적으로 높은 농도를 가진 에탄을 이용하였고, MCFC용 예비개질기의 운전특성을 고려하여 비교적 낮은 온도와 높은 수증기/탄소 비에서 단열반응기로 실험을 진행하였다. 향후 본 실험결과를 이용하여 CFD 모델링에 대한 검증을 수행할 예정이며, 하수처리장부생가스(ADG)/ 매립지 가스(LFG)용 MCFC 시스템을 위한 예비개질기 설계에도 적용을 하고자 한다.

• 한국음향학회지
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• 제14권6호
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• pp.5-12
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• 1995

본 논문에서는 열음향 냉장시스템을 음향적으로 해석하고 주어진 조건을 만족시키는 열음향냉장시스템의 설계방법을 제시하였다. 열음향 냉장시스템은 음파의 에너지를 단열팽창, 수축의 원리를 이용하여 열에너지로 변환시키는 열음향변환기이다. 열음향 냉장시스템은 일반 가정용 스피커 유닛을 사용하는 구동부, 실제의 온도 구배가 생기게 되는 스택 부분, 그리고 정상파를 생성시키는 본체 부분인 공명기 등으로 구성된다. 음향학적인 해석을 통해 주어진 조건을 만족시키도록 전체 공명기의 크기를 결정하고 스택의 크기와 위치를 설정하여 이에 따라 실제의 시스템을 설계하였다. 끝으로 설계된 공명기의 기계적 임피던스를 모의실험을 통해 구하였다.

• 설비공학논문집
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• 제7권3호
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• pp.473-487
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• 1995

A loud speaker-driven zero-c.o.p. thermoacoustic refrigerator where an automotive catalytic converter is utilized as a stack has been fabricated and investigated experimentally. Without any heat exchangers at both ends of stack(and thus with zero c. o. p.), temperatures on the stack are measured and various heat transfer rates are calculated from the measured temperatures. Temperatures on the stack have been also calculated numerically using a finite difference method. The measured temperatures are in fair agreement with the calculated temperatures for lower frequency than 300Hz, however, the former deviates from the latter considerably for higher frequency. Two types of c. o. p. have been defined as appropriate to the experiment. While the nominal c. o. p. is zero(the condition in which the pumped heat flow rate in the pore exactly cancels the axial heat conduction down the stack), the true c. o. p. is found to be about 0.14 for 300Hz from the experiments.