• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제40권4호
• /
• pp.362-368
• /
• 2016

최근 국제해사기구(International Maritime Organization, 이하 IMO) 해사안전위원회(Maritime Safety Committee, 이하 MSC) 제 93차 회의에서 ICS(International Chamber of Shipping) 및 IPTA(International Parcel Tankers Association)는 저유황유 수요 증가에 따른 연료유내 희석제의 사용량 증가 문제, 저인화점 연료유 사용 시 기관실내 연료유 기화에 의한 점화 문제, 선박 엔진 손상을 일으키는 연료유 등에 대해 보고하였다. 연료유 품질 문제와 관련하여 IMO 사무국에서는 전 세계에 공급되는 선박용 연료유 품질 모니터링 기관을 지정하였고 공급된 연료유가 MARPOL Annex VI regulation 14.8 (황분함유량이 0.5 % 이하)에 만족하는지 결정하기 위한 통신작업반 (Correspondence group)을 구성하여 연료유 품질 문제에 대응하고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 선박용 연료유의 품질 문제 제기 및 이에 대한 대응을 위해 국내외에서 이루어지는 연구에 도움을 줄 수 있는 기초연구를 수행하였다. 기초연구를 위해 싱가포르 항구에서 수급되는 실제 선박용 연료유(잔사유)의 기본품질 데이터를 수집하였으며, 기본품질 데이터를 통해 연료유의 품질기준 (ISO 8217:2012) 미달 비율, 밀도분포 경향, 총발열량 및 연료유 내 성분 간 상관관계 등을 포함한 분석들을 수행하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
• /
• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.112-112
• /
• 2018

알루미늄 합금은 내구성과 내식성이 우수한 경량 재료이다. 그 중 Al-Mg계 5083 Al 합금은 가공성 및 용접성이 우수하여 선체 재료로 널리 이용되고 있다. 이는 선체 중량의 경량화로 인해, 연료비 절감과 빠른 선속 등 다양한 이점을 지니기 때문이다. 그러나 선박의 고속화에 따라 선체에 가해지는 유체충격이 증가하고, 압력 저하에 기인하여 캐비테이션-침식 손상이 증가할 뿐만 아니라, 염소이온이 존재하는 해수환경에서는 침식과 부식의 시너지효과로 인하여 재료의 손상이 더욱 가속화된다. 이에 대한 다양한 방지책들이 제안되고 있으나, 강한 충격압을 동반한 캐비테이션 침식-부식 복합 손상 환경에서는 다소 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 알루미늄 5083에 대하여 캐비테이션 환경 하에서 일정 전위를 인가하며 침식-부식 손상이 최소화 되는 전위 구간을 규명하고자 하였다. 먼저, 분극 실험을 선행하여 재료의 전기화학적 거동을 파악 한 후 적용 전위구간을 선정하여, 해당 전위를 인가한 상태에서 캐비테이션 실험을 실시하였다. 전기화학적 분극실험과 캐비테이션-전기화학 복합 실험은 $25^{\circ}C$의 해수 하에서 실시하였으며, 시험편의 노출면적은 $3.24cm^2$으로 하였다. 분극 실험은 개로전위로부터 +3 V까지 2 mV/s의 분극속도로 전위를 인가하였고, 기준전극으로 Ag/AgCl, 대극으로 백금전극을 사용하였다. 캐비테이션-전기화학 복합 실험은 정전위를 인가한 상태에서 대향형 진동법으로 진동수 20 kHz, 진폭 $30{\mu}m$ 진동을 20분간 가하였으며, 혼팁과 시험편 사이의 거리는 1 mm로 일정하게 유지하였다. 실험 후 표면 손상의 정량적 분석을 위해 인가된 전위별 전류밀도를 비교하고, 무게감소량을 측정하였으며, 손상경향 파악을 위하여 3D광학현미경과 주사전자현미경(SEM)을 통해 표면을 분석하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제37권6호
• /
• pp.582-588
• /
• 2013

고체산화물형 연료전지는 높은 효율과 친환경적 특성을 가지고 있어 선박에 의한 대기 오염의 주 원인인 디젤 엔진을 대체할 수 있는 동력원으로 주목 받고 있다. 고체산화물형 연료전지의 높은 작동 온도는 고효율과 다양한 연료를 사용할 수 있고 고가의 촉매를 사용하지 않아도 되지만 고열에 의한 시스템의 손상이 발생할 수 있다. 따라서 고성능과 신뢰성을 확보하기 위해 온도제어기가 설계되어야 하고 시스템에 적용하기 전 제어기의 성능이 검증되어야 한다. 본 연구에서는 많은 비용과 시간을 필요로하는 전통적인 제어기 성능 검증 방식 대신에 Hardware-In-the-Loop Simulation 방식을 활용한 성능 검증 시스템을 개발하였고 고체산화물형 연료전지 시스템에 대한 온도제어기의 성능을 검증하였다.

• 전기화학회지
• /
• 제6권1호
• /
• pp.48-52
• /
• 2003

일반적으로 연료전지 제어의 주목표는 연료와 공기의 반응이 원활하게 이루어져 출력을 연속적이고 안정되게 얻어지도록 공정설비를 제어함에 있다 연료전지의 과부하에 따른 성능저하 및 급격한 유량증가에 따른 양극간의 압력차로 인한 전극손상이 발생하지 않도록 하기 위해, 연료전지의 제어조건을 고려한 동적모델링이 필요하다. 전극간 압력차이를 허용범위 이하로 유지하며 급격한 부하요구가 발생하더라도 부하에 적합한 이용율 이상으로 부하가 걸리지 않도록 공기이용률 제어를 이용하였다. 10kW고분자 연료전지(PEMFC)의 전산모사를 통해 모델의 타당성을 검토하였고 제어성능을 수행하여 1초 내의 부하추종성능을 얻을 수 있었으며, 0.01atm내의 양극간 압력차를 유지시킬 수 있었다.

• 사물인터넷융복합논문지
• /
• 제7권3호
• /
• pp.63-68
• /
• 2021

국내의 전기히터 제조업체에서는 기존 제품의 효율을 향상시키는 기술 개발에 집중하고 있다. 선박 연료용 전기히터는 그 크기가 크고 소형화/고효율화에 대한 난이도가 높아 아직까지 기술개발을 시도하는 기업은 많지 않은 실정이다. 기존의 전기히터는 선박 엔진 연료의 유동경로가 단조롭기 때문에 가열매체의 열교환 튜브와의 접촉시간이 매우 짧아 가열 효율이 낮은 구조이며, 관형으로 제작되어 있기 때문에 가열효율과 무관하게 부피가 매우 크게 제작되므로 가열장치의 설치공간을 확보해야 한다. 이로인해 해외 선진사에서 적용하고 있는 관형 전기히터 장치는 내부의 특정부분이 손상되었을때 관형 가열기를 모두 분해하여야 하고, 열교환 튜브가 손상된 경우에는 열교환 튜브를 모두 분해해야 하므로 유지와 보수에 어려움이 있다. 본 연구에서는 250kW 용량급 판형 전기히터 가열기를 통해 시간당 10ton의 선박 엔진 연료를 가열할 수 있고, 최대온도를 150℃까지 설정할 수 있는 판형 전기히터에 대한 기초연구를 수행하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
• /
• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.143-143
• /
• 2016

알루미늄 합금은 내구성과 내식성이 우수할 뿐만 아니라 다양한 표면개질을 통해 그 표면 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 특히 Al-Mg계 5083-H321 Al 합금의 경우 가공성 및 용접성이 우수하여 선체 재료로 널리 이용되는데, 이는 선체중량의 경량화가 가능하여 연료비 절감과 빠른 선속 등 다양한 이점을 지니기 때문이다. 그러나 선속의 고속화에 따라 선체에 가해지는 유체충격이 증가하고 정압 저하에 기인하여 캐비테이션-침식 손상이 증가할 뿐만 아니라 해수환경 특성 상염소이온의 존재로 부식이 가속화되는 등 침식 및 부식의 시너지효과로 손상은 크게 증가한다. 이에 대한 방지대책으로 다양한 표면개질 기법이 제안되고 있으나 강한 충격압이 동반된 캐비테이션 침식-부식 복합 손상 환경에서는 표면처리만으로는 불가능할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 양극산화된 5083-H321을 대상으로 캐비테이션 환경 하에서 일정 전위를 인가하여 침식-부식 손상이 최소화되는 최적전위를 규명하고자 한다. 이를 위해 먼저 분극 실험을 통해 재료의 전기화학적 거동을 바탕으로 임의의 전위를 선정하고 해당 전위를 인가한 상태에서 캐비테이션 실험을 실시하였다. 이때 분극실험과 캐비테이션-전기화학 복합실험 모두 $25^{\circ}C$의 해수에서 실시하였으며, 전기화학적 분극실험은 유효면적이 $3.24cm^2$인 시편에 2 mV/s의 분극속도로 0 ~ -3 V 까지 인가하였고, Ag/AgCl 기준전극과 백금대극을 사용하였다. 캐비테이션-전기화학 복합 실험은 정전위를 인가한 상태에서 $30{\mu}m$의 진폭으로 20분간 실시하였으며, 혼팁과 시험편 사이의 거리는 1 mm로 일정하게 유지하였다. 실험 후 표면 손상의 정량적 분석을 위해 인가된 전위별 전류밀도를 비교하고, 무게감소량을 측정하였으며, 손상특성 분석을 위해 3D현미경과 주사전자현미경(SEM)을 통해 표면을 분석하였다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
• /
• 한국소음진동공학회 2007년도 춘계학술대회논문집
• /
• pp.361-365
• /
• 2007

우라늄을 내장한 연료봉은 핵분열이 일어나는 우라늄 펠렛(pellet)을 1차적으로 차폐하는 중요한 구조물이다. 연료봉은 원자로 내에서 유체유발진동에 의해 손상될 수 있으며, 본 연구에서는 유동유발진동 특성을 예측하기 위해 핵연료봉의 동특성 규명을 위한 모드해석을 수행하였다. 핵연료봉의 진동특성을 규명하기 위해 제작한 시험장치를 이용하여 피복관(clad tube)의 진동특성실험과 유한 요소 해석을 수행하였다. 모드시험(Modal Testing)은 현재 상용 핵연료봉(튜브)을 대상으로 수행되었으며, 유한 요소 해석 모델을 개발하여 해석 결과와 시험 결과를 비교 분석하였다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
• /
• 한국에너지공학회 1994년도 추계학술발표회 초록집
• /
• pp.51-58
• /
• 1994

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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
• /
• pp.91.2-91.2
• /
• 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
• /
• 한국신재생에너지학회 2005년도 제17회 워크샵 및 추계학술대회
• /
• pp.51-59
• /
• 2005

수소 분리막의 적용 분야는 석탄가스, 천연가스, 메탄가스 혼합기체이며, 고온/고압 및 수소농도가 낮은 혼합기체에서 고순도의 수소를 제조하는 곳이다. 특히 치밀질 세라믹 멤브레인은 고온에서 가스화한 석탄가스나 차세대의 쓰레기 처리 기술인 가스화 용융처리에서 생긴 고온가스로부터 고순도의 수소를 분리할 수 있다. 분리한 수소는 고온을 유지하기 때문에 연료전지 발전에 최적이다. 종래의 연료전지는 발전을 위해서 수소의 가열이 필요했으나 이것이 불필요하게 되어 발전 전체의 효율이 향상된다. 석유화학 산업에서 발생하는 혼합기체에서 수소를 분리하여 사용하고 남은 기체는 연료로 재사용할 수 있다. 분리막의 재질로는 고분자계가 개발되고 있으며 고분자 지지체에 백금이나 로듐과 같은 촉매를 코팅하는 방법이다. 이는 기공의 제어가 용이하고 대량생산이 가능한 장점이 있지만 고온에서 사용이 불가능하고 입자상 물질에 의해 분리막의 손상이 문제가 되고 있다. 이에 비해 치밀질 세라믹 멤브레인은 세라믹의 특성에 의해 고온 및 고압에서도 적용이 가능하며, 실온이나 저압의 조건에서도 적용이 가능한 특징을 가진다. $900^{\circ}C$의 고온에서 적용시 세라믹 멤브레인에는 특성열화가 없어 수명이 긴 장점을 가지게 된다. 수소가 포함되어 있는 기체에서 수소 만을 분리하는 방법은 흡착이나 분리막을 이용하는 방법이 일반적이며 흡착에 의한 방법은 일부 실용화가 진행되고 있다. 고효율의 수소를 분리하는 방법으로 분리막을 이용하는 방법이 있다. 현재 치밀질 수소 분리막의 연구는 외국(미국, 일본 등)에서도 초기 연구 단계이다. 국내에서도 이런 연구가 선행되어 외국과의 기술 격차를 줄이고 에너지 자원에 대한 확보가 필요하기 때문에 이 연구가 수행되었다. 치밀질 멤브레인의 소재로는 proton 및 전자전도가 가능한 소재로서 Ba-Ce-Y계를 기본조성으로 하여 내구성과 전기전도도를 향상시키기 위해 Ca, La, In, Yb를 치환하였다. 제조한 재료의 물리화학적 특성을 평가하였고, 수소여과 장치를 이용하여 여과 효율을 평가하였다.