• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권6호
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• pp.720-726
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• 2014

PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 차량은 미래 청정수송기관으로 각광받고 있지만 수소스테이션의 인프라부족으로 현재는 수소를 공급해주는 연료개질기를 함께 장착하여 구동하여야 한다. 탄화수소연료로부터 수소를 생산하는 연료개질기를 대상으로 다양한 연구가 진행되어왔는데 기존연구에서는 열적중립 조건의 ATR(Auto-Thermal Reformer) 반응기에 대해 집중적으로 분석하거나 공정최적화부문에서 최대수소생산을 목표로 주로 열효율을 목적함수로 설정하여 평가해 왔다. 본 연구에서는 100 kW PEMFC용 연료개질기를 대상으로 간단한 소형시스템을 얻기 위해 외부 유틸리티가 필요없는 단열열교환망으로 구성된 조건에서 기존 열효율이 아닌 수소효율을 새로이 정의하여 가솔린, LPG, 디젤 각 연료에 대해 최적운전조건을 도출하였다. 가솔린의 경우 기존 비교문헌보다 9.43% 연료절감효과를 얻음으로써 제안한 목적함수의 타당성을 입증하였고, 추가적으로 수소효율 및 열교환량, 열교환면적에 대한 민감도 분석을 실시하였다. 마지막으로 제안한 시스템을 한국시장에 적용할 경우 LPG 연료를 사용하는 연료개질기가 가장 경제적임을 알 수 있었다.

• 한국가스학회지
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• 제11권1호
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• pp.9-12
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• 2007

본 연구에서는 디젤기관에서 배출되는 배출가스의 저감을 위하여 경유와 천연가스의 혼합비율이 서로 다르게 연료의 분사량을 조절 전부하 운전시의 토크값을 4:0, 3:1, 2:2및 1:3의 4종류로 설정 디젤기관의 연소특성을 살펴보았다. 엔진회전수의 변화에 의한 배출가스의 변화를 알아보기 위하여 회전수를 1500, 2000, 2500 및 3000 rpm으로 설정 NOx, 흑연, 일산화탄소 및 탄화수소의 배출농도값을 측정하였다. 그 결과 디젤연료만을 사용하였을 경우보다 천연가스를 혼합하였을 경우 NOx, 일산화탄소 및 탄화수소의 배출농도는 다소 증가하였으나, 흑연의 배출농도는 감소하는 경향을 나타내었다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제17권6호
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• pp.72-81
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• 2023

수소 가스터빈은 미래 항공 추진 기관과 무탄소 발전 동력원으로 이산화탄소 배출 문제에 대응할 수 있는 유망한 기술이다. 100% 수소를 연료로 사용하는 가스터빈을 위해서는 기존 탄화수소 연료와 다른 수소의 특성을 고려하여 효율과 안정성이 높은 혁신적인 연소기 시스템을 설계할 필요가 있다. 마이크로믹스는 연료와 공기를 강하게 혼합하여 반응이 빠르게 종료되도록 함으로써 질소산화물을 저감하고 안정성을 높이도록 하는 연소기 설계 방식이다. 본 논문에서는 수소 전소 기술로서 마이크로믹스 방식 연소기의 원리와 설계 방법을 살펴보고, 연구용 30 kW 마이크로믹스 수소 연소기 설계안을 소개한다.

• 한국추진공학회지
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• 제25권3호
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• pp.56-61
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• 2021

본 연구에서는 극초음속 비행체의 냉각제로 사용되는 액체탄화수소 연료와 흡열 촉매의 안정적 사용을 위해 Al₂O₃와 H-ZSM-5를 stainless steel tube 내벽에 코팅하는 연구를 수행하였다. 액체탄화수소 연료의 흡열분해 반응에서 coke 생성이 불가피하며, stainless steel tube reactor를 냉각채널로 사용하게 됨에 따라 Fe, Ni 금속이 filamentous coke 생성을 유발한다. 이에 따라 stainless steel에 H-ZSM-5를 코팅함으로써, Fe과 Ni 금속이 액체탄화수소 연료에 직접 노출되는 것을 방지하고 filamentous coke 생성을 억제하고자 하였다. 또한 stainless steel과 H-ZSM-5 사이에는 Al₂O₃을 코팅하여, 부착 강도를 증진 시키고자 하였다.

• 에너지공학
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• 제9권4호
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• pp.288-294
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• 2000

본 논문은 1차와 2차 연료 라인을 설치한 실제 연소로에 형성된 프로판 난류화염으로부터 방출되는 NO의 생성변화를 연구하였다. 1차 연료는 버너의 노즐로 일정하게 공급되고, 추가적으로 2차 연료는 맥동되거나 또는 일정한 양이 첨가되었다. 2차 연료를 공급 튜브의 위치를 주 연료 튜브의 중심 또는 보염기 주위에 설치하였다. 연소로의 출구에서 화학종 $O_2$,CO, $CO_2$, NO와 HC(미연 탄화수소)의 평균 농도를 측정하였다. 당량비가 증가함에 따라, 후자의 방식에서의 NO 농도의 분포는 전자의 방식에서 보다 더 천천히 증가하였다. 당량비가 0.5에서 0.54 범위에서는 전자의 방식보다 후자의 방식이 NO 생성을 dir 35%까지 감소시켰다. 2차 연료의 맥동에 대한 NO에서도 변화의 영향은 2가지 방식에서 모두 나타나지 않았다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권1호
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• pp.107-114
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• 2017

고분자전해질 연료전지(PEMFC: polymer electrolyte membrane fuel cell)는 일산화탄소(CO)나 황화수소($H_2S$)가 포함된 연료가 주입될 경우 성능이 저하된다. 일반적으로 멀캅탄 계열의 부취제가 첨가된 탄화수소를 개질하여 생성된 수소에는 미량의 황화수소가 포함되어 있다. 본 연구에서는 황화수소를 수소에 첨가하여 anode에 주입하였을 경우에 연료전지 성능에 미치는 영향을 파악하고, 3가지 다른 회복방법인 순수 수소 주입법, 전위 순환법과 물 순환법을 적용한 경우의 회복률을 비교하여 보았다. PEMFC의 성능은 전기화학적 방법인 polarization curve, electrochemical impedance spectroscopy (EIS)와 cyclic voltammetry (CV)를 사용하여 분석하였다. 피독에 대한 회복방법인 순수 수소 주입법과 전위 순환법을 사용한 경우에는 회복률이 적었고, 물 순환법을 사용한 경우에는 초기에 대비하여 약 95% 이상 성능이 회복된 것을 확인하였다. 직접적으로 피독에 노출된 anode에 물을 흘린 경우의 성능회복률이 높았으며, cathode에 흘린 경우에도 물의 crossover에 의한 효과로 전위 순환법보다 우수한 회복률을 보였다. 이러한 연구결과로부터 황화수소 피독에 대한 회복기법을 구축함으로서 연료전지의 내구성을 향상시킬 수 있고, 불순물이 미량 함유된 저가 수소의 사용을 가능하게 함으로서 연료전지 보급에도 기여할 수 있을 것이다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.357-362
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• 2011

Complete mixture preparation of reactants prior to catalytic reforming is an enormously important step for successful operation of a fuel reformer. Incomplete mixing between fuel and reforming agents such as air and steam can cause temperature overshoot and deposit formation which can lead the failure of operation. For that purpose it is required to apply computational models describing coupled kinetics and transport phenomena in the mixing region, which are computationally expensive. Therefore, it is advantageous to analyze the gas-phase reaction kinetics prior to application of the coupled model. This study suggests one of the important design constraints, the required residence time in the mixing chamber to avoid substantial gas-phase reactions which can lead serious deposit formation on the downstream catalyst. The reactivity of various gaseous and liquid fuels were compared, then liquid fuels are far more reactive than gaseous fuels. n-Octane was used as a surrogate among the various hydrocarbons, which is one of the traditional liquid fuel surrogates. The conversion was slighted effected by reactants composition described by O/C and S/C. Finally, threshold residence times in the mixing region of a hydrocarbon reformer were studied and the mixing chamber is required to be designed to make complete mixture of reactants by tens of milliseconds at the temperature lower than $400^{\circ}C$.

• 한국추진공학회지
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• 제22권5호
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• pp.32-39
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• 2018

추진기관 연료의 주 성분으로 사용되는 액체 탄화수소 화합물의 초임계 분사 거동 특성을 분석하였다. 임계점의 차이가 있는 Decane과 Methylcyclohexane (MCH)를 실험 유체로 선정하였으며 Shadowgraphy 기법을 사용하였다. 아임계 조건의 동일한 인젝터 초기상태에서 Decane과 MCH는 서로 다른 거동을 보였다. 하지만 임계점 부근에서 증발엔탈피가 0에 가까워져 기화과정이 아닌 초임계 유체로의 상변화가 일어나고, 급격한 밀도변화가 없어 두 가지 유체 모두 분열이 발생하지 않았다.

• 한국화재소방학회:학술대회논문집
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• 한국화재소방학회 2009년도 춘계학술논문발표회 논문집
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• pp.423-430
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• 2009

본 논문에서는 ISO-9705 공간의 2/5 스케일 축소모형에 대한 화재 실험에서 측정된 고온 상층부의 연소가스 농도를 혼합분율 개념을 도입하여 분석함으로써 환기부족 상태의 실내화재에서 발생되는 연소생성물의 특성을 파악하고자 한다. 화재실 내부 고온 상층부의 두 지점에서 측정된 잔존 탄화수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소, 수트(soot) 등의 성분비를 혼합분율의 함수로 내어 분석하였다. 또한 탄화수소 연료의 이상적인 반응에 근거한 상태 관계식과 비교함으로써 환기부족 화재에서 혼합분율 모델의 적용성을 분석하였다. 혼합분율 분석을 이용함으로써 측정된 수많은 데이터들을 화재 크기나 측정 위치에 상관없이 하나의 파라미터에 대해서 정리하여 전체적으로 분석할 수 있었다. 또한 혼합분율 분석에서 수트를 고려하는 것이 분석의 정확성을 크게 향상시킴을 확인할 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제33권6호
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• pp.325-343
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• 2023

직접 메탄올 연료전지(direct methanol fuel cell, DMFC)는 연료의 개질 없이 메탄올 연료를 공급하여 수소이온과 전자 생성을 통해 전류를 생산하는 에너지 변환 장치이다. 현재 DMFC에 적용되고 있는 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 높은 수소이온 전도도와 물리화학적 안정성을 갖는 과불소화계 이오노머를 활용한 PEM이지만, 높은 메탄올 투과율과 분해 시 발생되는 환경 오염 물질 등의 문제로 인해 신규 소재 개발이 요구되고 있다. 최근 들어, 과불소화계 이오노머에 비해 낮은 연료 투과율 및 우수한 물리화학적 안정성을 갖는 탄화수소계 고분자 기반 PEM을 DMFC에 적용하는 연구들이 보고되고 있다. 본 총설에서는 탄화수소계 고분자 기반 PEM 중 1) 친수성/소수성 영역의 뚜렷한 나노 상분리 구조를 나타내는 가지형 공중합체를 합성하여 수소이온 전도성과 메탄올의 선택도를 향상시킨 연구, 2) 제막 단계에서 가교 구조를 도입하여 메탄올 투과율을 감소시키고 치수 안정성을 향상시킨 연구, 3) 유/무기계 첨가제 및 다공성 지지체를 도입하여 성능을 개선한 복합 막 개발 연구에 대해 소개하고자 한다.