• 대한기계학회논문집B
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• 제40권11호
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• pp.745-753
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• 2016

초소형 연료전지용 메탄올-수증기 개질기의 경우 저온상태($250^{\circ}C$ 이하)에서 수증기와 반응하여 개질반응이 일어나기 때문에 수소를 효율적으로 생산할 수 있다. 본 연구는 이러한 개질기에 대하여 수치해석적 연구를 수행하였다. 먼저, 개질기 벽면 온도를 100, 140, 180, $220^{\circ}C$로 설정하였고 메탄올 전환율은 각 0, 0.072, 3.83, 46.51%로 나타났다. 다음으로 촉매의 공극률을 0.1, 0.35, 0.6, 0.85로 설정하였고, 메탄올 전환율에는 큰 차이가 없었으나 압력강하 값이 각 4645.97, 59.50, 5.12, 0.45 kPa로 나타났다. 메탄올-수증기 개질기는 $180^{\circ}C$ 이하의 온도에서는 거의 반응하지 않으며 공극률은 개질기를 흐르는 유체가 개질기와 충분히 접촉하여 활성화 에너지를 낮추어 준다면 메탄올 전환율에 크게 영향을 미치지 않는다는 것을 확인하였다.

• 세라미스트
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• 제21권4호
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• pp.378-387
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• 2018

The optimal fabrication conditions for $Gd_{0.1}Ce_{0.9}O_{2-{\delta}}$(GDC) buffer layer and $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-{\delta}}$ (LSCF) cathode on 1mol% $CeO_2-10mol%\;Sc_2O_3$ stabilized $ZrO_2$ (CeScSZ) electrolyte were investigated for application of IT-SOFCs. GDC buffer layer was used in order to prevent undesired chemical reactions between LSCF and CeScSZ. These experiments were carried out with $5{\times}5cm^2$ anode supported unit cells to investigate the tendencies of electrochemical performance, Microstructure development and interface reaction between LSCF/GDC/CeScSZ along with the variations of GDC buffer layer thickness, sintering temperatures of GDC and LSCF were checked, respectively. Electrochemical performance was analyzed by DC current-voltage measurement and AC impedance spectroscopy. Microstructure and interface reaction were investigated by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). Although the interfacial reaction between these materials could not be perfectly inhibited, We found that the cell, in which $6{\mu}m$ GDC interlayer sintered at $1200^{\circ}C$ and LSCF sintered at $1000^{\circ}C$ were applied, showed good interfacial adhesions and effective suppression of Sr, thereby resulting in fairly good performance with power density of $0.71W/cm^2$ at $800^{\circ}C$ and 0.7V.

• 유기물자원화
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• 제30권4호
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• pp.5-13
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• 2022

현대의 환경문제는 다량의 폐기물의 발생과 무분별한 에너지의 소비로 인한 환경오염이 가속화 되고 있다는 것이다. 대표적인 에너지 생산 연료인 화석연료는 에너지를 생산하는 과정에서 연소가 이루어져 다량의 온실가스가 발생하고 최종적으로 기후변화를 야기한다. 또한 전 세계적으로 발생하는 폐기물의 양도 지속적으로 증가하고 있으며 처리하는 과정에서 환경오염이 발생하고 있다. 이와 같은 문제들을 동시에 해결하기 위한 방법 중 하나는 유기성 폐기물의 에너지화 및 감량화이다. 하수처리장에서 발생하는 하수슬러지는 해양매립이 전면 금지된 이후로 다양하게 처리되고 있으나, 그 발생량은 지속적으로 증가하는 추세이다. 하수슬러지는 유기물을 다량 함유하고 있어 혐기소화를 통하여 하수슬러지를 에너지화 하고 최종 배출되는 폐기물을 감량화 하는 것이 바람직하다. 하지만, 잉여슬러지의 경우 대부분이 하수처리에 이용되었던 미생물 덩어리로써 잉여슬러지가 혐기성소화 되기 위해서는 먼저 미생물의 세포벽이 파괴되어야 하는데 세포벽 파괴에는 많은 시간이 요구되기 때문에 혐기성 소화 과정만으로는 높은 바이오가스 생산율이나 폐기물 감량율을 달성할 수 없다. 따라서 잉여슬러지를 가용화하는 전처리 공정이 필요하며, 여러 가지 가용화 공법 중에서 열적 가용화 공정이 가장 효율적인 것으로 검증되었고, 혐기성소화 공정의 전처리 과정으로써 열적가용화 공정을 이용하여 잉여슬러지에 포함된 세포벽을 파괴한 후 전처리 된 잉여슬러지를 혐기성소화 함으로써 높은 바이오가스 생산율과 폐기물 감량율을 달성할 수 있다. 본 연구에서는 열적 가용화장치를 통하여 TS 10%의 농축 잉여슬러지를 전처리하는데 있어서 체류시간 및 운전온도 변수에 따른 가용화 특성에 대한 연구를 수행하였다. 열적 가용화장치의 체류시간에 대한 실험변수는 운전온도를 160 ℃로 고정한 상태에서 각각 30분, 60분, 90분, 120분이었다. 실험 결과로 도출된 TCOD와 SCOD를 통해 계산된 가용화율은 각각 12.11%, 20.52%, 28.62%, 31.40% 순으로 증가하였다. 또한, 운전온도에 따른 변수는 반응시간을 60분으로 고정한 상태에서 각각 120℃, 140℃, 160℃, 180℃, 200℃였으며 가용화율은 각각 7.14%, 14.52%, 20.52%, 40.72%, 57.85% 순으로 증가하였다. 이 외에 TS, VS, T-N, T-P, NH₄⁺-N, VFAs를 분석하여 농축 잉여슬러지를 대상으로 하는 열적 가용화 특성에 대한 평가를 수행 했으며, 그 결과 TS 10%의 농축 잉여슬러지에 대한 열적 가용화를 통하여 30% 이상의 가용화율을 얻기 위해서는 운전온도를 160℃로 고정할 경우 120분의 체류시간이 필요하며, 운전시간을 60분으로 고정할 경우 170℃ 이상의 운전온도가 요구되어 진다.

• 한국가스학회지
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• 제27권3호
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• pp.123-133
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• 2023

상용 수소연료전지 차량은 기체 수소를 고압으로 압축하여 차량 내 저장 탱크로 저장하는 방식으로 충전이 진행된다. 이러한 압축 과정은 기체의 온도 상승을 유발하며, 저장 탱크의 안전성을 확보하기 위해 온도는 제한된다. 따라서 이러한 온도 상승을 설명하기 위한 열전달 모델이 필요하다. 열전달 모델은 대류 열전달 현상을 포함하며 정확한 대류 열전달 계수 추산이 요구된다. 본 연구에서는 수소 충전 과정에서의 대류 열전달 계수를 물리적 현상을 고려한 다양한 상관관계식을 이용하여 계산하고 비교 분석하였다. 수소 충전 과정은 디스펜서로부터 탱크 입구까지의 충전라인과 차량 내 저장 탱크로 분류하였고, 각각의 내부 및 외부에서의 대류 열전달 계수를 질량 유량, 직경, 온도와 압력 등 공정 변수에 따라 추산하였다. 그 결과, 충전라인 내부의 경우 저장 탱크 내부에서보다 대류 열전달 계수가 약 1000배 크게 나타났고, 충전라인 외부의 경우 저장 탱크 외부에서보다 대류 열전달 계수가 약 3배 크게 나타났다. 마지막으로 각 과정에서의 대류 열전달 계수를 종합 분석한 결과 전체 수소 충전 과정에서 저장 탱크 외부에서의 열전달 계수가 가장 낮아 열전달 현상을 지배하는 것으로 나타났다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제4권3호
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• pp.217-226
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• 2006

원자력연구소 핫셀의 구조와 오염특성이 조사되었다. SEM 측정결과 핫셀 내부에 부착된 고방사능 분진의 크기는 $0.2{\sim}10{\mu}m$이었다. 사이클론의 최적 Vortex finder의 길이는 49 mm이고, 모의입자 유입속도는 15m/sec가 적합했다. 이때 $3{\mu}m$의 포집효율은 약 85%였다. 모의 입자 유입속도가 15m/sec보다 빠를 때, 포집효율의 증가율은 크지 않았다. 유입가스의 온도가 증가할 때, 포집효율은 약간 감소했다. Vortex finder의 길이가 증가할수록 사이클론내의 압력강하는 커졌다. Cut size diameter는 Reynolds number의 증가와 함께 감소했다. 측정된 Reynolds number에 근거하면, 사이클론 내부는 난류이고 이 난류는 사이클론 내의 압력강하에 원인이 된다고 사료된다. $Stk^{1/2}_{50}$는 Re 값의 증가와 함께 감소하고, Re의 값이 커질 때에서 일정한 값에 수렴했다. 즉, 6000-8000의 Re에서 $Stk^{1/2}_{50}$는 약 0.045를 나타냈다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권2호
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• pp.250-255
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• 2011

본 연구는 막 분리 공정을 이용한 것으로 수소의 에너지원을 이용가능한 메탄을 정제하기 위해 바이오가스 중 이산화탄소와 메탄의 분리 및 황화수소의 제거하고자 한다. 막은 건/습식 상전이 법을 이용하여 중공사공 형태로 제조하고 표면 실리콘 코팅 후 모듈을 제조하였다. 제조된 중공사 막의 구조특성을 확인하기 위해 전자주사 현미경 관찰을 통하여 치밀한 표면과 망상구조의 비대칭 구조를 확인하였다. 압력과 온도가 증가함에 따라 이산화탄소의 투과도는 증가하였고, 이산화탄소와 메탄의 선택도 역시 증가하는 것으로 나타났다. 혼합가스의 경우 압력 및 온도가 증가함에 따라 메탄 농도는 100%에 가까웠으며 이산화탄소와 황화수소의 제거효율도 증가하였다. Retentate 유량증가와 압력 온도감소에 따라 메탄 농도 감소 및 회수율이 증가하는 경향을 나타내었다.

• 전기화학회지
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• 제10권3호
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• pp.207-212
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• 2007

IT-SOFC(중저온형 고체산화물 연료전지)의 공기극으로 적합한 PSCF3737의 물질 특성을 파악하고 그 특성을 이용하여 낮은 ASR을 갖기 위한 소결 온도 및 두께 최적화에 관한 연구를 수행하였다. 분말 사이즈 및 상형성을 고려할 때 GNP 방법으로 합성된 분말의 하소 온도는 $1000^{\circ}C$가 적합함을 알 수 있었다. 산소 분압에 따른 ASR 변화 실험을 통하여 PSCF3737의 저항 성분을 전극 자체의 특성과 관련된 중간 주파수 대역(${\sim}10^2Hz$)과 산소의 확산에 영향 받는 낮은 주파수 대역(${\sim}10^{-1}Hz$) 2가지로 분류할 수 있었다. 공기극의 특성 실험을 통하여 소결 온도는 $1200^{\circ}C$가 가장 적합하며 공기극의 두께는 2번 스크린 프린팅 된 $27\;{\mu}m$가 가장 적합함을 알 수 있었다. 이를 토대로 EIS 측정을 하면 $700^{\circ}C$에서 $0.115\;{\Omega}cm^2$의 낮은 ASR값을 얻을 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권5호
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• pp.931-937
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• 2008

공정변수의 변화와 반응기의 성능을 정확하게 예측하기 위하여 Water Gas Shift Reaction(WGSR)을 위한 Multi-Tubular Reactor (MTR)의 상세 multiscale 모델링과 모사를 수행하였다. MTR은 비 균일 고체 촉매로 충진 된 4개의 관형반응기와 냉각을 위해 주변을 싸고 있는 shell side로 구성되어 있다. 유체의 흐름과 반응 kinetics가 반응기 성능에 큰 영향을 주고 있는 점을 고려할 때, Computational Fluid Dynamics (CFD)기법과 공정모델링 기법을 포함한 multiscale 방법론의 채택은 자연스럽고 필수 불가결한 일이다. $345^{\circ}C$로 관형반응기 부분으로 유입된 반응물은 반응의 결과 $390^{\circ}C$로 $45^{\circ}C$가량 온도가 증가하였으며, CO의 전환율은 0.89에 이르렀다. 쉘 사이드로 $190^{\circ}C$로 유입된 유체는 쉘 출구에서 $240^{\circ}C$로 약 $50^{\circ}C$ 가량의 온도 증가를 보였으며 이를 통하여 에너지 절감효과를 가져 올 수 있었으며 높은 전환율을 얻기 위해 반응기 부분의 온도를 적절히 제어할 수 있었다. 모사의 결과는 여러 문헌에 보고된 실험 결과와 매우 근접한 값을 나타내 본 연구를 통해 제시된 모델과 모사의 결과가 정확함을 알 수 있었다.

• 한국세라믹학회지
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• 제39권4호
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• pp.346-351
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• 2002

중저온 영역에서 작동 가능한 고체산화물연료전지(SOFC)의 전해질 재료를 탐색하기 위해 $Sc_2O_3$와 $CeO_2$를 동시에 첨가하여 안정화시킨 $CeO_2$의 상안전성과 전기적 물성을 분석하였다. 분석결과 $Sc_2O_3$와 $CeO_2$를 동시에 첨가하여 안정화시킨 $ZrO_2$는 $1350^{Circ}C∼1550^{Circ}C$까지의 열처리과정중 다른 상전이 없이 상온에서 안정한 입방정상을 유지하였으며 넓은 온도영역($300∼^{Circ}C$)에서 기존의 YSZ보다 훨씬 높은 전기전도도값을 나타냈다. 또한 $Sc_2O_3$와 $CeO_2$가 동시에 첨가된 $ZrO_2$는 기존의 Sc-$ZrO_2$계 전해질 물질보다 훨씬 향상된 장기안정성을 나타내 중저온형 고체산화물 연료전지의 전해질재료로 적합함을 알 수 있었다.

• 한국세라믹학회지
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• 제46권3호
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• pp.282-287
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• 2009

Rod-shaped particle reinforced $LiAlO_2$ matrices for MCFC were fabricated by an aqueous tape-casting technique. The hydrolysis reaction and agglomeration of $\gamma-LiAlO_2$ particles in aqueous slurries were inhibited by additions of $LiOH{\cdot}H_2O$ and glycerin to the aqueous $\gamma-LiAlO_2$ slurry. The tape-casting, performed using the aqueous slurry containing protein albumin, was fast and led to an effective drying at casting temperature range of $60{\sim}65^{\circ}C$. The strength of the particle reinforced matrix was improved about 4 times compared to that of matrix without reinforcement. Pore size distribution ($0.1{\sim}0.4{\mu}m$) and porosity ($50{\sim}60%$) of the reinforced matrices were determined to be appropriate for the MCFC matrix. The aqueous tape casting process is not only environmental-friendly but also efficient for fabricating MCFC matrices compared to non-aqueous tape casting.