• 대한기계학회논문집B
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• 제40권12호
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• pp.793-799
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• 2016

폐열을 열원으로 사용하는 저온형 개질기는 하이브리드 연료전지 시스템의 효율향상을 위해 사용되고 있다. 저온형 개질기의 경우 저온의 열적상태에서 높은 열전달 효율을 내는 것이 중요하며, 이를 위한 형상 최적화의 과정이 필요하다. 본 연구에서는 제한된 열공급 상황에서 개질기의 형상인자 변화에 따른 온도 및 반응특성을 전산해석을 통하여 알아보고자 하였다. 해석결과 저온형 개질기의 반응이 활발히 일어나는 영역은 온도가 높은 후단에 제한되는 현상을 보여 고온형 개질기와의 차이를 나타내었다. 또한 개질기의 기체공간속도(Gas hourly space velocity, GHSV)를 감소시키거나 열전달 면적을 증대시킴으로써 효율을 향상 시킬 수 있음을 확인하였고 종횡비에 따른 해석을 실시한 결과 저온형 개질기의 경우 길이방향보다는 반경방향의 열전달을 증대시키는 방법이 효과적임을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권10호
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• pp.1033-1040
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• 2011

예혼합 버너는 높은 효율과 낮은 배기 때문에 가정용 보일러 버너 시스템에 매우 강력한 버너이다. 일반적으로 가정용 보일러 버너는 내부에 농후한 예혼합 불꽃으로 구성하고 연료는 2차공기의 공급에 의하여 완전연소 되는 분젠 버너를 이용한다. 이것은 상대적으로 긴 불꽃 길이와 높은 과잉공기비에서 작동하기 때문에 높은 효율을 갖는 소형 보일러에 적용하기 어렵다. 이 논문에서 메탈 화이버, 세라믹, SUS 핀과 같은 매질을 사용하는 예혼합 연소 버너의 특징을 실험하였다. 특히, 표면 매질의 비반응 유동 특성은 버너 표면 전체의 유동 속도를 측정하고 조정하였다. 연소 실험은 화염 사진과 화염 온도 측정에 의하여 수행되었다. CO와 NO는 다양한 과잉 공기비와 열량값에 대하여 버너 표면 매질, 연소실, 열교환기의 특성을 측정하고 평가하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제33권5호
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• pp.534-540
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• 2022

Liquid hydrogen has the best storage capacity per unit mass and is economical among storage methods for using hydrogen as fuel. As the demand for hydrogen increases, the need to develop a storage and supply system of liquid hydrogen is emphasizing. In order to liquefy hydrogen, it is necessary to pre-cool it to a maximum inversion temperature of -253℃. The Gifford-McMahon (GM) refrigerator is the most reliable and commercialized refrigerator among small-capacity cryogenic refrigerators, which can extract high-efficiency hydrogen through liquefied hydrogen production and boil of gas re-liquefaction. Therefore, in this study, the optimal conditions for liquefying gas hydrogen were sought using the GM cryocooler. The process was simulated by PRO/II under various cooling capacities of the GM refrigerator. In addition, the flow rate of hydrogen was calculated by comparing with specific refrigerator capacity depending on the pressure and flow rate of a refrigerant medium, helium. Simulations were performed to investigate the optimal values of the liquefaction flow rate and compression pressure, which aim for the peak refrigeration effect. Based on this, a liquefaction system can be selected in consideration of the cycle configuration and the performance of the refrigerator.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권2호
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• pp.238-247
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• 2023

선박 연료로서 LPG는 현재의 기술과 경제성 등을 고려하였을 때 매력적인 연료이다. 하지만, 아직 LPG 연료 선박의 안전 지침을 개발 중에 있고, 국내에서는 중소형 선박에 LPG 추진 시스템을 적용한 사례가 없다. 본 연구에서는 국내 최초 개발된 해상용 LPG 엔진 시스템에 대해 보다 객관적인 위험성 평가를 수행하고 안전 운용 기준을 제안하고자 한다. 우선, 위험과 운전 분석 기법을 통해 동 엔진 시스템을 5개의 검토 구간으로 분할하고 총 58가지의 위험요소를 식별하였다. 그다음 정성적 평가인 HAZOP 기법의 주관성을 보완하기 위해 퍼지 이론을 사용하고 검출도, 민감도 등 위험 요인을 추가하여 퍼지 분석적 계층 과정을 통해 위험 요인의 상대적 가중치를 비교하였다. 그 결과, 5가지의 위험 요인 중, 위험성에 가장 큰 영향을 미치는 위험 요인은 발생 빈도와 심각도로 평가되었다. 마지막으로, 위험 요인에 대한 가중치를 고려하여 위험 순위를 세밀하게 선정하기 위해 퍼지 TOPSIS 기법을 적용하였다. 그 결과, 위험 등급은 47개 그룹으로 구분할 수 있었고, 동 엔진 시스템의 운용 중 가장 위험도가 높은 위험요소는 LPG 공급 라인 유지 보수 중 가스 누출로 분석되었다. 본 연구에 제안된 기법을 LPG 공급계통 등 다양한 설비에도 적용하여, 향후 LPG 추진 선박의 안전 기준 마련을 위한 위험성 평가의 표준절차로 활용할 수 있기를 기대한다.

• 한국해양공학회지
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• 제35권1호
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• pp.1-12
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• 2021

As increasing the international community's awareness of greenhouse gas reduction, the demand for eco-friendly ship fuel has accelerated recently. The fundamental aim of this study is to develop a new type of fully electrified ferry for passengers and cars considering Korean domestic coastal environmental conditions. Several technical difficulties are encountered in applying a fully electric propulsion system based on removable battery systems into a ship due to limitations imposed by the batteries' size and capacity. This paper reviews and analyzes marine environment regulations strengthened recently, technology trends related to fully electric propulsion vessels in each country, and Korean domestic coastal environments. We propose a new fully electrified car ferry design with a displacement of 400 t applied in Korea. It is powered by removable battery systems pre-charged in a safe inland charging station. The mobile battery system is developed to enable roll-on and roll-off using wheels. The characteristics of the ship motion are analyzed based on the weight and location of the battery systems. We expect our battery systems to be applicable to larger ships in the future.

• 한국항해항만학회지
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• 제44권4호
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• pp.283-290
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• 2020

액화 수소 운반선에서 증발가스의 발생은 불가피하며, 화물탱크 내부의 압력 문제를 피하기 위해 적절한 조치가 필요하다. 이 증발 가스는 선박의 추진연료로 사용 될 수 있으며, 추진에 사용되고 남은 나머지 부분은 재액화 또는 연소시키는 등 효과적으로 관리해야 한다. 본 연구에서는 수소 추진 시스템을 갖춘 160,000㎥ 액화 수소 운반선에 최적화된 증발 가스 재액화 시스템을 제안한다. 이 시스템은 수소 압축 및 헬륨 냉매 섹션으로 구성되고, 화물탱크로부터 배출되는 증발가스의 냉열을 효과적으로 활용하여 효율을 증가시켰다. 본 연구에서는 공급 온도 -220℃인 수소 증발가스가 재액화 시스템에 들어가는 상태에서 증발가스의 재액화 비율에 따른 엑서지 효율 및 에너지 소모율 (SEC, Specific Energy Consumption) 분석을 통해 시스템을 평가하였다. 그 결과 재액화 비율 20%에서 4.11kWh/kgLH₂의 SEC와 60.1%의 엑서지 효율을 보여 주었다. 아울러, 수소 압축압력, 수소 팽창기의 입구온도, 공급 증발가스 온도변화에 따른 영향을 확인하였다.

• International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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• 제16권4호
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• pp.124-129
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• 2008

Design practice has been made on an oil-less scroll air compressor as an air supply device for a 2 kW fuel cell system where air pressure of 2 bar and flow rate of 120 liter/min are required. Basic structure of the scroll compressor includes double-sided scroll wrap for the orbiting scroll driven by two crankshafts connected to each other by a timing belt. These features can eliminate thrust surface which otherwise would produce frictional heat and jeopardize reliable operation of the orbiting scroll and the scroll element's deformation as well. This study focuses on optimum scroll wrap design; orbiting radius has been chosen as an independent design parameter. As the orbiting radius changes, scroll sizes such as scroll base plate and discharge port diameters change accordingly. Gas compression-related losses and mechanical loss also change with the orbiting radius. With a scroll base plate diameter of 120mm at most and discharge port of at least 10mm, the orbiting radius should be within the range of 2.5-4.0mm. With this range of the orbiting radius, it was estimated by performance analysis that the compressor efficiency reached to a maximum of ${\eta}_c$=96% at the orbiting radius of $r_s$=3.5mm for the scroll wrap height-to-thickness ratio of h/t=5.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권2호
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• pp.28-36
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• 2018

자가발전 도서는 내연발전 혹은 PV 발전을 이용하여 전력을 공급하고 있는데, 해양환경에 의한 문제점(경년열화, 염해), 환경오염(매연, 소음, 분진) 및 발전비용(설치비, 유지관리비) 상승 등 전력공급 효율성에 대한 문제점이 대두되고 있다. 한전에서 전력공급을 담당하고 있는 65개 자가발전 도서지역의 2016년 원가회수율은 27%에 불과하며 원가의 73%에 달하는 결손액이 발생되고 있다. 이들 도서지역에서 발생한 결손액의 현황을 보면, 발전분야에서 발생하는 비용은 전체의 91% 정도를 차지하고 있고 운영비용인 변동비(연료비)와 고정비(지급수수료, 수선유지비, 기타비용) 중에서 고정비가 차지하는 비율은 60% 정도이다. 즉, 도서지역 발전효율을 향상시키고 운영체계를 효율화시키는 최적 전력공급방안을 마련하여 운영 결손액을 줄일 필요가 있다. 그러므로 거리상 가까운 여러 개의 도서 발전설비를 한 곳으로 통합하고, 인근 도서지역 간 전력공급에 해저케이블을 이용하면 연료 수송 및 설비 유지관리의 간결화를 도모할 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 통합운영 경제성 평가를 통하여, 내연발전 및 PV 발전으로 운영되고 있는 근거리 도서간 통합운영에 유효한 해저케이블 포설 방안(1회선, 2회선, 1회선 루프)을 결정하는 알고리즘을 제시한다. 또한, 제안한 알고리즘을 바탕으로 자가발전도서의 독립운전방식과 비교 분석한 결과, 근거리이며 내연발전으로 운영되나 최대부하가 작은 2개 혹은 3개 도서에 있어서 도서간 통합운영이 경제적인 전력공급방안임을 확인하였다.

• 한국태양에너지학회:학술대회논문집
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• 한국태양에너지학회 2009년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.56-61
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• 2009

Paradigm depending only on fossil fuel for building heat source is rapidly changing. Accelerating the change, as it has been known, is obligation for reducing green house gas coming from use of fossil fuel, i.e. reaction to United Nations Framework Convention on Climate Change. In addition, factors such as high oil price, unstable supply, weapon of petroleum and oil peak, by replacing fossil fuel, contributes to advance of environmental friendly renewable energy which can be continuously reusable. Therefore, current new energy policies, beyond enhancing effectiveness of heat using equipments, are to make best efforts for national competitiveness. Our country supports 11 areas for new renewable energy including sun light, solar heat and wind power. Among those areas, ocean thermal energy specifies tidal power generation using tide of sea, wave and temperature differences, wave power generation and thermal power generation. But heat use of heat source from sea water itself has been excluded as non-utilized energy. In the future, sea water heat source which has not been used so far will be required to be specified as new renewable energy. This research is to survey local heating system in Europe using sea water, central solar heating plants, seasonal thermal energy store and to analyze large scale central solar heating plants in German. Seasonal thermal energy store necessarily need to be equipped with large scale thermal energy store. Currently operating central solar heating system is a effective method which significantly enhances sharing rate of solar heat in a way that stores excessive heat generating in summer and then replenish insufficient heat for winter. Construction cost for this system is primarily dependent on large scale seasonal heat store and this high priced heat store merely plays its role once per year. Since our country is faced with 3 directional sea, active research and development for using sea water heat as cooling and heating heat source is required for seashore villages and building units. This research suggests how to utilize new energy in a way that stores cooling heat of sea water into seasonal thermal energy store when temperature of sea water is its lowest temperature in February based on West Sea and then uses it as cooling heat source when cooling is necessary. Since this method utilizes seasonal thermal energy store from existing central solar heating plant for heating and cooling purpose respectively twice per year maximizing energy efficiency by achieving 2 seasonal thermal energy store, active research and development is necessarily required for the future.

• 한국해양공학회지
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• 제37권2호
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• pp.58-67
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• 2023

While extensive research is being conducted to reduce greenhouse gases in industrial fields, the International Maritime Organization (IMO) has implemented regulations to actively reduce CO₂ emissions from ships, such as energy efficiency design index (EEDI), energy efficiency existing ship index (EEXI), energy efficiency operational indicator (EEOI), and carbon intensity indicator (CII). These regulations play an important role for the design and operation of ships. However, the calculation of the index and indicator might be complex depending on the types and size of the ship. Here, to calculate the EEDI of two target vessels, first, the ships were set as Deadweight (DWT) 50K container and 300K very large crude-oil carrier (VLCC) considering the type and size of those ships along with the engine types and power. Equations and parameters from the marine pollution treaty (MARPOL) Annex VI, IMO marine environment protection committee (MEPC) resolution were used to estimate the EEDI and their changes. Technical measures were subsequently applied to satisfy the IMO regulations, such as reducing speed, energy saving devices (ESD), and onboard CO₂ capture system. Process simulation model using Aspen Plus v10 was developed for the onboard CO₂ capture system. The obtained results suggested that the fuel change from Marine diesel oil (MDO) to liquefied natural gas (LNG) was the most effective way to reduce EEDI, considering the limited supply of the alternative clean fuels. Decreasing ship speed was the next effective option to meet the regulation until Phase 4. In case of container, the attained EEDI while converting fuel from Diesel oil (DO) to LNG was reduced by 27.35%. With speed reduction, the EEDI was improved by 21.76% of the EEDI based on DO. Pertaining to VLCC, 27.31% and 22.10% improvements were observed, which were comparable to those for the container. However, for both vessels, additional measure is required to meet Phase 5, demanding the reduction of 70%. Therefore, onboard CO₂ capture system was designed for both KCS (Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering (KRISO) container ship) and KVLCC2 (KRISO VLCC) to meet the Phase 5 standard in the process simulation. The absorber column was designed with a diameter of 1.2-3.5 m and height of 11.3 m. The stripper column was 0.6-1.5 m in diameter and 8.8-9.6 m in height. The obtained results suggested that a combination of ESD, speed reduction, and fuel change was effective for reducing the EEDI; and onboard CO₂ capture system may be required for Phase 5.