평판형 SOFC 스택의 밀봉재와 금속 분리판의 계면반응 및 보호층 효과

문지웅(Moon, J.W.),김영우(Kim, Y.W.),성병근(Seong, B.K.),김도형(Kim, D.H.),전중환(Jun, J.H.) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

평판형 고체산화물 연료전지 스택의 고온 밀봉 구조에 대하여 설명하고 스택 운전 후 사후 분석을 통하여 밀봉재와 금속 분리판의 계면반응에 대하여 고찰하였다. 대표적인 고온 밀봉재인 Barium-Silicate 계 결정화 유리와 Fe-Cr 계 금속 분리판은 스택의 작동온도인 700{sim}850?C 에서 고온 반응을 통하여 계면에 반응생성물을 형성하는 것이 확인되었다. 이러한 계면반응은 장기 운전시 SOFC 스택 성능 저하의 원인이 되고, 열 싸이클(작동온도{leftrightarrow}상온)을 가하면 계면반응 생성물이 delamination 되어 밀봉구조가 파괴되어 수명을 단축시키게 된다. 계면반응은 Fe-Cr 계 금속 분리판의 산화물인 Cr 산화물, Fe 산화물이 밀봉유리 소재와 반응을 일으키는 것이 주요 원인으로 판명되었다. SOFC 스택에서 열 싸이클시 계면반응에 의하여 기밀도가 감소하는 현상이 확인되었으며, 밀봉 구조의 어느 부분에서 계면반응이 진행되는지 관찰하였다. 이러한 계면반응을 막기 위해서는 금속 분리판과 밀봉유리 사이에 계면반응을 억제하는 보호층을 형성하는 방법이 효과적이다. 본 연구에서는 보호층으로서 밀봉유리 및 Fe-Cr 계 금속 분리판과의 계면반응성이 낮고 열팽창 계수가 비슷한 Yttria Stabilized Zirconia 층을 APS(Atmospheric Plasma Spray) 공정을 이용하여 형성하였다. 밀봉유리/YSZ 보호층/금속분리판은 gas-tight 한 밀봉 구조를 형성하였으며, YSZ 보호층은 밀봉유리와 Fe-Cr 계 금속 분리판 소재와 계면반응을 효과적으로 억제하는 것이 확인되었다.

적외선 입자추적유속계를 이용한 액체-기체 분리유동 시 계면속도 측정기법 개발 및 검증

김상은(Sangeun Kim),김형대(Hyungdae Kim) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集B Vol.39 No.7

적외선 카메라를 이용한 입자추적유속계(IR-PTV)를 활용하여 물-공기 분리유동 시 계면속도를 측정하는 기법을 개발하였다. 3-5 ㎛ 파장대의 적외선은 물에 대해 20 ㎛ 이하의 침투 깊이를 가지므로 입자추적유속계 기법에 활용 시 물-공기 계면 근처에 존재하는 추적입자들의 이동속도를 선택적으로 측정할 수 있다. IR-PTV 기법의 측정 정확도를 검증하기 위하여 물에 잘 뜨는 스티로폼 입자를 이용하여 10° 기울어진 경사면에서 공기-물 분리유동 시 계면속도를 측정하여 비교한 결과 5% 이내의 오차를 보이면서 잘 일치하였다. 개발한 기법을 이용하여 획득한 실험결과로부터 공기 속도가 증가함에 따라 계면속도가 비례하여 증가하는 것을 관찰하였으며 이는 계면전단력의 증가에 의한 것으로 해석된다. A measurement technique of interfacial velocity in air-water separated flow by particle tracking velocimetry using an infrared camera (IR-PTV) was developed. As infrared light with wavelength in the range of 3-5 um could hardly penetrate water, IR-PTV can selectively visualize only the tracer particles existing in depths less than 20 um underneath the air-water interface. To validate the measurement accuracy of the IR-PTV technique, a measurement of the interfacial velocity of the air-water separated flow using Styrofoam particles floating in water was conducted. The interfacial velocity values obtained with the two different measurement techniques showed good agreement with errors less than 5%. It was found from the experimental results obtained using the developed technique that with increasing air velocity, the interfacial velocity proportionally increases, likely because of the increased interfacial stress.

계면활성제/금속이온 혼합용액의 한외여과막에 의한 카드뮴 구리 및 아연이온의 제거

안순철,이광래 江原大學校 附設 環境硏究所 1999 環境硏究 Vol.16 No.-

계면활성제/금속이온 혼합물의 셀룰로즈 아세테이트막에 의한 금속이온의 배제율, 계면활성제의 배제율, 농도분극에 의한 투과저항 등은 계면활성제의 농도에 따라 증가하였으며, 용액의 투과도는 감소하였다. 계면활성제만이 용해되어 있는 용액에서, 계면활성제 SDS(M.W. 288) 와 SLS(M.W. 420)의 분자량이 세룰로즈 아세테이트 막의 분획분자량(MWCO 1,000) 보다 작음에소 불구하고, SDS의 17%와 SLS의 66%가 막에 의해 배제되었다. 그러나, 계면활성제/금속이온(Cd^(++), Cu^(++), Zn^(++)) 혼합물의 경우, SDS는 83%~88%, SLS는 약 94%가 배제되었다. 카드뮴이온(Cd^(++))은 100%, 구리이온은 75%, 아연은 79%의 배제율을 나타내었다. 금속이온/SDS 혼압용액 ((Cd^(++), Cu^(++), Zn^(++)) 의 투과도는 순수한 물의 투과도 (10.9×10^(-3)㎖/min · ㎠ · atm)보다 약 36%가 감소하였다. 금속이온/SDS 혼합용액((Cd^(++), Cu^(++), Zn^(++)) 의 농도분극에 의한 투과저항은 막의 고유저항 ((Rm=6.24×10^(13) m^(-1))의 약 55%에 이르렀다. 용질 (계면활성제)에 의한 막의 막힘(fouling)이 발생하지 않았으며, 막의 막힘현상에 의한 투과 저항은 없었다. 계면활성제/금속이온 혼합물의 농도분극 현상에 의한 삼투압(Δπ)은 무시할 만 하였다. Rejection rate of surfactant (SDS, SLS), rejection rate of metal ions, and permeation resistance were increased, and permeation flux due to concentration polarization was declined with increase in concentration of surfactant. Although the molecular weights of surfactant SDS(M.W. 288) and SLS(M.W. 420) are smaller than the molecular weigth cut-off(MWCO 1,000) of cellulose acetate membrane used in this study. 17% of SDS and 66% of SLS were rejected bly cellulose acetate membrane in case of the aqueous solution of surfactant only. However, 83%~88% of SDS and 94% of SLS in surfactant/metal ions mixture were rejected. The rejection rates of cadmiu,. copper, and zinc ion were 100%, 75%, and 79%, respectively. Permeation flux of 24mM SDS solution/metal ions was decreased by 36% of pure water permeation rate(10.9×10^(-3)㎖/min · ㎠ · atm). Permeation resistance due to concentration polarization increased upto 55% of intrinsic membrane resistance(Rm=6.24×10^(13) m^(-1)). There was no resistance to permeation rate by membrane fouling, and osmotic pressure due to the concentration polarization was negligible.

해수와 담수에서 점탄성을 갖는 그라우트재의 공학적 특성 평가

김욱기(Kim, Ukgie),조삼덕(Cho, Samdeok),박봉근(Park, Bonggeun),송병덕(Song, Byeongdeok),김주형(Kim, Juhyong) 한국지반환경공학회 2012 한국지반환경공학회논문집 Vol.13 No.6

일반적인 그라우팅 재료는 물속에서 재료 분리가 발생하여 수중 그라우팅 작업시 시공 품질 확보가 매우 어렵다. 최근에는 다양한 혼화제를 첨가하여 수중에서 재료분리가 발생하지 않는 수중 불분리성의 그라우팅 재료들이 개발되고 있다. 본 연구에서는 계면활성제계 개질제를 이용하여 수중에서 재료분리가 발생하지 않으면서도 유동성을 충분히 갖는 점탄성 그라우트재를 개발하고 실내시험을 통해 해수 및 담수에 수중 불분리성 그라우팅 재료와 일반 그라우팅 재료를 시공하였을 때의 공학적 특성을 분석하였다. 본 연구에서 개발한 수중 불분리성 그라우팅 재료는 일반 그라우트재와 비교하여 해수와 담수 상태에서 충분한 강도가 발휘되었으며 수중에서 재료 분리가 발생하지 않아 수중에서도 좋은 시공 품질을 확보할 수 있을 것으로 평가되었다. In general, it is critical that grout consistency permit the complete filling of void space without segregation of ingredients. Recently, the antiwashout agent is used on underwater grout materials for preventing the grout from the segregation in water. This study introduces a new type of antiwashout underwater and flowable grout material using viscous modifiers and its characteristics comparing with conventional grout materials in fresh and sea water. It is found that the antiwashout underwater grout both in fresh and sea water has enough strength and good resistance to segregation.

셀룰로즈 아세테이트 분리막에 대한 계면활성제의 투과거동

안순철,송근호,이광래 江原大學校 附設 環境硏究所 1999 環境硏究 Vol.16 No.-

계면활성제 SDS(M.W. 288)와 SLS(M.W. 420)의 분자량이 셀룰로즈 아세테이트 막의 분획분자량 (MWCO 1,000) 보다 작음에도 불구하고, SDS의 17%와 SLS의 66%가 막에 의해 배제되었다. SLS의 배제율이 SDS의 배제율보다 더 높은 것은 소수기 사슬이 길고 분자량이 큰것에 기인한다. 막오염에 의한 투과저항은 나타나지 않았으며, 농도분극현상에 의한 삼투압은 무시할만 하였다. 계면활성제 SDS와 SLS의 막에 의한 계면활성제의 배제율, 농도분극에 의한 투과저항 등은 계면활성제의 농도에 따라 증가하였으며, 용액의 투과도는 감소하였다. 투과플럭스는 SDS용액의 농도가 24Mm일 때, 막의 고유저항(Rm=6.24×10^(13) m^(1))의 47%에 이르렀다. SLS의 경우 165%에 달했다. The molecular weights of surfactant SDS(M.W. 288) and SLS(M.W. 420) are smaller than the molecular weight cut-off (MWCO 1,000) of cellulose acetate membrane used in this study. However, 17% of SDS and 66% of SLS were rejected by cellulose acetate membrane. The higher rejection rate of SLS than that of SDS is due to the longer hydrophobic chain and greater molecular weight. There was no resistance to permeation rate by membrane fouling, and osmotic pressure due to the concentration polarization was negligible. Rejection rate of surfactant (SDS, SLS) and permeation resistance were increased, and permeation flux due to concentration polarization was declined with increase in concentration of surfactant. Permeation flux of 24mM SDS solution was decreased by 32% as compared to pure water permeation rate (10.9×10^(-3)㎖/min · ㎠ · atm), and decreased by 62% in case of 24 24mM SDS. Permeation resistance due to concentration polarization of 24mM SDS increased upto 47% of intrinsic membrane resistance(Rm=6.24×10^(13) m^(1)), and increased upto 165% in case of 24mM SDS.

계면 분리와 고분자 기지 데미지 현상을 고려한 CNT/고분자 나노복합재의 기계적·전기적 거동에 대한 멀티스케일 해석

이원석(Wonseok Lee),백경민(Kyungmin Baek),정인균(Ingyun Chung),임선영(Sunyoung Im),조맹효(Maenghyo Cho) 대한기계학회 2019 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2019 No.11

In this study, a multiscale analysis is conducted to investigate the electrical and mechanical behavior of carbon nanotube (CNT)-polymer nanocomposites considering matrix damage and interfacial debonding with computational micromechanics. CNT-polymer nanocomposites exhibit piezoresistive response which is the effect that the resistivity is changed when subjected to applied deformation. Mechanical and electrical properties are degraded by polymer matrix damage and interfacial debonding phenomenon which occur inevitably when nanocomposites are applied deformation. In order to describe polymer matrix damage representing void nucleation, disentanglement and eventual breakage of polymer chain, we use Christensen’s failure criteria and phenomenological damage law. Interfacial debonding is described by the electromechanical cohesive zone where the interface between CNT and polymer is separated. We identify that the the stress distribution between the debonding model and the perfectly bonded model is clearly different. This difference causes the opposite matrix damage behavior, which in turn affect the changes of electrical and mechanical properties.

계면장력 소멸방법을 이용한 CO2-용해가스오일 혼화상태 결정

이병훈,배위섭,민병언 한국자원공학회 2018 한국자원공학회지 Vol.55 No.5

Miscibility condition is an important parameter for CO2-EOR process. In order to optimize the CO2 injection process, miscibility should be tested in advance. VIT method is the one of the main methods for evaluating miscibility condition. It is cost effective, accurate and requires smaller amount of crude oil sample and time saving experiment. Many experiments have been implemented using dead oil and we determined miscibility condition using VIT method with CO2-live oil at reservoir condition. MMP and FCMP were estimated according to the methane solubility and various temperature changes. Pb was measured to verify the reliability of the synthetic live oil. Pb is compared to the data from authorized organization (LEMIGAS) and validated reliability of synthetic live oil. VIT experiment results show that the amount of solution gas increases both MMP and FCMP. When the temperature increases, MMP and FCMP increased rapidly for both dead oil and live oil experiment. CO2-EOR공법에서 혼화압력측정은 중요한 과정 중 하나로 CO2 주입의 최적설계를 위해서는 혼화압력인 MMP(최소혼화압력)와 FCMP(초기접촉혼화압력) 측정이 필수적이다. 계면장력소멸방법은 혼화압력을 측정하는 방법 중 하나로 적은 양의 오일을 이용하면서 비용효율적이고, 정확한 방법이다. 혼화압력측정 연구는 대부분 무용해 가스오일(Dead oil)을 이용하는 방식으로 이루어져 왔으나 본 연구에서는 저류층 조건을 정확히 모사하기 위해 용해 가스를 오일과 혼합하여 용해가스오일(Live oil)로 제조하여 진행하였으며, 용해가스의 양과 온도에 따른 MMP와 FCMP 값을 측정하였다. 용해가스오일은 CCE(동성분리팽창)실험을 통해 기포점 압력을 측정하여, 공인된 기관인 LEMIGAS의 검증된 자료와 비교함으로써 제조된 오일의 유사성을 확인하였다. 계면장력소멸실험에서는 메탄가스의 용해도가 증가함에 따라 MMP, FCMP 값이 증가하였으며, 온도가 증가하면 무용해가스오일 및 용해가스오일/CO2, 두 시스템 모두 MMP, FCMP 값이 큰 폭으로 증가함을 확인하였다.

혼합용매계면중합법을 이용한 역삼투 분리막 제조

우윤철(Yun Chul Woo) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.11

계면활성제계 그라우트를 활용한 흙막이 벽체공법(CIP)의 현장 적용성평가

도진웅,김학승,박봉근,이주형 대한토목학회 2016 대한토목학회논문집 Vol.36 No.1

지하수위의 영향을 받는 지반에 대하여 터파기를 실시할 경우 차수문제를 해결하기 위한 방법으로 현장타설말뚝 공법인 CIP (Cast-In-Place Pile) 공법이 보편적으로 사용되고 있다. 그러나 CIP 공법은 말뚝간 연결성이 좋지 않아 많은 경우 차수에 대한 별도의 처리를 필요로 한다. 본연구에서는 수중불분리성과 침투성을 향상시켜주는 계면활성제(Hi-FA)를 활용한 그라우트를 사용하여 기존 CIP 공법 대비 보조차수 공법의필요성을 최소화한 새로운 개념의 흙막이 공법(H-CIP)을 제시하고, 이 공법의 현장 적용성에 대하여 검토하였다. 현장 검증실험을 위하여 동일한 지반조건에 대하여 H-CIP 공법과 기존 CIP 공법으로 각각 차수벽을 시공하고, 성능검증을 위한 현장시험 및 실내시험을 수행하였다. 현장실험결과 새로 제안된 H-CIP 공법은 기존 CIP 공법에 비하여 현장 차수능과 강도가 우수한 것으로 나타났다. In case of underground construction affected by groundwater, CIP (Cast-In-Place Pile) method is generally used to resolve the geo-hydraulic problem. However, as this method has poor connectivity between piles, an auxiliary method for cut-off is needed in many cases. In this study, a new concept earth retaining wall method (H-CIP) with no auxiliary method, by using surfactant grout (Hi-FA) which improves antiwashout and infiltration ability, is introduced, and its field applicability is evaluated. CIP and H-CIP piles were installed with same ground conditions, and field and laboratory tests were conducted to verify the performance. As results, newly contrived H-CIP method shows higher field performance for cut-off and strength than conventional CIP method.

기공충진과 계면 중합 방법을 통한 HDPE 중공사막의 제습 분리막 전환 고찰

조성준(Seong-Jun Cho),최태훈(Tae hoon Choi),정호근(Ho Geun Jeong),권순진(Soon Jin Kwon),홍성욱(Seong Uk Hong),전재덕(Jae-Deok Jeon) 한국에너지기후변화학회 2023 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2023 No.11