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곽종원 ( Jong-won Kwak ),김태한 ( Tae Han Kim ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2
지구온난화 및 화석연료 고갈 문제 해결과 화석연료 연소에 따른 CO2와 유해 배기가스를 저감시키기 위해 많은 연구들이 진행되고 있다. 온실효과가스 중 지구온난화에 영향을 미치는 비율이 가장 높은 가스는 이산화탄소이며, 우리나라는 2012년 이산화탄소 의무 감축국에 포함되고 있다. 차세대 에너지원으로서 풍력, 태양열, 조력과 같은 천연자원을 이용하여 에너지를 생산하고자 하지만 자연현상에 의한 에너지원은 자원이 일정하게 공급되지 않는 단점이 있다. 하지만 바이오디젤은 기존의 기관구조를 변경하지 않고 사용할 수 있으며, 추가개발 비용이 발생하지 않고 상용화가 쉬워 청정대체연료로 각광 받고 있다. 본 연구에서는 미세조류 오일을 원료로 한 바이오디젤을 사용하여 농용기관의 출력 특성과 배기배출 물 특성을 조사하였다. 기관성능 실험에 사용된 시료는 경유와 혼합하여 BD10, BD20, BD50, BD100으로 만들어 기관에 적용하였다. 실험에 사용된 기관은 대동공업의 단기통 농용 디젤기관(ND10DE, Daedong)이며, 배기가스 분석을 위해 배기가스 분석기(HG-550, Airlex, Germany)를 사용하였다. 기관의 성능시험은 연료분사펌프를 최대로 열어놓은 상태에서 부하를 주어 회전수 변화에 따라 기관성능을 측정하는 전부하 시험으로 평가하였다. 측정 회전수 범위는 1100~2300 rpm에서 토크와 출력을 측정하였다. 출력은 토크센서(YDL-704s, Setech, Korea)로 토크 측정 후 계산하였다. 기관의 배기관에 센서를 설치하고 배기가스 분석기를 연결하여 배기 배출물을 측정하였다. 그 결과 BD10으로 기관성능 측정 시 기관축출력은 경유대비 평균 91%, BD20에서는 경유대비 평균 88.4%, BD50은 경유대비 평균 86.2%, BD100은 평균 83.5% 출력이 나타났다. 바이오디젤을 경유와 혼합하여 BD10, BD20, BD50, BD100의 배기배출물 분석에서는 Nox는 기존의 경유보다 높게 나타났으며, CO와 HC는 다소 감소됨을 확인하였다.
수소화 반응이 미세조류 원료 바이오디젤의 발열량에 미치는 영향
곽종원 ( Jong-won Kwak ),김태한 ( Tae Han Kim ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2
현재 지구온난화 및 화석연료 고갈 문제 해결과 화석연료 연소에 따른 CO2와 유해 배기가스를 저감시키기 위해 많은 연구들이 진행되고 있다. 바이오디젤은 기존의 동력장치의 구조변화 없이 사용할 수 있으며, 추가개발 비용이 발생하지 않고 상용화가 쉬워 청정대체연료로 각광을 받고 있다. 또한 바이오디젤 원료로 미세조류는 성장이 쉽고 배양장소가 자유로워 기존의 식량자원과 상호 경쟁하지 않는다. 하지만 미세조류 원료 바이오디젤의 발열량은 경유에 비해 15~20%정도 낮으므로 발열량을 높일 수 있는 후 처리 방식이 필요하다. 본 연구에서는 미세조류를 원료로 에스테르화 반응을 거친 바이오디젤의 발열량을 높이기 위한 방법으로 수소화 반응을 실시하였다. 압력변화에 따른 지방산 변화를 측정하기 위해 압력반응기(HR-8200, HANWOUL Eng, KOREA)를 사용하였다. 수소화반응 시 반응압력 범위는 50~100bar에서 10bar 범위로 실험을 수행하였으며, 수소화반응을 위한 금속촉매는 백금을 사용하였다. 이후 수소화 반응이 끝난 바이오디젤의 발열량을 측정하기 위해 발열량측정기(GDY-1C, GOLD, CHINA)를 사용하였다. 불포화 지방산이 포화지방산으로의 변화량을 측정하기 위해 가스크로마토그래피(Agilent, GC 6850, USA)로 EN 14103 분석법을 이용하여 지방산 변화량을 분석하였다. 그 결과 수소화 반응시 압력이 90bar까지는 바이오디젤의 발열량이 증가하는 추세가 나타났으며, 그 이상은 감소하는 추세가 나타났다. 90bar로 수소화 반응 시 바이오디젤의 발열량은 43.7MJ/kg으로 수소화반응을 거치지 않은 바이오디젤의 발열량보다 6.9%포인트 증가 되었으며, 기존 경유의 발열량과 비슷하게 나타났다. 불포화 지방산인 팔미톨레익 C16:1이 16.7% 포화지방산 팔미틱 C16:0으로 변화 하였으며, 올레익 C18:1, 리올레익 C18:2, 리올레닉 C18:3이 각각 5.3%, 14.3%, 0.1%가 스테아릭 C18:0으로 변환되었음을 알수있었다.
곽종원 ( Jong-won Kwak ),김태한 ( Tae Han Kim ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2
화석 연료의 고갈로 인하여 전 세계적으로 화석 연료 기반의 산업이 흔들리고 있다. 차세대 에너지원으로서 풍력, 태양열, 조력과 같은 천연자원을 이용하여 에너지를 생산하고자 하지만 자연현상에 의한 에너지원은 자원이 일정하게 공급되지 않는 단점이 있다. 따라서 원료의 생산가능성 및 원활한 공급이 중요시되고 있다. 즉 인위적으로 배양이 가능한 미생물을 포함하여 재생 가능한 식물로부터 생성된 유기물, 동물 분뇨 등을 포함한 유기성 폐기물도 포함된다. 하지만 미세조류는 다른 바이오매스에 비하여 성장속도가 매우 빠르며 생산량 대비 배양 면적을 최소화 할 수 있다. 본 연구에서는 추출된 미세조류 오일의 바이오디젤 전환을 위하여 충분한 양의 메탄올과 황산 촉매를 이용하여 에스테르화 반응을 수행하였다. 이 물질들은 사용되는 촉매에 따라 반응성이 다르게 나타나기 때문에, 황산, 질산을 촉매로 선정하여 반응성을 비교하였다. 반응물간의 혼합비는 1.0 g의 지질에 1.0g~3.0g 의 메탄올, 0.5 g~1.1 g 의 촉매를 혼합하여 진행하였으며 반응온도 60~100°C, 반응시간 1시간 교반속도는 300rpm으로 반응시켰다. 증류수로 세정 후 전환된 바이오디젤의 지방산 메틸 에스테르(fatty acid methyl ester, FAME) 함량을 측정하였다. 촉매량 0.5g, 반응온도60°C로 고정한 뒤 메탄올 투입량을 1.0~3.0g으로 변화 시킨 결과 메탄올 투입량은 1.5g에서 가장 높게 나타났으며 그때의 FAME함량은 84.6%로 나타났다. 촉매량 0.5g 메탄올 투입량1.5g으로 반응조건을 고정한 뒤 반응온도를 60~100°C로 변화 시킨 결과에서는 반응온도 80°C까지는 증가 폭을 보이나 그 이상의 온도에서는 감소하는 경향이 나타났으며, 그때의 FAME함량은 91.5%로 나타났다. 이러한 이유는 메탄올의 끓는점이 79.5도 이므로 그 이상의 온도에서는 메탄올이 기화하여 반응이 제대로 일어나지 않아 FAME함량이 떨어진 것으로 판단된다. 메탄올 투입량1.5g, 반응온도 80°C에서 촉매 종류와 촉매량에 변화에 따른 FAME함량 변화를 조사하였다. 질산을 촉매로 사용시 0.9g에서 FAME 함량이 93.5%로 가장 높게 나타났으며, 황산촉매를 사용시 0.7g에서 FAME함량이 96.8%로 가장 높게 나타났다. 황산이 질산보다 높게 나타난 이유는 황산이 질산보다 산성도가 강해서 유리지방산 제거에 더 나은 효율을 보이기 때문이라 판단된다.
고속철도교량의 온도신축길이 변화를 고려한 교량상 장대레일의 거동 해석
강재윤(Kang Jae-Yoon),김병석(Kim Byung-Suk),곽종원(Kwak Jong-Won),최은석(Choi Eun-Suk),진원종(Chin Won-Jong) 한국철도학회 2004 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.- No.-
Currently, in the design criteria for the high speed railway bridges, the maximum distance between bridge expansion joint is limited to 80m using a continuous welded rail, in order to limit the additional stress in the rail due to the rail-bridge interaction. In the past study on the resonance effect of HSR train, it is known that the reduction of resonance and dynamic responses of bridge deck occurs at the specific expansion length of 28.05m and 46.75m. In this study, the stability of track structure on the HSR bridges with expansion length of 90m has checked by finite element method. And the track behavior including rail stresses and relative displacements are compared to the current state of track structures on the bridge system with 80m long expansion length.