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      • KCI등재

        건축자재로부터 방출되는 라돈의 실내 확산에 대한 수치해석적 연구

        박훈채(Hoon Chae Park),최항석(Hang Seok Choi),조승연(Seung Yeon Cho),김선홍(Seon Hong Kim) 大韓環境工學會 2014 대한환경공학회지 Vol.36 No.5

        전 세계적으로 라돈에 대한 관심이 증대되면서 실내 라돈 농도를 저감하기 위한 노력이 여러 분야에서 진행 중이다. 실내 라돈의 저감 기술 개발을 위해서는 라돈의 실내 유입 및 방출 차단에 대한 예측 및 평가방법에 대한 기술 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 건축자재에서 방출되는 라돈의 실내 확산을 전산모델링 하여 해석적 방법과 비교하였으며, CFD 해석을 통하여 환기조건, 환기량, 건축자재 변화에 따른 건물 내 기류 특성과 라돈 농도를 평가하였다. 실내 라돈 농도는 실내 기류의 재순환 영역이 형성되는 곳에서 높게 분포하였으며, 환기량이 증가할수록 감소하였다. 건축자재별 실내 라돈 농도는 시멘트 벽돌이 가장 높았으며, 그 다음 에코카라트, 석고보드 순으로 나타났다. 본 연구의 결과는 실내 라돈 저감을 위한 건축재료의 선정과 실내 라돈 예측 및 평가 방법으로 적용이 가능할 것으로 판단된다. Growing concerns about harmful influence of radon on human body, many efforts are being made to decrease indoor radon concentration in advanced countries. To develop an indoor radon reduction technology, it is necessary to develop a technology to predict and evaluate indoor inflow and emission of radon. In line with that, the present study performed computational modelling of indoor dispersion of radon emitted from building materials. The computational model was validated by comparing computational results with analytical results. This study employed CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis to evaluate the radon concentration and the airflow characteristics. Air change rate and ventilation condition were changed and several building materials having different radon emission characteristics were considered. From the results, the indoor radon concentration was high at flow recirculation zones and inversely proportional to the air change rate. For the different building materials, the indoor radon concentration was found to be highest in cement bricks, followed by eco-carats and plaster boards in the order. The findings from this study will be used as a method for selecting building materials and predicting and evaluating the amount of indoor radon in order to reduce indoor radon.

      • KCI등재

        폐타이어 열분해 공정에서 생산되는 Carbon Black의 냉각 열전달 특성에 대한 연구

        박훈채 ( Hoon Chae Park ),최명규 ( Myung Kyu Choi ),최항석 ( Hang Seok Choi ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회지 Vol.36 No.7

        In order to investigate the heat transfer of carbon black from waste tire pyrolysis, the particle cooling of carbon black was simulated using computational fluid dynamics (CFD). In the present study, the effects of cooling temperature and particle mixing were investigated. As the cooling temperature decreases, the cooling rate of carbon black increases. However, the particle mixing had a great influence on the particle-particle (wall) conductive heat transfer. The cooling rate of carbon black was more strongly influenced by particle mixing than the influence from cooling temperature. Also, during mixing cooling, the cooling efficiency according to the with or without of paddle screw was analyzed. The experimental and CFD analysis results can be further applied to the design of the screw conveyor cooler.

      • KCI등재

        분사층 반응기의 원뿔각에 따른 Jatropha Curcas L. Seed Cake의 급속열분해 특성

        박훈채,이병규,김효성,최항석,Park, Hoon Chae,Lee, Byeong-Kyu,Kim, Hyo Sung,Choi, Hang Seok 한국청정기술학회 2019 청정기술 Vol.25 No.2

        바이오매스의 급속열분해를 위하여 지난 수십 년간 다양한 형태의 반응기가 개발되었다. 급속열분해 공정의 반응기는 유동층 반응기가 많이 사용되어 왔으며, 최근에는 분사층 반응기를 이용한 바이오매스의 급속열분해 특성에 대한 연구가 다수의 연구자들에 의해 수행되고 있다. 분사층 반응기의 유동화 특성은 입자의 물리적 특성, 유체 제트의 속도, core와 annulus의 구조에 영향을 받으며, 반응기의 기하학적 구조는 분사층 내부의 core와 annulus 구조를 결정하는 주요 인자이다. 따라서 분사층 반응기의 최적설계를 위해서는 열분해 반응에 영향을 주는 인자에 대한 바이오매스의 급속열분해 특성에 대한 연구가 수행되어야 한다. 하지만 분사층 반응기의 기하학적 구조에 의한 바이오매스의 급속열분해 특성은 자세히 연구되지 않았다. 본 연구에서는 분사층 반응기의 원뿔각과 반응 온도 변화에 따른 Jatropha curcas L. seed shell cake의 급속열분해 실험을 수행하여 분사층 반응기의 최적 형상과 반응 온도를 도출하였다. 실험결과, 열분해 오일의 에너지 수율은 반응 온도 $450^{\circ}C$, 분사층 반응기의 원뿔각 $44^{\circ}$에서 63.9%로 가장 높게 나타났다. 그리고 분사층 반응기 내 고체입자의 열전달과 기체상 열분해 생성물의 체류시간은 원뿔각의 영향을 받아 열분해 생성물의 수율 및 열분해 오일의 품질에 영향을 주는 것으로 나타났다. Several types of reactors have been used during the past decade to perform fast pyrolysis of biomass. Among the developed fast pyrolysis reactors, fluidized bed reactors have been widely used in the fast pyrolysis process. In recent years, experimental studies have been conducted on the characteristics of biomass fast pyrolysis in a spouted bed reactor. The fluidization characteristics of a spouted bed reactor are influenced by particle properties, fluid jet velocity, and the structure of the core and annulus. The geometry of the spouted bed reactor is the main factor determining the structure of the core and annulus. Accordingly, to optimize the design of a spouted bed reactor, it is necessary to study the pyrolysis characteristics of biomass. However, no detailed investigations have been made of the fast pyrolysis characteristics of biomass in accordance with the geometry of the spouted bed reactor. In this study, fast pyrolysis experiments using Jatropha curcas L. seed shell cake were conducted in a conical spouted bed reactor to study the effects of reaction temperature and reactor cone angle on the product yield and pyrolysis oil quality. The highest energy yield of pyrolysis oil obtained was 63.9% with a reaction temperature of $450^{\circ}C$ and reactor cone angle of $44^{\circ}$. The results showed that the reaction temperature and reactor cone angle affected the quality of the pyrolysis oil.

      • 바이오매스 유래 급속열분해 오일 가스화에 관한 연구

        황재규(Jae Gyu Hwang),박훈채(Hoon Chae Park),최명규(Myung Kyu Choi),최동혁(Dong Hyuk Choi),최항석(Hang Seok Choi) 한국열환경공학회 2019 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2019 No.춘계

        '스콜라' 이용 시 소속기관이 구독 중이 아닌 경우, 오후 4시부터 익일 오전 9시까지 원문보기가 가능합니다.

        산업, 난방, 발전 및 수송용 에너지의 사용량이 증가함에 따라 석유자원의 고갈, 유가의 불안정 및 석유자원을 사용하면서 발생되는 환경문제가 대두되고 있다. 바이오매스를 이용한 바이오에너지 기술은 지구온난화와 환경오염 등의 문제를 야기하는 화석연료의 사용을 저감할 수 있는 친환경 에너지로 주목받고 있다. 본 연구에서는 폐목재를 급속열분해 하여 얻은 바이오원유를 가스화하여 고품질 합성가스를 생산함으로써 기존의 바이오매스 직접 가스화의 단점을 극복하고자 하였다. 가스화에는 바이오매스를 직접 이용하는 방법과 바이오매스의 급속열분해 공정 생성물인 액상의 바이오원유를 생산하여 이용하는 방법이 있다. 두 가지 공정 모두 공기 등을 산화제로 하여 시료를 가스화하여 생성되는 syngas를 가스터빈 등의 기존 연소기기에 혼소 또는 전소의 형태로 활용하여 전기 및 열에너지를 생산하는 기술이다. 따라서 본 연구에서는 국산재를 원료로 하여 최적의 급속 열분해 조건에서 생산 된 급속열분해 오일을 entrained-flow 가스화기(0.1 m diameter × 1.4 m height, cylindrical)를 사용하여 가스화 온도, E/R ratio, 산화제 등을 운전변수로 하여 가스화 하고 생산되는 syngas의 조성을 Micro GC를 이용하여 분석하여 고품질 syngas를 생산할 수 있는 최적 조건에 대한 연구를 진행하였다.

      • 바이오매스 유래 급속열분해 오일의 가스화 공정에 관한 CFD 전산해석 연구

        최명규 ( Myung Kyu Choi ),박훈채 ( Hoon Chae Park ),황재규 ( Jae Gyu Hwang ),최동혁 ( Dong Hyuk Choi ),홍성완 ( Seong Wan Hong ),홍승현 ( Seung Hyun Hong ),최항석 ( Hang Seok Choi ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

        바이오연료는 인류의 지속 가능한 발전을 위한 신재생 에너지원으로써 최근 각광을 받고 있다. 바이오연료 중 하나인 바이오매스 급속열분해 오일은 바이오매스의 급속 열분해를 통해 생성된 액체상 물질이며, 바이오매스에 비해 에너지 밀도가 높고 저장과 수송에 편리한 이점을 가지고 있다. 또한 오일을 가스화하여 생산된 합성 가스는 수소를 이용한 연료전지 발전과 화학 원료로 활용 가능하다. 바이오매스 급속열분해 오일 가스화는 바이오매스의 직접 가스화에 비해 타르와 촤의 생성이 적기 때문에 가스화 공정을 통해 고품질의 합성가스를 생산할 수 있으며, 불순물의 양이 적기 때문에 합성가스 정화를 위한 후단 공정이 필수적이지 않은 장점을 가지고 있다. 실험을 통한 오일 가스화 연구는 이미 여러 연구자들에 의해 수행되었지만, CFD 전산해석을 활용한 예는 찾아보기 힘들다. 따라서 본 연구에서는 CFD 상용 프로그램인 Star-ccm+를 사용하여 분류층 가스화기(Entrained flow gasifier) 내 급속열분해 오일의 가스화 과정의 대한 특성을 알아보기 위한 전산해석 연구를 수행하였으며, 가스화 반응기는 원통형(D=0.1m, H=1.4m)을 고려하여 모델링하였다. 급속열분해 오일의 가스화 반응이 충분히 일어나기 위해서는 오일 입자가 충분히 미립화 되어 공기와의 혼합이 최적으로 이루어져야하기때문에 오일을 반응기 내로 분사하는 노즐의 특성 파악은 매우 중요하다. 따라서, twin fluid atomizer 노즐에 의한 오일 분사 특성 연구가 선행되었으며, 그 후 반응기 내 액적 기화 모델과 가스화 반응 메커니즘이 고려되었다. 또한 반응 온도, 급속열분해 오일에 따른 공기 당량비(equivalence ratio)의 반응 조건에 따라 다상 유동흐름을 계산하였다. 최종적으로, 생성물 가스 분포와 그에 따른 냉가스 효율, H<sub>2</sub>/CO 비율 등을 통해 오일 가스화의 최적 조건을 도출하였다. 또한 계산 결과의 신뢰성을 검증하기 위하여 실제 급속열분해 오일 가스화 실험결과와 비교하였다.

      • 원뿔형 분사층 반응기를 이용한 국내 폐목재의 급속열분해 특성

        이병규 ( Byeong Kyu Lee ),박훈채 ( Hoon Chae Park ),황재규 ( Jae Gyu Hwang ),김효성 ( Hyo Sung Kim ),최명규 ( Myung Kyu Choi ),강성진 ( Sung Jin Kang ),최항석 ( Hang Seok Choi ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2017 No.-

        최근 석유연료의 과다 사용으로 인한 지구온난화와 환경오염 등의 문제가 심각하게 대두되고 있다. 이에 따라 탄소 중립적이며 잠재량이 풍부한 바이오매스를 활용하는 바이오에너지 생산기술 연구가 친환경 대체에너지로서 주목받고 있다. 특히 우리나라의 경우 목재 수요의 증가로 인해 폐목재는 꾸준히 발생하고 있으나 신재생에너지 중 바이오매스 에너지는 약 10%일정도로 생산 측면에서의 활용은 상당히 빈약한 상황이다. 따라서 본 연구는 이미 유렵과 북미 지역을 중심으로 활발히 연구 및 상용화가 진행되고 있는 열화학적 변환 공정 중 하나인 급속열분해 공정을 채택하였다. 급속열분해 공정은 무산소 조건에서 400~600℃의 반응온도로 간접 가열하여 바이오매스를 열적으로 분해하는 공정으로서, 2초 내외의 짧은 체류시간으로 에너지밀도가 높은 액상 생성물인 바이오오일의 수율을 극대화할 수 있다는 장점을 지니고 있다. 본 실험에 사용된 원뿔형 분사층 반응기는 일반적으로 이용되고 있는 기포 유동층에 비하여 바이오매스 입자와 유동매질 간 열 및 물질전달 속도가 높고, 비교적 큰 시료 입자도 열분해 가능하기 때문에 입자 분쇄에 소요되는 에너지를 절감할 수 있으며, 내부에 분산판이 없어 압력강하량이 적은 장점을 가진다. 본 연구에서는 바이오매스의 급속열분해 운전 조건이 열분해 생성물에 미치는 영향을 확인하기 위한 폐목재의 급속열분해 실험을 수행하였다. 폐목재의 급속열분해 실험은 반응온도와 질소유량 그리고 시료의 투입속도 등 원뿔형 분사층 반응기 내부의 운전조건 변화를 통하여 진행하였으며, 실험을 통해 생산된 액상 생성물인 바이오 오일의 물리-화학적 특성을 분석하여 열분해 조건에 따른 급속열분해 특성을 고찰하였다.

      • ECVT를 이용한 유동층 반응기내 기체-고체 다상유동 및 열전달 동시 측정 연구

        최동혁 ( Dong Hyuk Choi ),박훈채 ( Hoon Chae Park ),황재규 ( Jae Gyu Hwang ),최명규 ( Myung Kyu Choi ),홍성완 ( Seong Wan Hong ),홍승현 ( Seung Hyun Hong ),최항석 ( Hang Seok Choi ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

        유동화란 고체입자들이 액체나 기체에 의해서 부유하는 현상이다. 이때 유체 내에서 부유하는 고체입자들의 거동은 액체와 매우 유사한 거동을 나타내게 되어 고체-기체간 접촉효율이 뛰어나다. 유동층 반응기의 성능은 기포의 크기, 생성 frequency, 속도 및 거동 등과 같은 유동화 특성에 영향을 받는다. 그러므로 유동층 반응기의 수력학적 특성에 대한 연구는 반응기의 설계, scale-up, 운전 성능 향상을 위해서 필수적으로 요구된다. 또한 유동층 반응기 내 기체와 고체간의 열전달 및 반응속도는 열전달 특성에 영향을 받기 때문에 유동층 반응기의 최적설계 및 안정적인 운전 조건을 위하여 유동층 반응기의 수력학적 특성에 대한 정보뿐만 아니라 열전달특성에 대한 정보가 필요하다. 본 연구에서는 유동층 반응기의 수력학적 특성과 기체-고체 열전달 특성의 상관관계를 파악하기 위하여 높이 500mm의 투명 아크릴로 제작된 반응기에 Electrical Capacitance Volume Tomogrphy (ECVT)측정 장치와 열전달 센서를 이용하여 유동층의 기체-고체 다상유동장과 열 유동장을 동시에 측정하였다. 동시 측정 실험은 유동층 반응기의 공탑 속도를 변화하며 수행하였으며, 공탑 속도 변화에 따른 유동층 반응기의 고체입자 분포, 속도 분포, 열전달계수를 측정하여 유동층 반응기의 운전 성능 향상을 위한 최적 조건을 도출 하였다.

      • 원뿔형 분사층 반응기를 이용한 폐타이어 열분해 오일의 특성

        이병규 ( Byeong Kyu Lee ),박훈채 ( Hoon Chae Park ),유호성 ( Ho Seong Yoo ),최명규 ( Myung Kyu Choi ),최항석 ( Hang Seok Choi ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2016 No.-

        자동차 산업 발달로 인하여 해마다 증가하는 폐타이어 발생과 그에 따른 처리에 관한 문제는 날로 심각해지고 있다. 폐타이어는 연소 시 오염물질 발생으로 인한 2차 환경오염을 야기하므로 보다 안정적으로 재생 에너지화 하는 폐기물 처리 방법에 대한 기술개발 중요성이 날로 증대되고 있다. 또한 국내 폐타이어의 주 이용 분야가 시멘트 킬른 또는 단순 소각에 의한 열원으로의 이용이 약 60%를 차지한다는 점에서 폐타이어의 재생에너지원으로서 경제성을 향상 시키는 요구가 나타나고 있다. 따라서 폐타이어 재생 에너지화의 경제성 문제를 해결하기 위하여 부가가치를 높이는 기술 개발이 절실히 요구되고 있다. 폐타이어를 자원화 하는 열분해 기술은 무산소 조건에서 400~600℃ 정도의 반응온도로 폐타이어를 가열하여 고분자 물질을 분해하는 친환경적인 공정으로, 열분해오일, 카본블랙, 철심과 같은 열분해 부산물의 회수를 통하여 경제성 또한 높일 수 있는 이점을 가지고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 폐타이어의 재생 에너지화 연구를 위하여 폐타이어의 열분해 특성연구를 수행하였다. 폐타이어의 열분해는 기체-고체간 열 및 물질 전달이 우수한 원뿔형 분사층 반응기를 사용하여 실험을 수행하였다. 폐타이어 열분해 실험은 열분해 반응온도와 시료의 투입속도를 실험 변수로 선정하여 실험을 수행하였으며, 실험 조건별로 생산된 열분해 오일의 물리-화학적 특성을 분석하여 폐타이어 열분해 오일의 특성을 연구하였다.

      • 폐 바이오매스 급속열분해 분사층 반응기내 열전달 특성

        김효성 ( Hyo Sung Kim ),박훈채 ( Hoon Chae Park ),유호성 ( Ho Seong Yoo ),이병규 ( Byeong Kyu Lee ),최항석 ( Hang Seok Choi ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2016 No.-

        폐 바이오매스의 열 화학적 전환 공정 중 하나인 급속열분해 공정은 공정변수에 따라 열분해 생성물의 수율 및 특성이 변화한다. 급속 열분해 반응이 이루어지는 반응기는 전체 급속 열분해 공정의 핵심이며, 폐 바이오매스의 급속열분해 반응을 위해서는 1,000~10,000℃/s의 빠른 열전달 속도, 500℃의 열분해 반응온도, 1~2초이내의 열분해 생성물 체류시간이 요구된다. 따라서 이를 실현하기 위한 급속열분해 반응기 개발에 많은 연구가 진행되었다. 현재 개발되어 사용 중인 대표적인 급속열분해 반응기는 기포 유동층, 순환유동층, 분사층, Augur형, 융해열분해, 진공열분해 등의 반응기가 있다. 이중 분사층 반응기는 기체-고체 간의 열 및 물질전달이 우수하고, dilute spouted bed regime 에서는 반응기 내 열분해 가스의 체류시간이 짧아 오일의 수율을 기존 유동층 반응기 보다 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 분사층 급속열분해 반응기 내 폐 바이오매스의 급속 열분해 반응은 기체-고체간의 수력학적 특성과 열전달 특성에 영향을 받는다. 따라서 분사층 급속열분해 반응기의 최적 설계와 운전을 위해서는 반응기 내 수력학적 특성과 열전달 특성에 대한 정보가 필요하다. 그러나 현재까지 분사층의 운전조건에 따른 분사층 내 열전달 특성에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 분사층 내 열전달 특성 연구를 위하여 열전달 센서를 설계/제작하였으며, 제작된 열전달 센서를 통하여 분사층내 기체-고체간의 열전달 특성을 측정하였다. 분사층 내 기체-고체간의 열전달 실험은 공탑 속도, Geldart 입자분류, bed 높이를 실험변수로 하여 실험을 수행하였으며, 실험을 통하여 실험변수에 따른 분사층 내 기체-고체간의 열전달 계수의 변화를 연구하였다.

      • 반응온도, 질소유량 및 폐타이어의 투입속도 변화에 따른 급속열분해 특성

        이병규 ( O Byeong Kyu Lee ),박훈채 ( Hoon Chae Park ),김효성 ( Hyo Sung Kim ),최명규 ( Myung Kyu Choi ),최항석 ( Hang Seok Choi ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2017 No.-

        해마다 증가하는 폐타이어의 발생 및 그에 따른 처리 문제가 대두되는 현 상황에서 폐타이어의 재생에너지화 기술개발 중요성이 날로 증대되고 있다. 특히, 국내에서 폐타이어 처리는 시멘트 킬른 및 단순소각에 의한 열원으로의 이용이 대부분을 차지하는데 이는 연소 시 발생되는 오염물질로 인한 2차 환경오염 또한 야기하는 문제이므로 폐타이어의 안정적인 처리를 통한 재생에너지원으로서의 경제성 향상 및 환경오염 저감 등의 해결책에 관한 기술개발 필요성이 촉구되고 있다. 폐타이어를 자원화하기 위한 열적처리 기술 중 열분해 공정은 무산소의 조건에서 500℃ 정도 온도 조건으로 간접 가열하여 1~2초 이내로 반응시킨 후 고분자 물질을 분해하여 연료로 변환하는 공정으로서 연소 반응과는 달리 오염물질이 발생하지 않는 친환경적인 처리 기술이며, 공정을 통하여 생산되는 열분해오일, 카본블랙, 철심 등과 같은 유용자원의 회수는 부가가치의 창출을 통하여 경제성 향상에 이바지 할 수 있는 이점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 폐타이어의 다양한 급속열분해 운전 조건을 통하여 재생에너지화 연구를 수행하였다. 실험에는 유동층 반응기에 비하여 시료와 유동매질 간 열 및 물질전달 속도가 높고, 비교적 큰 입자도 열분해 가능하며, 내부에 분산판이 없어 압력강하량이 적은 장점을 지닌 원뿔형 분사층 반응기를 사용하였다. 폐타이어 급속열분해 실험은 반응온도와 질소유량 및 시료의 투입속도 등 여러 인자를 변수로 두어 진행하였으며, 실험을 통하여 조건별로 생산된 열분해오일 및 카본블랙의 물리-화학적 특성을 분석하여 폐타이어의 급속열분해 반응 특성을 고찰하였다. 특히, 열분해 오일은 재생에너지원으로서 연료로서의 가치가 있는지에 대하여 알아보고자 하였다.

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