바이오가스 적용 캐비티 매트릭스 연소기 개발

안준(June An),전영남(Young Nam Chun) 한국에너지기후변화학회 2021 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2021 No.11

온실가스인 이산화탄소(CO₂)와 메탄(CH₄)를 유용한 에너지로 전환하는 기술중 열적 전환과 전기화학적 전환기술은 일부 실용화 되어 현장에 적용되어 있고 그 외에는 실험실 규모의 기초연구나 파일롯 규모의 실증연구가 진행되고 있다. 그 중 열적전환기술 방법으로는 수증기 개질법, 건식개질법 그리고 부분산화 개질법 등이 있다. 수증기 개질법은 이미 산업적으로 적용된 방법이지만 건식개질이 상대적으로 매력적으로 인식되고 있다. 건식개질이 주요 온실가스인 이산화탄소의 배출 저감이 가능하고 좀 더 효율적인 에너지 전환이 가능하기 때문이다. 부분산화 개질은 흡열반응인 수증기 개질과 건식개질 반응과 달리 발열반응이므로 에너지 소모가 적다. 현재 상용화 되고 있는 자열개질은 촉매 부분산화개질에 수증기 개질 또는 이산화탄소 개질 방식이 결합된 형태이다. 이 경우 대용량 수소생산이 가능한 장점이 있으나 촉매피독, 수증기 생산 비용 등의 문제가 있다. 이를 해결하기 위해서는 더 진보된 새로운 기술의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 새로운 형태의 마이크로웨이브 가열 축열식 부분산화 연소 개질기를 개발하고자 하였다. 매트릭스 표면연소는 고온의 표면 다공성체에서 발생하는 복사열을 이용하여 유입 혼합가스를 가열하는 연소의 안정성을 높이는 연소기술이다. 다공성 재료를 통하여 유입되는 예혼합 연료-공기가 반응 영역을 통과하면서 연소되고, 연소열의 일부는 다공체에 축적되어 높은 에너지 환경에서 연속 연소가 가능하게 한다. 이러한 매트릭스 표면연소와 마이크로웨이브 가열 수용체 축열이 병합된 형태의 개질기는 개질기 챔버내 3차원적 체적을 가진 다공형 매트릭스 형태를 유지하고 그 내부로 조사되는 마이크로웨이브가 수용체를 가열하여 안정되고 효율이 높은 부분산화 연소 개질이 이루어지는 방식이다. 본 연구에서는 새로이 마이크로웨이브-매트릭스 개질기를 제안하고 상기에 언급된 주요 특성을 검증하기 위해 메탄 공급시 O₂/C비, 스팀공급량, 개질가스 재순환율, 재순환 물공급량에 대한 개질 전환 특성을 파악하였다. 또한, 이러한 변수별 개질전환 성능을 근거로 하여 각 경우에 대한 최적 전환 운전조건을 제시하였다.

플라즈마 연소 부분산화 개질장치

안준(June An),김하진(Ha Jin Kim),전영남(Young Nam Chun) 한국신재생에너지학회 2021 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.7

온실가스인 메탄과 이산화탄소는 바이오가스 생산 과정에서 발생하며 이는 기후변화 주요원인 물질이다. 메탄과 이산화탄소를 저감하며 에너지로 전환하는 상용화된 기술로는 자열개질(auto-thermal reforming)이 있는데, 이는 촉매 부분산화 개질에 수증기 개질 또는 이산화탄소 개질 방식이 결합된 형태로 대용량 수소생산이 가능한 장점은 가지고 있다. 하지만, 자열개질(auto-thermal reforming)의 경우 촉매피독, 수증기 생산비용 등의 문제가 있다. 이를 해결하기 위한 새로운 형태의 기술로 전기화학적 방법 중 하나인 플라즈마 개질법(Plasma reforming)이 있다. 그 중 저온 플라즈마(non-thermal plasma:NTP)는 저온과 저압의 마일드 조건에서 운전이 가능하여 에너지 비용이 기존 자열개질 방식에 비해 저감이 가능하기 때문에 메탄과 이산화탄소 개질방식에 유망기술 중 하나이다. 본 연구에서는 저온 글라이딩 아크 플라즈마 연소기와 축열식 버너를 일체형으로 한 부분산화 개질기를 개발하고자 하였다. 플라즈마 연소기는 플라즈마 방전 시 발생되는 전자, 이온, 여기분자 등에 의해 반응성이 높아져서 저 발열량 연료나 희박혼합기에서 연소가 가능하다. 플라즈마 연소기 후단 부에 위치한 축열버너는 평면화염이 형성되는 표면연고 방식이다. 표면연소는 고온의 표면 다공성체에서 발생하는 복사열을 이용하여 피열물을 가열하는 연소기술이다. 다공성 재료들을 통하여 유입되는 예혼합연료-공기가 반응영역을 통과하면서 연소되고, 연소열의 일부는 다공체에서 축적되어 높은 에너지 환경에서 연속 연소가 가능하게 한다. 이상 두 가지 기술이 융합된 플라즈마-축열버너 개질기(Plasma-recuperative burner reformer)는 기존의 방식에 비해 초기시동이 우수하고 촉매 피독이 없고 생성가스의 질이 높고 개질 에너지 효율이 높은 장점이 있다. 본 연구에서는 새로운 형태의 플라즈마-축열버너 개질기를 제안하고 상기에 언급된 주요 특성을 검증하기 위해 메탄 공급 시 O<SUB>2</SUB>/C비, 총 가스 공급량, 개질가스 재순환에 대한 전환 특성을 파악하였고, 아울러 온실가스인 CO<SUB>2</SUB>의 추가 특성을 파악하고자 CH<SUB>4</SUB>/CO<SUB>2</SUB>비에 대한 혼합개질 특성을 규명하였다. 또한, 이러한 변수 별 전환성능을 근거로 하여 각 경우에 대한 최적 전환 운전조건을 제시하였다.

시각커뮤니케이션 환경에서 외부여백과 형상화-여백화 과정에 관한 연구

안준 ( An June ),한창호 ( Han Chang-ho ) 커뮤니케이션디자인학회(구 시각디자인학회) 2017 커뮤니케이션 디자인학연구 Vol.60 No.-

동양과 서양의 예술디자인 영역에서는 디자이너의 주도에 의해 의도적으로 활용된 빈 공간을 `여백(white space)`이라 부르고, 각자의 목적에 부합하는 형태로 여백을 활용하였다. 현재 시각커뮤니케이션 환경에서 메시지의 효과적인 전달은 디자이너가 필수적으로 고려해야 할 속성으로 인식되고 있으며, 이에 디자이너의 작업 영역 내에서 `여백`의 활용은 중요시되고 있다. 많은 디자이너들이 그들의 작업 영역 내부에서 여백이 갖는 효과의 중요성에 대해 인지하고 있으며, 시각메시지의 효과적인 전달을 위해 여백을 적극 활용하고자 하고 있다. 하지만, `빈 공간` 또는 `작업 영역 내부`로 제한된 여백의 활용은 디자이너가 발현시킬 수 있는 표현의 가능성을 제한시키고 있었다. 이에 본 논문의 연구자는 여백을 형성하는 과정 중 형상과 여백이 서로의 관계를 규정짓고 분리하는 과정을 `형상화-여백화 과정`이라 정의하고, `특징통합이론`의 `전주의 처리`, `게슈탈트 심리학` 등 시각심리적 작용들을 바탕으로 시각커뮤니케이션 환경에서도 `형상화-여백화 과정`이 존재하고 있음을 밝혔다. 이후 연구자가 정립한`형상화-여백화 과정`을 토대로, 디자이너가 활용 가능한 여백이 `작업 영역` 외부 환경으로까지 확장될 수 있음을 설명하고, 사례의 연구 분석을 통해 시각커뮤니케이션 환경에 존재하고 있는 다양한 `형상화-여백화 과정`의 유형을 확인하고자 하였다. In Asian and Western art design, the blank spaces deliberately used by the designer are called `white space`, and are used in accordance with their purposes. In the current environment of visual communication, the effective transmission of messages is recognized as an essential attribute that designers should consider. Accordingly, the use of `white space` in the designer`s work space is becoming important. Many designers are aware of the importance of the effects of white space within their work and are actively using white spaces for effective delivery of visual messages. However, the use of white space is limited to `empty space` and `inside work area` which limits the possibility of expression that a designer can utilize. Therefore, the researcher of this study defined `shaping-becoming white space process` as the process of defining and separating the relation between shape and white space in the process of forming the white space, and revealed that there is `shaping-becoming white space process` existed in visual communication environments based on visual psychological processes such as `preattentive processing` and `gestalt psychology` of `feature integration theory`. In addition, this paper explained that the white space that the designer can use could be extended to the outside of the `working area` based on the `shaping-becoming white space process` that the researcher defined and identified in the various types of `shaping-becoming white space process` in a visual communication environment through case analysis.

공기순환장치 적용 오존 플라즈마 살균장치 개발

안준 ( June An ),전영남 ( Young-nam Chun ) 한국산업보건학회 (구 한국산업위생학회) 2021 한국산업보건학회지 Vol.31 No.1

Objectives: The purpose of this study was to develop a new sterilization plasma device that would be proficient at sterilizing and removing pathogenic bacteria and viruses, and applicable to air purification systems. Methods: In order to understand the performance characteristics, the discharge characteristics of a packed bed DBD reactor and the ozone reduction characteristics of an ozone filter installed at the outlet of the reactor were investigated. Results: The novel packed-bed DBD reactor was proposed, and it was confirmed that the plasma discharge was uniformly and stably discharged throughout the entire layer, and sufficient ozone was generated for sterilization. The ozone filter was tested for three methods: adsorption, adsorption-decomposition, and catalytic decomposition. When the filter thickness was 30 mm, the ozone concentrations were 0.03 ppm, 0.01 ppm, and 0.21 ppm, respectively. The adsorption and adsorption-decomposition methods satisfied the EPA standard of less than 0.05ppm, but the catalytic decomposition method did not. Conclusions: It was confirmed that the adsorption-decomposition method has relatively excellent ozone filter performance and can provide the best ozone filter.

SOFC 스택 적용 마이크로웨이브-매트릭스 개질기 개발

안준(JUNE AN),전영남(YOUNG NAM CHUN) 한국수소및신에너지학회 2021 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.32 No.6

In this study, a novel microwave-matrix reformer was proposed to convert CH₄, which is a major component, to a high quality hydrogen energy. And to identify this performance, it was investigated for O₂/C ratio, steam feed amount and reformed gas recirculation which are affected for methane conversion and product gas yield. Through the parametric screening studies, optimal operating conditions were that O₂/C ratio, steam feed amount and recirculation rate were 1.1, 10 mL/min and 30 L/min. In this conditions, CH₄ conversion was 68.1%, H₂ selectivity 77.2 and H₂/CO ratio 2.62 which are possible applying SOFC stack for RPG (residential power generator).

바이오가스 적용 캐비티 매트릭스 연소기 개발

안준 ( June An ),김하진 ( Ha Jin Kim ),전영남 ( Young Nam Chun ) 한국폐기물자원순환학회 2021 한국폐기물자원순환학회지 Vol.38 No.5

The effects of conventional fossil fuels on the environment, such as air and carbon pollutions, have limited their use as an energy resource. To address this problem, biogas has emerged as an alternative energy source owing to its sustainable and renewable characteristics. In this study, we proposed a new type of cavity matrix combustor that can directly burn the products of small and medium-sized biogas facilities without the use of complicated facilities, such as CO₂ separation or purification facilities. To identify the combustion characteristics of the cavity matrix combustor, parametric screening studies were conducted based on changes in air ratio, total gas supply, biogas composition, and exhaust recirculation, and the optimal operating conditions were suggested based on the results. The performance test of the cavity matrix combustor revealed that the combustor exhibited excellent biogas combustion characteristics. In addition, the optimal operating air ratio and total gas supply conditions at which the combustor exhibited a combustion efficiency of 79.2% for a biogas composed of 60% CH₄ and 40% CO₂ were 1.1 and 30 L/min, respectively. Furthermore, the content of CO and UHCs, which were unburned gases, in the combustor were 0.03 and 0.01%, respectively, and that of NOx was 1 ppm. In addition, the combustion efficiency of the combustor slightly increased to 86.59% when combustion gas recirculation was performed.

바이오가스 고품위 연료 전환 마이크로웨이브 탄화물 수용체 특성

김하진(Ha Jin Kim),안준(June An),전영남(Young Nam Chun) 한국신재생에너지학회 2021 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.7

바이오가스는 메탄과 이산화 탄소가 주성분으로 기후변화 원인물질인 온실가스로 알려져 있음과 동시에 좋은 재생에너지 자원이다. 바이오가스 개질을 통한 에너지생산기술은 온실가스를 저감함과 동시에 고품위 에너지원으로 전환하는 매력적인 기술로 마이크로웨이브 개질 특성 연구를 진행하였다. 마이크로웨이브를 이용한 메탄-이산화탄소 개질(Methane Dry Reforming)에 대하여 공급유량, 개질온도에 대한 연구는 많이 진행되어 있으나 마이크로웨이브 수용체의 개질특성에 대한 연구는 거의 찾아보기 어렵다. 본 연구에서는 마이크로웨이브 유전특성과 관련 있는 고온의 수용체로 메탄-이산화탄소 개질 특성에 대하여 규명하였다. 탄소(C)수용체인 차콜(Charcoal)을 기본으로 마이크로웨이브 수용체(Microwave Receptor)를 혼합하여 수용체의 개질 특성을 파악하였다. 수용체의 개질특성, 수용체 개질온도, 수용체 혼합 비율, 촉매를 담지한 수용체의 특성에 대한 연구를 진행하였고 그 결과는 다음과 같다. 차콜과 마이크로웨이브 수용체(Microwave Receptor)인 SiC, Al₂O<SUB>3</SUB>를 각각 혼합하여 개질을 진행한 결과, 초기 차콜과 SiC는 마이크로웨이브에 의해 가영이 되나 Al₂O<SUB>3</SUB>는 고온으로 올라갈수록 마이크로웨이브와의 반응이 급격하게 촉진되었다. 메탄(CH<SUB>4</SUB>)과 이산화탄소(CO<SUB>2</SUB>)의 전환은 초기에는 비슷하게 나타났으나, 후단부로 갈수록 Al₂O<SUB>3</SUB>와 혼합한 경우의 전환율과 수소(H<SUB>2</SUB>)+일산화탄소(CO) 생성량이 더 많게 나타났다. 이는 수용체의 유전특성과 수용체 고유의 흡착특성에 따라 전환율이 차이가 있는 것으로 확인된다. 개질온도는 높을수록 전환율이 높았으며, 900℃의 경우 수소(H<SUB>2</SUB>)생산량이 가장 높았다. 수용체 혼합 비율 중 차콜의 비율이 낮아질수록 전환율 및 생성가스 수율은 감소하였는데, 이는 차콜성분의 무기물의 촉매활성이 차콜의 양이 줄어들수록 활성량이 줄어 전환율이 낮아진 것으로 확인된다. 촉매를 담지한 수용체의 개질의 경우 Ni촉매의 메탄(CH<SUB>4</SUB>), 이산화탄소(CO<SUB>2</SUB>)의 전환이 후단부까지 각각 80%와 90%로 일정하게 유지되었고, Fe촉매의 경우 메탄(CH<SUB>4</SUB>)전환은 초기에 70%까지 상승하고 후단부엔 점차 감소하였으며, 이산화탄소(CO<SUB>2</SUB>) 전환의 경우, 후단부까지 80%로 일정하게 유지되었다.

마이크로웨이브 수용체 가열을 통한 바이오가스 개질

전영남(Young Nam Chun),안준(June An) 한국신재생에너지학회 2024 신재생에너지 Vol.20 No.1

Biogas, composed mainly of methane (CH₄) and carbon dioxide (CO₂), is a renewable gas that can serve as an alternative energy source. In this study, we developed a new microwave reformer and analyzed its reforming characteristics. We observed that higher temperatures of the microwave receptor led to increased reforming efficiency. By supplying appropriate amounts of methane and steam, we could prevent carbon generated from the thermal decomposition reaction of carbon dioxide from depositing on the catalytic active layer, thus avoiding the inhibition of catalytic activity. Hydrogen generation was enhanced when maintaining the biogas ratio and steam supply at adequate levels. Increasing the SiC ratio in the receptor improved the uniformity of temperature distribution and growth rate, resulting in higher conversion rates of the reforming process.

바이오가스 적용 마이크로웨이브-매트릭스 캐비티 개질기

전영남 ( Young Nam Chun ),안준 ( June An ) 한국폐기물자원순환학회 2022 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2022 No.0

글라이딩아크 플라즈마-축열버너 개질기 개발

김하진(Ha Jin Kim),안준(June An),전영남(Young Nam Chun) 한국에너지기후변화학회 2020 에너지기후변화학회지 Vol.15 No.2

Climate change problems occur during the use of fossil fuel and the process of biogas production. Currently, researches are needed to convert methane and/or carbon dioxide, the major causes of climate change, into high-quality energy sources. A novel plasma-recuperative burner reformer was designed to produce high quality hydrogen-rich gas for natural gas of which methane is main component or biogas containing carbon dioxide. In order to identify the performance characteristics of the newly proposed reformer, a parametric screening studies were carried out, and the results are as follows; When only methane was applied as the feed fuel, CH₄ conversion increased as total gas feed rate decreased and O₂/C ratio increased. When the feed fuel was biogas, CO₂ conversion was higher as CH₄/CO₂ ratio was higher. Recirculation of reformed gas increased the amount of hydrogen and carbon monoxide, which are combustible gases, and increased the hydrogen in particular. As a result of investing the reforming performance characteristics, the optimum operating condition of the reformer was O₂/C ratio of 0.6 and total gas feed rate was ₄0 L/min. At this time, it was found that CH₄ conversion was 56%, H₂ selectivity was 36.7%, and H₂/CO ratio was 1.25, which was applicable to the SOFC stack for RPG (Residential Power Generator).