수소ㆍ연료전지 기술

손재익 한국화학공학회 2004 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.42 No.1

수소에너지를 이용한 기술 중 연료전지 기술이 가장 효과적인 방법으로 인정되고 있다. 재래식 열연기관의 경우 일반적으로 33% 내지 35% 정도의 열효율로 전기를 얻을 수 있는데 반해 연료전지의 경우 전기생산 효율을 약 60%까지 올릴 수 있고 전체 에너지 (전기와 열)효율을 고려하면 85%까지도 생산이 가능한 상태이다. 더구나 연료전지의 경우 공해 배출이 거의 없다는 장점이 있다. 따라서 연료전지 기술은 21세기의 당면문제인 화석연료의 고갈과 환경오염 문제를 동시에 해결할 수 있는 대안으로 떠오르고 있다. 본 총설에서는 여러 가지 수소 제조 기술과 연료전지 기술 가운데 가장 실용화에 가깝고 실용화되면 배터리 대체, 소규모 주택용 및 건물용 전원, 자동차용 전원 등으로 사용할 수 있어서 경제 및 기술적인 파급효과가 큰 PEMFC와 DMFC에 대한 최근의 연구개발 경향을 정리하였다. Among various technologies using hydrogen-energy, fuel cells have been considered as the most energy efficient technology. A conventional combustion-based power plant typically generates electricity at efficiencies of 33 to 35 percent, while fuel cell plants can generate electricity at efficiencies of up to 60 percent. When fuel cells are used to generate electricity and heat(co-generation), they can reach efficiencies of up to 85 percent. Moreover, fuel cells generate virtually zero pollution including greenhouse gases such as CO_(2). Therefore, the fuel cells are believed as a most promising alternative power producing technology, which can solve global problems facing 21st century such as exhaustion of fossil fuels and environmental pollution at the same time. In this review, recent trends in fuel cell R&D are summarized focusing on PEMFC and DMFC which are closest to the practical use and can be used for batteries, electrical power sources for automobiles and immobile structures such as buildings.

웨이블릿 스칼라 양자화를 이용한 지문 영상 압축 코덱 개발 및 성능 개선에 관한 연구

남재열,최지훈,손유익,Nam, Jae-Yeal,Choe, Jee-Hoon,Son, Yoo-Ek 한국정보처리학회 1998 정보처리학회논문지 Vol.5 No.8

영상은 그래픽, 교육,의료 분야의 멀티미디어 정보에서 중요한 역할을 하고 있다. 특히 지문 영상은 정보화 시대에 매우 중요한 정보로서 보안이나 인증 시스템에 널리 쓰이고 있다. 그러나 기존의 시스템에서는 지문 영상의 데이터 양이 많아 지문의 특징 정보만 일부 추출하여 저장하는 방식을 취하고 있어 지문이나 검색 등의 다양한 응용에 제약을 주고 있다. 정지 영상 압축 표준으로는 JPEG이 있지만, 20:1이상의 고압축에서는 많은 부호화 결점들 때문에 그러한 시스템에서의 실제적인 사용은 매우 어렵다. 따라서 고압축을 수행하면서 선명한 화질을 제공하는 지문 영상 압축 코덱 개발이 매우 필요하게 되었다. 본 논문에서는 이러한 요구에 맞게, 최근 새로운 영상 압축 기법으로 등장한 WSQ를 근간으로 하는 FBI 지문 영상 압축 표준을 EK르는 영상 압축 코덱을 개발하였으며, Windows95 환경하에서 동작하는 소프트웨어를 개발하여 실제로 지문 영상을 압축하는데 사용할 수 있도록 하였다. 또한 원래의 FBI 코덱과의 호환성을 유지하면서 코덱의 성능을 향상시키는 기법을 적용하여 원래의 FBI 코덱 보다 성능이 나아진 코덱을 개발하였다. 개발된 지문 영상 압축 코덱은 전자 주민 카드 및 각종 인증 시스템용 코덱으로 활용 가능하다.

가압유동층연소로에서 국내무연탄의 황산화물 배출특성

한근희,송용식,류정인,손재익,진경태 한국화학공학회 2003 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.41 No.1

본 연구는 가압유동충연소로에서 국내 무연탄을 연소함에 있어서 SO_2 배출농도에 대하여 고찰하였다. Bench scale PFBC에서 석탁을 연소하는 동안에 탈황제로 식회석을 사용하였으며, 배가스의 배출특성을 조사함에 있어서 SO_2의 제어에 주안점을 두었다. 석탁은 강원도 태백지역에서 채탄된 무연탄이고, 석회석은 강원도 삼척지역에서 얻은 것이다. 실험장치는 층 직경 0.17m, freeboard 직경 0.25m이고, 총 높이가 5m로 이루어졌다. 실험은 운전압력(1-6 atm), 운전온도(850-950℃), 과잉공기(10-30%), Ca/S 몰비(0.8-4.8)의 조건으로 수행하였다. 결과적으로 최대 탈황율을 보인 층(bed)온도는 1, 2 기압일 때 850℃, 4 기압일때 900℃, 6 기압일 때 950℃로 나타났다. 또 탈황율은 모든 실험조건에서 운전압력, Ca/s 몰비, 과잉공기가 증가함에 따라 증가하였다. 국내무연탄의 가압유동충연소시 안정적인 SO_2의 배출을 위하여 각각의 운전압력에서 적정한 Ca/S 몰비는 2 기압 이하일때 Ca/S≥4.8, 4기압일 때 Ca/S=4.8, 6 기압 이상일때 Ca/S≤4.8를 보였다. This study was to investigate the SO_2 emission with Korean anthracite in a PFBC (Pressurized Fluidized Bed Combustor). This work focuses on the control of SO_2, one of the severe air pollutants in flue gas, emission characteristics by injecting sorbent during the combustion of coal in a bench scale PFBC. The coal and limestone used in this work were Taeback anthracite and Samchuck limestone, respectively, in Korea. The effects of operation parameters such as pressure (1-6 atm), bed temperature (850-950℃), excess air ratio(10-30%), and Ca/S mole(0.8-4.8) on desulfurization was investigated in PFBC(0.17m of bed diamether, 0.25m of freeboard diameter and 5.0m height). The bed temperature showing maximum sulfur capture increased from 850℃ at 1 and 2 atm. to 950℃ at 6 atm. with 10% of excess air ratio. Sulfur capture increased as excess air ratio increased at all experimental condition. Both the sulfur capture and the temperature showing maximum sulfur capture increased as operation pressure increased. It was recognized that Ca/S mole ratio higher than 4.8 was needed below 2 atm. and lower Ca/S mole ratio than 4.8 was needed at 4 and 6 atm. for the stable SO_2 emission in combustion of Korean anthracite.

Current Status and Future Tasks of Clean Coal Technologies in the Asia Pacific Region

Son, Jae-Ek The Korean Society for Energy 1996 에너지공학 Vol.5 No.1

Coal consumption in Asia is projected to increase by about 1.3 billion tons over the 1993-2010 period. The expansion in coal consumption for electricity generation is the dominant factor in the large increase in coal consumption. Without effective control measures, the projected increase in coal consumption will have a serious impact on environmental effects of increased coal use in Asia. Thus, the introduction of appropriate CCTs is considered essential to achieving the twin goals of expanded use of coal decreased environmental impacts.

상용 순환유동층 연소로의 운전특성

손재익,최정후 한국화학공학회 1992 NICE Vol.10 No.1

두 개의 Loopseal 을 갖는 KIER 고체순환 유동층공정에서의 압력균형곡선

손재익,선도원,배달희,이창근,진경태 한국화학공학회 1999 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.37 No.4

고온건식탈황공정은 황화반응기와 재생반응기, 그리고 둘 사이의 고체순환관을 필요로 한다. 본 연구에서는 하나의 유동층 반응기, 하나의 riser반응기, 그 둘을 이어주는 두 개의 loopseal을 갖는 KIER 고온건식탈황 시스템에서 두 반응기 사이의 고체순환특성을 관찰하기 위하여 압력균형이 측정되었다. 내경 3㎝ riser와 내경 7.5㎝의 유동충 반응기의 상온장치의 여러 점에서 차압이 측정되어 voidage와 기-고 평균 층밀도가 계산되었다. 압력균형고리가 하나의 닫힌 계로 표현되었기 때문에 고체순환이 원활한 것으로 판단되었고, loopseal은 역흐름을 차단하는 역할을 하였기 때문에 본 시스템은 기계적 밸브를 사용하지 않고도 두 종류의 반응이 일어나는 고온건식탈황 반응기에서 사용할 수 있는 가능성을 보여 주었다. KIER hot gas desulfurization system consisting of a reactor of a transport mode, a regenerator of a fluidized bed mode, two loopseals, and two gas streams was tested for the stable operation of circulating solids between two reactors. Pressures in a circulation loop at various conditions were measured in a cold mode(a 0.03 m I.D. riser and a 0.075 m I.D. fluidized bed) with particles of mean diameter of 87 × 10^(-6) m and the bulk and particle density of 1,900 and 3,300 ㎏/㎥ respectively. The voidages and mixture densities of gas-solid at various sections were analyzed from differential pressures data. The continuous circulation of solids was confirmed by the single closed loop of pressure balance curves. The loopseal took a role of preventing the gas of a reactor from flowing to another reactor.

유동층 석탄가스화 반응 특성

손재익,박영철,양현수 한국화학공학회 1992 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.30 No.1

공기 및 수증기를 가스화제로 사용한 저열량 석탄가스화 실험이 직경 7.5 ㎝의 실험실용 유동층 석탄가스화 반응기에서 행하여졌다. 사용 석탄은 평균 입자 크기 0.41 ㎜, 0.87 ㎜의 Victoria준역청탄이며 먼저 질소와 공기를 사용한 열분해 실험을 하였고 여기서 생성된 평균 입자 크기 0.31 ㎜, 0.6 ㎜촤 입자를 사용한 상압 석탄가스화 실험을 하였다. 촤 투입 속도 1.6 ㎏/hr, 공기량 변화 4.33-6.5 ㎏/hr, 수증기량 0.8-2.5 ㎏/hr 및 층내 온도 800-900℃ 범위의 변수 변화 조건에서 생성가스의 조성 변화가 측정되었다. 생성가스는 H₂21.4-8.8%, CH₄ 1.0-0.05%, CO 18.5-7.3%, CO₂ 18.37-8.44%의 몰농도 조성 변화를 나타내었고, 발열량 1,308-500 ㎉/㎥의 석탄가스를 얻었으며 전체적으로 탄소 전환율은 71.0-94% 범위에서 변화하였다. Gasification of Victoria subbituminous coal was conducted in a 7.5 ㎝-ID atmospheric lab-scale fluidized-bed gasifier with variation of operating conditions such as temperature(800-900℃), char feeding rate(1.6 ㎏/hr), air flow rate(4.33-6.5 ㎏/hr), particle size(0.31 ㎜, 0.6 ㎜), and steam flow rate(0.8-2.5 ㎏/hr). As a result, the mol concentration of H₂ in the product gas was 21.4-8.8%, that of CH₄ was 1.0-0.05%, that of CO was 18.5-7.3%, and that of CO₂ was 18.37-8.44%. The calorific value of product gas was in the range of 1,308 ㎉/㎥ to 500 ㎉/㎥, and carbon conversion was in the range of 71% to 94%.

비기계적 입자순환장치(Loop Seal)연구

손재익,선도원,배달희,한근희,Cen,Kefa 한국화학공학회 1999 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.37 No.6

상온 riser와 loop seal로 구성된 순환유동층에서의 수력학적 실험을 통해 입자순환장치(loop seal)의 운전특성과 입자의 흐름 특성을 연구하였다. 0.2 m×0.15 m×0.2 m규격의 상온 loop seal 실험장치를 구성하고 석탄회의 재순환 실험을 수행하였다. 실험을 통해 유동화 공기주입량 및 주입점에 따른 입자흐름 경향을 연구하고, 고체순환속도의 제한조건 및 시스템 압력과의 수학적 관계를 연구하였다. 입자유량은 loop seal 내부 재주입구의 유동화 공기유량의 증가에 따라 증가하였다. 입자유량의 증가에 따라 down comer 고정구간의 차압이 감소하였다. The characteristics of loop seal operation and particle flow were investigated by hydrodynamics study in a cold mode riser and loop seal system. The physical dimension of 0.2 m×0.15 m×0.2 m cold mode loop seal and riser is serially connected to compose a experimental system. A coal ash was used for the experiment. The flow pattern of particle was investigated by variation of quantity of fluidizing air and location of aeration. The mathematical relationship of the limitation of particle flow rate and system pressure was analyzed. The particle flow rate increased by the increase of air flow of return leg. The pressure difference of down comer section was reduced as the increase of the particle flow rate.

고온고압건식 유동층 탈황공정의 고체흐름특성 해석

손재익,최정후,이창근,김상돈 한국화학공학회 2000 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.38 No.5

탈황로와 재생로로 구성된 고온, 고압의 IGCC 공정용 유동층 탈황공정에서 유동특성이 고려된 입자수지의 해석을 수행하였다. 탈황로에서 입자의 마모속도상수, 사이클론의 분급 입경, 유속, 고정층 높이의 변화와 재생로에서 사이클론 분급 입경의 변화에 따른 고체흐름특성의 변화를 모사하였다. 탈황로의 고정층 높이, 기체유속, 탈황제의 마모속도상수가 증가함에 따라 새로 주입되는 탈황제량과 재생로 하부에서 탈황로로 주입되는 고체량이 증가하였다. 탈황로와 재생로의 사이클론 분급 입경이 증가함에 따라 새로 주입되는 탈황제량은 증가하는 반면 재생로 하부에서 탈황로로 주입되는 고체량은 감소하였다. 탈황제 소모량에는 탈황로에서 사이클론 포집 효율 즉 사이클론의 분급 입경이 가장 중요한 변수이며, 탈황로에서 기체유속, 정체층 높이, 탈황제의 마모속도상수도 무시될 수 없는 인자들임을 알 수 있었다. 공정의 입도 분포는 탈황로 사이클론의 포집 효율에 지배적인 영향을 받았으며 타 변수들의 영향은 무시될 수 있었다. 탈황공정의 부하조절 방법에 고려될 수 있는 변수로는 탈황로에서 유속이 가장 중요하며, 탈황로 사이클론의 포집 효율 즉 사이클론의 분급 입경도 상당한 영향을 주는 것으로 사료되었다. A particle population balance has been developed to analyze characteristics concerning solid flow rates of input and output streams and their particle size distributions in a fluidized bed high pressure hot-gas desulfurization process of the IGCC system that consists of a desulfurizer and a regenerator. Simulation on the solid flow rate and its particle size distribution has been carried out with variations of principal process parameters such as the attrition rate constant of sorbent, cut diameter of the cyclone, bed weight and gas velocity in the desulfurizer and the cut diameter of the cyclone in the regenerator. As the attrition rate constant of sorbent, the bed weight and gas velocity of the desulfurizer increased, the feed rate of fresh sorbent and the flow rate of solid from the regenerator to the desulfurizer were predicted to increase. As cut diameters of desulfurizer and regenerator cyclones increased, the feed rate of fresh sorbent were predicted to increase, however, the flow rate of solid from the regenerator to the desulfurizer were predicted to decrease. The most important factor affecting solid flow rates of input and output streams and their particle size distributions was found to be the cut diameter of the desulfurizer cyclone. Effects of the attrition rate constant of sorbent, gas velocity and bed weight in the desulfurizer on the feed rate of fresh sorbent were predicted somewhat important because they affect the particle attrition rate. Particle size distributions of the process were influenced mainly by the collection efficiency of the desulfurizer cyclone, however, effects of other parameters were negligible. The gas velocity in the desulfurizer was found the most important parameter for load control and the effect of the collection efficiency of the desulfurizer cyclone on load control was moderate.

가압 기체 - 고체 유동층에서 내부열원과 유동층간의 열전달

손재익,서용칠,김상돈,진경태,강용,고명한,김영렬 한국화학공학회 1997 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.35 No.2

가압기체·고체 유동층의 열전달 특성을 연구하고자 직경이 0.15m이고 높이가 3.58m인 스테인레스 스틸로 제작된 가압유동층에서 내부열원과 유동층간의 연전달 특성을 고찰하였다. 주요 실험변수로는 유동층의 압력과 온도 그리고 기체의 유속을 선정하였으며 이들 변수들의 가압유동층 내부열원과 유동층 내부 영역간의 국부열전달계수와 총괄열전달계수에 미치는 영향을 검토하였다. 가압 기체·고체유동층에서 압력이 증가할수록 국부열전달계수에 유동층의 높이 증가에 따라 더 빨리 일정한 값으로 수렴해 갔으며, 압력의 증가는 열적 안정성에 효과적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 가압유동층에서 총괄 열전달계수는 온도와 압력이 증가할수록 증가하였으며 기체유속이 증가함에 따라 최대값을 나타내었다. 가압유동층에서 총괄 열전달계수는 다음과 같이 무차원군의 상관식으로 나타낼 수 있었다. N_(it)=0.083P_r^(0.33) P_d^(0.08) N_(it)=0.105P_r^(0.31) P_e^(0.11) Heat transfer characteristics between the immersed heater and the bed were investigated in a pressurized gas-solid fluidized bed of 0.15m ID and 3.58m in height. Effects of operating pressure and temperature and gas flow rate on the local and overall immersed heater-to-bed heat transfer coefficient were examined. The increase of operating pressure can contribute to the thermal stability of the pressurized gas-solid fluidized bed. The local heat transfer coefficient increased and approached a almost constant value along with the height in the heater zone, and the convergence occurred more early with an increase in the pressure. The overall heat transfer coefficient increased with increasing operating temperature and pressure, but it exhibited its maximum value with the variation of gas flow rate. The heat transfer coefficient was well correlated in terms of dimensionless groups as N_(it)=0.083P_r^(0.33) P_d^(0.08) N_(it)=0.105P_r^(0.31) P_e^(0.11)