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

가압유동층 석탄연소로에서 압력이 연소특성에 미치는 영향

손재익,서용칠,송병호,김상돈,진경태,강용 한국화학공학회 1996 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.34 No.5

시스템의 공정변수를 예측할 수 있는 가압하의 유동층 석탄연소로의 모델을 전개하였으며 본 모델을 사용하여 반응기 압력의 변화에 따른 시스템의 성능(탄소연소효율, 층내 탄소분율, 생성가스의 조성)을 넓은 범위에 걸쳐 분석하였다. Geldart B군에 속하는 석탄연소로 기포유동층의 거동은 압력의 변화에 의해 거의 바뀌지 않았다. 높은 유속 및 낮은 층온도의 조건에서 가압에 의한 효율의 이득이 크게 나타났으며 700℃의 층온도 조건에서는 15 atm으로 가압함으로써 약 5%의 효율을 증가시킬 수 있다. 가압을 하면 산소의 농도증가로 탄소연소효율이 증가되지만 층내 탄소함량은 증대되지만 층내 탄소함량은 압력에 따라 2배 미만의 범위에서 증가하였다. The effect of system pressure on the performance of a pressurized fluidized bed coal combustor(carbon combustion efficiency, bed carbon loading, gaseous concentration profile) has been studied by a PFRC model. The behavior of bubbling bed of Geldart B group does not change by pressurization. The more increase in the carbon combustion efficiency can be obtained by pressurization at conditions of the lower temperature and higher gas velocities. At the bed temperature of 700℃, 5% increase in the carbon efficiency can be obtained with 15 atm. The carbon efficiency increases due to larger oxygen concentration, whereas the bed carbon loading also slightly increases with an increase in system pressure.

등온법에 의한 석탄 촤 연소반응 및 촤 - 수증기 가스화반응특성

손재익,양현수,박영철 한국화학공학회 1991 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.29 No.3

동원 무연탄, 호주 Coalex(HD) 역청탄, 호주 Victoia 준역청탄 및 파키스탄 Lakla 갈탄을 열분해하여 얻은 촤의 연소반응 및 수증기 가스화반응속도론적 특성 실험을 등온 방식에 의하여 수행하였다. 기체 확산 영향이 제거된 입자 크기에서 촤-연소반응은 560-680℃의 등온 조건 5-20% 사이의 산소 농도 변화 조건 및 열분해 조건 변화에 대하여 실험하였고 촤-수증기 반응은 750-950℃의 등온 조건에서 반응속도가 구하여졌다. 촤-연 소반응에서 산소 농도 차수는 0.56-0.98, 활성화에너지는 53-123kJ/g-㏖로 구하여졌고, 촤-수증기 반응의 활성화에너지는 113-165kJ/g-㏖의 값을 나타내었다. 전체적인 반응상수를 고려한 촤 연소 및 촤 수증기 반응속도 상관관계식을 제시하였다. Thermal analyses were conducted by isothermal technique in order to characterize the combustion and steam gasification reaction of coal chars that were carbonized from Dong-Won anthracite, Australian Coalex(HD) bituminous coal, Australian Victoria subbituminous coal, and Pakistian Lakla lignite. Char combustion reactions were carried out with respect to various factors.: char particle size(0.08-0.5㎜), isothermal reaction temperature(560-680℃), oxygen concentration(5%-20%), and pyrolysis conditions. Char-steam gasification reactions were carried out at isothermal temperatures of 750-950℃. In combustion reaction, measured reaction orders of oxygen concentration and activation energy were 0.56-0.98 and 53-123 kJ/g-㏖, respectively. In char-steam gasification reaction, measured activation energy were in the range between 113kJ/g-㏖ and 165 kJ/g-㏖. The kinetic equation of char combustion and char-steam reaction was correlated with various factor.

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.

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.

소결금속섬유필터의 기초 성능 특성

손재익,박영옥,임정환,서정민,김상도,박석주,최호경,박현설 한국화학공학회 2001 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.39 No.4

소결금속섬유필터에 대한 압력손실, 먼지통과율, 부분집진효율 등의 기초 여과성능특성을 수행하였다. 두 종류의 필터가 적용되었고, 두 필터의 공극률 및 두께는 동일하고, 통기도와 여과정밀도는 다른 물리적 특성을 가지고 있다. 기초성능특성은 300×300 ㎜크기의 필터를 실험할 수 있는 필터성능실험장치를 가지고 조사하였다. 시험용 먼지로는 AC fine dust가 사용되었다. 압력손실은 여과속도와 먼지부하가 증가함에 따라 증가하였다. 먼지층 형성 초기 단계에는 여과포의 공극내에서 단일섬유 주위에 먼지입자가 응집되어 수지상 형태로 부착형성되었고, 먼지부하가 증가하여 가교형성에 의해 먼지층 형성이 진행된다. 균일먼지층 형성단계는 먼지부하가 계속 증가하여 먼지층 형성에 의해 여과포의 공극이 완전히 채워지고, 여과포 전체표면에 먼지층이 일정하게 포집되는 단계로 진행되었다. 먼지통과율은 먼지부하 초기단계에는 여과속도 증가에 따라 급격하게 증가하였고, 먼지부하가 증가함에 따라 급격하게 감소하였다. 압력손실 및 먼지통과율은 먼지부하 및 여과속도와 같은 운전변수로 상관관계식을 도출하였다. 상관관계식으로부터 계산된 압력손실 및 먼지통과율은 실험치와 잘 일치함을 알 수 있었다. 부분집진효율은 먼지부하에 따라 증가하였다. Basic filtration characteristics including pressure drop, penetration and fractional collection efficiency were investigated for sintered metal fiber filters. Two filters were applied. It was found that the porosity, weight and thickness were same, the air permeability and filtering accuracy were different. The performance test of fabric filter was investigated using a flat sheet filter testing unit, which can be applied to the filter of 300×300 ㎜ size. The test dust was AC Fine Dust. The pressure drop increased with filtration velocity and dust loading. The initial stage of dust cake formation was a growing process of particle dendrites on a single filament in the pore and the second stage was a bridge formation process with increasing dust loading. The final stage was a process of constant deposition of dust on a fabric surface under heavy dust loading conditions. The penetration sharply increased with filtration velocity in the intial stage of dust loading. It sharply decreased with dust loading, but the rate of decrease gradually diminished under heavy dust loading conditions. The pressure drop and penetration have been correlated in terms of operating variables such as dust loading and filtration velocity. The pressure drop and penetration calculated from the correlation equation have been compared with the experimental data and the agreement between the two data was fairly good. The fractional collection efficiency increased with dust loading.