고분자 전해질 연료전지에서 전기화학반응 열생성에 의한 열전달특성

한상석,이필형,이재영,박창수,황상순,Han, Sang-Seok,Lee, Pil-Hyong,Lee, Jae-Young,Park, Chang-Soo,Hwang, Sang-Soon 한국전기화학회 2008 한국전기화학회지 Vol.11 No.4

고분자 전해질 연료전지의 구성요소인 기체 확산층(Gas Diffusion Layer)은 반응물을 채널에서 MEA로 전달하며 동시에 생성물을 MEA에서 채널로 전달하는 역할을 한다. 기체 확산층의 기체 투과도가 클수록 기체 확산층을 통과하는 반응기체의 양이 증가하여 고분자전해질 연료전지 성능이 향상되며 물질전달과 함께 열전달이 이루어지기 때문에 생성열에 의한 MEA의 온도상승을 억제해준다. 본 연구에서는 기체 확산층의 기체투과도를 달리하여 전기화학 반응과 열 생성을 고려한 3차원 수치해석 모델을 통해 동일 반응면적을 가지는 직선형 채널과 곡사형 채널에 대해 열전달 및 물질전달 특성을 분석하였다. 수치해석 결과 직선형 채널의 경우 곡사형 채널에 비해 기체 확산층의 기체투과도에 따른 성능 변화가 크지 않았다. 이러한 이유는 직선형 채널에서 주된 물질전달은 확산에 의해 이뤄지기 때문이다. 곡사형 채널의 경우 기체투과도가 높을수록 대류에 의한 물질전달로 원활한 물질전달이 이뤄졌기 때문에 연료전지 성능이 증가 되었으며 원활한 물질전달이 열전달을 촉진하여 MEA의 온도를 낮추었다. 또한 곡사형 채널에서는 기체투과도가 작아질수록 확산에 의한 물질 및 열전달 특성을 보여주었다. GDL(Gas Diffusion Layer) is one of the main components of PEM fuel cell. It transports reactants from the channel to the catalyst and removes reaction products from the catalyst to the channels in the flow filed plate. It is known that higher permeability of GDL can make it possible to enhance the gas transport through GDL, leading to better performance. And MEA's temperature is determined by gas and heat transport. In this paper, three dimensional numerical simulation of PEM fuel cell of parallel channel and serpentine channel by the permeability of GDL is presented to analysis heat and mass transfer characteristics using a FLUENT modified to include the electrochemical behavior. Results show that in the case of parallel channel, performance variation with change of permeability of GDL was not so much. This is thought because mass transfer is carried out by diffusion mechanism in parallel channel. Also, in the case of serpentine channel, higher GDL permeability resulted in better performance of PEM fuel cell because of convection flow though GDL. And mass transfer process is changed from convection to diffusion when the permeability becomes low.

GDL Permeability에 따른 고분자 전해질 연료전지의 물질전달 및 열전달 특성에 관한 연구

한상석(Sang Seok Han),이필형(Pil Hyong Lee),박창수(Chang Soo Park),이재영(Jae Young Lee),황상순(Sang Soon Hwang) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.11

Among the main components of PEM fuel cell, the functions of GDL are to transport reactants from the channel to the catalyst and remove reaction products from the catalyst and transport heat from the catalyst to the channels in the flow filed plate. Permeability of GDL is known to make it possible to enhance the gas transport through GDL, devoting to get better performance. In this paper, three dimensional numerical simulation of the fuel cell by the permeability of GDL is presented by using a FLUENT modified to include the electrochemical behavior. Results show that as permeability is higher than 10?¹²㎡, gradients of temperature distribution, oxygen molar concentration and current density distribution in MEA were decreased. Although heat generation was increased as high permeability, MEA's temperature was lower than the low permeability of GDL. This seems because that convection was higher affects in mass and heat transfer process than diffusion as permeability of GDL is increases.

통계 분석을 이용한 인버터용 전동기의 절연신뢰성에 영향을 주는 주요 변수의 상관관계 분석

한상석(Han, Sang-Seok) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.4

산업용전동기는 신뢰성을 바탕으로 설계 및 제작되어 상용전압에 대한 기기의 신뢰성은 충분히 검증되어 있지만 스위칭 소자에 의해 주어지는 펄스상의 전압에 대하여는 신뢰성을 확보하지 못하고 있다. 본 연구에서는 인 버터용 전동기의 신뢰성에 영향을 미치는 각종 변수(케이블의 길이, 단자전압, 습도, 온도, 스위칭 주파수 등)들을 검 토하고 각 변수들 간의 상관관계를 실험을 통하여 분석하고 이를 통하여 전동기의 신뢰성을 예측할 수 있는 자료를 확보하여 인버터용 전동기의 신뢰성을 제고하고자 한다. An industrial growth needs high quality of productivity and accuracy. So, the needs of power electronics became pressing. Recently both interest and demand about the technique of power electronics systems has been increased. Though power electronics has a lot of strong point, there are several problems which are harmonic effect, EMI(Electromagnetic Interference), malfunction of electric machinery, harmful effect on human, audible noise and so on. Because these problem are a potent influence on motor, so there needs the manufacture and redesign of motor. The real motors of industrial application have designed and manufactured on the basis of confidence. The study on motor using utility power source was verified sufficient to identify confidence of electric machinery on utility power source. However, a study on confidence is in progress about pulse source by switching device. An advanced company are studying to solve this problem. In this research, it is studied that each variables effecting motor reliability have correlation through experiment and more over forecasting the reliability of motor under inverter operation.

학생들의 생활공간인 교실에 감성조명 적용을 위한 LED 형광등 개발연구

한상석(Han, Sang-Seok) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.9

본 논문은 친환경적이며 차세대 광원인 LED 광원을 이용한 감성조명 LED 형광등을 개발하여 학생들의 학 교생활 공간인 교실에 필요한 안정성과 활동성을 주는 교실조명을 만들어 보고자 하는데 목적이 있다. 감성조명 LED 형광등의 설계는 색상변환용 제어 컨트롤러, LED램프에 안정한 전원을 공급하기 위한 구동시스템, LED램프 및 램프 를 구성하기 위한 PCB판, 케이스 등으로 구성하여 설계하였다. 설계된 감성조명용 LED 형광등의 시제품을 개발하였 으며, 실험을 통하여 개발된 시스템의 동작과 필요한 색상을 얻을 수 있음을 증명하였다. This study aims to make class lighting that gives classroom to stability and activity. For the purpose, we develop a emotional lighting LED using LED source which is a environment-friendly and the lighting fo the next generation. We composed emotional lighting LED as controller for color conversion, power supply for supplying LED lamp a stable power, PCB board for LED lamp and lamp and case. We developed designed emotional lighting LED and proved that the system works and one can get intended color

OSGi 기반 USB 단말기 시스템을 이용한 ADHD 간편검사

한상석(Han, Sang-Seok),이창구(Lee, Chang-Goo) 한국산학기술학회 2008 한국산학기술학회논문지 Vol.9 No.3

최근 유비쿼터스가 최대의 화두로 떠오르고 있다. 새로운 지식 정보와 경쟁력 강화를 위한 유비쿼터스 컴퓨팅 혁명은 기술 활용 체제라는 새로운 패러다임 전환과 이에 따른 대대적 변화를 예고하고 있다. 또한, u-러닝 기반여건과 학습 장애상황들을 극복하기 위해서는 기술 공학적으로 상당히 접근되어 있는 시스템과 생활 지도 측면의 검사가 반드시 필요하다. 본 논문에서는 OSGi(Open Service Gateway Initiative)에 기반을 둔 USB (Universal Serial Bus) 단말기 시스템을 이용하여 초등학교에서 증가 추세이며 반드시 해결해야 할 주의력 결핍 및 과잉장애(Attention Deficit Hyperactivity Disorder, 이하 ADHD)에 대한 간편검사를 구현하였다. OSGi 기반 USB 단말기 시스템은 다수의 USB 단말기들과 OSGi를 탑재한 서버가 고속의 USB 버스를 이용하여 네트워크를 구축한 다양한 유비쿼터스 시스템으로 정보의 보호, 네트워크의 안전성, 비용 절감 및 유지 보수가 용이함, 주의 집중력 향상 등의 장점이 있고, ADHD는 조기 진단과 치료가 절실하기 때문에 본 논문에서 다루게 되었다. OSGi 기반 USB 단말기 시스템을 활용한 ADHD 간편검사를 통하여 지필 검사의 단점을 보완하고 컴퓨터를 이용한 검사의 문제점을 해결할 수 있었으며, 학생 지도에 도움을 줄 수 있는 시스템 적용을 확인하였다. 본 논문 결과에 비추어 학교에서 공식적으로 실시하는 인성검사나 지능검사와 일반 시험문제 풀이 그리고 수준별 학습용 시스템, 맞춤형 설문 조사 프로그램, 장애인을 위한 학습 시스템, 다수가 같이 하는 게임시스템으로도 사용이 가능하다. Recently, the ubiquitous is handled by maximum topic. New knowledge information and ubiquitous computing evolution have promoted new paradigm transfer and grand change. Also, need technology as powerful engineering approached fairly system and educational guidance side examination necessarily to overcome u-Learning base situation and studying obstacle situations. This treatise embodied handiness examination about attention shortage and excess obstacle (Attention Deficit Hyperactivity Disorder, low ADHD) who must solve so as to be square and level being increase trend in primary school using USB (Universal Serial Bus) terminal system that allow fetters to OSGi (Open Service Gateway Initiative). That OSGi base USB terminal system is easy preservation of information, safety of network, cost-cutting and maintenance by various ubiquitous system that server that load many USB terminals and OSGi uses an USB bus of high speed and construct network, there is advantage of concentration elevation and so on of week and ADHD handled in this treatise because early diagnosis and treatment are serious. The confirmed system application that can supplement paper and pens examination's shortcoming and could solve examination's problem which use computer, and help in student guidance through ADHD simpleexamination who utilize OSGi base USB terminal system. Is available by game system that system for human nature examination or intelligence test and general exam explaining and level studying, order style question investigation program, studying system for disabled person, majority that enforce in public in school this study finding does together.

분산전원의 계통연계를 위한 디젤발전기의 부하변동에 따른 제어기 개발연구

한상석(Sang-Seok Han),한후석(Hoo-Sek Han),이창구(Chang-Goo Lee) 한국조명·전기설비학회 2008 조명·전기설비학회논문지 Vol.22 No.5

일반적으로 비상시 전원으로 디젤발전기를 가장 많이 사용하고 있으며, 하이브리드 전원소스(상용전원, 축전지, 연료전지, 태양전지 등)를 사용하여 부하에 안정적인 전력을 공급하기 위한 방법들이 연구되어지고 있다. 최근 비상시 전원으로 가장 많이 사용하고 있는 디젤발전기의 역할이 아주 중요하게 여겨지며, 운영부하에 따라서도 유연하게 동작되어야 하고, 신뢰성도 확보되어야 한다. 따라서 본 연구에서 부하 변동에 따른 최대전력 추종제어 기능이 가능하고, 고조파 억제 기능 및 안정주파수 유지기능이 가능하도록 부하 변동에 따른 디젤발전기의 제어기에 대하여 논하고자 한다. Diesel generator is most widely used for supplying of emergency electrical power. There have been extensive research efforts to develop ways to ensure stable electrical power delivery to the loads using hybrid power sources, such as power source, storage batteries, fuel cells and solar cells. Furthermore, as the role of these diesel generators for emergency electrical power supply has recently become very important, they should assure high reliability and flexibility according to the operation load. Therefore, in this paper, we introduce a controller to be used in diesel generator toenable tracking control of maximum power according to the load variation and suppressing high-order hannonics while maintaining stable frequency.

통계 분석을 이용한 인버터용 전동기의 절연신뢰성에 영향을 주는 주요 변수의 상관관계 분석

한상석(Han Sang-Seok),한후석(Han Ho-sek) 대한전기학회 2009 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2009 No.10

산업용전동기는 신뢰성을 바탕으로 설계 및 제작되어 상용전압에 대한 기기의 신뢰성온 충분히 검중되어 있지만 스위칭 소자에 의해 주어지는 펄스상의 전압에 대하여는 신뢰성을 확보하지 못하고 있다. 본 연구에서는 인버터용 전동기의 신뢰성에 영향을 미치는 각종 변수(케이블의 길이, 단자전압, 습도, 온도, 스위칭 주파수 등)들을 검토하고 각 변수들 간의 상관관계를 실험을 통하여 분석하고 이를 통하여 전동기의 신뢰성을 예측할 수 있는 자료를 확보하여 인버터용 전동기의 신뢰성올 제고하고자 한다.

유동방향 변화에 따른 고분자 전해질 연료전지의 성능 및 전달특성에 대한 3차원 수치해석적 연구

이필형,한상석,황상순,Lee, Pil-Hyong,Han, Sang-Seok,Hwang, Sang-Soon 한국전기화학회 2008 한국전기화학회지 Vol.11 No.1

Many researches for effects of different flow configurations on performance of Proton Exchange Membrane Fuel Cell have extensively been done but the effects of flow direction at the same flow channel shape should be considered for optimal operation of fuel cell as well. In this paper a numerical computational methode for simulating entire reactive flow fields including anode and cathode flow has been developed and the effects of different flow direction at parallel flow was studied. Pressure drop along the flow channel and density distribution of reactant and products and water transport, ion conductivity across the membrane and I-V performance are compared in terms of flow directions(co-flow or counter-flow) using above numerical simulation method. The results show that the performance under counter-flow condition is superior to that under co-flow condition due to higher reactant and water transport resulting to higher ion conductivity of membrane. 고분자 전해질 연료전지의 성능향상을 위한 방법으로 유동채널의 형상을 변경한 많은 연구가 진행되어 왔으나 동일한 유동채널 형상에서 유동방향 변경에 따른 연구는 많이 진행되지 못하였다. 본 연구에서는 동일한 반응면적과 동일한 유동채널의 고분자 전해질 연료전지의 수소와 산소의 유동방향을 Co-flow에서 Counter-flow로 변경될 경우의 연료전지의 성능변화를 분석하기 위하여 연료극과 공기극이 포함된 3차원 수치해석모델을 개발하였다. 개발된 수치해석모델을 활용하여 Co-flow와 Counter-flow의 유동채널 내부의 압력손실, 반응물질의 농도분포, 고분자 전해질 막을 통한 Water Transport, 고분자 전해질 막의 이온전도도 및 I-V 성능곡선을 비교하였다. 그 결과 반응물질의 농도분포, Water Transport, 고분자 전해질 막의 이온전도도가 우수한 Counter-flow 유동조건에서의 성능이 Co-flow 유동조건에 비하여 더욱 우수하였다.

시신경염의 진단에 있어 지방과 액체를 동시에 억제한 SPIR-FLAIR 영상의 유용성: 지방억제 SPIR 혹은 STIR 영상과의 비교

은충기,한상석,Eun, Chung-Gi,Han, Sang-Seok 대한영상의학회 2001 대한영상의학회지 Vol.45 No.6

목적:시신경염(optic neuritis)의 진단시 유용한 소견 중 하나인 시신경에서의 고신호강도의 유무를 판정함에 있어서,지방억제 영상인 SPIR(selective partial inversion recovery)혹은 STIR(short inversion time inversion recovery)과 비교하여 지방과 액체를 동시에 억제한 SPIR-FLAIR(selective partial inversion recovery-fluid attenuated inversion recovery)영 상의 유용성을 알아보고자 하였다. 대상과 방법:시력 저하를 주소로 내원한 환자 중 임상증상, 시력 및 시야 검사, 시력유발전위치를 시행하여 임상적으로 시신경염으로 진단된 14명 환자(양측성 2명, 편측성 12명)의 16예의 병변을 대상으로 하였고 남녀비는 7:7이었으며 19-75세(평균연령:40세)의 연령분포를 보였다. 자기공명영상은 증상 발현 후 2-14일이내에 시행하였으며, 1.5T 자기공명영상기기를 이용하여 SPIR-FLAIR기법은 14명의 모든 환자에서, 지방억제 영상 중 12명은 SPIR기법으로, 나머지 2명은 STIR기법을 이용해 영상을 얻었다. 시신경을 중심으로 시신경의 종축에 수직이되도록 관상(coronal)영상을 얻었다. 영상의 비교 분석을 위해 두 명의 신경방사선과 전공 전문의가 무작위로 섞인 대상군에서 임상 정보 없이 육안적인 방법만으로 시신경에서의 고신호강도 유무를 판정하였고, 이 때 두 영상 방법에서 판독자간의 판정의 일치율과 판정시 더 유용하였던 영상 방법을 조사하였다. 시신경에서의 고신호강도의 판정 기준은 반대쪽 시신경이나 대뇌 백질의 신호 강도보다 유의하게 증가된 경우로 하였다. 결과:시신경염 환자의 16예의 병변 중 시신경에서 고신호강도 판정율은 지방과 액체를 동시에 억제한 SPIR-FLAIR 영상에서는 평균 90%,지방억제 SPIR 혹은 STIR 영상에서는 평균 59%였다. SPIR-FLAIR 영상에서는 시신경이 정상으로 판정되었으나 지방억제 SPIR 혹은 STIR 영상에서 고신호 강도를 보였던 경우는 한 예도 없었다. 판독자간의 판정의 일치율은 SPIR-FLAIR 영상과 지방억제 SPIR 혹은 STIR 영상에서 각각 94%였다. 그리고 진단시 지방과 액체를 동시에 억제한 SPIR-FLAIR 영상이 더 유용했다고 응답한 경우는 판독자별로 각 각 81%와 75%였다. 결론:시신경염 환자의 시신경에서 관찰되는 고신호강도의 육안적 판정율은 지방과 액체를 동시에 억제한 SPIR-FLAIR 영상이 지방억제 SPIR 혹은 STIR 영상보다 매우 높았다. 따라서 앞으로 시신경염의 자기공명영상진단에 지방과 액체를 동시에 억제한 SPIR-FLAIR 영상이 지방억제 SPIR 혹은 STIR 영상보다 유용한 검사법으로 생각한다. PURPOSE: To compare the usefulness of combined fat- and fluid-suppressed selective partial inversion recovery-fluid attenuated inversion recovery(SPIR-FLAIR) images in the detection of high signal intensity of the optic nerve in optic neuritis with that of fat-suppressed selective partial inversion recovery(SPIR) or short inversion time inversion recovery(STIR) images. MATERIALS AND METHODS: Two radiologists independently analyzed randomly mixed MR images of 16 lesions in 14 patients (M:F=7:7; mean age, 40years) in whom optic neuritis had been clinically diagnosed. All subjects underwent both SPIR-FLAIR and fat-suppressed SPIR or STIR imaging, in a blind fashion. In order to evaluate the optic nerve, coronal images perpendicular to its long axis were obtained. The detection rate of high signal intensity of the optic nerve, the radiologists' preferred imaging sequences, and intersubject consistency of detection were evaluated. 'High signal intensity' was defined as the subjective visual evaluation of increased signal intensity compared with that of the contralateral optic nerve or that of white matter. RESULTS: The mean detection rate of high signal intensity of the optic nerve was 90% for combined fat- and fluid-suppressed SPIR-FLAIR images, and 59% for fat-suppressed SPIR or STIR images. In all cases in which the signal intensity observed on SPIR-FLAIR images was normal, that on fat-suppressed SPIR or STIR images was also normal. The radiologists preferred the contrast properties of SPIR-FLAIR to those of fat-suppressed SPIR or STIR images. CONCLUSION: In the diagnosis of optic neuritis using MRI, combined fat- and fluid-suppressed SPIR-FLAIR images were more useful for the detection of high signal intensity of the optic nerve than fat-suppressed SPIR or STIR images. For the evaluation of optic neuritis, combined fat- and fluid-suppressed SPIR-FLAIR imaging is superior to fat-suppressed SPIR or STIR imaging.

전기화학반응을 수반한 유로채널 형상에 따른 마찰계수에 대한 연구

조선아,이필형,한상석,최성훈,황상순,Cho, Son-Ah,Lee, Pil-Hyong,Han, Sang-Seok,Choi, Seong-Hun,Hwang, Sang-Soon 한국전기화학회 2007 한국전기화학회지 Vol.10 No.4

주어진 연료전지면적에서 반응면적이 넓을수록 성능이 향상되는 연료전지는 좁은 폭의 채널을 여러 개 존재하게 하는 구조를 선호하지만 채널 폭이 좁아질수록 압력이 커지는 문제가 고려되어져야 한다. 그러나 현재 채널 구조에 따른 압력에 대한 연구는 많이 진행되어져 왔지만 대부분 반응을 고려하지 않았으며, 반응을 고려한 경우에 어떤 경향을 나타내는지 알아보는 것이 연료전지 유로설계에 있어 매우 중요하다. 본 논문에서 화학반응을 고려한 평행류, 90도 밴드형, serpentine 세가지 종류의 유로채널를 가진 연료전지를 수치 해석하여 반응을 고려하지 않은 경우와 마찰계수(fRe), 속도, 압력강하를 비교하여 본 결과 parallel과 bend 형태의 채널은 반응을 고려한 경우 반응에 의한 밀도의 감소에 따라 근소하게 감소한 것을 알 수 있었다. 그러나 serpentine채널은 다공성매체인 확산층을 통해 인접한 채널로 가스가 이동하는 bypass flow 영향에 의하여 상대적으로 낮은 압력강하를 나타내는 것을 알 수 있었다. The performance of fuel cell is enhanced with increasing reaction surface. Narrow flow channels in flow plate cause increased pumping power. Therefore it is very important to consider the pressure drops in the flow channel of fuel cell. Previous research for pressure drop for micro channel of fuel cell was focused on effects of various configuration of flow channel without electrochemical reaction. It is very important to know pressure loss of micro flow channel with electrochemical reaction because fluid density in micro channel is changed due to chemical reaction. In this paper, it is investigated that the pressure drops in micro channel of various geometries at anode and cathode with electrochemical reaction and compared them to friction coefficient (fRe), velocity, pressure losses for corresponding non reacting flow channel. The results show that friction factors for cold flow channel could be used for parallel and bended flow channel for flow channel design of fuel cell. In the other hand, pressure drop for serpentine flow channel is the lowest among flow channels due to bypass flow across gas diffusion layer under reacting flow condition although its pressure drop is highest for cold flow condition.