선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구는 새로운 연구방법인 연료의 이온화를 통해 배터리시스템의 화재 및 폭발의 현상을 이해하고 연소안정성(stability)을 향상시켜 직접적인 안전을 도모하고, 질산화합물이나 매연 등과 같은 대기오염물질의 생성정도를 밝혀 환경안전기술을 개발하는데 목적이 있다. 연료는 프로판을 이용하였으며 노즐 형태의 방전식 이온화장치를 사용하여 제트화염을 만들어 다양한 연소특성을 고려하였다.
- 매우 중요한 환경오염 물질이면서 일산화탄소와 같이 다른 하나의 불완전연소의 지표로서 사용되는 연소 생성물은 매연(soot)이다. 따라서 본 연구에서는 Fig. 6에서 조사된 CO의 특성을 검토하고 배터리 같은 전기기기의 동작에 치명적인 물질인 매연의 생성과 특성을 조사하였다. Table 1과 2에 순수 프로판과 이온화된 프로판의 매연생성을 중량법(gravimetric method)을 이용하여 측정된 결과를 나타내고 있다.
제안 방법
- 연소에서 발생하는 생성 가스를 분석하기 위해 4각뿔 형태의 후드를 진공펌프와 연결해 생성 가스를 포집하였다. 가스분석기(Model : Servormex 4100c)를 사용하여 산소와 일산화탄소 및 NOx의 농도를 분석하였다. 진공 펌프를 통해 포집된 매연을 포집하여 투과전자현미경(transmission electron microscopy, Tem)을 사용하여 매연입자의 형상을 관찰하였고, 열 중량 분석(thermal gravity analysis, TGA)을 실시해 매연의 특성변화를 관찰하였다.
- 4에서와 같이 확인 할 수 있다. 같은 장치 및 실험조건에서 이온발생기를 작동시켜 양이온 및 전자를 만들고 화염의 길이 및 형상을 관찰하였다. 하지만 화염의 밝기, 폭 및 축방향 길이 등 화염형상 변화는 이온화 전후에 없었다.
- 유량이 증가할수록 이온의 수밀도도 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 또한 프로판의 이온화 정도를 다른 연료와 비교해 보기 위해 메탄의 경우와 비교하여 보았다. 메탄의 경우도 Fig.
- Table 1과 2에 순수 프로판과 이온화된 프로판의 매연생성을 중량법(gravimetric method)을 이용하여 측정된 결과를 나타내고 있다. 본 실험에서는 필터시스템에 쿼츠 필터를 이용하여 포집 전후의 무게를 측정하여 같은 시간 동안 발생된 매연의 총량을 측정하는 방식이다9). 본 연구에서는 1분의 포집시간(sampling time)을 이용하였다.
- 본 실험에서는 필터시스템에 쿼츠 필터를 이용하여 포집 전후의 무게를 측정하여 같은 시간 동안 발생된 매연의 총량을 측정하는 방식이다9). 본 연구에서는 1분의 포집시간(sampling time)을 이용하였다. Table 1과 2에서와 같이 이온화연료의 매연양의 감소는 모든 유량에서 일관성 있게 확인된다.
- 7과 8은 일반 프로판 화염과 이온화된 프로판 화염에서 포집한 매연을 분석한 결과이다. 분석결과로 얻은 매연 질량의 변화를 미분하여 매연 질량 변화율을 함께 나타내었다. 일반 및 이온화 연료의 결과를 비교하면 최대 매연 질량 감소가 발생하는 온도가 일반 프로판 연료의 경우 약 640℃이지만 이온화 프로판 매연의 경우에는 약 670℃로서 이온화 연료의 매연의 최대질량손실 온도가 약 30℃ 더 높은 것을 확인 할 수 있다.
- 앞에서 측정한 이온화연료의 매연의 발생량 변화와 함께 화학적 특성의 변화를 고찰하기 위해 포집된 매연샘플의 열중량분석(TGA)을 실시하고 그 결과를 분석하였다. TGA 분석을 위한 매연입자의 포집은 앞의 필터시스템으로는 충분한 을을 얻을 수 없어 차가운 표면을 이용한 열영동(thermophoretic) 방법으로 얻었다.
- 따라서 본 연구는 새로운 연구방법인 연료의 이온화를 통해 배터리시스템의 화재 및 폭발의 현상을 이해하고 연소안정성(stability)을 향상시켜 직접적인 안전을 도모하고, 질산화합물이나 매연 등과 같은 대기오염물질의 생성정도를 밝혀 환경안전기술을 개발하는데 목적이 있다. 연료는 프로판을 이용하였으며 노즐 형태의 방전식 이온화장치를 사용하여 제트화염을 만들어 다양한 연소특성을 고려하였다. 이온화 연료의 특성으로서 시스템 안전과 관계되는 화염안정성과 환경 안전 인자인 NOx, CO 그리고 매연의 특성을 조사하였다.
- 이온의 양은 이온측정기(SUNJE, SICA-2)를 통해 측정하였다. 연소에서 발생하는 생성 가스를 분석하기 위해 4각뿔 형태의 후드를 진공펌프와 연결해 생성 가스를 포집하였다. 가스분석기(Model : Servormex 4100c)를 사용하여 산소와 일산화탄소 및 NOx의 농도를 분석하였다.
- 연료의 이온화는 이온발생기(SUNJE, SPN-11)를 사용하였다. 이온의 양은 이온측정기(SUNJE, SICA-2)를 통해 측정하였다. 연소에서 발생하는 생성 가스를 분석하기 위해 4각뿔 형태의 후드를 진공펌프와 연결해 생성 가스를 포집하였다.
- 연료는 프로판을 이용하였으며 노즐 형태의 방전식 이온화장치를 사용하여 제트화염을 만들어 다양한 연소특성을 고려하였다. 이온화 연료의 특성으로서 시스템 안전과 관계되는 화염안정성과 환경 안전 인자인 NOx, CO 그리고 매연의 특성을 조사하였다.
- 이온화된 연료의 연소특성을 조사하기 위해서는 먼저 Fig. 1의 이온발생기에서 생성된 이온의 양을 조사하였다. 본 연구에 사용된 실험방법에서는 제트의 유량에 따라 이온농도가 달라졌는데 그 결과를 Fig.
- 전체적인 화염의 겉보기 특성은 앞에서 살펴본 바와 같이 변화가 없었지만 다른 환경안전 지표인 연소생성물의 변화를 조사하였다. 먼저 제트화염의 후류(post flame region)에서 포집된 샘플의 가스분석을 통해 NOx와 CO 농도를 조사하였고 그 결과를 Fig.
- 이 그림에서 연소생성물의 농도는 15% 산소농도를 기준으로 환산하였다. 즉, Fig. 1과 같은 후드시스템을 이용한 포집에서는 실험조건별로 유입되는 주위 공기의 양이 모두 달라지므로 비교가 불가능하므로 가스분석기에서 측정된 산소농도로서 유입된 공기량을 추정하여 15% 산소농도로 환산하였다. 연료를 이온화한 경우 NOx 농도는 모든 유량범위에서 감소하고 CO의 경우 높은 유량에서 농도가 급격함 감소하였다.
- 가스분석기(Model : Servormex 4100c)를 사용하여 산소와 일산화탄소 및 NOx의 농도를 분석하였다. 진공 펌프를 통해 포집된 매연을 포집하여 투과전자현미경(transmission electron microscopy, Tem)을 사용하여 매연입자의 형상을 관찰하였고, 열 중량 분석(thermal gravity analysis, TGA)을 실시해 매연의 특성변화를 관찰하였다.
대상 데이터
- 1은 이온발생기(ionizer)를 이용한 이온화 연료의 연소 실험 계략도이다. 실험에 사용된 버너는 내경이 4.0 mm인 스테인리스강으로 제작 되었다. 연료 노즐은 튜브 벽으로부터 이온 흡수를 최소화하기 위해 가능한 짧게 설계하였다.
- 연료 노즐은 튜브 벽으로부터 이온 흡수를 최소화하기 위해 가능한 짧게 설계하였다. 연료는 순도 99.9%의 상용 메탄과 프로판을 사용 하였으며, 유량은 MFC(Mass Flow Controller)를 통해 제어하였다. MFC는 유량계로 보정하였으며 유량의 오차범위는 ±1% 미만이다.
- 화염을 촬영하고 분석하는 데에는 60 FPS의 캠코더(SONY, HXR-30N)를 사용하였다. 연료의 이온화는 이온발생기(SUNJE, SPN-11)를 사용하였다. 이온의 양은 이온측정기(SUNJE, SICA-2)를 통해 측정하였다.
- MFC는 유량계로 보정하였으며 유량의 오차범위는 ±1% 미만이다. 화염을 촬영하고 분석하는 데에는 60 FPS의 캠코더(SONY, HXR-30N)를 사용하였다. 연료의 이온화는 이온발생기(SUNJE, SPN-11)를 사용하였다.
이론/모형
- 앞에서 측정한 이온화연료의 매연의 발생량 변화와 함께 화학적 특성의 변화를 고찰하기 위해 포집된 매연샘플의 열중량분석(TGA)을 실시하고 그 결과를 분석하였다. TGA 분석을 위한 매연입자의 포집은 앞의 필터시스템으로는 충분한 을을 얻을 수 없어 차가운 표면을 이용한 열영동(thermophoretic) 방법으로 얻었다. Fig.
성능/효과
- 1) 실험에 사용된 이온화 시스템은 유량이 증가할수록 이온의 수밀도도 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 다른 연료인 메탄의 경우도 수밀도가 선형적으로 증가하지만 프로판의 이온화 정도에 비해 작음을 알 수 있다.
- 2) 화염의 밝기, 폭 및 축방향 길이 등 화염형상 변화는 이온화 전후에 없었다. 따라서 본 연구에서 사용된 이온화 농도는 높은 이온화정도에서 발생되는 플라즈마 단계 이전일 뿐 아니라 겉보기 화염의 특성을 변화시키지 않는 상대적으로 낮은 농도임을 확인 할 수 있었다.
- 3) 이온화 연료의 CO와 NOx의 농도가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. CO와 같은 불완전연소의 결과물인 매연의 특성을 중량법(gravimetric method)을 이용하여 측정한 결과 이온화연료의 매연양의 감소를 확인하였고 이는 연료의 이온화가 반응을 보다 활성화 함을 알 수 있다.
- 4) 포집된 매연의 TGA 분석에서 이온화 연료의 경우 매연 최대질량손실 온도가 약 30℃ 더 높은 것을 확인 할 수 있다. 또한 매연의 TEM 형상에서 이온화 연료의 매연이 훨씬 정형화 되어있고 성숙된 것을 확인할 수 있었다.
- 3) 이온화 연료의 CO와 NOx의 농도가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. CO와 같은 불완전연소의 결과물인 매연의 특성을 중량법(gravimetric method)을 이용하여 측정한 결과 이온화연료의 매연양의 감소를 확인하였고 이는 연료의 이온화가 반응을 보다 활성화 함을 알 수 있다.
- 하지만 화염의 밝기, 폭 및 축방향 길이 등 화염형상 변화는 이온화 전후에 없었다. 따라서 본 연구에서 사용된 이온화 농도는 높은 이온화정도에서 발생되는 플라즈마 단계 이전일 뿐 아니라 겉보기 화염의 특성을 변화시키지 않는 상대적으로 낮은 농도임을 확인 할 수 있었다.
- 4) 포집된 매연의 TGA 분석에서 이온화 연료의 경우 매연 최대질량손실 온도가 약 30℃ 더 높은 것을 확인 할 수 있다. 또한 매연의 TEM 형상에서 이온화 연료의 매연이 훨씬 정형화 되어있고 성숙된 것을 확인할 수 있었다. 이 결과는 모두 연료의 이온화가 매연의 성장을 촉진시킨다는 것을 의미한다.
- 그림에서 확인할 수 있듯이 이온화 연료의 매연이 훨씬 정형화 되어있고 성숙된 것을 확인할 수 있다. 이 결과는 앞의 TGA의 결과의 분석과도 일치하므로 연료의 이온화가 매연의 성장을 촉진시킨다는 것을 검증할 수 있다.
- 분석결과로 얻은 매연 질량의 변화를 미분하여 매연 질량 변화율을 함께 나타내었다. 일반 및 이온화 연료의 결과를 비교하면 최대 매연 질량 감소가 발생하는 온도가 일반 프로판 연료의 경우 약 640℃이지만 이온화 프로판 매연의 경우에는 약 670℃로서 이온화 연료의 매연의 최대질량손실 온도가 약 30℃ 더 높은 것을 확인 할 수 있다. 더 높은 온도에서 산화 된다는 것은 매연이 더 성장 또는 탄화가 진행됨을 의미하므로 연료의 이온화가 매연의 성장을 촉진시킴을 알 수 있다.
후속연구
- 기존 연구결과에 의하면 전자기 에너지가 반응 화학에 제공하는 대략적인 기구를 제시하고 있지만 열적(ohmic) 가열에 의한 화염 온도 증가와 여과된 상태의 화학종, 이온, 전자의 증가의 효과를 서로 구분하기가 실험적으로 매우 힘들어 독립적인 영향을 설명하는 것이 불가능 하였고, 따라서 실제 이용측면에서 설계인자를 도출할 수 있는 조건별 기구는 아직 밝혀지지 않았으며, 다양한 오염물질의 생성 등에 대해서도 많은 부분이 불명확하다8). 그러므로 이러한 전지가장학과 연소반응의 결합은 향후 큰 도전과제이며 더 많은 지식과 연구가 요구된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.