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망사 충전 고정층 반응기의 특성 : 농도 분포 Concentration Distribution
전해수,임종성,김봉현,박권필 한국화학공학회 1992 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.30 No.2
망사 충전물을 삽입한 촉매고정층 반응기에서 농도분포에 대하여 연구하였다. 에탄올 탈수 반응이 일어나는 활성알루미나 입자고정층 및 망사 충전물을 삽입한 고정층을 설치하여 유속분포가 다른 조건하에서 농도분포를 측정하였다. 기벽 인접 영역에서의 공극율의 불균일로 인해 유체유속분포와 농도분포가 불균일하지만 고정층에 망사 충전물을 삽입함으로 인해 농도분포를 균일하게 할 수 있었다. 공극율 및 망사 충전물의 삽입효과를 고려한 고정층 내 운동량 및 물질전달 지배방정식의 수치해로 구한 에탄올 출구농도는 에탄올 검류관으로 측정한 실험치와 비슷한 값을 보였다. The concentration distribution in a catalytic packed bed with packing was studied. The resistance to flow in the bed, packed with activated alumina particles to catalyze ethanol dehydration reaction, varied by inserting screen-packing and different size particle section. It was found that the velocity- and concentration-profiles were non-uniform due to the variation of void fraction near the wall. The effect of inserting the screen-packing in the bed enabled velocity- and concentration-profiles to be uniformly distributed over the bed. The governing equations for momentum- and mass-transport in the fixed bed and the fixed bed containing a screen-packing were numercasslly solved to demonstrate the effects of the void fraction and the screen-packing inserted in the bed. Effluent ethanol concentrations, measured by ethanol detector tube, were found to be varied with radial position in a manner consistent with the modeling equations.
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Ni3Al 금속간화합물 첨가에 따른 MCFC 용 다공성 Ni 소재 양극내 Ni 결정립 성장 억제특성
전해수,위정호,임준혁,김윤성 한국화학공학회 1999 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.37 No.1
주성분이 Ni 입자로 된 용융탄산염 연료전지 다공성 Ni 소재 양극에 4-10wt%의 Ni₃Al 금속간화합물을 첨가하여 소결함으로써 다공성 양극내 Ni 결정립 성장 억제에 대한 Ni₃Al의 영향을 조사하였다. 첨가된 Ni₃Al 금속간화합물의 Ni입계 이동 억제작용 및 Ni 입자 표면을 통한 확산에 따른 표면적 감소에 의하여 Ni 결정립 성장이 억제되어 비교적 작고 균일한 결정립으로 유지되었다. Ni결정립 성장속도는 순수한 다공성 Ni 양극에 비하여 상당히 낮아 소결시간의 0.22승에 비례하고 MCFC전극반응에 적합한 3-6㎛의 기공을 갖고 있음을 확인하였다. The effect of Ni₃Al on Ni grain growth inhibition were investigated by sintering experiment of MCFC porous Ni-base anode made of 4-10 wt% Ni₃Al intermetallic compound. Ni grain growth is retarded and Ni grain maintains small uniform size for Ni₃Al particle's pinning effect on Ni grain boundary movement and surface area reduction by surface diffusion between Ni particles. It is found that the Ni grain growth rate of porous anode included Ni₃Al follows the following kinetic law, G - G_o=Kt^m with m=0.22 which is lower value compared with that of pure Ni anode and the pore size is 3 to 6㎛ compatible with the electrochemical reaction of the MCFC.
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직접 내부개질형 MCFC 에서의 메탄 - 수증기 개질 반응 특성에 관한 연구
전해수,위정호 한국화학공학회 1997 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.35 No.3
직접 내부매질형 용융탄산염 연료전지의 anode에 직접 충전된 촉매층에서 메탄-수증기 개질 반응 특성에 대해서 연구하였다. 개질 반응촉매는 단위전지내 5㎝×5㎝크기의 anode판 밑에 충전되었고 1 atm, 650℃로 유지된 상태에서 메탄-수증기 흐름이 촉매층으로 유입되어 개질되면서 전극판에 평행으로 흐르고, 이 흐름 중에 포함된 H₂는 이 흐름에 수직 방향인 anode의 표면 및 기공내에서 반응, 소모된다. 따라서 개질 촉매층에서는 비평형 상태에서 반응이 진행되나. 우선 평형이 이루어진다는 조건하에서 그 조성계산을 수행하여 실제 비평형 상태와의 편기 정도에 의한 연료 이용을 계산하였다. 전지의 성능은 메탄을 연료로 사용하여 조업하였을 때 0.7V에서 140㎃/㎠의 전류밀도를 보여서 수소를 사용하였을 때와 큰 차이를 보이지 않았다. 또한 수증기-탄소비가 2.5의 조업조건에서 탄소침적이 없음을 확인하였다. 전극에서 연료의 이용률을 높이면 반응평형이 이동되어 평형계간 결과에서 예측한 바와 같이 연료의 효율이 높아짐을 알았다. Steam reforming reaction of methane in direct internal reforming molten carbonate fuel cell was studied. Every experiment was performed in 5 ㎝ by 5 ㎝ unit cell at 650℃ and 1 atm, and equilibrium composition calculation was performed simultaneously. The performance of the cell operated with methane showed 140 ㎃/㎠ current density at 0.7 V which differs little from the performance of the cell operated with hydrogen. The stable operating conditions with no risk of carbon deposition on catalysts could be estimated from the equilibrium composition calculation and confirmed by experiments. The risk of carbon deposition could be ruled out in the S/C ratio range above 2.5. As utilization is raised in the electrode high fuel efficiency could be obtained by the shift of steam reforming reaction equilibrium as expected from the result of the calculation.
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용융탄산염연료전지의 anode 반응에서 물질전달의 영향
전해수,박권필 한국화학공학회 1995 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.33 No.6
용융탄산염연료전지에서 anode의 수소산화 반응에 미치는 물질전달의 영향을 규명하기 위해, 정상상태 분극실험으로 반응물과 생성물의 확산영향을 보았고, Ni 및 Ni-Al anode의 금속투과 수소확산계수를 정전류기법 (galvanostatic method)으로, 그리고 이들의 교환전류밀도를 전이상태 분극실험으로 구하였다. 생성물과 반응물의 확산이 anode의 반응속도에 비슷한 정도로 영향을 주었으며, 알루미늄이 니켈에 첨가됨으로 인해 금속투과 수소의 확산계수와 교환전류밀도가 감소됨을 확인하였고 그리고 수소 확산속도 감소에 따라 교환전류밀도도 감소됨을 알 수 있었다. The effect of mass transfer on the hydrogen oxidation reaction at molten carbonate fuel cell (MCFC) anode were studied. The effects of reactant diffusion and of products diffusion on the rate of the anode racoon were studied with steady-state polarization experiment. The exchange current densities of Ni-anode, Ni-Al anode were obtained by a transient method and diffusivities of hydrogen through these anodes were measured by galvanostatic method in MCFC anode half cell. The effect of products diffusion on the rate of anode reaction was same that of reactant diffusion. It was found that the diffusivities of hydrogen and the exchange current densities of the anodes were decreased by adding aluminum into the nickel anode. It was seemed that decrease of exchange current densitiy resulted from decrease of hydrogen diffusivity through the anode.
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전해수,최대기,이윤용,김재덕,임종성,조정식,이경록 한국화학공학회 1993 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.31 No.4
초임계유체상과 액상 모두를 계속해서 순환시키는 circulation type의 고압상평형장치를 이용하여 CO₂-C₂H_5-OH-H₂O계 및 CO₂-C₂H_5OH계에 대한 고압상평형실험을 수행하였으며, 에탄올을 고농도로 농축하기 위한 조건을 조사하였다. 그 결과 액상에탄올 고농도영역에서도 기-액 2상이 공존하기 위한 조건, 즉 각 온도에서 계의 압력이 CO₂-C₂H_5OH계의 임계압력(P_(c, m) = 0.1203T-29.44)이하일 때, 에탄올-물의 상압공비조성(89.4 ㏖%)이상으로 에탄올농축이 가능함을 알 수 있었다. 또 에탄올의 물에 대한 분리계수 및 초임계유체상으로의 에탄올용해도 관계를 조사한 결과, Patel-Teja 상태방정식을 이용하여 구한 계산치는 실험치와 정량적으로 많은 오차를 보였지만 정성적으로는 유사한 경향을 나타냄을 알 수 있었다. High pressure vapor-liquid equilibria for CO₂-C₂H_5OH-H₂O and CO₂-C₂H_5OH systems were measured using a circulation type of apparatus in which both vapor and liquid phase were continuously recirculated. The conditions to obtain the high ethanol concentration were also investigated. It was possible to concentrate ethanol above the atmospheric ethanol-water azeotropic composition(89.4 ㏖%) when the system pressure was below the critical pressure(P_(c, m) = 0.1203T-29.44) of CO₂-C₂H_5OH system at which vapor-liquid two phases were coexisted at the ethanol high concentration regime. In the relationships between separation factor(ethanol to water) and ethanol solubility in the supercritical fluid phase, it was found that the calculated values by Patel-Teja equation of state had same errors quantitively with the experimental data, but qualitively represented the similar tendencies.
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