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금속/플라스틱 경량 분리판을 이용한 직접메탄올 연료전지 스택의 제작과 성능특성에 관한 연구
직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC) 시스템 기술개발에는 막전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)의 성능 향상과 가격 저감, 스택과 시스템의 경량화와 성능 안정화 기술 등이 필요하다. 요소기술로는 스택(Stack)에 필요한 기본 구성품인 MEA, 촉매, 전해질 막, 분리판(Bipolar Plate, BP) 제조기술 등이 있으며, 주변 기술로는 시스템 구성에 필요한 구성품(Balance of Plants, BOP), 시스템 운전제어 기술이 있다. DMFC 시스템의 구성과 경량화를 위해서는 핵심 구성품인 스택의 경량화와 소형화 기술이 중요하다. 특히 경량 스택을 설계하기 위해서는 경량 소재를 적용한 스택의 설계기술과 제작기술이 필요하다. BP는 DMFC의 요소부품으로서 단위전지 사이의 연료와 공기의 혼합을 방지하고 전기적인 회로를 연결하는 역할을 하며 반응 생성물과 잔류물의 제거통로, 전류 집전체(Current Collector)의 기능을 한다. 스택을 주로 많이 사용되는 흑연계 BP는 스택 중량의 약 55% 이상을 차지하며 기계적 강도와 중량 특성에 한계가 있어 스택의 기계적 물성 향상과 경량화에 문제가 되어왔다. 따라서 DMFC의 출력 밀도(Power Density, W/L), 비 출력(Specific Power, W/kg) 및 가격($/kW) 관점에서 가능한 한 저가의 소재 및 경량화가 이루어져야 하는 핵심 부품이다. 이러한 DMFC용 BP는 높은 전기 전도도, 전기화학적 부식 저항성, 화학적 안전성, 가스 기밀성, 기계적 강도 및 가공성 등의 요구 조건이 필요하다. BP 재료로 흑연, 고분자 복합체인 흑연 복합체와 스테인리스 스틸 등의 금속 재료 등이 주로 사용되고 있다. 흑연 복합체는 저밀도이며 화학적 안정성이 우수하지만, 기계적 특성과 전기 전도성이 낮은 단점이 있다. 스테인리스 스틸(Stainless Steel, STS) 소재와 같은 금속 재료는 기계적 가공성, 가격, 기계적 강도, 전기 전도성은 우수하지만, DMFC의 작동 시 부식성 환경에서의 금속 부식에 의한 고분자 전해질 막의 오염 및 BP 표면에 비저항이 높은 산화막을 형성함으로써 DMFC의 전체적인 효율을 저하하는 문제점이 있다. 따라서 스택의 경량화 및 소형화에 적용하기 위하여, 스택의 내구성 저하를 최소화시킨 경량 BP 설계 및 제작이 필수적으로 이루어져야 한다. 본 연구에서는 경량 스택 설계를 위하여 경량 소재 개발 및 제작기술을 개발하고자 하였다. DMFC의 핵심 구성 품에 해당하는 스택의 경량화와 기계적 안정성을 향상하기 위하여 기존의 흑연 BP 대신에 0.075 혹은 0.1 mm 두께의 금속 박판(STS-470FC)과 폴리프로필렌 (Polypropylene, PP) 소재 BP로 구성된 금속/플라스틱(PP) BP를 사용하는 스택을 설계하였다. 또한, 기존의 카본 BP와 금속/플라스틱(PP) BP를 사용하여 각각 소면적과 대면적 BP를 제작하고 이를 사용하여 각각 25 W와 500 W급 스택을 구성하고 DMFC의 작동 및 성능특성 개선에 관한 연구를 병행하였다. 스택의 경량화와 출력 특성을 평가하기 위하여 금속/플라스틱(PP) BP 적용 단위전지의 제작 및 성능평가, 그리고 소형 및 대형 스택의 성능평가 및 장기 운전 평가를 수행하였다. 경량화와 기계적 안정성 향상이 가능한 금속/플라스틱(PP) BP는 소면적 BP(전극 활성 면적: 13.7 cm2, 3.6×3.8 cm2)과 대면적 BP (전극 활성 면적: 110 cm2, 8.8×12.5 cm2)의 2가지로 제작하였다. 개발한 경량 소면적 BP를 사용하여 25 W급 스택 그리고 대면적 BP를 사용하여 500 W급 스택을 설계하고 제작하여 스택의 출력성능 평가 및 특성 분석을 실시하고 기존 카본 BP 스택과 출력 및 중량/부피 등을 비교 분석하였다. 본 연구에서 사용한 소면적 금속/플라스틱(PP) BP의 중량은 3.69 g으로 두께 2 mm 카본 BP의 중량을 100%로 기준으로 정하면 카본 BP의 61.9% 중량을 가졌다. 또한, 스택의 정격 출력은 설계에서 각각 예측한 25 W/500 W 이상의 정격 출력을 보였다. 스택을 장기 운전하는 동안에 연료 이용률은 30분 단위로 메탄올 원액의 소비량을 측정하여 2시간 동안 소비되는 메탄올양은 627.3 g이었으며(시간당 메탄올 소비량은 313.65 g), 연료 이용율은 75.7%였다. 따라서 스택의 감량무게(40%), 25 W/500 W 이상의 정격 출력을 얻었다. 이를 통하여 박판형 경량 소재 및 가공기술을 적용한 경량 DMFC 스택 제작용 금속/플라스틱(PP) BP을 설계 제작하여 경량 DMFC 스택 제작을 위한 최적 형상을 제시하였다. 최종적으로 제작된 금속/플라스틱(PP) BP는 카본 BP보다 중량이 약 35% 감소하였으며, 소면적 금속/플라스틱(PP) BP 사용 34셀 스택은 최대 출력밀도 69.9 mW/cm2와 정격출력 61.6 mW/cm2 이었고, 대면적 금속/플라스틱(PP) BP 사용 70셀 스택 최대출력밀도 70.5 mW/cm2와 정격출력 밀도 68.9 mW/cm2을 달성하였다. 이들을 적용한 경량 스택의 제작 가능성을 확인하였다. 그리고 대면적 카본 BP와 금속/플라스틱 BP를 사용한 70셀 스택은 BP의 크기는 동일하지만 스택의 중량이 각각 5.17 kg과 3.26 kg이었으며, 금속/플라스틱(PP) BP 사용 스택이 카본 BP 사용 스택보다 37% 정도 경량화가 되었다. 또한 금속/플라스틱(PP) BP 사용한 스택의 출력특성은 166.7 W/kg의 최고출력과 162.8 W/kg의 정격출력을 보였으며, 카본 BP를 사용한 스택(최고 출력 106.3 W/kg과 정격출력 87.0 W/kg) 보다 높은 값을 달성하였다. 이러한 결과로부터 기존 카본 BP의 기존 단점을 극복하고자 개발한 새로운 디자인의 금속/플라스틱 경량 분리판을 스택에 적용하여 스택의 성능평가를 진행한 결과 스택의 경량화와 함께 DMFC용 BP로 적용 가능하다는 것을 검증할 수 있었다.
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<시사매거진 2580>의 영상기법과 현실구성에 관한 연구
전광선 漢陽大學校 言論情報大學院 1999 국내석사
본 연구는 심층보도 프로그램인 <시사매거진 2580>의 영상기법의 특징이 무엇이고, 이 기법이 현실고발과 개선을 추구하는 제작 목표와 어떤 방식으로 조응하는가를 알아보고자 하였다. 이를 위해 1999년 1월부터 1999년 9월까지 방영된 아이템의 주요 소재 및 사안에 접근하는 형식, 사안 접근의 목적을 파악하였다. 보도 형식의 경우 수사자적 접근 방법, 관찰자적 접근방법, 분석자적 접근방법으로 설정하였으며, 보도 목적의 경우는 고발의도 아이템과 가십적 아이템, 문제제기 의도의 아이템으로 설정하였다. 또한 영상 기법의 특징이 무엇인가를 알아보기 위해 1999년 4월부터 9월까지 96회 아이템을 분석하여 주요 영상기법, 카메라기법, 인터뷰 방식, 음성 변조 등이 사용되는 특징을 파악하였다. 프로그램 제작 목표와 영상기법의 조응방식을 분석하기 위해 세가지 연구문제를 선정하였다. 연구 문제 1인 심층보도 프로그램으로서의 특징을 소재와 기사 구성을 통해 살펴보았다. 첫째, 주요 소재는 시사적이고, 현실에서 이슈가 된 사안을 주로 보도하며, 문화, 경제/산업/기술/과학 관련 분야, 인간적 흥미와 관련된 소재가 주류를 이루었다. 둘째, 주요 아이템의 문제제기 방식이 고발형보다는 가십적 방식과 세태 흐름 지적 방식이 주로 많았다. 결과 제시방식에서는 구체적 결과와 단순 결과가 많았으며, 대안 제시방식에서는 대안 제시가 없거나 일반 진술형 대안이 압도적인 것으로 나타났다. 전체 아이템을 구성하는 방식은 원인-과정-결과-반응 순으로 이어진 경우가 50%를 차지한 것으로 나타나 관습적인 방식으로 이야기를 전개하여 시청자에게 이야기 흐름을 몰입하게끔 하는 전략인 것으로 나타났다. 연구문제 2인 영상 기법의 특징을 정리하면 다음과 같다. 첫째, 분석된 아이템의 보도 형식과 보도 목적간의 관계는 분석적인 접근일 경우에는 문제제기 입장에서 파악하고자 한 반면에 수사적 접근일 경우는 고발이 주요한 목적인 것으로 나타났고, 관찰자적 방식의 접근일 경우에는 가십성 혹은 문제제기적 방식이 주로 사용되는 것으로 나타났다. 둘째, 주요 영상 기법을 씬 단위로 파악한 결과를 정리하면, 피사체 처리방식중 보호 처리방식 방식(124, 16.9%)으로 나타났고, 대부분 신체일부나 망처리를 통해 피사체를 처리하는 것으로 나타났다. 현실감을 제공하는 씬단위 영상 상태는 25%정도가 상황의 긴급함을 제공하기 위해 사용되는 것으로 나타났다. 사운드의 경우는 거의 대부분의 경우 음향, 사운드, 나레이션이 각 씬마다 사용되고 있는 것으로 나타났다. 특히 나레이션을 기본으로 한 사운드 종류가 70%이상인 것으로 나타나 상황의 진전, 진행, 전반적인 상태를 제시하는 방식으로 나레이션이 사용되고 있음을 파악하였다. 인터뷰 화면은 나레이션과 함께 사용되고 있으며, 인터뷰 대상자를 보호 처리한 경우가 20.7%인 것으로 나타났다. 그러나 몰래 카메라, 전화 등을 사용한 경우는 그리 많지 않은 것으로 나타났다. 또한 인터뷰 형식은 대부분이 대화형 방식을 채택하고 있는 것으로 나타났고, 인터뷰 쇼트는 미디엄 쇼트가 65.7%로 나타났다. 또한 자료 화면의 제시에서는 자막을 사용한 경우가 24%정도인 것으로 나타났고, 음성 변조가 아닌 경우에도 자막을 사용한 경우가 매우 높은 것으로 나타났는데, 이러한 결과는 발성 내용을 보다 명확하게 처리하여 왜곡이나 오해의 소지를 줄이기 위한 의도로 파악되었다. 이와 같은 결과를 바탕으로 심층보도 프로그램인 시사매거진 <2580>의 특징을 영상 기법과 저널리즘적 특징과 어떻게 결합되고 있는가를 정리하면 다음과 같다. <시사매거진 2580>의 경우, 폭로적 소재나 영상의 채택이 매우 적다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 심층 탐사보도가 이루어지지 않는다는 측면은 <시사매거진 2580>이 취하는 저널리즘적 지향이 소재에서 드러난다고 볼 수 있으며, 화면 구성도 급격한 화면 구성이나, 카메라 이동이 별로 없는 않는 것으로 나타났다. 또한 안정적인 흐름을 기반으로 한 영상 구성과 나레이션을 통해 제시되는 내용 제시, 인터뷰를 통해 전체적인 진행 방식을 통해 저널리즘적 가치를 구현하고 있는 것으로 볼 수 있다. 즉, 이야기 전개를 위해 급격하고 빠른 카메라 이동이나, 선정적이거나 폭로적인 화면을 구성하기보다는 나레이션과 인터뷰를 통해 전반적인 내러티브를 구성하고 있음을 확인하였다. 따라서 내러티브에 영상이 종속되거나, 혹은 영상의 힘을 극단적으로 제시하는 경우는 별로 찾아볼 수 없었으며, 이런 특징은 소재적 요소와도 밀접한 관계가 있는 것으로 볼 수 있다. 텔레비전의 영상매체적 속성이 최근 들어 많이 부각되고 그 중요성이 증대되고 있지만, 본 연구결과에서 나타난 바에 의하면 <시사매거진 2580>과 같은 심층보도 프로그램의 주요 내러티브 전개에서 핵심은 인터뷰와 나레이션인 것으로 밝혀졌다. 다만, 프로그램 아이템의 기획 의도, 목적, 방법에 따라 각기 주요하게 사용된 인터뷰 방식에서 차이가 있음을 확인하였다.
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地方行政 制度의 發展方案 : 읍ㆍ면ㆍ동과 주민자치센터의 관계를 중심으로
전광선 韓南大學校 行政政策大學院 2004 국내석사
우리나라의 행정계층구조는 1910년 그 기본골격이 마련된 이래 지속되어왔다. 1991년 지방자치제실시와 97년 IMF 경제위기 및 사회적 환경변화에 맞게 지방행정 계층구조를 개편 조정해야한다는 논의가 있었으며, 그 결과 행정의 최 일선 조직인 읍·면·동을 폐지하고 그 시설에 주민자치센터를 설치 운영한다는 읍·면·동 기능전환정책을 추진하였다. 그러나 읍·면·동폐지에 따른 문제점이 커지자 읍·면·동의 폐지보다는 기능과 역할을 조정 읍·면·동 기능을 유지하며 여유 공간에 주민자치센터를 설치 운영하는 방안으로 정책의 방향이 일부 변경되었다. 읍·면·동의 주민자치센터로의 기능전환은 정보·통신의 발달, 생활권 경제권의 확대 등으로 종래의 읍·면·동 단위 행정 기능이 약화되는 추세와 주민의 문화 복지수요 증대, 본격적인 지방자치제 실시에 따른 주민자치의식 및 지역공동체 의식의 제고 등 21세기 행정환경변화에 맞추어 읍·면·동 사무소 기능과 역할을 새롭게 조정 변화시키는 것을 목적으로 한다. 그 주요 내용은 읍·면·동 사무소의 사무와 인력을 정비하여 도로, 교통, 건설, 지역개발 등의 광역적 사무나 일반 행정 사무들은 본청으로 이관하고, 주민의 행정수요가 많은 민원, 문화, 복지 등의 서비스 기능은 강화하게 되며 아울러 읍·면·동 사무소의 여유 공간에 주민자치센터를 운영함으로써 주민의 삶의 질을 높이고 주민자치 활용의 장으로 주민이 진정 주인이 되는 것이 근본 취지이다. 어떠한 제도이건 간에 발족 당초부터 완전한 모습으로 등장하는 것은 아닐뿐더러, 운영상에도 여러 가지 시행착오는 피할 수 없는 사실이다. 그러나 읍·면·동 기능 전환정책은 읍·면·동의 기능과 역할을 새롭게 발전시킨다는 취지도 좋지만 농촌지역의 읍ㆍ면은 정부의 말초신경으로서 도시지역의 동사무소와는 역사와 전통, 관할면적, 시ㆍ군청과의 거리 등 많은 차이가 있으므로 기능 전환으로 순기능보다는 역기능이 더 많이 나타나고 있다. 특히 주민자치센터를 전담하여 운영할만한 주민자치조직이 존재하지 않거나, 체계적으로 조직화되어 있지 않기 때문에 읍·면의 보조행정역할을 수행하는 조직화된 통ㆍ리 조직이나 새마을조직 등 일명 관변단체라 불리 우는 조직들이 또 하나의 역할을 수행하는 형태로 주민자치센터를 운영 할 수밖에 없다. 실제 기존의 조직을 부정하고 새로운 주민조직을 만들어 주민자치를 이뤄낸다는 것은 읍·면·동에서 거의 어려운 일일 것이다. 사회활동이나 주민봉사활동이 모두 기존의 조직에 속한 주민에 의해 이뤄지기 때문이다. 그렇다면 기존의 조직은 관변단체다, 행정보조조직이다, 라고 하며, 주민자율조직으로의 참여에 부정적 요인으로 삼아 그 자체를 부정한다면, 이는 작은 것을 버리고 큰 것을 취하는 사소취대(捨小取大)가 아니라 큰 것을 버리고 작은 것을 취하는 우를 범할 여지가 있다. 기존의 통ㆍ리 조직이나 각종 사회봉사단체(일명관변단체)조직의 재편을 통한 실제 움직이는 조직으로의 재탄생을 유도할 수 있다면 이러한 방법이 주민자치위원의 선발 및 역할 기능의 활력화에 더 바람직하지 않을까? 주민자치센터는 곳 주민자치위원이 운영하는 것이다. 그러기 위해 주민자치위원이 누가되며 그 지역에서 대표성을 가지고 주민자치를 실현하여 나가느냐는 곧 주민자치의 성패를 좌우한다 할 것이다. 이러한 현실을 고려하여 본 논문은 우리나라의 지방행정제도 중 행정의 최 일선인 읍·면·동의 정식 행정제도와 행정보조조직인 통ㆍ리 조직 그리고 읍·면·동에 설치 운영되고 있는 주민자치센터의 관계와 역할 특히 각제도의 이론적 접근을 통해 제도의 이해를 새롭게 하며, 실제운영상 문제점을 도출하고 이에 대한 발전방안을 제시하였다. 제1장에서는 연구의 목적과 방법 연구범위를 설정하였고, 제2장에서는 지방행정제도의 이해를 높이기 위하여 지방행정제도인 읍·면·동과 보조행정조직인 통ㆍ리장 제도의, 의의와 역할, 읍·면·동기능전환정책 및 행정조직의 변화, 주민자치센터의 의의와 역할, 설치 등에 대하여 이론적으로 고찰하였다. 이어서 제3장에서는 실태분석으로 지방행정조직과 주민자치센터, 외국의 주민자치사례, 주민자치위원과 통ㆍ리장과의 역할관계, 최 일선 행정조직인 읍·면·동과 주민자치센터의 관계, 역할, 문제점을 도출하였다. 제4장에서는 지방행정제도의 최 일선 행정조직인 읍·면·동제도의 발전방안에 대하여 행정의 효율성제고와 서비스기능의 강화차원에서 찾아보고, 주민자치센터의 발전방안을 찾아보고 주민자치센터를 실제 운영하는 주민자치위원과 통ㆍ리장과의 관계에 대하여 바람직한 발전방안을 제시하였다. 그리고 이러한 주민자치의 실현을 위하여 가장중요한 공동체회복운동과 공동체를 바탕으로 읍·면·동을 동네공동체로 만들어 나가고자 하는 읍·면·동과 동네공동체를 마지막으로 발전방안을 제시하였다. 결론적으로 본 논문은 지방행정제도의 최 일선인 읍·면·동과 보조행정조직인 통ㆍ리장, 그리고 읍·면·동에 새롭게 설치된 주민자치센터에 대하여 그 이론적 배경 및 운영실태 및 발전방안에 대하여 살펴봄 으로서, 읍·면·동 조직 및 관변조직 혹은 행정보조조직으로서의 통ㆍ리 조직 등 기존제도의 무조건적 부정은 새로운 제도의 정착에 결코 바람직하지 않으며, 주민자치센터 제도가 새로운 제도로서 정착하기 위 하여는 기존제도의 충분한 이해를 바탕으로 보다 더 나은 제도로 거듭날 수 있으며, 바람직한 방향으로 발전하여 나가는데 일조를 할 것으로 기대한다.
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Hydrodynamic 모델을 이용한 3차원 반도체 해석
소자가 작아짐에 따라 3차원 소자 분석이 중요해지고 있다. 둔각 삼각형 메쉬에도 오차를 발생하지 않은 이산화방법을 사용한 SNU-GOODS에 에너지 보존방정식을 고려한 3차원 해석 프로그램을 만들었다. 만들어진 시뮬레이터는 둔각 삼각형 메쉬요소에서도 올바른 해를 구하기 위해 유한요소법과 Novel Discretization Scheme을 이용한 새로운 이산화 방법을 사용하였다. 캐리어의 에너지 관계를 고려한 Hydrodynamic 모델을 적용하기 위해 에너지 보존방정식이 포함된 3차원 시뮬레이터로 확장하였다. 전류 보조식과 에너지 보조식의 이산화 방법은 Scharfetter-Gummel 이산화 방법을 이용하였다. 해를 구하는 알고리즘은 decoupled algorithm을 이용해서 컴퓨터 용량을 줄이면서 정확한 해를 구하도록 하였다. 이 프로그램의 타당성을 알아보기 위해 일차원 N-I-N 구조에서 시뮬레이션을 행하였다. As the size of the device is smaller and smaller, the three dimensional device analysis has become more important. With the newly developed discretization scheme that is able to get the real solution in the obtuse element, the three dimensional device simulator which is considering the energy balance equation is developed. The device simulator employs new discretization scheme including the finite element method and the Novel discretization scheme in order to get the normal solution in the obtuse element. In order to apply the Hydrodynamic model taking the energy of carrier into account, the three dimensional simulation has been expanded into being able to solve energy balance equation. The current flux equation and the energy equation are discretized in the way of the Scharfetter-Gummel scheme. This device simulator chooses the decoupled algorithm which has the merit of using the small memory size and getting the normal solution. To show the reasonability of the developed device simulator, the program is applied to the one dimensional N-I-N device.
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