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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 임종한
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 가천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수9
이 논문의 연구 히스토리 (6)
2017
2016
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최근 무분별한 화석연료의 사용으로 인해 인체에 유해한 배출가스들이 생성되고 있으며 연소 시 발생하는 이산화탄소로 인하여 지구온난화 문제도 심각한 상황이다. 따라서 전 세계적으로 이런 문제점들을 해결하고자 자동차 배출가스 규제를 점점 강화하고 있으며, 화석연료를 상대적으로 적게 사용하는 하이브리드 및 전기자동차를 제조하거나 재생 가능한 새로운 에너지원을 개발하는 연구들이 많이 진행되고 있다. 이 중에서 상대적으로 유해 배출물 발생이 적으며 탄소중립(Caron neutral) 효과까지 가지는 바이오연료에 대한 관심이 높아지는 추세다. 현재 가장 활발하게 사용되고 있는 바이오연료로는 바이오디젤과 바이오에탄올이 있는데 근래에는 폐목재나 억새, 갈대와 같은 바이오매스를 급속으로 열분해하여 얻을 수 있는 바이오원유(Bio Crude Oil)에 대한 연구도 이루어지고 있다.
급속 열분해(Fast Pyrolysis)란 바이오매스를 500°C 이상의 고온조건에서 2초 이내의 짧은 시간 동안 노출시켰을 때 휘발성(Volatile) 성분들이 생성되는데 이 휘발성 성분들을 응축키면 바이오원유를 얻을 수 있다. 하지만 바이오원유는 디젤유에 비해 발열량과 세탄가가 낮으며, 점도가 높아서 미립화특성이 저하되는 단점이 있다. 또한 바이오원유내의 중합체나 타르, 고체입자들이 퇴적되어 연료공급계 성능을 단시간에 저하시키는 문제점을 안고 있다. 따라서 바이오원유만을 엔진에 독립적으로 사용하기에는 상당한 제한점이 있으므로 이를 보완하기 위하여 알코올 용매인 노말 부탄올(n-Butanol), 세탄가 향상제인 PEG(Polyethylene Glycol)400, 2-EHN(Ethylhexyl Nitrate)을 혼합한 혼합연료(Blended Oil)를 제조하였다. 부탄올, PEG400, 2-EHN을 질량비율로 각각 75, 25, 5%씩 섞어서 기본연료를 만들었고, 여기에 바이오원유를 5, 10, 15% 씩 첨가해서 총 4가지 연료를 제조하였다. 증가한 바이오원유의 비율만큼 부탄올의 비율을 낮춰서 혼합연료를 제조하였다.
본 연구에서는 실험용 단기통 디젤엔진과 실제 상용화된 발전용 디젤엔진에서 혼합연료 적용에 따른 엔진의 연소 및 배출가스 특성을 실험적으로 평가하였으며 발전용 디젤엔진에서는 바이오원유가 5% 함량된 연료를 제외한 모든 혼합연료를 12시간동안의 지속적인 실험운전을 통하여 혼합연료 사용에 따른 엔진의 적용성을 확인하였다. 그 결과 디젤유를 연소시켰을 때만큼의 높은 연소안정성을 확인할 수 있었다. 또한 연료내의 산소성분들로 인하여 디젤유에 비해 NOx의 배출이 높은 경향을 띄지만, 이 산소들이 Soot형성에 영향을 주는 THC들의 연소를 촉진시켜 PM의 저감에 많은 영향을 주는 것을 확인하였다.
급속 열분해(Fast Pyrolysis)란 바이오매스를 500°C 이상의 고온조건에서 2초 이내의 짧은 시간 동안 노출시켰을 때 휘발성(Volatile) 성분들이 생성되는데 이 휘발성 성분들을 응축키면 바이오원유를 얻을 수 있다. 하지만 바이오원유는 디젤유에 비해 발열량과 세탄가가 낮으며, 점도가 높아서 미립화특성이 저하되는 단점이 있다. 또한 바이오원유내의 중합체나 타르, 고체입자들이 퇴적되어 연료공급계 성능을 단시간에 저하시키는 문제점을 안고 있다. 따라서 바이오원유만을 엔진에 독립적으로 사용하기에는 상당한 제한점이 있으므로 이를 보완하기 위하여 알코올 용매인 노말 부탄올(n-Butanol), 세탄가 향상제인 PEG(Polyethylene Glycol)400, 2-EHN(Ethylhexyl Nitrate)을 혼합한 혼합연료(Blended Oil)를 제조하였다. 부탄올, PEG400, 2-EHN을 질량비율로 각각 75, 25, 5%씩 섞어서 기본연료를 만들었고, 여기에 바이오원유를 5, 10, 15% 씩 첨가해서 총 4가지 연료를 제조하였다. 증가한 바이오원유의 비율만큼 부탄올의 비율을 낮춰서 혼합연료를 제조하였다.
본 연구에서는 실험용 단기통 디젤엔진과 실제 상용화된 발전용 디젤엔진에서 혼합연료 적용에 따른 엔진의 연소 및 배출가스 특성을 실험적으로 평가하였으며 발전용 디젤엔진에서는 바이오원유가 5% 함량된 연료를 제외한 모든 혼합연료를 12시간동안의 지속적인 실험운전을 통하여 혼합연료 사용에 따른 엔진의 적용성을 확인하였다. 그 결과 디젤유를 연소시켰을 때만큼의 높은 연소안정성을 확인할 수 있었다. 또한 연료내의 산소성분들로 인하여 디젤유에 비해 NOx의 배출이 높은 경향을 띄지만, 이 산소들이 Soot형성에 영향을 주는 THC들의 연소를 촉진시켜 PM의 저감에 많은 영향을 주는 것을 확인하였다.
목차
목 차제1장 서론 11.1 연구배경 11.2 연구동향 41.3 연구목적 8제2장 이론적 배경 92.1 바이오원유 92.1.1 바이오원유의 연료특성 92.1.2 바이오원유의 제조공정 102.2 배출가스 122.2.1 배출가스의 생성원인 122.2.2 배출가스의 유해성 152.3 PM(입자상물질) 162.3.1 PM의 생성원인 및 특성 162.3.2 PM의 유해성 18제3장 실험장치 및 방법 193.1 실험장치 193.1.1 실험연료 조성 193.1.2 실험엔진 213.1.3 측정장비 253.2 실험방법 31제4장 결과 및 고찰 334.1 단기통 엔진 적용시 연소 및 배출가스 특성 334.2 발전용 디젤엔진 적용시 연소 및 배출가스 특성 424.3 혼합연료를 적용에 따른 발전용 디젤엔진의 적합성 53제5장 결론 56References 58Abstract 63
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