고온 태양열 화학 반응기를 이용한 2단계 열화학 사이클의 수소 생산

Title
고온 태양열 화학 반응기를 이용한 2단계 열화학 사이클의 수소 생산
Authors
정영국
Keywords
고온태양열화학반응기를이용한2단계열화학사이클의수소생산
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
본 연구에서는 집광된 태양 복사 에너지를 열원으로 사용하고, NiFe2O4/ m-ZrO2 형태의 금속산화물을 이용하여 2단계 열화학 사이클의 수소 생산 실험을 수행하였다. 5 kWth급의 접시형 태양열 집광 장치(인하대학교, 송도)를 사용하였으며, 화학 반응에 필요한 고온의 조건을 견딜 수 있는 반응기 설계를 수행하였다. 고온이 형성되는 반응기 내부에 알루미나(Al2O3)를 사용하여 1600°C 이상의 온도를 견딜 수 있도록 제작하였다. Ferrite 산화물을 이용한 2단계 열화학 사이클에서 금속산화물을 열에너지로 환원시키는 열적 활성화 단계와 환원된 금속산화물을 산화시키는 물 분해 단계에서의 적합한 반응 온도는 각각 1400℃와 1000℃이다. 이러한 반응 조건들은 실제 태양열을 이용하여 충족시킬 수 있으며, 각 반응에 필요한 사이클 진행 시간은 일사량 등의 실외 조건에 의해 좌우된다. 인공 광원을 통해 성능이 평가된 Foam device를 사용하여, 실제 일사 조건에서의 수소 생산 성능을 평가하고자 하였다. 실험 결과, 5회의 연속적인 물 분해 수소 생산 사이클을 유지하였으며, 수소 생산량 및 Ferrite의 전환율에 대한 분석을 수행하였다. 2회 사이클 반복이 이루어진 첫 번째 실험에서의 수소 생산량은 831.58 ml으로 나타났고, 5회 사이클이 반복 수행된 두 번째 실험에서의 수소 생산량은 862.76 ml로 확인되었다.
Description
요약문 = ⅰ Abstract = ⅱ LIST OF TABLES = ⅲ LIST OF FIGURES = ⅳ 1. 서 론 = 1 1-1. 연구 배경 = 1 1-2. 연구 동향 = 3 1-3. 연구 목표 = 5 2. 열화학 사이클 이론 = 6 2-1. 2단계 열화학 사이클 = 6 2-2. 금속산화물 = 7 3. 실험장치 = 10 3-1. 태양열 집광 시스템 = 10 3-2. 화학 반응기 = 14 3-3. 수증기 공급 장치 = 17 3-4. Chiller = 20 3-5. Gas chromatography = 21 4. 실험 방법 및 절차 = 23 4-1. 질소 가스 Purging 단계 = 23 4-2. T-R(Thermal Reduction) 단계 = 23 4-3. W-D(Water Decomposition) 단계 = 23 5. 실험 결과 = 25 5-1. 일사량에 따른 온도 분포 = 25 5-1-1. 1차 반응기 실험 = 25 5-1-2. 2차 반응기 실험 = 27 5-2. 수소 생산량 = 31 5-2-1. 1차 반응기 실험 = 31 5-2-2. 2차 반응기 실험 = 34 6. 결 론 = 39 7. 참고 문헌 = 41
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22430
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College of Engineering(공과대학) > Mechanical Engineering(기계공학) > Theses(기계공학 석박사 학위논문)
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