Solar power is being spotlighted recently as a new energy source due to environmental problems and applications of solar power to curved structures are increasing. Solar panels installed on curved surfaces have different efficiencies depending on its position and the efficient positioning of solar panels plays a critical role in the design of solar power generation systems. In this study, the changing characteristics of solar irradiance were analyzed for hemispherical dome with a large curvature and the positioning of solar panels that can efficiently utilize solar energy was investigated. With an icosahedron-based hemispherical dome consisting of triangular elements as target model, a program for calculating solar irradiance using a normal vector of the solar module on each face was developed. Furthermore, the change of solar irradiance according to the sun’s path was analyzed by time and season, and its effects on shades were also examined. From the analysis results, the effective positioning could be determined on the basis of the efficiency of the solar panels installed on the dome surfaces on solar irradiance.

Because aluminum foam is porous material, the frature property is different from that of non-porous material. This aluminum foam can be used with the joint bonded with adhesive in order to utilize the light weight to the maximum. So, the study of fracture property on bonded surface can be important. In this study, the analyses on the specimens with two kinds of configuration as DCB(Double Cantilever Beams) and TDCB(Tapered Double Cantilever Beams) aluminum foams of mode Ⅲ type bonded with adhesive are carried out and compared with each other. And the fracture properties the adhesive surfaces of the structure with bonded aluminum foams are studied as the static experiments on these verifications are done. DCB and TDCB specimens used in this study have the variable of thickness(t) as 35mm, 45mm and 55mm. As the result of this study, the range of reaction forces are 0.3 to 0.8 kN and 0.5 to 1.2 kN at DCB and TDCB specimens respectively. The results of the static experiments can also be confirmed with these similar results. These study results can be obtained by only a simulation without the special experimental procedures. The mechanical properties of the bonded structures composed of DCB and TDCB aluminum foams with mode Ⅲ type can be thought to be analyzed effectively.

한국 태안군 정산포와 황도 갯벌에서 저서미세조류의 종조성과 생물량의 계절적 변화가 바지락 생장과 연관성이 있는지를 파악하기 위하여 2012년 2월부터 11월까지 계절별로 조사되었다. 연구기간 동안 저서미세조류는 총 122종이 관찰되었으며, 정산포에서 85종(계절별 30-45종), 황도에서는 92종(32-57종)이었다. 연평균 엽록소 a 의 농도는 정산포에서 79.75 ㎎/㎡였고 황도에서 151.50 ㎎/㎡였다. 갯벌 퇴적물에서 서식하는 저서미세조류의 연평균 세포수는 정산포에서 13,255 cells/㎠이었고 황도에서 15,943 cells/㎠였다. 정산포에서 Cylindrotheca closterium, Gyrosigma sp.와 Navicula sp.가 우점하였고 황도에서는 Amphora sp.1., C. closterium, Detonula pumila, Navicula sp.와 Merismopedia sp.였다. 또한, 두 연구정점에서 최대의 세포수를 나타낸 종은 Paralia sulcata였다. 정산포 바지락의 소화기관에서는 계절별로 18-31종의 미세조류가 분류되었으며, 황도 바지락 소화기관에서는 19-25종의 미세조류가 동정되었고 P. sulcata는 모든 계절에 바지락 소화기관에서 확인되었다. 바지락의 연평균 비만도는 정산포에서 연평균 0.42로 황도의 0.57에 비해 0.15가 낮았다. 결과적으로 바지락의 먹이원인 저서미세조류의 풍도와 엽록소 a 의 농도는 바지락 생장과 밀접한 관련이 있음을 확인하였다.

A comparative investigation of structure and performance between integrally asymmetric (IA) and thin film composite (TFC) FO membranes has been conducted. The TFC membranes showed superior water flux than IA CTA-based membranes, especially at alkaline feed and draw solutions. However, AFM results displayed smoother surfaces, resulting in the lower fouling propensity of the IA membranes than the polyamide TFC membranes. XPS data revealed lower oxygen atomic content and higher negatively charge of the active layer and higher fouling tendency of the TFC TCK membrane than the TFC HTI membrane. The TCK membrane prepared on a woven substrate served as a promising membrane for FO. This study suggests that desirable FO membranes require the TCK membrane-like open and thin structure as well as the enhancement of antifouling resistance.

정삼투 공정은 에너지 소비율면에서 역삼투 공정 대비 1/10 수준이며, 고압⋅고에너지를 요하는 역삼투 공정의 대안으로 각광받고 있는 기술이다. 이러한 정삼투 공정은 저에너지 및 고효율화를 요구하는 산업분야에서 다양하게 적용 가능할 것으로 예상된다. 그 예로서, 선박 폐열을 이용한 유도 용액 회수, 산업폐수 재이용, 휴대용 비상 급수용 장치, 음식과 음료 및 의약용품 농축공정 등을 들 수 있다. 현재까지 정삼투 공정은 주로 실험실 규모에서 연구가 진행되었으며, 기술 상업화에는 아직 이르지 못한 실정이다. 국외에서는 미국, 싱가포르 및 호주 등에서 정삼투 실용화 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 국내의 경우 FOHC 연구단에서 해당 공정의 기본 메커니즘 및 실용화에 관한 연구가 이루어지고 있다.

지난 10년간 저에너지 측면에서 주목을 받았던 정삼투 공정은 최근 매우 다양한 분야로의 적용이 시도되고 있다. 초기의 MNPs, hydrogel 등의 유도용액의 개발로부터 유도용액의 회수를 필요로 하지 않는 해수와 담수의 삼투희석을 통한 FO-RO hybrid 공정을 비롯하여 식물 재배를 위한 영양 물질을 유도용액으로 사용하는 FDFO(fertiliser drawn FO), 고염도의 셰일가스 생산수의 방류를 위한 처리 등으로 적용이 확대되고 있다. 본 발표는 현재 다양한 분야에 적용되고 있는 FO 하이브리드 공정들에 대한 분석과 이를 통한 효과적이고 성공적인 정삼투 공정의 상업적 적용을 위한 FO 기술의 발전방향을 제시하고자 한다.

Modeling of forward osmosis (FO) membrane system is significantly affected by various factors such as membrane properties of materials (A, B), structure parameter (S), concentration polarization (CP), fouling, spacer design. etc. In this study, FO performance of a plate and frame type membrane is investigated via a numerical simulation based on mass conservation theorem and finite element method (FEM). To evaluate the FO membrane performance, permeate flux and recovery rate are simulated according to membrane orientation, flow direction of feed and draw solutions, flow rates, membrane structure parameter (S), and design of spacers. The modeling results can help to expand insights into FO separation characteristics and to suggest further strategy for FO process development.

As a part of light weight, the adhesive has been applied to joint the mechanical structure. The porous material is used with aluminum foam in case of the structure bonded with only adhesive. In order to confirm the durability, it is necessary to investigate the fracture toughness at the bonded joint. So, the fracture property at joint interface of aluminum foam different from the non-porous material becomes especially important. In this study, the static facture analysis was carried out with DCB specimen bonded with adhesive as the loading type of mode Ⅲ. The thicknesses of specimens are 35, 45 and 55 mm. When the forced displacements 5 mm applied on the specimen proceed at specimen thicknesses of 35, 45 and 55 mm, the maximum stresses is shown to be happened at the range from 3.3 MPa to 3.6 MPa. The maximum equivalent stress happened at the specimen thickness of 35mm becomes highest among four kinds of specimens. The static experiment is carried on in order to verify these analyses representatively. As the experimental data become similar with the simulation data, it is thought that these analysis data can be applied at analyzing them into the adhesive joint of real porous material.

본 논문에서는 구조물에 작용하는 하중의 크기와 진동수에 따른 거동의 비선형성을 확인하고 정확한 예측을 위한 방법을 모색하기 위하여 외팔보의 정적 및 동적해석의 수행에서 선형, 비선형 해석의 결과를 비교하는 연구를 진행하였다. 우선 보의 자유단에 수직방향의 정적 및 동적 하중을 가한 상황을 예측하였다. 선형 해석방법으로 고전 외팔보 이론을 적용하였고, co-rotational dynamic 유한요소해석 기법을 개발하여 비선형 해석방법으로 사용하였다. 먼저 정적해석에서 외력의 크기가 달라질 때 선형 및 비선형 해석 예측이 어떠한 차이를 보이는지 비교하였다. 그리고 동적해석을 통해 가진 진동수의 변화에 따른 보 끝단의 무차원화된 변위의 양상을 연구하였고, 공진진동수 근방에서의 상당한 변위가 발생함을 보였다. 마지막으로 주파수 지연현상을 조사하기 위해 특정 진동수에서의 시간 경과에 따른 보의 변위를 확인하였다.

정삼투와 압력지연삼투 공정에서 용매의 투과율은 용매와 막이 접촉하는 방식에 의존한다. 각각의 공정에서 막의 활성층이 고농도 용매와 접촉하는 경우를 압력지연삼투 방식이라 하고, 고농도 용매가 막의 다공성 지지하층과 직면해 있는 경우를 정삼투 방식이라고 한다. 압력지연삼투 방식과 정삼투 방식은 각각 희석형 그리고 농축형의 내부농도 분극 현상을 유발하는데, 동일한 조작 조건에서 정삼투 방식보다 압력지연삼투 방식이 높은 투과율을 나타내는 현상이 실험적으로 관측되었다. 본고에서는 정삼투방식과 압력지연삼투 방식에서 발생하는 본질적인 투과율 불균형을 수학적 귀류법을 이용하여 증명하고, 물리적인 원인을 규명한다.

An aluminum foam is the super light metal which can be adjusted with the adhesive by using the joint method. In this study, the tapered double cantilever beams(TDCB) with the type of mode Ⅲ are manufactured with aluminum foam. The fracture toughness at the joint of the structure bonded with only a adhesive can be obtained. The static analyses are carried out and verified the results by the experiment. As the results of static analyses, the reaction forces ranged from 0.30 to 0.41 kN at all specimens are shown when the forced displacements are proceeded as much as 8 to 9 mm. The tapered double cantilever specimen for mode Ⅲ with the thickness of 55 mm is carried out by the static experiment representatively to verify the analysis results. As the results of analyses and experiments are compared with each other, there is a little bit of difference between these results. So, the simulation results of this study can be thought to be confirmed. It is thought that even the only analysis data omitting the extra experimental procedure can be verified in order to use the data practically. Through the result of this study, the mechanical properties at TDCB specimens with the type of mode Ⅲ can be understood.

As a part of light weight, the adhesive has been applied to joint the mechanical structure. The porous material is used with aluminum foam in case of the structure bonded with only adhesive. In order to confirm the durability, it is necessary to investigate the fracture toughness at the bonded joint. So, the fracture property at joint interface of aluminum foam different from the non-porous material becomes especially important. In this study, the static facture analysis was carried out with DCB specimen bonded with adhesive as the loading type of mode Ⅲ. The thicknesses of specimens are 35, 45 and 55 mm. When the forced displacements 5 mm applied on the specimen proceed at specimen thicknesses of 35, 45 and 55 mm, the maximum stresses is shown to be happened at the range from 3.3 MPa to 3.6 MPa. The maximum equivalent stress happened at the specimen thickness of 35mm becomes highest among four kinds of specimens. The static experiment is carried on in order to verify these analyses representatively. As the experimental data become similar with the simulation data, it is thought that these analysis data can be applied at analyzing them into the adhesive joint of real porous material.

In this study, a shape design and an analysis considering structural stability were investigated to develop an icosahedron-based hemispherical modular dome. To design this modular dome, a program that can perform icosahedron shape modeling, modularization of joint connection members, and the analysis of structural stability was developed. Furthermore, based on the adopted numerical model, the eigen buckling mode, unstable behavior characteristics according to load vector, and the critical buckling load of the modular dome under uniformly distributed load and concentrated load were analyzed, and the resistance capacities of the structure according to different load vectors were compared. The analysis results for the modular dome suggest that the developed program can perform joint modeling for shape design as well as modular member design, and adequately expressed the nonlinear behaviors of structured according to load conditions. The critical buckling load results also correctly reflected the characteristics of the load conditions. The uniformly distributed load was more advantageous to the structural stability than concentrated load.

Forward osmosis (FO) is an emerging technology to produce clean water with low energy consumption. The key elements in FO are a water-permeable membrane, and a draw solution inducing an osmotic pressure difference across the membrane. A desirable draw solution should result in a high osmotic pressure difference,together with an internal concentration polarization as low as possible.The draw solution should also have a very low toxicity,particularlywhen usedin drinking water purification. Furthermore, it is important to be easily recovered from a feed solution after FO operation for a certain period time. The multiple requirements make it difficult to develop an effective draw solution. In the present study, thermally and pH-sensitive oligomeric mixtures are used as potential draw solutions for FO system.

최근 셰일가스전 산업이 발전함에 따라 시추 용수 공급 및 폐수처리가 셰일가스전 개발의 중요한 과제로 부각되고 있다. 셰일가스전 폐수는 총용존고형물의 농도가 10에서 200g/L로 높아 기존의 폐수처리 공정으로 처리하기에는 어려움이 있다. 본 연구에서는 정삼투막을 이용하여 셰일가스전 폐수를 농축하는 공정을 다루고 있다. 260g/L의 NaCl을 유도용액으로 사용하고, 폐수 및 유도용액의 농도 변화에 따른 정삼투막의 플럭스를 측정하였다. 정삼투막 내,외부 농도 분극 현상을 감안한 모델식은 실측된 정삼투 플럭스와 유사함을 확인하였으며, 이를 바탕으로 정삼투 모듈의 성능을 예측하였다. 정삼투 공정은 유도용액을 희석시켜 시추 용수로 재이용하며, 발생폐수의 부피를 줄여 폐수 운반비용을 줄이는 효과를 얻을 수 있다.

단일막이 가지는 저유량 한계성과 복합막이 가지는 용질 역확산 현상을 완화하기 위한 방법으로 지지층 내 금속 착물이 균일하게 정착된 PSF 고분자 지지층을 제조하였다. 부직포의 두께와 밀도를 조절하였으며 지지층 제조법 최적화 이후 Fe(II)-chelate 착물을 포함하는 정삼투 분리막을 제조하였다. 지지층 제조방법에 있어 고분자의 부직포 함침 속도 조절이 정삼투 분리막 지지층의 구조결정에 가장 중요한 역할을 함을 볼 수 있었다. 고분자의 상 전이 과정에 있어서 금속 착물과 같은 극성물질의 존재가 용매 -비용매 치환 속도에 영향을 주어 지지층 구조 조절을 유도하였으며 그 결과, 용질 역확산이 약 0.07 - 0.11 GMH의 값을 가지는 높은 제거효율의 FO막을 제조할 수 있었다.

본 연구에서는 PEI 를 정삼투 공정에 유도용질로 사용하였으며, PEI를 유도용질로 사용하였을 때의 성능을 분자량과 외부 pH 조건 (pH 3 ~11) 관점 에서 분석하였다. PEI가 분리막 표면에서 어떤 메커니즘으로 걸러지고 투과되는지 조사하기 위해, pH 3~11 조건에서 유도 용액의 삼투질 농도, 평균 크기, 점도, 제타전위로 나누어서 설명하였다. 정삼투 성능은 중성 조건에서 다른 pH에 비해 비교적 높은 수투과도 및 낮은 reverse salt flux를 보였으며, 나노여과막을 이용한 유도용질 회수를 위한 염 제거율은 염화 나트륨및 황산 마그네슘에 비해 PEI가 높은 값을 보여주었으며, 이 결과를 바탕으로 PEI가 수처리를 위한 정삼투 및 나노여과 공정에서 유도용질로 사용 가능성을 보여주었다.

정삼투 공정은 반투과성 막 양단의 농도차로 인한 삼투압을 사용하여 물을 투과시키고, 후처리공정을 통하여 유도용액을 분리하는 공정으로, 최근 제약, 음료, 고농도 폐수처리 등에 사용되고 있다. 정삼투막 공정은 역삼투막 공정과 같은 물리적 압력이 없어 막오염이 낮고, 형성된 막오염층도 쉽게 제거가 가능한 것으로 알려져 있다. 그러나 현재까지 정삼투 공정의 원수에 포함된 다양한 막오염 원인물질과 운전요인에 따른 정삼투 공정의 막오염 기작에 대한 연구는 드믄 실정이다. 본 연구에서는 현재까지 정삼투 공정에서의 다양한 막오염 원인물질의 막오염 경향 및 기작에 관련되어 수행된 연구결과을 정리하고, 최근 진행된 연구결과와 역삼투 공정에서 얻어진 결과를 종합하여 정삼투 막오염 기작에 대한 결과를 보고하고자 한다.

정삼투-역삼투 융합 플랜트 기술 개발 연구단은 국토교통부/국토교통과학기술 진흥원의 지원을 받아 시장지배적인 역삼투 해수담수화 공정기술을 탈피하는 기술선도형 정삼투-역삼투 융합 기술을 개발하고자 한다. 정삼투와 역삼투 기술을 결합시켜 기존 역삼투 해수담수화 기술 대비 톤당 전력량 35% 이상 감소, 톤당 생산단가 25%를 절감하는 기술을 개발하는 것을 목표로 한다. 이를 위하여 정삼투-역삼투 융합 플랜트 엔지니어링 기술, 공정 고도화(시스템 최적화, 막오염 제어 및 예측)기술, 저에너지・고효율의 전처리 기술을 개발한다. 실험실규모에서 개발된 모든 기술은 1,000m3/day 용량의 실증 파일럿 플랜트에 적용된다.