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SUMMARY
CONTENTS
목차
I. 카본 나노튜브 응용 저온플라즈마 발생장치 개발/박종호;조성철;범희태 34
제1장 서론 36
제1절 연구의 필요성 36
제2절 연구 목표 37
제3절 연구 내용 38
제2장 문헌조사 및 기술개발 동향 39
제1절 CNT 합성방법 39
1. Arc discharge법 39
2. Laser ablation 법 40
3. CVD 법 40
4. PECVD 법 41
제2절 Aligne CNT 합성 방법 41
제3절 Plasma 42
1. gliding arc 방전 43
2. Plused corona 방전 46
3. DBD 방전 49
제4절 CNT 응용 저온 플라즈마 발생 유사 연구 예 49
제3장 실험방법 52
제1절 AAO 주형제조 53
제2절 CNT 합성 54
제3절 플라즈마 방전 실험 55
제4장 결과 및 고찰 56
제1절 AAO 주형 제조 56
제2절 Co-catalyst deposition 56
제3절 CNT 합성 61
제4절 플라즈마 방전 실험 61
제5장 결론 65
II. 진동세관형 히트파이프 이용 고효율 폐열회수 열교환 기술 개발/이욱현 외 저 66
제1장 서론 68
제1절 연구의 필요성 68
제2절 연구의 목적 및 범위 69
제2장 국내외 기술개발 현황 70
제1절 국내 외 기술개발 현황 70
1. 국내 기술개발 현황 70
2. 국외 기술개발 현황 71
제3장 연구 개발 내용 및 결과 73
제1절 진동세관형 히트파이프의 전열특성 예측 73
1. 기술의 개요 73
2. 이론 해석 80
제2절 진동세관형 히트파이프의 기초 특성 실험 89
1. 실험계획 및 방법 89
제3절 시제품 제작 및 성능평가 99
1. 실험장치 및 방법 99
2. 성능평가 결과 및 고찰 103
제4절 결론 105
참고문헌 106
III. 초임계수 이용 석탄의 고부가가치 에너지화 기술 개발/박정훈;정용우;김종기 108
제1장 서론 110
제1절 연구의 필요성 110
제2절 연구 목표 및 내용 112
1. 당해연도 목표 112
2. 연구 내용 112
제2장 연구 배경 113
제1절 에너지 자원 전망 113
1. 석유 매장량 및 가채년도 113
2. 석탄 매장량 및 가채년도 116
제2절 초임계수 석탄청정 기술 개발 현황 119
1. 초임계수 처리 기술 개요 119
2. 기술 개발 현황 119
제3장 실험장치 및 방법 125
제1절 실험 장치 125
제2절 실험 방법 127
제3절 시료 및 분석 방법 127
1. 시료 127
2. 분석 방법 128
제4장 실험 결과 및 고찰 131
제1절 Datong 탄의 초임계 반응 131
1. 전체 전화율 131
2. 가스 생성물 132
3. 황 제거 특성 133
제2절 Alaska 탄의 초임계 반응 136
1. 전체 전화율 136
2. 액상 및 기상 생성물 138
3. 물의 밀도변화의 영향 140
4. 갈탄의 황제거 특성 141
제3절 태백탄의 초임계 반응 142
제5장 결론 143
참고문헌 144
IV. 초에너지 절약형 GHS 이산화탄소 분리ㆍ회수시스템 개발/민병무 외 저 148
제1장 서론 150
제1절 기술의 개요 150
제2절 기술개발의 필요성 및 국내외 기술개발현황 152
1. 기술개발의 필요성 152
2. 관련 기술의 국내ㆍ외 현황 154
가. 국내의 경우 154
나. 국외의 경우 155
제2장 고효율 CO₂ 연속흡수분리 및 하이드레이드기술 156
제1절 실험실 규모의 CO₂ 연속 분리회수공정 156
1. 이산화탄소 연속 흡수분리공정의 설계 157
가. 기본 설계 157
나. 장치 설계 159
2. CO₂ 연속 흡수 분리공정 제작 171
3. 실험방법 및 결과 174
가. 연속흡수분리장치를 이용한 동특성 실험 174
나. 연속흡수분리장치를 이용한 CO₂ 흡수분리특성분석 179
제2절 CO₂하이드레이트 기본 물성 조사 및 공정 개념설계 182
1. CO₂하이드레이트 및 생성 반응메커니즘 182
가. 이산화탄소 심해저장기술의 응용 182
나. CO₂하이드레이트 생성반응메커니즘 182
2. CO₂하이드레이트 실험장치 설계 및 제작 184
제3장 결론 및 향후추진계획 186
제1절 지금까지의 운전결과 186
제2절 향후추진계획 187
참고문헌 191
V. 열촉매 수소제조를 위한 swirl 반응기 개발/이재구 외 저 194
제1장 서론 196
제1절 연구개요 및 필요성 196
제2절 연구목표 199
제2장 이론 200
제1절 수소의 생산 200
제2절 입자의 마모 206
제3장 실험 장치 및 방법 213
제1절 Batch reactor 213
제4장 실험결과 및 고찰 216
제1절 Swirl injection 216
제5장 결론 229
VI. 수소분리를 위한 양자전도성 perovskite membrane 개발/김동식;주국택 230
제1장 기술 개요 232
제2장 분리막 제조 및 막모듈 제작 234
제1절 분리막 제조실험 234
1. 실험장치 및 재료 234
2. 막 제조실험 236
가. 실험 샘플 및 조성 236
나. 실험방법 236
다. 특성 조사 237
제2절 막모듈 제작 238
1. 졸겔법에 의한 튜브형 수소분리막 제작 238
2. Ba0.4Sr0.6TiO₃(이미지참조) type 막모듈 제작 239
제3절 수소 투과막시스템 제작 240
제3장 결과 및 고찰 241
제1절 Perovskite 수소분리막 제조실험 결과 241
1. SEM 분석 241
2. XRD 분석 243
3. EDS 분석 247
제2절 막모듈 및 수소분리막시스템 제작 249
1. 막모듈 제작 249
2. 막분리시스템 250
제4장 결론 251
참고문헌 252
VII. 배출가스처리용 고활성 수화물반응제 제조 및 응용기술 개발/최원길 외 저 254
제1장 서론 256
제1절 연구의 필요성 256
제2절 연구 목표 및 내용 257
1. 당해연도 목표 257
2. 연구 내용 257
제2장 연구 배경 258
제1절 고활성 반응제 활용 분야 258
1. 배가스 처리 공정 258
2. 건식/반건식용 반응제 261
제2절 생석회 수화 기술 개요 263
1. 수화기술 개요 263
2. 기술 개발 현황 264
제3장 고활성 수화물 반응제 제조 실험 268
제1절 시료 채취 및 분석 268
1. 기본 물성 분석 268
2. 생석회 시료의 수화속도 측정 274
제2절 고활성 수화물 반응제 제조 281
1. 항온 수화 실험 장치 및 방법 281
2. 항온 수화 실험 결과 및 고찰 283
3. 초음파 수화 실험 장치 및 방법 285
4. 초음파 수화 실험 결과 및 고찰 286
제3절 수화물 반응제 가스 처리 성능 평가 289
1. TPD 실험 장치 및 방법 289
2. TPD 실험 결과 및 종합적 결과 고찰 292
제4장 결론 및 향후 연구 방향 299
제1절 결론 299
제2절 향후 연구 방향 299
참고문헌 300
서지정보양식 302
〈표 2-1〉 특정 양극 재료의 일함수 45
〈표 3-1〉 정상작동을 위한 진동세관형 히트파이프의 관경조건 79
〈표 3-2〉 진동세관형 히트파이프의 초기 조건값 85
〈표 3-3〉 실험인자 및 수준 89
〈표 3-4〉 26요인(이미지참조) 1/4 부분배치법(Fractional factorial design) 및 실험결과 93
〈표 3-5〉 성능 평가 조건 102
〈표 2-1〉 석유 가채년수(R/P) 116
〈표 2-2〉 2003년 석탄 생산량 118
〈표 2-3〉 Recent publications on supercritical liquefaction of coals 122
〈표 2-4〉 Summary of the related patents for supercritical liquefaction of coals 123
〈표 3-1〉 Datong 탄의 공업분석 및 원소분석 128
〈표 4-1〉 초임계 처리 시 황의 질량 수지 (P:30 MPa, T:400℃) 133
〈표 4-2〉 초임계 반응 후 시료의 질량 수지 (T:360℃) 136
〈표 4-3〉 반응 조건에 따른 잔류석탄으로부터 계산한 황 제거율 141
〈표 2-1〉 기본 설계 입력 자료 159
〈표 2-2〉 일반적인 흡수 및 탈거탑의 특성 162
〈표 3-1〉 GSLF 기술목표 및 로드맵 188
〈표 3-2〉 17개 CSLF 프로젝트 189
〈표 1-1〉 국내외 기술 수준 비교 199
〈표 2-1〉 수소 제조 원료원(feedstocks) 200
〈표 2-2〉 화석연료원별 주요 수소제조기술 201
〈표 2-3〉 화석연료 전환 공정 비교 205
〈표 2-1〉 Perovskite 수소분리막 제조 원료물질 234
〈표 2-2〉 제조된 막소재 샘플의 조성 236
〈표 3-1〉 JCPDS 39-1395 XRD INDEX 246
〈표 3-2〉 JCPDS 35-0734 XRD INDEX 246
〈표 2-1〉 산업용 배출가스 처리공정의 분류 및 특징 258
〈표 1-2〉 건식/반건식 반응제의 특성 및 반응 259
〈표 2-3〉 Commercial prices of selected sorbents 262
〈표 3-1〉 실험용 생석회 시료의 화학 성분 분석 결과 268
〈표 3-2〉 국내산 소석회 및 시약급 소석회, Na계 흡수제의 기본 특성 269
〈표 3-3〉 실험용 생석회 시료의 BET 분석 결과 270
〈표 3-4〉 국내산 소석회 및 시약급 Ca(OH)₂, Na계 흡수제의 BET 분석 결과 270
〈표 3-5〉 실험용 생석회 시료의 입도 분석 결과 271
〈표 3-6〉 국내 B사 소석회 및 시약급 소석회, Na계 흡수제의 입도 분석 결과 271
〈표 3-7〉 수화된 소석회 시료의 BET 분석 결과 297
[그림 2-1] 직류 방전의 전형적인 V-I 특성 44
[그림 2-2] Gliding arc discharge의 a) 개념도 b) 방전의 실제 사진 45
[그림 2-3] 다양한 형태의 코로나 방전 전극 형태 46
[그림 2-4] 스트리머의 발생의 a) 개념도 b) 실제 스트리머의 사진 48
[그림 2-5] 스트리머 형성에 의해 전극사이에 발생되는 전기장 a) 국부전기장 및 외부 전기장 b) 결합된 효과 48
[그림 2-6] DBD 방전에서 발생하는 microdischarge:노출시간 20ms 49
[그림 2-7] 니켈 전극과 CNT doped Ni 전극을 이용한 RF 플라즈마 발생의 특성 비교 a) 기체의 온도 b) 전자의 온도 (27th ICPIG, 18-22, 2005) 50
[그림 2-8] 직교형 CNT전극 및 알루미늄 전극을 이용한 직류 방전 현상의 특성 비교:플라즈마 방전 조건 공기 분위기, 1기압 (pp171, Nature, 2003) 51
[그림 3-1] Carbon nanotube 합성 및 저온플라즈마 발생 실험 flowsheet 52
[그림 3-2] AAO 제조를 위한 Cell 개략도 및 장치 사진 53
[그림 3-3] CNT 합성장치 54
[그림 3-4] DBD 방전 실험 장치의 개략도 55
[그림 4-1] 0.3M Oxalic solution에서 성장된 AAO 박막 a) 평면(45K배) b) 평면(100K) c) 단면 57
[그림 4-2] 0.3M Oxalic solution에서 성장된 AAO 박막을 인산용액에서 1시간 처리한 AAO 박막 a) 평면 사진 b) 단면사진 58
[그림 4-3] Pore thinning과 widening 과정을 거친 AAO 박막 59
[그림 4-4] 코발트가 담지된 AAO 59
[그림 4-5] 대기공과 소기공이 중첩된 구조의 AAO a)단면 b)기공의 접촉단면 60
[그림 4-6] AAO 기공에 성장한 CNT의 사진 a)1시간 b)30분 62
[그림 4-7] AAO에 성장한 CNT의 단면 모습 63
[그림 4-8] 이중 기공을 가지는 AAO에서 CNT 성장 a)전체사진 b) 바닥사진 63
[그림 4-9] CNT 전극과 알루미늄 전극의 방전특성 비교 (N₂, 1kHz, Vac:5.3kVrms) 64
[그림 3-1] 진동세관형 히트파이프 작동 개념도 73
[그림 3-2] 진동세관형 히트파이프의 기본형상 75
[그림 3-3] 히트파이프의 작동유체의 적용온도 76
[그림 3-4] 히트파이프의 작동유체에 따른 Merit수 77
[그림 3-5] 열사이펀의 작동유체에 따른 Merit수 78
[그림 3-6] 수직 원형관에서의 liquid slug의 검사체적 80
[그림 3-7] 루프형 진동세관형 히트파이프 개념도 81
[그림 3-8] 진동세관형 히트파이프의 이론적 모델 83
[그림 3-9] 진동세관형 히트파이프의 해석된 작동 개념도 85
[그림 3-10] 시간에 따른 Plug의 온도변화 86
[그림 3-11] 시간에 따른 Plug의 위치 변화 86
[그림 3-12] 시간에 따른 Slug의 속도 변화 87
[그림 3-13] 수치해석 도식표 87
[그림 3-14] 실험장치의 개략도 91
[그림 3-15] 기초 특성 실험용 시험부 92
[그림 3-16] 진동세관형 히트파이프의 작동특성 (D-1.2) 93
[그림 3-17] 진동세관형 히트파이프의 작동특성 (D-1.0) 94
[그림 3-18] 주효과 분석 94
[그림 3-19] 교호작용 분석 95
[그림 3-20] 진동세관형 히트파이프의 성능에 미치는 채널수의 영향 97
[그림 3-21] 진동세관형 히트파이프의 채널수에 따른 열저항 98
[그림 3-22] 진동세관형 히트파이프 이용 중ㆍ저원 폐열회수 열교환기 시제품 99
[그림 3-23] 진동세관형 히트파이프 폐열회수 열교환기 100
[그림 3-24] 폐열회수 열교환기 성능평가 장치 개략도 100
[그림 3-25] 폐열회수 열교환기 성능평가 장치 101
[그림 3-26] 충진율 및 설치자세에 따른 열효율 102
[그림 3-27] 폐열회수 열교환기의 기동특성 103
[그림 3-28] 폐열회수 열교환기의 온도효율 104
[그림 3-29] 폐열회수 열교환기의 전열량 104
[그림 1-1] 초임계수를 이용한 석탄의 에너지화 기술 개념 111
[그림 2-1] Crude oil prices since 1861 114
[그림 2-2] 전형적인 종형 이론 곡선 115
[그림 2-3] Oil consumption by area 115
[그림 2-4] 석탄 매장량(2003년 말) 117
[그림 2-5] Fossil fuel reserves-to-production(R/P) ratios at end 2003 118
[그림 3-1] Schematic diagram of experimental apparatus 126
[그림 3-2] 회분식 실험장치 126
[그림 3-3] 초임계를 이용 석탄 분해 실험을 위한 분석체계 130
[그림 4-1] 압력, 온도별 석탄의 전체 전화율 131
[그림 4-2] 반응시간에 따른 전체 전화율 132
[그림 4-3] 30 MPa에서 온도별 가스 생성량 및 조성 133
[그림 4-4] 반응시간에 따른 전체 황 제거율 134
[그림 4-5] 반응온도, 압력에 따른 기상, 액상으로의 황 제거율 135
[그림 4-6] 온도, 압력에 따른 전체 전화율 136
[그림 4-7] 초임계 및 아임계 조건에서 온도에 따른 생성물 수율 137
[그림 4-8] 초임계 및 아임계 조건에서 온도, 압력에 따른 HS와 HI의 수율 138
[그림 4-9] 가스 조성에 대한 온도 및 압력의 영향 139
[그림 4-10] 전화율에 대한 밀도의 영향 140
[그림 4-11] 온도, 압력에 따른 가스상으로의 황제거 141
[그림 4-12] 400℃에서 압력변화에 따른 전체전화율 142
[그림 4-13] 황제거율에 대한 압력의 영향 142
[그림 1-1] 연소 후 CO₂ 분리기술 및 저장 이용기술 150
[그림 1-2] 각 CO₂ 분리회수 기술 수준 비교 151
[그림 1-3] 환경, 에너지, 경제사이의 3E 트릴레마 발생 152
[그림 1-4] GHG별 지구온난화 기여도(세계) 153
[그림 1-5] 각 국가별 이산화탄소 발생 현황 153
[그림 1-6] 각종 전원의 1kWh당 CO₂ 배출량 154
[그림 2-1] 이산화탄소 연속 흡수분리공정의 설계도면 158
[그림 2-2] 흡수탑 장치 설계도 161
[그림 2-3] 탈거탑 장치 설계도 164
[그림 2-4] 열교환기 평면 설계도 166
[그림 2-5] 열교환기 입체 설계도 166
[그림 2-6] 냉각기 평면 설계도 167
[그림 2-7] 냉각기 입체 설계도 167
[그림 2-8] 응축기 평면 설계도 168
[그림 2-9] 응축기 입체 설계도 169
[그림 2-10] 재비기 평면 설계도 170
[그림 2-11] 재비기 입체 설계도 170
[그림 2-12] 열교환기 제작 사진 172
[그림 2-13] 냉각기 제작 사진 172
[그림 2-14] 응축기 제작 사진 172
[그림 2-15] 재비기 제작 사진 173
[그림 2-16] 이산화탄소 흡수분리장치 사진 173
[그림 2-17] 일정한 액 유속과 가스 유속변화에 따른 압력변화 175
[그림 2-18] L/G 비에 따른 flooding velocity 177
[그림 2-19] Kister식을 이용한 capacity와 flow 변수 177
[그림 2-20] 흡수제 순환속도에 따른 흡수효율의 변화 연소가스 주입량 180
[그림 2-21] 30wt% MEA 수용액의 효율에 대한 탈거탑 온도의 영향 181
[그림 2-22] 가스하이드레이트 물성 183
[그림 2-23] 가스하이드레이트 장치 도면 184
[그림 2-24] 이산화탄소 하이드레이트 생성반응장치 185
[그림 2-25] 압력 변화에 따른 상변화 185
[그림 3-1] CSLF 조직 구성 188
[그림 2-1] 증기 개질 공정의 개략도 202
[그림 2-2] 열촉매 수소 제조 공정 개념도 205
[그림 3-1] Jet 마모 시험관의 구조도 213
[그림 3-2] 비산 입자 포집 시스템 214
[그림 3-3] Swirl injection 측정기 215
[그림 4-1] 마모 실험에 따른 입도 변화 216
[그림 4-2] 입자 마모에 따른 비산회재 포집량 217
[그림 4-3] 마모 실험에 따른 입도 변화 218
[그림 4-4] 마모 실험 후의 입도 분포 219
[그림 4-5] 시간에 따른 비산회재 포집량 219
[그림 4-6] 비산 물질의 누적 배출량 220
[그림 4-7] 시간에 따른 배출량 221
[그림 4-8] 입도 분포 222
[그림 4-9] 90˚의 swirl injection nozzle 223
[그림 4-10] 45˚의 swirl injection nozzle 223
[그림 4-11] 0˚의 swirl injection nozzle 224
[그림 4-12] 노즐 개수에 따른 비산 입자 발생량 225
[그림 4-13] Swirl injection이 3개인 경우의 비산 회재량 226
[그림 4-14] 모래 입도(150-212㎛)에서의 비산 회재량(Nozzle:90˚) 226
[그림 4-15] 모래 입도(106-150㎛)에서의 비산 회재량(Nozzle:90˚) 227
[그림 4-16] 모래 입도(150-212㎛)에서의 비산 회재량(Nofzle:45˚) 227
[그림 1-1] perovskire형 무기막 구조도 233
[그림 1-2] Perovskite 분리막에 의한 수소 투과원리 233
[그림 2-1] 볼밀시스템 235
[그림 2-2] 소성로 235
[그림 2-3] perovskite 막소재 제조공정 236
[그림 2-4] 소성 전 후 Ba0.4Sr0.6TiO₃powder(이미지참조) 239
[그림 2-5] 수소투과막시스템 개요도 240
[그림 3-1] 제조된 막 소재의 SEM 사진 242
[그림 3-2] Perovskite 막소재의 XRD 분석 245
[그림 3-3] XRD 종합도표 245
[그림 3-4] EDS 분석 248
[그림 3-5] 코팅된 막모듈 249
[그림 3-6] 수소분리막시스템 250
[그림 2-1] Typical Flue gas cleaning system In MSWI Plant 260
[그림 2-2] Sulfur Balance in flue gas cleaning system In MSWI Plant 260
[그림 2-3] Lime cycle(Brochure, Graymont) 262
[그림 2-4] Typical flow pattern of slurry slaker 263
[그림 2-5] Specific surface area of lime carbon mixture(Spongiacal-Rbeinkalk) 265
[그림 2-6] Temperature application range of lime-based products(Rheinkalk) 266
[그림 3-1] 시약급 Ca(OH)₂의 SEM 사진(5만배) 272
[그림 3-2] 국내산 고활성 및 공업용 소석회의 SEM 사진(5만배) 272
[그림 3-3] 시약급 NaHCO₃ 및 Na₂CO₃의 SEM 사진(5만배) 272
[그림 3-4] 국내산 생석회(CaO) 시료의 SEM 사진(5만배) 273
[그림 3-5] 국내산 생석회(CaO) 시료의 SEM 사진(5만배) 273
[그림 3-6] 각종 소석회 시료의 XRD pattern 274
[그림 3-7] ASTM C 110-02a 생석회 수화속도 측정장치의 구성 및 규격 275
[그림 3-8] ASTM C 110-02a 장치를 이용한 생석회 수화속도 측정 실험 277
[그림 3-9] 수화수 초기 온도에 따른 시료별 수화특성 278
[그림 3-10] 수화수 초기 온도에 따른 최고 수화온도 및 도달시간 278
[그림 3-11] 수화수 초기 온도에 따른 3분간, 6분간 수화온도상승 279
[그림 3-12] 수화수 초기 온도에 따른 수화측정 완료시간 및 최고온도와 초기온도 차이 279
[그림 3-13] WA, BA, CB 시료의 수화수 초기온도별 수화특성 280
[그림 3-14] 항온 수화장치 281
[그림 3-15] 항온 수화장치의 실험 장면 282
[그림 3-16] WA, BA CB 시료의 항온수화실험 결과 283
[그림 3-17] 항온 수화에서 수화온도에 따른 최고수화 온도 변화 284
[그림 3-18] 항온 수화에서 수화온도에 따른 최고수화 온도 도달시간 변화 284
[그림 3-19] 항온 수화와 수화속도 측정시의 수화완료시간 비교 285
[그림 3-20] 항온 초음파 수화 장치 286
[그림 3-21] 항온 수화와 항온 초음파 수화의 수화특성 비교 287
[그림 3-22] 수화속도 측정, 항온 수화, 항온 초음파 수화의 최고 수화온도 비교 287
[그림 3-23] 수화속도 측정, 항온 수화, 항온 초음파 수화의 최고 수화온도 도달시간 비교 288
[그림 3-24] 수화속도 측정, 항온 수화, 항온 초음파 수화치 수화완료 시간 비교 288
[그림 3-25] 수화물 반응제 반응성 평가를 위해 고안된 고정층 실험장치 290
[그림 3-26] BEL-CAT TPD 장치의 구성도 290
[그림 3-27] BEL-CAT TPD 장치의 설치 및 작동 모습 291
[그림 3-28] 생석회 시료와 소석회 시료의 흡착 특성 비교 293
[그림 3-29] WA 시료와 항온수화 생성물 시료들의 SO₂ 흡착특성 293
[그림 3-30] WA 시료의 항온 초음파 수화 생성물의 SO₂ 흡착특성 294
[그림 3-31] 항온 초음파 수화시 초음파 강도에 따른 SO₂ 흡착특성 비교 295
[그림 3-32] 항온 수화와 항온 초음파 수화 시료의 BET 분석치 비교 295
[그림 3-33] 항온 수화와 항온 초음파 수화 시료의 SO₂ 흡착량 비교 296
[그림 3-34] Pore volume distribution of lime (WA) 297
[그림 3-35] Pore volume distribution of sonlcated hydration lime (WAU-70) 297
[그림 3-36] 항온 초음파 수화시 초음파 강도에 따른 BET 및 SO₂ 흡착량 비교 298
[그림 3-37] 원료 생석회, 소석회 시료 및 실험 결과물들의 BET 값 비교 298