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- 저자 : 김길호(G. H. Kim) (검색결과 5 건)
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강상구 ( S. G. Kang ),박인철 ( I. C. Park ),김길호 ( G. H. Kim ),홍지웅 ( J. W. Hong ),차두환 ( D. H. Cha ),이다희 ( D. H. Lee ),김영천 ( Y. C. Kim ),신준환 ( J. H. Shin ),곽다현 ( D. H. Kwak ),강태환 ( T. H. Kang* ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2
보일러 실증 테스트에 사용된 보일러는 실험구의 경우 주식회사 ㈜ GA에서 개발한 수중 플라즈마 방전 방식 보일러(S-70, (주) GA, KOREA)를 사용하였고, 대조구는 일반 시설하우스 농가에서 사용되는 상업용 전기보일러(DBE-100, 대성, KOREA)를 사용하여 실증 테스트를 수행하였다. 보일러 실증 테스트에 사용한 하우스는 36,000×6,000×18,000 ㎜(L×H×W)크기로서, 하우스 중앙에 3중 단열층을 설치하여 실험구와 대조구로 분리한 후 난방 특성 및 금전수 생육 실험을 수행하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 일주일간 대조구에 공급된 누적 전열량은 10,138.3 MJ/h 이 공급되었고, 실험구의 경우에는 8,334.0MJ/h 의 전열량이 공급되어 실험구가 대조구보다 1,804.3 MJ/h 적게 공급된 것으로 나타났다. 출수온도 편차는 플라즈마 보일러가 전기보일러보다 23~47.7℃ 낮은 것으로 나타났다. 설정 출수온도 도달시간은 플라즈마 보일러가 10분이 소요되는 것으로 나타났고, 일반 상용 전기보일러의 경우에는 약 30분이 소요되는 것으로 나타나 플라즈마 보일러 가열 메커니즘이 일반 전기보일러의 전도에 의한 가열 메커니즘 우수한 것으로 판단된다. 실험구의 정규화 식생지수값(NDVI)은 평균 0.678 정도를 나타내었고, 대조구의 정규식생지수는 평균 0.632 정도로서 실험구가 대조구와 비교하여 약 0.046 정도 높은 것으로 나타났다. 금전수의 클로로필 함량을 나타내는 SPAD 값은 플라즈마 보일러를 설치한 실험구가 일반 전기보일러를 설치한 대조구보다 높은 경향을 나타내었다. 10주간 실험구 금전수의 누적 수고 생장량은 73.5 ㎜ 이었고, 대조구의 경우에는 53 ㎜로 나타나 실험구가 대조구보다 약 20 ㎜ 정도 높이 성장량이 양호한 것으로 나타났다. 10주간 실험구 금전수의 누적 엽장 생장량은 8.2 ㎜ 이었고, 대조구의 경우에는 6.9 ㎜ 로 나타나 실험구가 대조구 보다 약 1.3 ㎜정도 엽장 성장량이 높은 것으로 나타났다. 소비전력량은 플라즈마 보일러가 상용 전기보일러보다 약 0.500~0.522 MWh 적게 소비되어 약 16.1~17.8% 정도 에너지 절감효과가 있는 것으로 나타났다. 플라즈마 보일러의 내구연구 20년은 기준으로 총 이득비용은 26,732,400원으로 나타났고. 연간 이득비용으로 환산하면 연간 약 1,336,620원의 경제적 효과가 있는 것으로 판단된다.
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강상구 ( S. G. Kang ),박인철 ( I. C. Park ),김길호 ( G. H. Kim ),차두환 ( D. H. Cha ),이다희 ( D. H. Lee ),김영천 ( Y. C. Kim ),신준환 ( J. H. Shin ),곽다현 ( D. H. Kwak ),김지훈 ( J. H. Kim ),강태환 ( T. H. Kang ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2
본 연구는 ㈜GA에서 개발한 플라즈마 보일러의 발열체인 단위 유닛(S-10, ㈜GA, KOREA)을 사용하여 유닛 조합에 따른 내부 순환수 경로 형태에 따라 보일러 성능 특성을 분석하여 플라즈마 보일러의 적정 운전 조건을 구명하고자 하였다. 본 연구에서 사용된 플라즈마 보일러 유닛은 정격용량이 10 kW/h 로 설계 제작한 2개의 유닛을 사용하였으며, 전극 코어와 하우징으로 구성되었다. 재질은 타이타늄(Ti) Grade2 소재를 기본으로 백금족의 이리듐(Ir)을 도금하였다. 플라즈마 보일러 유닛의 성능평가는 탱크 용량 200 L 의 순환수를 유량 25 ~ 30 L/min 으로 유지한 상태에서 설정온도 60℃까지 상승시키는 동안 5분 단위로 측정된 입출수 온도, 유량, 소비전력량, 투입열량 및 방출열량을 측정하여 성능계수(COP)를 산출하였고, 보일러 내부 순환수 경로는 병렬과 직렬형 2가지로 나누어 5 반복으로 성능평가를 수행하였다. 실험 결과 AC 3상 4선식 380V 전원 인가 시 순환수 경로가 병렬 형태의 경우에는 운전 전류는 평균 35.88 A 로 측정되었고, 이 때 총 투입열량과 방출열량은 각각 21,981 Kcal/h, 15,855 Kcal/h 로 계산되어 성능계수가 0.8로 나타났다. 순환수 경로가 직렬인 경우에는 운전 전류는 평균 33.31A로 측정되었고, 총 투입 열량과 방출열량은 각각 19,814Kcal/h, 20,088Kcal/h 로 계산되었으며, 성능계수는 1.01 로 나타나 병렬 형태보다 COP가 약 0.21 높게 나타났다. 이로써 직렬형 경로가 병렬형 경로에 비해 평균 운전전류가 2.57A 적게 소비됨에 따라 소비전력이 감소하여 성능계수는 0.21 높게 측정된 것으로 판단된다. 따라서 순환수가 2개의 보일러 유닛에 병렬로 나뉘어 공급되는 병렬형 연결 구조보다 2개의 유닛을 직결하여 순환수를 1차와 2차로 나누어 연속으로 가열하는 직렬형 연결 구조가 플라즈마 보일러에 적합한 것으로 판단된다.
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수중 플라즈마 방전 보일러 개발을 위한 플라즈마 코어 성능평가
김현정 ( H. J. Kim ),박인철 ( I. C. Park ),정수열 ( S. Y. Jeong ),김길호 ( G. H. Kim ),강태환 ( T. H. Kang ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2
국내 시설하우스 재배면적은 2019년 기준 81,195 ha, 난방면적은 15,878ha이고, 이중 화석연료를 사용하여 난방하는 온실 면적은 13,864ha로서 전체 난방면적의 87%를 차지하고 있다. 국내 시설 농가에서는 동절기 작물을 재배하기 위하여 온풍난방기, 라디에이터, 온수난방, 태양열난방 시스템 등을 사용하고 있고, 이중 농업용 난방기는 유류 버너가 장착된 온풍기가 80% 이상 차지하고 있다. 전기온풍 난방기는 초겨울과 초봄 등 외부기온이 크게 낮지 않은 시기에 난방효과가 있으나 100 kW 초과시 유지비 증가, 한겨울 또는 고온성작물 재배시 발열량 부족 등의 문제점이 있으며, 경유용 온풍 난방기는 최근 급증한 유가로 인해 시설 농가의 난방비 부담이 큰 실정이다. 따라서 본 연구에서는 에너지 효율이 높고, 급속가열이 가능하며, 토출 공기의 온도가 높아 시설 온실 내부 온도를 균일하게 유지할 수 있는 수중 플라즈마 방전 방식의 농업용 온풍 난방기 개발을 위한 플라즈마 방전 코어의 성능을 평가하고자 하였다. 본 연구에 사용된 플라즈마 코어는 정격용량이 40 KW/h 로 설계 제작하였고, STS316L 소재를 기본으로 표면에 백금으로 도금한 것과 도금하지 않은 것에 대한 성능을 평가하였다. 플라즈마 코어의 방전성능 평가는 1000L의 물을 유량 89 L/min 을 유지한 상태에서 설정온도 77℃까지 상승시킬 경우 입출수 온도, 유량, 소비전력, 투입열량, 방출 열량 및 성능계수를 측정하였고, 플라즈마 방전시 플라즈마 코어의 안전성을 평가하였다. 그 결과, STS316L 소재에 백금 도금한 코어가 도금하지 않은 코어보다 소비전력은 10 KW/h 적게 소비된 것으로 나타났다. 투입열량과 방출열량은 백금 도금한 코어가 각각 26,094 Kcal/h, 31,278 Kcal/h 로 성능계수가 1.20로 나타났고, 도금하지 않은 코어의 경우에는 각각 34,842 Kcal/h, 40,155 Kcal/h 로 성능계수는 1.15로 나타났다. 한편, 백금 도금하지 않은 코어의 경우 플라즈마 방전 중 소재 내의 철성분이 지속적으로 용출되어 전해수의 전해질 농도가 높아짐에 따라 운전시간과 비례하여 전류치가 상승하였다. 백금 도금한 코어의 경우에는 운전시간 동안 전류치가 일정하게 유지되는 것을 볼 때 표면의 플라즈마 방전에 대한 내구성이 확보된 것으로 나타났다. 따라서 내구성과 발열성능을 고려할 경우 수중 플라즈마 보일러 개발 위한 코어로는 STS316L 소재에 백금 도금한 것이 적절한 것으로 판단된다.
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강상구 ( S. G. Kang ),박인철 ( I. C. Park ),김길호 ( G. H. Kim ),홍지웅 ( J. W. Hong ),차두환 ( D. H. Cha ),이다희 ( D. H. Lee ),김영천 ( Y. C. Kim ),신준환 ( J. H. Shin ),곽다현 ( D. H. Kwak ),강태환 ( T. H. Kang ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2
수중 플라즈마 방전 방식 농업용 보일러 개발은 기존 하우스 농가의 시설하우스 단위면적별, 재배작물별 필요 열량에 최적으로 다처하기 위해 보일러 가열부를 유닛으로 만들어 조합함으로써 작물재배시 과도한 소비전력 사용 방지와 적정 생육환경을 조성하여 생산비 절감 및 생산성 향상을 목적으로 개발하였다. 본 연구에서 개발한 플라즈마 보일러 유닛은 전극코어와 하우징으로 구성되고, 재질은 PPS(폴리페닐린 설파이드)로서 전극코어 및 하우징의 표면을 개질 후 Cu→Ni→Pd→Pt 순으로 다중 도금하였다. 전극코어와 하우징 간 AC220V 인가 시 운전전류 3A가 일정하게 흐르면서 총 전력량 660W급으로 설계 제작하여 기초평가 한 결과, 초기에는 플라즈마 방전상태가 양호한 것으로 나타났다. 그러나 장시간 운전시 서서히 운전전류가 감소하여, 90일차 운전전류는 2.3A로 하락하였고, 운전 종료 후 분해한 결과 전극표면과 하우징 내측의 도금층이 박리된 상태로 변하였다. 이것은 PPS 재질이 플라즈마 방전에 의한 표면 온도 상승을 견디지 못하고 열부식이 발생되어 다중 도금층이 파괴된 원인으로 판단되며, PPS 다중도금 전극은 적용이 불가능 한 것으로 판정되었다. 따라서 보일러 유닛의 전극코어와 하우징 재질을 그레이드 2의 타이타늄(Ti)을 베이스 재질로 제작한 후 표면에 백금족 원소인 이리듐(Ir)을 5 ㎛의 두께로 도금하여 플라즈마 방전시 표면온도 상승으로 인하여 발생하는 박리현상을 제거하였고, 3상 AC380V 인가시 운전전류는 17.2~18.3 A, 총 전력량 10,176~10,827 W 급으로 플라즈마 방전상태가 양호한 것으로 나타났다. 또한 운전시 하우징에 N상을 인가하지 않은 경우 누설전류는 약 58V로 나타났고, N 상을 인가할 경우 0.0~1.8V의 전기가 누설되는 것으로 나타나 N 상 하우징이 플라즈마 방전의 왜곡을 방지함으로써 에너지 변환율을 높이는 것으로 판단된다.
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