생물생산시설 및 환경공학 분야 : 상변화물질 Na2SO4,10H2O의 잠열량 및 잠열온도 분석

강연구 ( Youn Koo Kang ),김영화 ( Young Hwa Kim ),장재경 ( Jae Kyoung Jang ),권진경 ( Jin Kyoung Kwon ),김종구 ( Jong Koo Kim ),유영선 ( Young Sun Ryou ) 한국농업기계학회 2014 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.19 No.1

발전소 폐열을 이용한 농업시설용 히트펌프시스템의 난방 성능 분석

강연구(Youn Koo Kang),강석원(Suk Won Kang),백이(Yee Paek),김영화(Young Hwa Kim),장재경(Jae Kyung Jang),유영선(Young Sun Ryou) (사)한국생물환경조절학회 2017 생물환경조절학회지 Vol.26 No.4

쓰레기 소각장이나 산업체의 폐열을 농업에 활용한 사례는 몇몇 있었다. 그러나 온배수를 농업에 활용한 사례는 전무하였으며, 치어, 종패 등을 양식하는 수산업이 대부분이었다. 본 연구에서는 화력발전소의 온배수(폐열)를 열원으로 이용하는 120 RT 규모의 냉난방시스템을 제주특별자치도 서귀포시 안덕면 소재의 5,280m² 아열대 작물(망고) 재배온실에 설치, 10월에서 다음해 2월까지 약 5개월 동안 난방을 실시하여 난방에너지 비용 절감 효과 등 분석하였다. 난방에너지 비용 절감효과는 면세경유에 대하여 87%이였으며, 또한 발전소의 온배수를 에너지원으로 재활용함으로서 62%의 이산화탄소 배출 저감 효과를 얻었다. 본 연구를 계기로 2015년에 해수가 수열에너지 분야로 재생에너지에 포함되었다. 해수의 표층의 열을 히트펌프를 사용하여 변환시켜 얻은 에너지라는 수열에너지 분야의 기준과 범위를 볼 때, 이는 온배수가 재생에너지에 포함되었다고 말해도 과언이 아닐 것으로 사료된다. 그 이유는 온배수도 해수임에도 불구하고 온도가 일반 해수보다 7~8℃ 높아, 일반 해수를 히트펌프의 열원으로 이용하는 것보다 온배수를 열원으로 이용했을 때 히트펌프의 성능이 높기 때문이다. 또한 같은 해 농식품부의 폐열 재이용 시설 지원 사업이 발표되어, 발전소 온배수뿐만 아니라 산업체와 소각장의 폐열을 농업에 활용하면 지원을 받을 수 있게 되었다. 이 사업에 의하여 2015년 당진시, 하동군, 제주시, 곡성군이 선정되었으며, 2016년 태안군, 서귀포시 등이 선정되어, 2016년 말 곡성군과 제주시가 공사를 완료, 농업에 폐열을 활용하고 있으며(제주시는 발전소, 곡성군은 산업체폐열을 이용하고 있음), 기타 지역은 추진 중이다. In this study, the heating performance and the energy saving effect of the heat pump system using hot waste water(waste heat) of the thermal power plant discharged from a thermal power plant to the sea were analyzed. The greenhouse area was 5,280m² and scale of the heat pump system was 120 RT(Refrigeration Ton), which was divided into 30 RT, 40 RT and 50 RT. The heat pump system consisted of the roll type heat exchangers, hot waste water transfer pipes, heat pumps(30, 40, 50 RT), a heat storage tank and fan coil units. The roll type heat exchangers was made of PE(Poly Ethylene) pipes in consideration of low cost and durability against corrosion, because hot waste water(sea water) is highly corrosive. And the heating period was 5 months from October to February. During the heating performance test(12 hours), the inlet water temperature of evaporator was changed from 32℃ to 26℃, and heat absorption of he evaporator was changed from 175 kW to 120 kW. The inlet water temperature of the condenser rose linearly from 15℃ to 50℃, and the heat release of condenser was reduced by 40 kW from 200 kW to 160 kW. And the power consumption of the heat pump system increased from 30 kW to 42 kW. When the inlet water temperature of condenser was 15℃, the heating COP(Coefficient Of Performance) was over 7.0. When it was 30℃, it dropped to 5.0, and when it was above 40℃, it decreased to less than 4.0. It was analyzed that the reduction of heating energy cost was 87% when compared to the duty free diesel that the carbon dioxide emission reduction effect was 62% by recycling the waste heat of the thermal power plant as a heat source of the heat pump system.

홈롤러 배종장치의 홈 각도에 따른 배종 성능 분석

강연구 ( Youn-koo Kang ),전현종 ( Hyeon-jong Jun ),이상희 ( Sang-hee Lee ),신소영 ( So-young Shin ),장인배 ( In-bae Jang ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

우리나라의 인삼은 뇌두, 동체, 지근의 형태가 사람의 형상을 이루는 것이 특징으로서, 이러한 인삼의 체형을 더욱 신비시하고 우량한 인삼으로 평가하고 있다. 이러한 우량인삼을 생산하기 위하여 우리나라에서는 정식재배를 위주로 하여 인삼을 재배하여 왔다. 그러나 미국과 캐나다 일부에서는 종자를 파종하여 수확할 때까지 같은 장소에서 재배하는 직파재배를 하고 있다. 인삼의 직파재배는 육묘와 정식과정이 생략되어 노동력과 생산비를 절감할 수 있다는 장점이 있어 국내에서도 직파재배 비율이 점차 증가하고 있다. 본 연구에서는 인삼 파종기 개발에서 파종율을 높이기 위하여 홈롤러의 홈의 각도를 15°, 30°, 45°로, 홈의 사선이 홈의 끝 또는 중간에 닿도록 가공하여 홈롤러의 회전수를 달리하여 배종성능을 분석하였다. 이때 홈의 직경은 7 mm, 깊이는 5 mm로 선행 연구에서 배종율이 가장 좋은 것으로 선정하였으며, 회전수는 7, 14, 21 RPM으로 하였다. 그리고 인삼 종자는 개갑된 연풍을 사용하였다. 홈의 각도와 회전수에 따른 배종 성능은 아래 표와 같으며, 홈의 각도는 30°로, 홈의 끝까지 가공하였을 때가 배종 성능이 가장 좋은 것으로 나타났다.

지하공기를 이용하는 농업시설용 난방시스템

강연구(Kang, Youn-Ku),유영선(Ryou, Young-Sun),김영화(Kim, Young-Hwa),성문석(Sung, Moon-Seok),김종구(Kim, Jong-Koo),장재경(Jang, Jae-Kyoung),이형모(Lee, Hyoung-Mo) 한국신재생에너지학회 2009 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11

The districts of underground geologic structure in Jeju island where underground air is distributed are lava cave, pyroclastic, open joint, and crushing zone. Such districts are identified to secure an enough airflow when air ventilation layer is to secure 25-35m in depth. In Jeju, Ground air is used for heating greenhouse and fertilizing natural CO₂ gas by suppling directly into greenhouse. But the heating method by suppling ground air into greenhouse directly bring about several problem. The occurrence of disease of the crops by high humidity is worried because the underground air which becomes discharge from underground air layer has over 90% relative humidity. The underground air is inadequate in heating for crops which need high temperature heating such as mangos, Hallbong and mandarin orange because the temperature of it is 15{sim}18?C. Also There is worry where the ventilation loss becomes larger because the air pressure inside greenhouse is high by supplying underground air directly. In this study the heat pump system using underground air as heat source was developed and heating performance of the system was analysed. Heating COP of the system was 2.5~5.0 and rejecting heat into greenhouse and extracting heat from underground air were 40,000~27,000 kcal/h, 30,000~18,000 kcal/h respectively.

온실 열손실 분석용 기상정보 및 온실방위 조사 분석

김영화(Young Hwa Kim),강석원(Sukwon Kang),백이(Yee Paek),장재경(Jae Kyung Jang),성제훈(Sung Je Hoon),강연구(Yeon Koo Kang) (사)한국생물환경조절학회 2018 생물환경조절학회지 Vol.27 No.1

본 연구에서는 풍환경에 따른 열손실을 분석하는데 있어 필요한 풍속 기초자료를 제공하기 위하여 주요 11개 해안지역 중 온실밀집지역을 선정하여 기상환경 및 온실방위를 조사 분석하였다. 대상지역은 난방온실 재배면적과 풍환경 기준으로 선정하였고 온실밀집지역은 50,000m² 이상인 지역을 대상으로 하였다. 11곳의 기상자료 중 기온, 풍속, 풍향을 대상으로 30년간 자료를 수집하여 분석하였고 기온은 최저, 평균, 최고 기온을 나누고 풍속 및 풍향 기준은 기상청 분석 기준을 적용하였다. 온실의 배치방향은 형태가 대칭인 점을 감안하여 0~180° 범위로 자료를 수집하였다. 또한, 각 지역마다 풍향이 있으며 온실길이방향을 기준으로 하였을 때 적용되는 풍향은 달라질 수 있으며 이를 상대풍향으로 지칭하고 중복되는 점을 고려하여 0~90° 범위로 자료를 수집하였다. 11개 지역의 기온은 중부지방에 있는 보령, 영광 지역과 남부지방에 있는 9개 지역의 기온차이가 구분되었다. 중부해안 대상지역은 1월 최저기온은 약 3~4℃ 정도 온도가 높은 것을 확인할 수 있었고 평균기온은 약 3℃정도 높았으며 월별 기온 중 최저기온을 선정할 때에 1월 기온을 고려해야 되는 것으로 판단된다. 대상지역의 주풍향에 대한 월별 차이는 크게 발생하지 않았으며 풍향 분포에 따라 지역별로 서해안측, 서해 및 남해 경계해안측, 남해안측으로 구분되어졌다. 풍속은 영광을 제외한 10개 지역은 월간 풍속 포차이가 크게 발생하지 않는 것으로 판단된다. 대상지역의 온실의 방향은 길이방향 기준으로 분석하였으며 보령과 영광, 남해 지역은 60%이상 집중되어 있는 방향이 존재하였고 해남, 통영지역은 약 90% 집중되어있는 방향이 존재하였으며 이는 경지정리로 인하여 방향이 편향되어있는 지역이 존재하는 것으로 판단된다. In this study, eleven major coastal areas were selected and the climate environment and the greenhouse direction were analyzed. This research investigates the greenhouse heat loss according to the wind environment at target areas. The target areas were selected based on heated greenhouse cultivation area and wind environment standard. Temperature, wind speed, and wind direction among weather data for 30 years were collected and analyzed. The data were divided into the minimum, average, and maximum temperatures and the Meteorological Agency criteria applied to the weather and wind direction criteria. Data were collected in the range of 0~180° considering the symmetry of the shape of the greenhouse. In addition, the wind direction is different for each region and the applied wind direction can be different when referring to the longitudinal direction of the greenhouse and the data are collected in the range of 0~90°. The results of this study are expected to be used to calculate the heating load of greenhouse installed in places wind speed high.

축산폐수 이용 미생물연료전지의 물-에너지-식량 넥서스 상호연계분석

강석원 ( Sukwon Kang ),장재경 ( Jae Kyung Jang ),강연구 ( Young Koo Kang ),김영화 ( Young Hwa Kim ),성제훈 ( Je Hoon Sung ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

물, 식량 등의 자원안보와 관련하여 지속가능한 자원관리의 개념으로 물, 식량, 에너지 자원의 연계성을 해석하고 통합적인 관리를 제시하기 위하여 넥서스(Nexus) 개념이 제시되고 있다. 이에 따라 물, 식량, 에너지를 주요 요인으로 설정하고 요인들 간의 상호연관 및 관련 세부요인들을 통합적으로 고려하는 넥서스 관련 연구가 국·내외적으로 수행되고 있다. 이러한 추세에 따라 축산폐수를 이용한 미생물연료전지 시스템에서의 요인들 간의 상호 연계성을 해석하였다. 자원적 관점으로는 미생물연료전지는 폐수를 정화하여 식량생산에 필요한 농업용수를 공급하고, 발생되는 농업부산물을 소비한 가축으로부터 발생되는 분뇨는 미생물연료전지 운영을 위한 자원(가축분뇨)을 공급받는다. 또한, 에너지 관점에서는 미생물연료전지에서 전기에너지를 회수하고, 저 전력 소비가 가능한 미생물연료전지 시스템의 운전을 통해서 소비에너지를 절감시킨다. 물-에너지-식량 넥서스 분석을 통해 자원과 에너지에 대한 관리 시나리오의 적용과 자원별 영향을 전체적인 시각으로 살펴볼 수 있었다. 향후 축산폐수 미생물연료전지의 실험에서 얻은 에너지절감을 포함한 정량적 에너지 생산량 데이터는 자원별 지속 가능성을 평가 및 비교하는데 활용될 수 있을 것이다.

신경섬유 손상에 따른 급성기 뇌출혈 환자의 확산 텐서 이미지와 언어장애 특성

김혜영(Hye Young Kim),강연구(Yeon Koo Kang),최철희(Chul-Hee Choi),최성희(Seong Hee Choi) 한국청각언어재활학회 2018 Audiology and Speech Research Vol.14 No.4

Purpose: Diffusion tensor imaging (DTI) technique visualizes to localize and grade nerve injury in brain. Since aphasia is serious common problems in patients with stroke, the present study aimed to explore the features of language dysfunction across the various aphasia types based on nerve fiber injury using a novel DTI in patients with acute hemorrhagic stroke. Methods: One normal adult male and five adults with acute hemorrhagic stroke (patient group) within 30 days from symptom onset participated in this study. Brain CT, MRI, DTI images and Paradise Korean-Western Aphasia Battery-Revised (PK-WAB-R) were tested within 1 month after brain damage. Two dorsal nerve fibers [superior longitudinal fasciculus (SLF), arcuate fasciculus (AF)] and two ventral nerve fibers [inferior longitudinal fasciculus (ILF), uncinate fasciculus (UF)] were investigated using DTI analysis. Results: Hematoma volumes were relatively larger and Aphasia Quotient scores were lower in P1, P3, and P5. Location of lesion on CT and MRI was same with P1, P5, but the aphasia type by PK-WAB-R was different from each other. This finding showed that there was no absolute relationship between the lesion site and aphasia type but the relationship between the nerve fiber injury site on DTI and aphasia type. Non-fluent patients (P1, P3, P5) showed SLF, AF damage whereas relatively good comprehensive patients (P2, P4, P5) showed relative preservation of ventral nerve tract except in P5 who showed UF damage. Conclusion: DTI provided the sensitive detection of nerve fiber damage in patients with cerebral hemorrhage and useful tool in predicting aphasia type and language dysfunction.

참깨 생산 기계화 작업체계 연구

전현종 ( Hyeon-jong Jun ),강연구 ( Youn-koo Kang ),최일수 ( Il-su Choi ),유승화 ( Seung-hwa Yu ),우제근 ( Jea-keun Woo ),김영근 ( Young-keun Kim ),최용 ( Yong-choi ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

참깨는 기계화가 미흡한 작목 중의 하나이다. 재배방식도 파종방식과 육묘로 정식하는 방식이 있다. 참깨 대부분은 인력작업으로 이루어지고 있고 경운정지, 방제작업을 제외한 파종, 정식 수확 작업은 대부분 인 력에 의존하고 있다. 특히 참깨는 두둑에 비닐피복하여 재배하기 때문에 기계화에 어려움이 많다. 따라서 노동력이 부족한 농촌에서 참깨 생산 작업 중 파종, 정식, 수확 작업의 기계화 시급히 요구되고 있다. 본 연구에서는 참깨 생산의 노력 및 비용 절감을 위하여 파종, 정식, 수확 작업의 기계화를 위해 기존에 개발된 파종기, 정식기, 수확기 등을 영농현장에 투입하여 최적의 작업체계를 구명한 후 참깨 생산 전과정 기계화 작업체계를 설정하여 참깨 생산에 투입되는 전체 노력과 비용을 관행 작업과 비교분석 하였다. 참깨 생산 기계화 작업체계는 파종작업을 통한 전과정 기계화 작업체계와 정식작업을 통한 전과정 기계화 작업체계로 구분하여 작업공정별로 투입된 기계 및 인력에 따른 노력과 비용을 분석하였다. 또한 참깨 생산 전과정 기계화 작업체계와 관행 작업체계에 투입된 기계 비용을 농기계임대사업 임대료를 적용하여 비교 분석하였다. 시험 결과 10a당 참깨 파종작업체계에서는 관행 대비 기계화 작업체계가 노력 65.8%, 비용 54.4%를 각각 절감하였고, 정식작업체계에서는 관행 대비 기계화 작업체계가 노력 55.1%, 비용 39.7%를 각각 절감할 수 있는 것으로 분석되었다. 이 결과를 통하여 파종작업체계 전과정 기계화가 정식작업체계 전과정 기계화 보다 노력 및 비용 절감이 큰 것으로 나타났다.

인삼 파종기의 홈롤러식 배종장치 개발

이상희(Sang-Hee Lee),강연구(Youn-Koo Kang),신소영(So-Young Shin),장성혁(Sung-Hyuk Jang),김태형(Tae-Hyeong Kim),최승렬(Seung-Ryul Choi) 한국산학기술학회 2022 한국산학기술학회논문지 Vol.23 No.4

인삼의 국내 재배면적은 2016년 14,700 ha에 달하는 주요 밭작물 중 하나이다. 하지만, 노동력 부족, 생산비 증가, 우량재배지 고갈 등의 문제로 이를 해결하기 위한 직파재배 면적이 증가 추세이다. 본 연구에서는 인삼 파종기 개발을 위해 인삼 종자를 1립 씩 정밀 파종하기 위한 홈롤러식 배종장치를 설계하고, 설계요인에 따른 배종성능을 분석하였다. 배종롤러의 설계요인으로는 인삼 종자의 크기에 맞게 홈롤러의 홈 직경 6 mm, 7 mm, 8 mm 및 홈 깊이 3mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm로 배종롤러를 제작하였다. 홈 직경 및 깊이에 따른 배종성능을 분석한 결과 홈 직경 7mm, 깊이 5 mm에서 1립 배종률은 77 %, 2립 이상 배종률은 0 %, 결주율은 23 %로 1립 배종성능이 가장 높았으나, 종자가 파손되어 결주율이 높아 이에 대한 개선이 필요한 것으로 분석되었다. 종자 파손으로 인한 결주율을 줄이고자 롤러 회전방향의 반대방향으로 홈에 사선으로 15°, 30°, 45°로 경사를 주었으며, 홈의 하단과 중간에서부터 경사를 준 2가지 형상으로 배종롤러를 제작하였다. 개선된 배종롤러의 배종성능을 분석한 결과 하단에서부터 30° 각도로 가공하였을 때 1립 배종률은 90.3 %, 2립 이상 배종률은 4.3 %, 결주율은 5.3 %로 배종성능이 가장 우수하게 나타나 경사를 주어 배종롤러를 가공한 경우 종자의 파손을 줄여 결주율을 줄일 수 있는 것으로 판단된다. Ginseng is one of the major field crops in Korea with cultivation area of 14,700 ha in 2016. However, ginseng production is facing a problem of labor shortage and increased production cost. Therefore, the use of direct-seeding cultivation is increasing to solve these problems. In this study, a hole-roller-type seed-metering device was designed for precisely sowing one grain at a time, and the metering performance was analyzed according to design factors. As a result, when the hole diameter was 7 mm and the depth was 5 mm, the metering ratio was 77%, and the multiple metering ratio was 0%. However, improvement of the metering roller was required because of the missed-planting ratio caused by seed damage. To reduce the missed-planting ratio, the hole was given a slope of 15°, 30°, or 45°, and a metering roller was manufactured with two shapes, where the slope started from the bottom and middle of the hole. When the hole had an angle of 30° from the bottom, the metering performance was the best with a metering ratio of 90.3% and missed-planting ratio of 5.3%. Therefore, it is concluded that the missed-planting ratio can be reduced when the metering roller has a slope to reduce seed damage.

식품 및 환경, 기타 Single-cathode와 Dual-cathode 미생물연료전지의 탄소원과 질산성질소의 전류발생 특성

장재경 ( Jae Kyung Jang ),이은영 ( Eun Young Lee ),유영선 ( Young Sun Ryou ),이성현 ( Sung Hyoun Lee ),황지환 ( Ji Hwan Hwang ),이형모 ( Hyung Mo Lee ),김종구 ( Jong Goo Kim ),강연구 ( Youn Koo Kang ),김영화 ( Young Hwa Kim ) 한국미생물생명공학회 2011 한국미생물·생명공학회지 Vol.39 No.4

Microbial fuel cells (MFC), devices that use bacteria as a catalyst to generate electricity, can utilize a variety of organic wastes as electron donors. The current generated may differ depending on the organic matter concentrations used, when other conditions, such as oxidant supply, proton transfer, internal resistance and so on, are not limiting factors. In these studies, a single-cathode type MFC (SCMFC) and dual-cathode type MFC (DCMFC) were used to ascertain the current`s improvement through an increase in the contact area between the anode and the cathode compartments, because the cathode reaction is one of the most serious limiting factors in an MFC. Also an MFC was conducted to explore whether an improvement in electricity generation resulted from oxidizing the carbon sources and nitrates. About 250 mg L-1 sodium acetate was fed to an anode compartment with a flow rate of 0.326 mL min-1 by continuous mode. The current generated from the DCMFC was higher than the value produced from MFC with a single cathode. COD removal of dual-cathode MFC was also higher than that of single-cathode MFC. The nitrate didn`t affect current generation at 2 mM, but when 4 and 8 mM nitrate was supplied, the current in the single-cathode and dual-cathode MFC was decreased by 98% from 5.97±0.13 to 0.23±0.03 mA and 8.40±0.23 to 0.20±0.01 mA, respectively. These results demonstrate that increasing of contact area of the anode and cathode can raise current generation by an improvement in the cathode reaction.