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.

에너지 절감형 화염확산 억제 알루미늄 다겹 스크린의 난방 특성

김현정 ( H. J. Kim ),노현권 ( H. K. Noh ),박범순 ( B. S. Park ),한충수 ( C. S. Han ),강태환 ( T. H. Kang ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

알루미늄 차광 보온 스크린은 국내의 시설 온실에서 반드시 사용해야 하는 시설 원예용 자재로서 원예작물의 경우 적절한 차광을 통해 고품질의 농산물을 생산할 수 있다. 또한 보온성 향상으로 에너지 절감효율을 높여 유류비 절감효과 및 이산화탄소는 배출량을 절감시킬 수 있는 친환경 제품으로 각광을 받고 있다. 그러나 해외로 수출하기 위해서는 준불연 이상의 난연 특성을 지니고 있어야 한다. 따라서 알루미늄 차광 보온 스크린의 수출경쟁력을 강화하고, 국내 농업용 및 원예용 하우스의 화재피해 경감을 위하여 화염의 확산을 억제할 수 있는 농업용 알루미늄 스크린을 이용하여 난방효과를 분석하고자 한다. 본 연구에 사용된 공시재료는 대조구로서 (주) 부전에서 1차 년도에 개발한 화염확산 억제 알루미늄 스크린을 이용하였다. 실험구 1은 1차 년도에 개발한 화염확산 억제 알루미늄 스크린과 부직포 및 합성모노 필라먼트의 보온재 3겹을 설치하였다. 실험구 2는 2차년도에 보완 개발한 화염확산 억제 알루미늄 스크린과 천 및 합성 모노필라먼트 3겹을 설치하여 난방특성 실험을 수행하였다. 온실 난방시스템의 구성은 하우스 내부의 온도를 측정하여 내부 온도를 조절에 사용되는 온도 센서(K-Type)와 등유용 온풍 난방기를 온실에 설치하였다. 하우스 내부 온도 센서는 20°C로 설정했고, 등유 온풍 난방기의 정격 난방 능력은 20.000Kcal/h, 정격 전압 220~280V로 사용, 연료는 등유를 사용했다. 일정기간 천정부 1중과 2중 하우스 사이 온도는 18시 이후 야간에서 실험구 1 온실이 대조구 온실과 비교하여 -2.9°C, 실험구 2 온실은 대조구 온실과 비교하여 -3.4°C 낮은 것으로 나타났다. 일정기간 천정부 2중과 3중 하우스 사이 온도는 대조구와 비교하여 18시 이후 실험구 1 온실이 대조구 온실과 비교하여 -3.8°C 낮은 것으로 나타났고, 실험구 2 온실은 -4.6°C 낮은 것으로 나타났다. 등유 온풍 난방기를 통해 공급된 누적 공급열량은 1월 22일부터 2월 6일까지 15일간을 기준으로 실험기간 동안 대조구 온실과 실험구 1, 2 온실에서 각각 711,157 KJ/h, 365,455 KJ/h, 227,175 KJ/h로 나타나 대조구보다 실험구 1, 2 온실이 345,701 KJ/h 및 483,982 KJ/h 공급열량이 적은 것으로 나타났다. 또한 실험구 2 온실이 실험구 1과 비교하여 138,280 KJ/h 공급열량이 적은 것으로 나타났다. 이상의 결과로 부터 실험구 온실이 대조구 온실보다 보온성이 높고, 난방 에너지가 절감되는 것으로 판단된다.

증기화 증폭 시트를 적용한 금속 소재에 따른 고출력 전자빔 가공실험 연구

김현정(H. J. Kim),위은찬(E. C. Wi),고민성(M. S. Ko),백승엽(S. Y. Baek),이주형(J. H. Lee),김성철(S. C. Kim) 한국생산제조학회 2021 한국생산제조시스템학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.7

고정익 드론을 이용한 배 화상병 예찰 연구

김현정 ( H. J. Kim ),노현권 ( H. K. Noh ),김현진 ( H. J. Kim ),강태환 ( T. H. Kang ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

화상병은 병원균인 에르위니아 아밀로보라(Erwinia amylovora)에 의해 주로 배, 사과 등의 과수에 발생하는 세균성 병해의 일종이며, 강한 전염성으로 인하여 감염여부가 양성으로 판정되면 즉시 과수원 전체 및 근방 100m이내의 모든 과수를 뿌리까지 매몰해야 한다. 또한 화상병 매몰지는 향후 20년간 과수재배가 불가능하기 때문에 발병시 장기적인 경제적 피해가 발생한다. 국내의 경우 2015년 5월 경기도 안성지역에서 국내 첫 배 화상병이 발생하였고, 따라서 지속적인 과수원 모니터링을 통하여 화상병을 예찰함으로써 확산·전염에 의한 2차 피해를 줄일 수 있는 화상병 예찰 시스템에 관한 연구가 필요하다. 본 연구는 배 화상병 정보를 취득할 수 있는 고정인 무인 드론과 매핑이 가능한 무인 드론 기반 통합 관리 플랫폼·예찰 시스템 개발을 위한 기초 자료를 취득 하고자 수행하였다. 실험포장은 배 화상병 발생지역인 안성과 나주 배 연구소에서 수행하였다. 고정익 무인 드론은 ebeeSQ (중량1.1 kg, 비행속도 40~110km/h, 최대비행시간 55 min)에 RGB, Red-Edge, NIR 파장 영역을 감지할 수 있는 SEQUOIA Multispectral Sensor를 탑재하여 고도 70 m 상공에서 배 과수를 촬영하였고, Pix4D Mapper 프로그램을 이용하여 과수의 생육정보를 취득하였다. 취득한 영상정보는 ENVI software를 이용하여 분석하였다. 그 결과, 화상병이 발생한 과수의 식생직수 NDVI와 반사파장인 NIR 값은 동일 과수원의 건강한 과수와 비교하여 약간 낮은 값을 나타내었으나 큰 차이는 없었다. 또한 Red-Edge 영상분석에서도 화상병 발병 과수와 건강한 과수에서 뚜렷한 차이는 없는 것으로 나타났다. 이것은 SEQUOIA Multispectral Sensor가 고도 70 m 상공에서 촬영할 경우 공간분해능이 6 cm/pixel 로 낮았기 때문으로 판단된다. 따라서 화상병 예찰을 위해서는 공간분해능이 높은 센서의 사용이 불가피한 것으로 판단된다. 향후 공간분해능이 높은 센서로 취득한 영상을 이용하여 화상병 감염여부를 현장에서 판정할 수 있는 알고리즘 개발이 필요하고, 이를 통하여 현재 인력으로 화상병을 예찰하는 관행적인 작업을 좀 더 빠르고 신속하게 예찰이 가능할 것으로 판단된다.

에너지 절감형 알루미늄 다겹 보온 스크린의 물리적 특성 평가

김현정 ( H. J. Kim ),박범순 ( B. S. Park ),노현권 ( H. K. Noh ),강태환 ( T. H. Kang ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

현재 시설 원예 농가에서는 보온성 향상으로 에너지 절감효과를 높여 생산비 중 유류비를 절감할 수 있는 에너지 절감형 보온재를 요구하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 기존의 알루미늄 보온 커튼의 보온 기능을 강화하여 보다 많은 에너지 절감을 실현하고자 에너지 절감형 알루미늄 다겹 보온 스크린을 개발하여 물리적 특성을 평가하고자 하였다. 에너지 절감형 알루미늄 다겹 보온 스크린의 공시재료는 세절폭을 4, 5mm로 알루미늄 다겹 보온 스크린 이종, 부직포 이종, 그라운드매트, 부직포 계열의 마트 이종을 이용하여 제작하였다. 물리적 특성은 각각의 샘플별로 인장강도, 인열강도, 차광율, 공기투과도, 보온율 및 투습도를 분석하였다. 개발된 에너지 절감형 알루미늄 다겹 보온 스크린 샘플별 우위도를 통한 최적의 조건을 분석한 결과, 에너지 절감형 알루미늄 다겹 보온 스크린은 인장강도와 인열강도를 고려할 경우 4㎜ type 알루미늄 다겹 보온 스크린의 직조사 마트B[600D]와 5㎜ type 알루미늄 다겹 보온 스크린의 직조사 마트B[600D]가 우수한 것으로 나타났고, 보온율을 고려하면 약 1.3% 정도로 보온율이 높고, 투습도가 223 g/㎡ 24h 낮은 5㎜ type 알루미늄 다겹 보온 스크린의 직조사 마트B[600D]가 우수한 것으로 나타났다. 따라서 에너지 절감형 알루미늄 다겹 보온 스크린은 인장강도, 인열강도, 보온율 및 투습도에서 다른 샘플보다 우위를 보인 5㎜ type 알루미늄 다겹 보온 스크린의 직조사 마트B[600D]가 적정할 것으로 판단된다.

L*a*b* 색상공간과 판별분석법을 이용한 배 화상병 감염부위 검출

김현정 ( H. J. Kim ),노현권 ( H. K. Noh ),김경철 ( K. C. Kim ),유찬석 ( C. S. Ryu ),강태환 ( T. H. Kang ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

화상병(火傷病, Fire blight)은 배와 사과 등 장미과 식물에 생기는 세균성 병해의 일종으로, 병원균인 Erwinia amylovora에 의해 발생한다. 국내에서는 2015년 5월 경기도 안성과 충남 천안에서 최초로 화상병이 발생하였으며 최초 발생 이후부터 2018년까지 경기도 안성, 충남 천안, 충북 제천에서 지속적으로 발생하고 있으며 2018년에는 강원도 평창과 원주, 총 2농가(1.8 ha)에서 화상병 감염이 새롭게 확인되어 이제는 화상병이 전국으로 확산되고 있는 실정이다. 따라서 지속적인 모니터링을 통해 확산·전염에 의한 2차 피해를 줄일 수 있는 화상병 예찰 시스템에 관한 연구가 필요하다. 영상처리 알고리즘 개발을 위한 영상 데이터와 감염부위 검출을 확인하기 위한 영상 데이터를 각각 다른 플랫폼을 이용하여 취득하였다. 화상병이 발생한 충남 천안에서 영상을 취득하였으며 검역법에 의해 화상병 감염체를 외부로 반출하는 것이 불가능하기 때문에 알고리즘 개발에 사용되는 영상 데이터는 스마트폰에 장착된 RGB 카메라를 이용하여 과수원 내부에서 직접 취득하였으며 감염부위 검출을 위한 데이터는 회전익 드론 DJI팬텀4PRO V2.0에 탑재된 RGB 카메라로 고도 4 m에서 취득하였다. 화상병 검출은 감염 잎, 정상 잎, 배경 등을 분리하기 위해 지상에서 스마트폰을 이용하여 영상을 취득한 후 L*a*b* 색상공간과 판별분석법을 사용하여 감염부위를 분류할 수 있는 방법을 제안하였으며, 면적대비 중복되는 픽셀 수를 비교하였다. 그 결과, 면적대비 중복되는 픽셀은 약 75%로 나타났으며 L*a*b* 색상정보를 이용한 방법이 감염부위와 식생과 비식생은 분리하는 것으로 확인되었다. 화상병 감염 부위와 비슷한 색상정보를 가지는 땅, 그림자, 낙엽 및 잔가지 등과 같은 비식생 영역이 감염부위와 색상정보가 매우 유사한 형태를 보였으며 이러한 것들이 정확도에 영향을 미친 것으로 보였다. 본 연구에서 제안한 방법을 사용할 경우 화상병 감염 부위가 검출될 수 있는 가능성을 확인하였으며 RGB 센서만을 이용하는 경우에는 감염 부위 검출에 어려움이 있지만 다양한 파장대의 센서를 조합하면 감염 부위를 보다 정확하게 검출할 수 있을 것으로 판단된다.

A case of diffuse Laminar endocervical glandular hyperplasia

김현정 ( H J Kim ),( K S Kim ),( S J Song ),( S H Kim ),( S G Kim ),( H S Moon ) 대한산부인과학회 2008 대한산부인과학회 학술대회 Vol.94 No.-

충돌분무와 액막의 열전달 해석모델을 고려한 범용 열/유체 프로그램 NUFLEX의 개발

김현정(H.J. Kim),노경철(K.C. Ro),유홍선(H.S. Ryou),허남건(N. Hur) 한국전산유체공학회 2008 한국전산유체공학회지 Vol.13 No.2

NUFLEX is a general purpose thermo/fluid flow analysis program which has various physical models including spray. In NUFLEX, spray models are composed of breakup and collision models of droplet. However, in case of diesel engine, interaction between wall-film and impingement model considering heat transfer is not coded in NUFLEX. In this study, Lee & Ryou impingement & wall-film model considering heat transfer is applied to NUFLEX For the verification of this NUFLEX program, numerical results are compared with experimental data. Differences of film thickness and radius between numerical results and experimental data are within 10% error range. The results show that NUFLEX can be used for comprehensive analysis of spray phenomena.

전자빔 드릴링 가공을 구현하기 위한 금속 파우더의 미세 입자 사이즈에 따른 증기화 증폭 시트 제작

김현정(H. J. Kim),정성택(S. T. Jung),위은찬(E. C. Wi),공정식(J. S. Kong),이주형(J. H. Lee),백승엽(S. Y. Baek) 한국생산제조학회 2020 한국생산제조시스템학회 학술발표대회 논문집 Vol.2020 No.7

회전익 드론을 이용한 배 화상병 예찰 연구

김현정 ( H. J. Kim ),김국환 ( K. H. Kim ),류찬석 ( C. S. Ryu ),김현진 ( H. J. Kim ),강태환 ( T. H. Kang ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

화상병은 Erwinia amylovora 균에 의해 배, 사과 등의 과수에 발생하는 세균성 병해의 일종으로 강한 전염성으로 인하여 감염시 과수원 전체 및 근방 100m이내의 모든 과수를 매몰해야 하며, 매몰지에서는 향후 20년간 과수재배가 불가능하기 때문에 경제적으로 큰 피해가 발생한다. 국내에서는 2015년 5월 경기도 안성지역에서 화상병이 발생한 이후로 매년 피해가 발생하고 있다. 따라서 지속적인 모니터링을 통해 확산·전염에 의한 2차 피해를 줄일 수 있는 화상병 예찰 시스템에 관한 연구가 필요하다. 배 화상병 발생지역인 안성과 나주 배 연구소에서 데이터를 취득하였다. 화상병 영상은 회전익 드론 DJI팬텀4PRO V2.0에 Red, Green, Blue, Red-Edge 및 NIR 밴드를 갖는 Red-Edge M Multispectral Sensor와 RGB 카메라를 탑재하여 고도 15m 상공에서 배 과수를 촬영하였으며, Pix4D 프로그램을 이용하여 촬영된 영상을 접합한 후에 밴드별로 정상과수와 화상병 감염과수의 반사값을 추출하여 분석하였다. RGB 영상은 RGB를 Lab로 변환하여 화상병 검출 가능성을 분석하였다. Red, Green, Blue, Red-Edge와 같은 단일 밴드만을 이용하여 화상병이 감염된 영역과 비감염된 영역을 구분하는 것은 불가능한 것으로 나타났으나, NIR 밴드에서는 가능성을 확인하였다. RGB 영상에서는 식생 비식생 그룹별로 추출한 RGB 값을 Lab로 변환하여 (b-a)값을 살펴본 결과, 감염된 부위의 반사값은 하위 5% 이내에 분포하는 특성을 보여서 5% 이하는 1, 이상은 0으로 이진화하여 식생을 제거하고 비식생만 추출하였다. 비식생 중에서 흙, 사람, 산란이 일어나는 부분 등 불필요한 부분을 제거하기 위해 원본 RGB 영상을 이진화 영상에 오버랩하여 반사값의 패턴을 다시 확인한 결과, Gray Scale에서 비식생의 밝기값이 50 이상인 것으로 확인되었다. 이상의 결과로부터 드론에 부착된 다중분광 센서와 RGB 카메라를 사용하여 배 과수의 화상병감염과 비감염 여부를 판정할 수 있는 것으로 판단된다.