초록 ▼

□ 연구개요
2015년부터 탄소배출권거래제가 시행되면서, 자동차, 항공기, 선박, 발전플랜트 등에서의 연소를 통해 배출되는 가스의 온도장, 농도장과 속도장에 대한 정확한 측정이 요구되어 왔다. 본 연구에서는 이를 위하여 레이저광의 흡수량이 특정파장에서 강한 온도함수로 나타나는 특징을 이용한 가변파장다이오드레이저 흡수법(TDLAS법, tunable diode laser absorption spectroscopy)과 토모그래피 기술(CT법)을 이용하여 연소가스의 연소상태를 실시간으로 분석하고, 연소 후 배기구로 배출되는 가스의 배

□ 연구개요
2015년부터 탄소배출권거래제가 시행되면서, 자동차, 항공기, 선박, 발전플랜트 등에서의 연소를 통해 배출되는 가스의 온도장, 농도장과 속도장에 대한 정확한 측정이 요구되어 왔다. 본 연구에서는 이를 위하여 레이저광의 흡수량이 특정파장에서 강한 온도함수로 나타나는 특징을 이용한 가변파장다이오드레이저 흡수법(TDLAS법, tunable diode laser absorption spectroscopy)과 토모그래피 기술(CT법)을 이용하여 연소가스의 연소상태를 실시간으로 분석하고, 연소 후 배기구로 배출되는 가스의 배출량을 고정밀로 측정하고 산정할 수 있는 기술을 개발하는 내용을 담고 있다. 따라서 본 연구에서는 연소가스의 온도분포와 농도분포, 속도분포를 측정할 수 있는 시스템 개발을 연구 목표로 삼고 있다. 연소 배기가스에서의 수분(H2O)의 레이저광 흡수특성이 탁월한 파장(1388.0~1388.6nm)에서의 발진하는 가변 레이저를 이용하여 연소 시 발생되는 수증기의 온도, 농도, 속도 분포 측정에 성공하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
[배기가스 온도장, 농도장, 속도장 측정 기술을 개발 완료]

Lambert-Beer법칙에 의거 배기가스에 포함된 수증기(H2O)의 특정 파장대에서 빛을 흡수하는 특성을 이용하여 온도분포와 농도분포를 측정할 수 있는 시스템을 구축하였다. 그 과정에서 다음의 사항들을 새롭게 개발하였다.

- 레이저의 선폭 확장함수의 개발 (등재학술지 게재 2건, 국내학술회의 발표 2건, 국제학술회의 2건)

- 레이저 신호에 대한 정확한 피팅(fitting) 기술 개발(weighted exponential curve fitting 알고리듬이라고 함)(등재 학술지 게재 1건, SCI급 논문 게재 1건)

- 6-Line-Profile 알고리듬 개발 (등재학술지 게재 1건, 국내학술회의 발표 2건, 국제학술회의 2건)

- 3차원 온도분포 측정 기술 개발 (국내학술회의 발표 1건, 국제학술회의 1건)

- 레이저 신호 상관법에 의한 속도장 측정 기술 개발 (특허 등록 1건

□ 연구개발결과의 중요성
연소현상의 메커니즘을 보다 높은 정도로 규명하기 위해서는 연소장의 물리량 변동치 상관량인 온도, 농도 및 속도를 높은 정밀도로 측정할 수 있는 기술이 필요하다. 본 연구에서는 이를 달성하였으며, 연소 현상에서의 기본 상관량에 대한 고정밀 측정은 물리·화학적 열·물질 전달현상 규명에 기초적이며, 동시에 필수적인 역할을 할 수 있다.

특히, 최근 환경규제로 인해 선박에 사용하는 연료를 중유(HFO)에서 액화천연가스(LNG)로의 전환이 급속도로 대두되고 있다. 불행히도 LNG가스는 연소가 까다로워 최적의 연소상태를 유지하기 위해서는 각종 장치들이 필요하게 되는데 이로 인해 선박추진을 위한 설비의 비용 증대를 수반하고 있다. 본 연구에서 개발된 가스의 온도장, 농도장, 속도장 측정기술은 LNG의 최적연소 혹은 용이한 연소조건 조성 연구에 기여를 하게 될 것으로 기대되고 있다.

나아가, 선박의 대체연료 중 하나로 부상되고 있는 연료전지의 성능향상 및 개발에도 본 연구에서 개발된 측정기술을 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 가. 가변파장다이오드레이저 흡수법 기반 2차원 온도장, 농도장 측정 CT법 개발 ... 4
• 나. 재구성 알고리듬(Reconstruction Algorithm, MART & SMART) 비교 평가 ... 5
• 다. 고정밀 실시간 가스배출량 산정법 개발 ... 6
• 라. 3차원 온도·농도장 측정알고리듬 개발 및 측정 데이터 보간법 개발 ... 8
• 마. H₂O 3차원 온도·농도장 측정시스템 구축 ... 11
• 바. H₂O 3차원 온도·농도 분포도 ... 16
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 가. 학술적 중요성 ... 18
• 나. 산업 경제적 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 21
• 대표적 연구실적 ... 28
• 끝페이지 ... 43