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  • 신진연구자 인터뷰

    신진연구자 인터뷰는 기계공학과 건설공학 분야의 젊은 연구자들의 연구성과를 알리고자 기획되었습니다.
    대상은 박사과정 이상 40세 미만의 연구자로 뚜렷한 연구성과가 있으면 언제든 참여 가능합니다.
    또한 주변에 추천할 만한 연구자가 있으면 추천을 부탁드립니다. (ariass@naver.com)

    • 전민규(Min-Gyu Jeon)
      토모그래피 광학 측정 방식에 의거한 연소장 가스의 온도 및 농도 동시 측정기술 개발
      전민규(Min-Gyu Jeon)(한국해양대학교 산학연구교수)
      이메일:jeon85 at kmou.ac.kr
      662 2 0
    1. 본인의 연구에 대해서 소개를 부탁 드립니다.

    - 저의 연구 분야는 토모그래피(Tomography) 기술을 응용한 광학 측정기술(TDLAS, Tunable laser absorption spectroscopy) 개발에 중점을 두고 있습니다. 에너지 자원을 효율적으로 사용하기 위해 연소 가스 구성 물질의 정확한 측정이 필요하며, 가스의 제어가 필요한 산업공정에 또한 정밀한 가스 제어방식이 필요합니다. 기존 온도 계측 방식인 열전대를 사용한다면 1점에 대한 정보만을 측정하고 접촉식 측정 방식이므로 그 정확성 및 빠른 응답성이 확보되지 않는 단점이 있습니다. 이를 해결하기 위해 비접촉 광학 측정 방식을 이용한 흡광도 분석을 통해 가스의 구성 물질 정보인 온도 및 농도 정보를 계측 할 수 있으며, 더 나아가 다열의 광원을 이용한 토모그래피 기술을 응용한다면 2차원 또는 3차원의 공간의 온도 및 농도 정보 계측이 가능하게 됩니다. 본 연구를 발전 시켜 보다 정확한 공간 정보를 구현하기 위해서는 보다 많은 수의 광원을 2차원 공간 또는 3차원 공간에 동시 투과 시켜 높은 분해능을 확보해야 하며, 토모그래피 기술의 핵심인 최적의 초기값을 설정하여 측정하고자 하는 대상 가스의 온도 및 농도장 정보를 재구성할 수 있어야 합니다.


    2. 가스의 온도와 농도를 측정 할 수 있는 가변 레이저 흡수 분광법 기술 (TDLAS)과 CT-TDLAS (Computed tomography-tunable diode laser absorption spectroscopy)를 비교하여 소개해주세요.

    - 일반적으로 TDLAS 기술을 레이저 광이 측정하고자 하는 대상 가스에 조사될 때 기체 분자가 특정 파장대의 빛을 흡수하는 원리를 이용한 것입니다. 특히, TDLAS 기술을 사용함에 있어 주요 부분은 측정하고자 하는 대상 가스의 흡수 민감도가 높은 파장 영역을 확인하고 다이오드 레이저를 이용하여 해당 파장 영역에 맞는 광원을 제공함에 있습니다. 레이저 입사광과 투과 광 차이인 흡광도 분석을 통해 대상 가스의 온도 및 농도 정보를 계측할 수 있으며, 이러한 관계는 Lamber Beer’s 법칙으로 표현됩니다. 또한 여러 종의 가스에 대한 표본 데이터의 경우 Harvard-Smithsonian Center에서 제공하는 HITRAN database으로부터 제공 받을 수 있습니다. 이러한 비접촉 광학 계측 방식인 TDLAS 기술을 이용하여 연소 가스의 온도 및 농도 정보를 구할 수 있습니다. 하지만 기존 TDLAS 기술의 경우 레이저 광원이 지나간 부분의 영역의 정보만을 설명 가능함으로 2차원 또는 3차원 공간에 대한 정확한 정보를 설명하기에 부족하다 할 수 있습니다. 이에 토모그래피 기술을 응용하여 CT-TDLAS 라는 기술이 개발되게 되었습니다.




    CT-TDLAS의 경우 다 열의 레이저 광원을 측정하고자 하는 2차원 또는 3차원 공간에 투과하여 대상 가스의 공간 정보 취득함에 있다 할 수 있습니다. 토모그래피 기술을 응용한 2차원 mesh 형태로 생성된 다 열의 레이저 광원을 이용하여 이론적으로 각 격자점의 모든 레이저의 강도 정보로 재구성 할 수 있으며, 3차원 정보를 재구성하기 위해서는 2차원 측정 방법을 복수의 층으로 구성하여 사용합니다. 본 연구 방법을 응용하여 배기가스의 연소정보를 2차원 또는 3차원으로 정밀 계측하여 오염물질의 정확한 정보를 제공 가능 할 것이며, 반도체 공정과 같은 정밀 제조공정에 공급 가스 제어에 사용한다면 보다 높은 품질 재료를 생산 가능할 것으로 기대됩니다.










    3. 최근 에너지 원의 고갈과 환경 오염에 대한 연구가 많이 진행되고 있습니다. 에너지의 개발과 환경 오염과 관련된 최근의 연구동향에 대해서 소개를 부탁드립니다.

    - 환경규제를 하기 위한 일환으로서, 1992년 EURO 1로부터 시작하여 2015년부터 EURO 6을 국내에 적용하고 있습니다. EURO 6 기준을 만족하기 위해 자동차에 신형엔진을 장착하거나 SCR (selective catalytic reduction), EGR (exhaust gas recirculation)와 같은 별도의 공해저감 장치가 필요하게 되었으며 이는 원가 상승에 원인이 되게 됩니다. 특히, 해양에서의 경우 저유황유가 벙커유에 비해 60%가량 고가이고, 단기적으로 저유황유의 수급에 차질이 있기 때문에 해운산업계에서는 스크러버 장착에 비중을 높이고 있습니다. 개방형 스크러버의 경우 일반적으로 바닷물을 세척수로 사용한 뒤 수처리 후, 바다에 재방류하는 방식인데, 배기가스를 처리한 후의 세척수의 경우 고황산화물을 함유하고 있기 때문에 부식 방지를 위해 별도의 탱크를 구비해야 합니다. 따라서 적절한 양의 세척수가 필요하게 되고 적절한 양의 세척수 투입에 관한 연구가 진행되고 있습니다. 또한, 미세먼지와 유해가스 등과 같은 환경오염 물질에 관한 관심이 높아지고 이에 따라 필터 성능을 측정하기 위해 TDLAS와 같은 광학 계측방식을 적용하기 위한 시도가 진행되고 있습니다.


    4. 연구를 같이 진행했던 소속기관 또는 연구소, 지도 교수에 대한 소개를 부탁드립니다.

    - 저는 학,석사 과정의 경우 현 한국해양대학교 도덕희 총장님 지도하에 주로 고속카메라와 레이저 광원을 이용한 유동 가시화 기술인 PIV (Particle Image Velocimetry), PTV (Particle Tracking Velocimetry) 기술을 연구를 수행하였습니다. 도덕희 총장님의 경우 기존 뿌리 연구의 이용에 그치지 않고 새로운 연구에 학생들과 함께 연구하고 도전하는 솔선수범하는 연구자의 모습을 보여 주셨습니다. 현재의 제가 있기까지 연구 외에도 인간적으로도 많은 가르침을 주셨기에 제가 가장 존경하는 분입니다. 또한, 도쿠시마 대학 유학 당시 지도교수님이신 Yoshihiro Deguchi 교수님은 제가 박사 학위 관련 연구하는 동안 연구 방향성에 대해 상세히 지도해 주시고 좋은 연구자로서의 길을 알려주신 분이라 할 수 있습니다. 아직 연구자로 성숙하지 못한 저를 책임감을 느끼고 연구 할 수 있도록 지도해 주셨으며, 시간 내어 일본 문화를 배울 수 있는 기회 또한 마련해 주셔서 언제나 감사해 하고 있습니다. 현재 한국해양대학교에서 근무하며 CT-TDLAS 기술을 응용한 기술 개발을 진행하고 있으며 언제나 믿고 따라와 주는 학생연구원들에게 감사하며, 미국에 연구년 가신 와중에도 많은 도움을 주신 김윤해 교수님께 감사함을 말씀드리고 싶습니다.



    5. 본인이 영향을 받은 다른 연구자나 논문이 있다면?

    - 한국해양대학교 학, 석사 시절 지도교수님이셨던 현 한국해양대학교 총장님으로부터 여러 대의 카메라를 이용한 유동 가시화 기술을 배울 수 있었으며, 이때 2차원, 3차원 알고리듬 구현에 중요한 토모그래피 기술에 대한 지도를 받았습니다. 이에 더 나아가 일본 도쿠시마 대학 박사 유학 당시 지도 교수님이 집필하신 “Industrial applications of Laser Diagnostics”를 토대로 레이저를 이용한 광학 기술의 노하우를 배울 수 있었습니다.


    6. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

    - 선행 연구자들의 연구 결과를 참고하여 제가 가지고 있는 기술의 적용 가능성을 예측한 후 도전해 보고 그 결과가 맞게 나왔을 때 큰 성취감을 가질 수 있었습니다. 이러한 결과들이 추가 연구에 원동력이 되어 계속하게 되고 해당 연구 분야에 관심을 두고 함께 연구하기를 원하는 연구원들을 만났을 때 그 기쁨이 배가 되는 것 같습니다. 현재 제가 하는 연구가 현재와 미래 사람들에게 도움이 되길 바라며 더욱 노력하여 성취하는 연구자가 되고 싶습니다.


    7. 이 분야로 진학하려는 후배들에게 조언을 해 주신다면?

    - 광학 계측 분야에 있어 이론적으로 탐구하고 실험적 도전이 있어야 원하는 결과물이 나오는 것 같습니다. 학사, 석사 과정 당시 배움을 가졌던 것들이 현재에도 도움이 되나 박사 학위 진학 당시 새로운 연구를 스스로 찾고 해답을 구해야 하는 과정이 주를 이루었습니다. 특히나, 실험 설계에 대한 3D cad, CFD, 컴퓨터 프로그래밍을 통한 해석 코딩 등 기초가 필요하고 새로운 연구에 적용할 응용 능력이 필요했던 것 같습니다. 학, 석사 지도교수님이셨던 도덕희 총장님이 늘 모든 방면에 배움을 추구하고 새로운 것을 배워야 한다고 하였지만, 그 실천에는 어려움이 따르는 것 같습니다. 하지만, 포기하지 않고 도전한다면 그 뜻 이룰 것이라고 믿습니다.


    8. 앞으로 진행할 연구 방향이나 목표가 있으시다면?

    - 현재 4차 산업혁명 등과 같은 시대적 흐름이 있습니다. 저 또한 인공지능 기술을 광학 계측 방법, 토모그래피 재구성 방법 등에 적용하여 제가 가지고 있는 광학 측정 기술을 더욱 발전시키고 싶습니다. 이에 따라 현재 인공지능 관련 논문 및 서적을 통해 Keras 등과 같은 인공지능 관련 전문 툴을 이용해 적용 가능성을 탐구하고 있습니다.


    *. 전민규 박사의 최근 대표 논문

    1. M.G.Jeon, J.W.Hong, D.H.Doh and Y.Deguchi, "A study on two-dimensional temperature and concentration distribution of Propane-Air premixed flame using CT-TDLAS", (2020). Modern Physics Letters B, 34(7n9), 2040020.

    2. M.G.Jeon, D.H.Doh and Y.Deguchi, "Measurement Enhancement on Two-Dimensional Temperature Distribution of Methane-Air Premixed Flame Using SMART Algorithm in CT-TDLAS", (2019). Applied Sciences, 9(22), 4955.

    3. M.G.Jeon, D.H.Doh, Y.Deguchi, T.Kamimoto and M.Cui, "Evaluation of 3D measurement using CT-TDLAS", (2019). Modern Physics Letters B, 33(14n15), 1940018.

    4. M.G.Jeon,, D.H.Doh and Y.Deguchi, "Measurement of three-dimensional combustion distribution using CT-TDLAS", (2019). The Korean Society of Mechanical Engineers B, 43(11), pp.787-795.

    5. M.G.Jeon, Y.Deguchi, T.Kamimoto, D.H.Doh and G.R.Cho, "Performances of new reconstruction algorithms for CT-TDLAS (computer tomography-tunable diode laser absorption spectroscopy)", (2017). Applied Thermal Engineering, 115, pp.1148-1160.

     

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