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한국 자동차 역사 정리와 모델별 어원, 특징 설명

1. 국제차량제작 주식회사국제차량제작 주식회사는 광복 후 미군으로부터 불하 받은 지프나 트럭 등 폐차를 재생하여 민수용으로 활용했던 국제 공업사에서 비롯한다. 폐차 처리를 하면서 기술을 익혀 한국 전쟁 직후에 차대 제작에 성공한다. 그 뒤 엔진 제작에 착수하면서 국제차량제작 주식회사로 바꾸고 민수용 차량을 만들면서 1955년 8월에 승용차 ‘시발’ 제작에 성공한다. 택시 회사에서 관심을 가지자 가격이 급격히 올랐으며, 모두 500대가 택시로 팔렸다. 그 뒤 1956년 대형 GMC 4분의 3톤 군용 트럭에 사용되었던 6기통 엔진을 참고로 하여 국산화에 성공하였고, 1958년에는 세단형 9인승 자동차도 생산해 냈다. 시발 자동차가 인기를 누리자 버스, 트럭, 트랙터 제작에도 손을 뻗었다. 그러다가 이승만 정부는 1957년 5월 8일 자동차의 수를 제한하는 긴급조치인 5·8 라인을 발동하면서 잠시 주춤하였다. 5·16 쿠데타 이후 일본 이스즈와 제휴하여 대형버스 및 트럭을 도입생산하려고 무리하게 투자하는 바람에 회사가 위기에 처했다. 그 뒤 정부 보조금 중단과 새나라자동차가 생산되면서 시발의 승용차 모델들은 경쟁력을 상실했고, 정부에 제출한 외자유치 건의도 반려되면서 결국 1963년에 회사는 문을 닫고 만다.1) 시발시발 자동차는 대한민국 최초로 자동차 생산의 시작이라는 의미로 한자어 ‘시발(始發)’을 사용했으며, 상표는 한글로 ㅅㅣ-ㅂㅏㄹ로 표기했다. 1955년 8월부터 1963년 5월까지 국제차량제작 주식회사에서 제작한 자동차로 대한민국에서 제작된 최초의 자동차이다. 한국전쟁 후 미군이 버리고 간 폐 군용차와 드럼통을 활용하여 재생 차량을 만든 것으로 시발 자동차가 탄생하였다. 1955년 산업박람회에서 대통령상을 수상하며 날개 돋힌 듯 팔리며 3000대 가량 생산되었다. 1962년 닛산 블루버드를 들여온 새나라자동차가 생산되면서 시발은 경쟁력을 잃어 회사가 문을 닫으며 단종된다.2. 기아자동차기아자동차는 김철호 회장이 1944년 12월 기아자동차의 전신인 경성정이후 계속 판매되다, 2000년에 페이스 리프트 된 스펙트라 윙에 자리를 물려주고 단종되었다.14) 엔터프라이즈엔터프라이즈(Enterprise)는 "진취성", "모험심", "기업가정신" 이라는 뜻을 가진 영어로서 한 사회에서 성공한 사람들의 업적을 찬양하고, 그들을 위해 혼신을 다 해 만든 이 시대 최고의 고급차란 의미를 가지고 있다. 또한 미국 항공모함 중 기함인 엔터프라이즈호에서 유래한 것이라고도 된다. 엔터프라이즈는 기아자동차가 당시 기술 제휴선에 있던 일본 마쓰다 센티아를 베이스로 만든 대형세단이다. 프로젝트명 T3이며, 1997년 3월에 출시했다. 당시 포텐샤보다 한 단계 높은 세그먼트에 위치하며, 포텐샤로는 경쟁 차종인 현대 다이너스티와 대우 아카디아 등을 상대하기 벅차다고 판단한 기아가 고급차 시장에서 재기를 노리고 개발한 차다. 5m가 넘는 차체 길이와 최고 출력 220마력 및 최고 속도 230km/h의 성능(3.6 기준)은 출시 당시 국내 최고를 자랑했다. 2002년 10월까지 생산된 후 단종 되었다.15) 레토나레토나(Retona)는 자연으로 돌아가자(Return To Nature)는 영문장의 이니셜 글자 합성어이다. 오프로드 모델을 지향하는 레토나의 성격을 드러낸 이름이라고 할 수 있다. 레토나는 정통 SUV이다. 군수용 SUV인 K-111 후속 모델로 개발되어 1996년부터 국방부에 납품한 K-131의 민간용으로, 1998년 6월에 시판되었다. 개발과 생산은 아시아자동차에서 했지만, 기아자동차에서 판매하였다. 록스타의 후속 모델로, 스포티지의 플랫폼을 공유해 프레임 바디이다. 2000년 9월에는 레토나 크루저로 페이스 리프트를 거쳤다. 군수용은 현재도 생산되고 있지만, 민간용은 2003년 6월에 배기가스 총량제로 인하여 후속 모델 없이 단종 되었다.16) 카니발카니발(Carnival)은 영어로 ‘사육제’, ‘축제’를 뜻하며 행사, 축제에 잘 어울리며 자유롭고 낭만적인 레저를 추구하려는 현대인의 바람을 실현시켜 주는 차란 의미를 담았다. 카모든 국가에서는 옵티마라는 차명으로 판매된다. 기아의 디자인 개혁에 정점에 서 있는 모델로 피터 슈라이어의 역작으로 평가받으며 레드닷 어워드에서 자동차 부문 대상을 수상하기도 했다.3. 한국 GM한국 전쟁 당시 미군의 망가진 차량을 수리하던 신진자동차공업의 전신 신진공업사가 1955년에 설립되었는데 이것이 한국GM의 시초이다. 신진공업사가 1965년에 부실화 된 새나라자동차의 인천 부평공장을 인수하며 '신진자동차공업'으로 회사 명칭을 바꾸어 종합 자동차회사가 되었고, 도요타 자동차와 합작해 버스, 트럭은 물론 퍼블리카, 코로나, 크라운 등 승용차를 생산, 판매해 사세를 키웠다. 1971년에 토요타 자동차가 철수하면서 GM을 새로운 파트너로 50대 50 비율로 지분을 출자한 GM 코리아(GM KOREA, GMK)를 설립했다. 그러나 1973년에 석유파동 이후 판매부진으로 경영이 부실화되어 신진자동차공업이 부도를 맞자 신진 보유지분을 산업은행이 인수하고 회사 명칭을 새한자동차로 바꾸었다. 이후 1978년에 대우그룹이 산업은행 보유지분을 전량 인수했고, 1983년에는 회사 명칭을 대우자동차로 바꾸었다. 1992년에 GM이 대우그룹에게 대우자동차의 잔여 지분을 매각한 뒤, 대우그룹은 독자 모델 개발과 해외진출에 힘을 기울였다. 베트남, 우즈베키스탄, 폴란드 등에 현지 공장을 설립하거나 현지 메이커 지분을 매입해 자회사를 만드는 방식으로 세계 각국에 현지생산기반을 갖추고 영국과 독일에 현지 기술연구소를 설립하는 등 "세계경영"을 추진하기도 했다. 1998년에는 쌍용자동차를 인수합병하기도 했다. 그러나 이듬해에 부채 누적으로 인한 부도로 법정관리에 들어갔다가 2000년 11월 3일에 최종 부도를 냈다. 이후 대우자동차의 최종 부도 이전에 대우자동차의 경영이 어려워지자 결국 2001년에 다시 GM에 매각되어 'GM대우 오토&테크놀로지'가 되었다. 트럭부문은 인도의 타타그룹에 매각되어 '타타대우상용차'가 되었고 버스부문은 영안그룹에 매각되어 '대우버스'가 되었다. 2011년고 상쾌한 바람이 부는 그늘진 쉼터라는 뜻의 이태리어로 도심생활에 지친 현대인들에게 안락함을 느낄 수 있도록 하는 차 라는 뜻이다. 대우의 첫 미니밴으로, 이탈리아 디자인업체인 피난파리나에서 디자인되어 대우의 수출전략형 모델로 출시되었다. 이 당시 엔진은 2리터 LPG 105마력이었다. 환경 문제로 인해 2007년 6월에 후속 없이 단종 되고 말았다. 우즈베키스탄으로 넘어가 생산하고 있다.19) 라세티라세티(Laceti)는 '힘 있는', '성능 좋은', '젊음이 넘치는'이라는 의미를 가진 라틴어 'LACERTUS'에서 따온 말로 뛰어난 성능과 젊음이 넘치는 차를 상징한다. 대우자동차가 GM 대우로 사명을 바꾼 이후에 내놓은 첫 번째 자동차이다. 2년 6개월 간의 개발 기간 끝에 누비라의 후속 모델로 선보였다. 프로젝트명은 J-200으로, 이탈리아의 피닌파리나가 익스테리어 디자인을, GM 대우 디자인포럼이 인테리어 디자인을 담당하였다. 106마력의 1.5리터 DOHC E-TEC II 가솔린 엔진을 사용하였고, 여기에 4단 자동변속기 또는 5단 수동변속기를 조합하였으며, 사이드 에어백 등 신기술이 적용되어 현대 아반떼 XD와 경쟁하였다. 2004년 2월에 디자인이 일부 변경된 뉴 라세티가 출시되었고, 이때 이탈리아의 최고 디자이너인 조르제토 쥬지아로에 의해 세련된 모습으로 디자인 된 해치백 모델인 라세티 5도 함께 출시되었다. 2007년에 유럽에서 판매 중이던 라세티 왜건을 국내에서도 판매하며, 동시에 윈스톰에 얹힌 2.0리터 VCDi 디젤 엔진도 추가하였다. 유럽에서는 쉐보레 브랜드로, 중국에서는 뷰익 브랜드로, 미국에서는 스즈키 브랜드로 판매된 월드카였다. 2008년에 라세티 프리미어에 자리를 물려주고 단종 되었다.20) 칼로스칼로스(Kalos)는 '아름다운(Beautiful)'의 뜻을 지닌 그리스어로 우아하고 아름다우며 매력적인 차를 의미한다. 대우자동차에서 2002년 5월부터 판매된 소형차로 라노스의 후속 모델이다. 세단인 칼로스와 해치백인 칼로스 V로 나동차의 패밀리 룩이던 3분할 라디에이터 그릴이 적용되었으나, 차체 디자인과 어울리지 못하다는 혹평을 받았다. 2000년에 쌍용자동차가 대우자동차에서 나오며, 기존의 쌍용자동차 엠블럼이 들어간 라디에이터 그릴이 적용되었다. 데뷔 6년 만인 2003년에 체어맨은 뉴 체어맨으로 페이스 리프트를 거쳤다. 익스테리어는 다이내믹한 모습을 유지하며, 보수적인 느낌이 들어갔다. 아날로그 계기판이 디지털 계기판으로 바뀌는 등 인테리어를 고급스럽게 다듬었으며, BAS와 ESP 등의 안전 사양을 갖추었다. 2005년에는 타이어 공기압 주의 장치(TPMS)가 추가되었고, 2006년에 직렬 6기통 3.6 엔진이 추가되었다. 2008년부터 디자인 변화 없이 체어맨H로 차명이 바뀌었다. H는 High Owner라는 뜻이며, 기존 뉴 체어맨에 비해 라인업이 축소되었다. 체어맨H의 윗급으로 2008년 2월에 체어맨W가 출시되었다. W는 World Class를 의미한다. 국산차 최초로 V8 5.0 엔진, 7단 자동변속기, 앞좌석 무릎 에어백 등이 적용되었다. 엔진과 변속기는 메르세데스-벤츠의 것이다.5) 칼리스타칼리스타(Kallista)는 그리스어 Calista를 철자만 바꾼 것으로 가장 사랑스러운 이라는 뜻을 갖고 있다. 우리나라 최초의 컨버터블형 로드스터로 사랑스럽고 멋진 차라는 의미를 가지고 있다. 1982년부터 1990년까지 팬더 웨스트윈드가 생산한 로드스터로, 이전의 동일 디자인 모델인 팬더 리마를 대치한 팬더사의 주력 모델이었다. 리마가 복스홀 자동차(Vauxhall Motors) 기반으로 한 것에 비해, 칼리스타는 포드에서 핵심 부품을 가져와 제작되었다. 엔진은 1.6리터 직렬 4기통부터 2.9리터 V6 포드 퀼른엔진까지 다양한 포드의 엔진이 사용되었다. 강철 섀시에 알루미늄 차체를 사용한 칼리스타는 60마일(시속 96.6킬로미터)을 8초 이내에 도달하는 성능을 가지고 있었다. 칼리스타는 팬더 웨스트윈드가 쌍용자동차에 인수된 후 1991년부터 쌍용에서 생산되었다. 그러나 당시 모

공학/기술| 2011.05.31| 39페이지| 2,500원| 조회(648)

자동차 역사, 한국차, 모델명, 자동차 이름, 한국 자동차

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전기자동차, 수소연료전지 자동차, 하이브리드 자동차 원리 및 국내 외 기술 조사 평가A좋아요

1. 전기자동차1) 전기자동차란?전기자동차 또는 EV(Electric Vehicle)는 화석 연료와 내연기관을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하여 구동하는 자동차를 말한다. 현재, 대한민국에서는 전기자동차를 자동차로 분류하고 있지 않아 상용화를 할 수 없는 상태이지만 현재 법규가 추진중에 있으며 곧 형식승인이 가능할 전망으로 알려져 있다. 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 1873년 가솔린 자동차보다 먼저 제작되었으나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못했었지만, 구조가 간단하고 내구성이 좋으며 운전하기가 쉬운 점 등이 있어 주로 여성용으로 미국에서 1920년대 중반까지 소량 생산되었다. 최근 공해문제가 심각해지면서 1990년대부터 다시 개발되었다. 양산 전기차 1호는 미국 캘리포니아 주 지역에서 시판되었던 GM의 전기자동차 EV1이다. GM은 90년대 들어 적극 개발해 온 전기차 EV1 프로젝트가 열매를 맺어 96년부터 시판했었지만 고가의 가격과 사람들의 무관심, 그리고 메이커의 내연기관 자동차 판매에 주력하는 전략 때문에 비운의 단종을 맞고 만다. EV1은 한번 충전으로 최장 208㎞까지 최고 시속 150㎞로 달릴 수 있었다. 최근에는 미쓰비시의 아이미브, 시보레 볼트, 혼다 EV Plus, 닛산 리프 등이 시판되었다. 특히 닛산 리프는 상용 전기차로서 가장 좋은 성능과 주행거리를 보여주고 있다. 현대자동차에서도 최근 블루온이라는 소형 전기차를 발표하여 2012년을 기점으로 하여 시험 생산에 돌입한다는 계획을 가지고 있다. 그러나 기존의 전기자동차들은 배터리 충전에 오랜 시간이 걸리고 주행거리가 짧아 아직 실용성이 많이 떨어진다는 지적이 있다. 하지만 닛산 리프가 완충 시 주행거리를 평균 160km를 넘겼으며, 현대자동차의 블루온도 160km에 육박하고 있다. 계속해서 상용화를 향하여 발전할 것으로 보인다.2) 전기자동차의 구동원리전기자동차는 배터리에 축전되어있는면에서 유리하다.② 최대출력 발휘가 넓은 회전대에서 가능하므로 석유 소비의 큰 비율을 차지하는 버스, 트럭등의 대형 자동차 운송의 전동화에 적용 가능하다.③ 지속적인 최대출력 발휘가 가능하다.④ 가솔린 스탠드로 급유가 가능하다.⑤ 차량 코스트는 내연기관 자동차에 비교하여 크게 다르지 않아 상대적으로 저렴한 비용으로 해결이 가능하다.⑦ 가선집전으로는 항속 거리의 제한이 없으며, 지선에서 항속 거리도 전지식에 비해 길다.⑧ 전지식 전기 자동차에 비해 전지가 작아 차량이 가벼워 지고, 에너지 소비량과 CO2배출 절감이 가능하다.비접촉 충전 하이브리드 자동차의 장점① 무겁고 고가로 수명이 짧은 전지를 절약 가능하다.② 전지 코스트는 주행도중 충전하지 않는 전지 자동차 보다 훨씬 적게 든다.③ 가솔린 스탠드에서 급유가 가능하다.④ 대형 차량에 적합하다.⑤ 코일 충전 장치가 있는 구간은 화석 연료보다 싼 전기가 사용 가능하며, 차량에서의 CO2 배출도 없다.⑥ 코일 충전 장치가 있는 구간에는 항속 거리의 제한이 없고, 지선의 항속 거리도 크다.⑦ 주행 및 정차 중의 충전으로 인해 전지가 작아도 괜찮으며, 전기 자동차 중에서는 가선식 다음으로 차량이 가벼워 지고, 에너지 소비와 CO2배출도 절감할 수 있다.⑧ 가선이나 집전 장치가 불필요하여 미관상 가선집전식 하이브리드 방식보다 유리하다.4) 하이브리드자동차의 단점플러그 인 하이브리드 자동차의 단점① 15km/h 정도 이상의 주행은 하이브리드 자동차와 비슷한 정도의 환경 부하가 있다.② 장거리 주행, 또는 지속적인 최대출력이 필요한 버스, 트럭 등에는 쓸 수 없다.③ 전기모터의 내연기관의 전환 기구가 필요하고 부품 수가 많아서, 배터리의 코스트 다운 이 진행된 경우는 경제적 이득을 잃게 된다.가선집전식 하이브리드 자동차의 단점① 고속 도로상의 가선을 사회가 수용할 필요가 있으며, 미관상 영향과 안전성에 문제가 발생할 수 있다.② 가선 설치를 위해서는 높은 초기 비용이 필요하다.③ 통상 가선으로 교통집중에 맞는 전기 용량이 한 내연기관처럼 진동, 소음이 발생하지 않아 진동, 소음에 대비한 흡진재, 흡음재가 많이 사용되지 않는다.④ 배터리고전압 배터리는 사진에서 보이듯이 수소저장탱크의 윗부분에 위치하고 있으며, 배터리와 함께 배터리에서 발생하는 열을 배출하여 주기 위한 터빈으로 구성되어 있다. 배터리는 출발, 가속, 등판 시 수소와 산소의 반응으로 발생되는 전기에너지와 더불어 부족한 에너지를 보조하는 전기에너지를 공급하여 준다. 또한 제동 시에는 회생제동을 통한 에너지를 저장하였다가 가속, 주행 시 에너지를 공급하여 차량의 연비와 동력효율을 향상시키는 역할도 한다. 수소연료전지 자동차에 얹히는 배터리는 고전압배터리로서 구동모터에 전기에너지를 공급하여 주거나 회생제동을 통한 전기에너지를 저장하는데 최적의 전압 조건을 갖춘 배터리로서 고전압배터리는 배터리를 제어해주는 제어기와 터빈과 같은 냉각장치로 구성되어 있다. 현대기아자동차에서 사용하는 고전압배터리는 SK에너지에서 생산한 제품이다.4) 수소연료전지자동차의 장점① 연료를 사용하므로 따로 충전할 필요가 없다. 결국 배기가스로는 물만 나오므로 환경에 좋다.② 자연 에너지 발전의 이용보다, 수소는 물에서 무한대로 생산 가능하여 지속 가능하다.③ 주행시 CO2, NOx가 발생하지 않는다.(오염물질이 배출되지 않는다.)④ 항속거리가 전기자동차 보다 길다.5) 수소연료전지자동차의 단점① 수소는 다루기 어려운 물질로 폭발의 위험이 크다.② 한 번에 대량의 수소를 적재하기 어렵다.③ 수소 만드는데 동력이 필요해 전기자동차 보다는 덜하지만 에너지 낭비가 크다.④ 인프라 정비에 비용이 든다.⑤ 수소흡장합금 탱크나 고압수소 탱크를 탑재하므로 차량 내부 공간이 협소하고 무게는 증가한다.⑥ 수소연료전지자동차에 사용하는 백금 등에 의해 연료 전지 자체가 고가여서, 내연 수소 자동차 보다 취득 비용이 든다.⑦ 화학 반응을 이용하는 발전이로, 이온 교환 수지의 마모에 의한 성능 저하를 피할 수 없으며, 몇 년마다 연료 전지를 교환해야한다.4. 수소 자동차1) 다고 한다. 포드의 자회사인 마쓰다 또한 자사의 장기인 로터리엔진에 수소를 연료로 하는 연구에 몰두하고 있다. 다른 메이커보다 본격적인 시작은 늦었지만 이미 1920년대에 수소차량에 대한 연구를 진행했었던 역사가 있고, 엄청난 개발비와 인력을 투자하고 있어 과연 수소엔진을 어디까지 발전시킬 수 있을지 주목된다.3) Renault - Nissan프랑스의 르노 자동차는 프랑스의 자동차 메이커로서 수소연료전지 분야에는 그리 큰 관심을 갖지 않고 디젤엔진의 효율향상과 전기차의 기술개발에 몰두했었지만, 99년 일본의 닛산을 인수하면서 닛산이 연구하던 수소연료전지 분야에도 연구를 진행하게 되었다. 닛산은 일본의 도요타, 혼다 등과 더불어 수소연료전지 차량 분야에서도 세계적 수준으로 알려지고 있다. 이미 X-trail 수소연료전지 차량을 2005년에 개발하여 2007년부터 렌트카, 영업용차량, 관공서 차량 등으로 공급하고 있다. 수소연료전지 차량이 일반 승객을 위한 영업용 차량으로 시판된 것은 세계최초이다. 수소 하지만 최근에는 수소연료전지 분야보다는 모기업인 르노의 영향을 받아 전기차에 더 치중하는 모습을 보이고 있다. X-Trail FCV는 닛산이 자체 개발한 3세대 수소 연료전지스택과 소형 리튬이온 전지를 탑재, 일반 가솔린 모델에 못지 않은 퍼포먼스를 자랑한다. 특히 90KW이상의 힘으로 저사양의 가솔린 모델과 거의 비슷한 최고속도와 최대가속을 낼 수 있으며, 700기압의 고압 수소저장탱크를 장착해 높은 수소저장 용량으로 500km 이상 주행할 수 있다. 또 수소 실린더와 연료전지 등이 콤팩트하게 제작돼 트렁크 공간을 여유 있게 활용할 수 있는 장점도 가진 모델이다. 현대자동차가 최근에야 700기압의 수소저장탱크를 장착한 것과 항속거리 600 ~ 700km를 달성한 것과 비교해 본다면 닛산도 얼마나 앞선 수소연료전지 기술을 가지고 있는지 알 수 있다. 하지만 르노닛산의 수소연료전지 기술은 최근에 발표된 것이 없어 아예 전기차로 방향을 선회했다는 것이 거의 정설로 받5를 선보였다. 이는 NECAR3의 기술을 승계한 차량으로서 시속 150km까지 주행할 수 있었다. 메르세데스-벤츠 A-Class를 기반으로 한 NECAR5도 메탄올 리포머를 비롯한 모든 연료전지 시스템은 차량 바닥에 탑재되어 있었다. NECAR5의 주행장치는 NECAR3에 비해 그 크기가 절반 밖에 되지 않았으며 300kg이나 더 가벼운 반면, 드라이빙 파워는 50% 이상 향상되었다. 최고 출력은 연료 전지로 운행 될 때 68.5kW의 최대 토크를 발휘하며 최고출력은 92마력이다. 정지 상태에서 시속 100km/h에 이르는 시간은 14초로 디젤과 가솔린 엔진을 탑재한 벤츠 A-Class의 드라이빙 성능에 뒤지지 않는다. 2002년 NECAR5는 미국 샌프란시스코에서 워싱턴까지 미국 대륙을 횡단하며 캘리포니아의 뜨거운 기후와 로키 산맥의 춥고 눈 내리는 기후 조건을 통과하며 연료 전지 자동차로서 5250km라는 긴 주행기록을 세웠다. 당시 대륙 횡단 주행 과정에서 NECAR5는 2640m 높이의 산을 여러 개 넘었으며 대도시의 교통 체증도 견뎌 냈다. NECAR5의 미국 대륙횡단의 목적은 일상 운행 조건 하에서 기술적인 한계를 시험하기 위한 것이었다. 그러한 기술적인 한계를 넘어 양산화에 조금씩 근접하기 시작한 것이다. 2009년에는 기존의 B-Class에 벤츠의 최신 수소연료전지 시스템을 탑재한 B-Class F-Cell 모델을 발표하였다. 벤츠는 우선 200대를 생산하여 올해 유럽과 미국에서 리스 판매를 하고 있다. 벤츠는 1997년에 발표한 초대 A클래스 수소연료전지 차량부터 샌드위치 플로어 구조를 채용했었다. 2002년 그 플로어 아래 공간에 배터리 등을 탑재한 연료전지차량 F-CELL을 발표했다. F-CELL은 5인승으로 실내 공간 등은 희생시키지 않고 연료전지를 탑재한 것이 특징으로 유럽 미국, 일본 등에서 실증실험을 해 오고 있다. 이 샌드위치 플로어는 2006년에 발표한 B-Class F-Cell에도 적용되었으며 이후 100대 이상을 생산해 총 다.

공학/기술| 2011.04.26| 25페이지| 2,500원| 조회(1,535)

하이브리드, 전기자동차, 수소 자동차, 수소전지, 전기차

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로봇에 관한 전반적 조사와 미래에 기대되는 로봇 아이디어

1. 로봇의 정의와 어원로봇이란 자동조절에 의해 조작이나 이동 등의 일을 수행할 수 있는 기계적 장치이다. ‘로봇’이란 단어는 20세기에 생겼다. 1920년, 체코의 K. 차페크는 희곡 ‘R·U·R-롯섬의 만능 로봇회사’를 발표하였는데, 이 작품에서 인체구조를 극도로 단순화한 화학적, 생물학적 인조인간을 등장시켜, 이 인조인간을 ‘로봇’이라고 하였다. 로봇이란 체코어 robota(강제노동), robotik(노동자)의 합성어이다. R·U·R는 자본주의를 풍자하고 자동조작방식의 과도한 발달이 인간성을 말살시키는 것이 아닌가 하는 위구를 그린 작품으로 주목을 받았고, 이때부터 로봇이란 명칭이 널리 쓰이게 되었다. 사전에서는 ‘로봇’을 자동인형, 인조인간으로 풀이한 것이 많다. 그것은 이 말의 성립역사에 기인하는 것으로 오늘날 ‘로봇’이라 할 때에는 산업용 로봇을 가리키는 경우가 많다.2. 로봇의 역사1920년 로봇이란 말이 생겼지만 인간은 훨씬 그 이전부터 사람을 대신하여 동작, 조작하는 도구·장치를 만들고 싶은 소망을 가지고 있었다. 이를테면, 고대 그리스의 헤론은 신전 제단 앞에서 타고 있는 불길을 보고 신전 문의 자동개폐장치를 고안하였고, 동전을 던지면 성수가 나오는 자동장치를 발명하였다. 18세기 프랑스의 J. 보캉송은 물오리의 기능을 그대로 가진 장치의 재현을 시도하여 오리모습뿐만 아니라 물차기, 먹는 것, 울음소리, 배설까지 하는 인공물오리를 제작하였다. 이 밖에도 많은 기술자와 발명가들이 글씨 쓰는 인형, 그림 그리는 인형, 나팔 부는 인형 등을 만들었다. 자동인형이나 장치 등은 기술자의 놀이로서 만들어졌는데, 장식용 또는 사람들을 놀라게 하는 도구로서는 효과적이었으나 생산에 직접적으로 도움이 되는 산업용 장치는 아니었다. 그러나 이러한 자동인형·장치를 고안하고 제작한 사람들이 그것만을 업으로 삼지는 않았다. 이를테면 보캉송은 무늬직을 만드는 직기를 제작하였다. 그러나 그 직기를 제작하는 데 자동인형의 제작기술이 어느 정도 영향을 끼쳤는지 분명치 않다. 작업을 되풀이하는 능력뿐만 아니라 작업 사이클의 프로그램을 쉽게 변경할 수 있는 기능까지 요구된다. 즉 로봇마다 컴퓨터를 장치해서 각각의 로봇을 통제하는 것이 필요하게 된다. 로봇의 두뇌라고 할 수 있는 부분이 컴퓨터이며, 컴퓨터의 기술수준은 로봇기술에 큰 영향을 준다. 이와 같은 이유로 진공관 컴퓨터 수준에서는 오늘날과 같은 로봇은 실현 불가능한 것이었다. 진공관의 약점을 극복하는 첫 단계로 트랜지스터와 다이오드가 등장하였다. 트랜지스터는 진공관의 기능을 모두 대체할 수 있으며 열이 발생하지 않는다. 그리고 진공관에 비하여 아주 작게 소형화할 수 있어 컴퓨터는 급속히 소형화되고 신뢰성도 높아졌다.1960년대에는 집적회로(IC)가 개발되었고, 집적회로 1개가 트랜지스터 수십 개의 기능을 하였다. 이에 의해 소형화가 되어가는 한편 접촉불량이란 마이너스 요인도 없어져 더욱 신뢰성이 높아졌다. 가격도 안정되고 소비전력도 진공관에 비해 크게 감소하였다. 또한 칩의 집적도가 더욱 높아지고, LSI, VLSI가 출현함에 따라, 컴퓨터 연산속도는 향상되고 소형화가 더욱 촉진되었다. 이런 여러 가지 발달이 로봇발달을 촉진하여 인간의 오감에 상응하는 기능을 가진 장치, 즉 센서가 로봇기술의 새로운 과제로서 대두되었다.5. 산업용 로봇의 기능별 분류산업용 로봇은 대개 6종류로 분류하여 정의하고 있다.1) 매뉴얼 머니퓰레이터인간이 조작하는 머니퓰레이터는 인간의 두 팔과 유사한 기능을 가지며, 대상물을 공간적으로 이동시키는 것을 가리킨다. 즉 들어 올리고, 팔을 뻗고, 잡고, 돌리고, 뒤엎는 등의 일을 한다. 매뉴얼이므로 인간이 조작하는 것이 전제이며, 방사성 물질을 두꺼운 벽 너머에서 다루는 매직핸드, 심해조사선의 팔 등이 이 범주에 든다.2)고정 시퀀스로봇미리 설정한 순서와 조건 및 위치에 따라서 동작의 각 단계를 차례로 진행하는 머니퓰레이터이며, 설정정보의 변경이 쉽지 않다. 시퀀스(sequence)는 순서인데 고정시퀀스는 작업 사이클의 프로그램을 쉽게 바꿀 수 없다는 것이의 생산라인에 여러 가지 차종이 동시에 실려서 제조되고 있다. 생산라인에 배치되는 로봇이 단순히 같은 동작을 되풀이하는 로봇이면 생산차종도 한 가지만 되어야 하는데 수치제어로봇의 출현으로 로봇동작은 컴퓨터 지시로 다양해지고 A라는 차종 다음에 B, 그 다음은 C라는 차종, 다시 A라는 차종 이렇게 생산라인 위에 다른 차종이 지나게 되어도 거기에 대응한 작업을 할 수 있게 되었다. 용접에 대해서도 용접로봇이 생기기 이전에는 용접공이 작업을 하였다. 사람이 용접할 때는 컨베이어시스템 속에서 자기에게 부과된 용접범위를 단시간에 정확히 하도록 요구되었으나 용접대상이 움직이는 가운데 무거운 용접기로 정확한 용접을 한다는 것은 대단히 어려운 일이었다. 미숙련공의 경우 정확도가 떨어지고, 제품에 결함이 생기거나 극단적인 경우 자동차의 안전성까지도 문제가 되는 경우가 있었다. 컴퓨터의 지시에 따라 움직이는 로봇은 고장이 생기지 않는 한 용접기의 무게를 느끼지 않고 정확한 장소에 보다 빨리 용접하여 제품의 결함도 없게 하였다. 또한 도장작업에서는 스프레이도장에서 로봇을 많이 사용한다. 그 움직임은 용접로봇과 같지만, 스프레이 할 때의 손목의 놀림은 인간의 손 움직임으로는 불가능한 것을 하는 경우가 있다. 손목을 1회전한다는 따위는 인간의 손 움직임의 한계를 벗어나는 동작으로 능률 향상을 꾀하기 때문이다. 도장작업은 노련한 도장공조차 비상한 긴장을 요하는 일이다. 균일하게 도장하기 위하여 스프레이건을 도장표면에서 일정 거리, 각도로 균형을 잡아 흔들어야 하고 도료의 흘림을 방지하기 위하여 손목을 상하좌우로 잘 움직이며 작업을 하지 않으면 안 된다. 이런 어려운 작업도 플레이백 로봇 등을 사용하여 노련한 도장공 수법을 로봇에 티칭함으로써, 로봇에 의한 작업이 가능하게 되었다. 자동차공장에서는 용접부문, 도장부문에 로봇을 도입함으로써 크게 합리화하였지만 조립공정에는 많이 도입되어 있지 않다.7. 기대되는 로봇로봇은 산업용뿐만 아니라, 생활에 밀착된 곳에서 이미 실용화된 로봇도 있고이 훌륭한 기계일수록 기술의 문제보다도 인간의 존엄이나 노동자의 지위가 침범되는 것은 아닌가 하는 사회문제로서 해석하여 주의 깊게 주시하고 있다. 역사적으로도 노동자와 기계의 잠재적인 갈등은 예로부터 나타났고 그 현저한 예가 1800년대 초 영국에서 일어난 기계파괴운동이었다. 즉, 영국의 산업혁명시기에 실업 위협에 놓인 수공업자, 노동자들이 최신 방직기계의 도입을 반대하고 그 기계들을 파괴한 사건이다. 이러한 사실로 볼 때 단순한 도구로서의 기계뿐만 아니라 종합적인 노동이나 일을 하는 기계의 출현, 즉 로봇의 등장에 대해 산업계에 있어서 효율주의뿐만 아니라 기술과 인간, 문화와 기술의 관계를 잊으면 안 된다. 로봇기술의 급속한 진보는 사회에 효율성이나 편리함과 동시에 불안정 요인을 초래한다는 것을 인식할 필요가 있다. 로봇공학의 3원칙(Three Laws of Robotics)은 미국의 작가 아이작 아시모프가 로봇에 관한 소설들 속에서 제안한 로봇의 작동 원리이다. 1942년작 단편 Runaround에서 처음 언급되었다.① 로봇은 인간에 해를 가하거나, 혹은 행동을 하지 않음으로써 인간에게 해가 가도록 해서는 안 된다.② 로봇은 인간이 내리는 명령들에 복종해야만 하며 단 이러한 명령들이 첫 번째 법칙에 위배될 때에는 예외로 한다.③ 로봇은 자신의 존재를 보호해야만 하며 단 그러한 보호가 첫 번째와 두 번째 법칙에 위배될 때에는 예외로 한다.이중 첫 번째 법칙은 1941년작 단편 Liar!에 처음 소개되었다. 나중에 아시모프는 다른 에세이(The Laws of Robitics)에서 이 세 법칙은 모든 도구에 대해 확장될 수 있다고 지적하였다.도구는 안전해야 한다. 도구는 그 기능을 효율적으로 쓸 수 있어야 하며 단 사용자에게 해를 가해서는 안 된다. 도구는 사용 도중 망가지지 않아야 하며, 단 기능이나 안전을 위해서는 망가질 수 있다. 나중에 아시모프는 '로봇과 제국'을 쓰면서 0번째 법칙을 추가하게 된다. 다른 세 법칙도 이 0번째 법칙을 위배할 수 없다.0. 쓰레기를 밖에 내다버리기 쉬워질 것이고, 환경미화원들은 하루 종일 쓰레기를 찾아다니지 않아도 될 것이다. 이를 통해 환경미화원들은 길거리 청소나 다른 환경작업을 할 수 있을 것이다.① 로봇의 용도 - 쓰레기를 자동으로 분류(분리수거)해주는 로봇② 필요한 이유 - 가정에서는 쓰레기를 분리수거하는데 편리하고, 아파트단지(공동주택)에서는 따로 청소를 하지 않아도 된다. 또한 지금보다 쓰레기의 재활용이 한결 쉬워질 것이다. 그리고 주위의 환경 또한 깨끗해질 것이다.③ 어떻게 사용하는 것인가 - 가정에서는 쓰레기통을 로봇화 시키고, 아파트단지 같은 공동주택에서는 쓰레기 처리장에 로봇을 둠으로써 쓰레기를 분류(분리수거)하는데 편리할 것이다.2) 자동으로 창문을 닦아주는 로봇(고층빌딩 외벽을 청소하는 로봇)재개발을 통해 아파트 같은 공동주택들이 고층아파트 또는 빌딩으로 건물의 규모가 늘어나고 있다. 주택에 있어서 창문이란 태양빛을 들어오게 함으로써 사람들에게는 좋은 영양분을 제공해주고, 에너지적인 측면에서는 무공해 에너지인 태양광을 제공해 주는 곳이다. 그런 곳을 청소하기란 고층빌딩일수록 위험하고 힘들다. 이러한 요소 때문에 자동으로 창문을 닦아주는 로봇이 개발되었으면 한다. 고층빌딩일수록 창문을 닦는데 있어서 창문을 빼서 닦거나 밖에서 위험하게 창문을 닦아야 한다. 이러한 청소도 1년에 몇 번 할 수가 없다. 만약 창문을 자동으로 닦아주는 로봇이 있다면 창문을 더러울 때마다 닦을 수 있어서 창문을 닦는 번거로움을 해결해 줄 수 있을 것이다. 자동차 와이퍼처럼 창문에 와이퍼를 부착 시키거나, 가정용 소형 자동청소로봇 같은 것을 건물외벽에 하나씩 부착시켜 놓는 것이다. 와이퍼 형태는 바깥쪽 창문 위쪽이나 아래쪽에 설치를 하여서 먼지가 쌓이면 로봇이 자동으로 인식해서 청소를 하는 것이다. 한마디로 로봇이 달린 창문이다. 그리고 가정용 소형 자동 청소로봇 같은 것을 건물외벽에 설치 한다는 것은 건물외벽 전체를 청소하는 로봇을 말한다. 요즘 가정용 로봇청소기가 많이 개발되고 있각한다.

공학/기술| 2011.04.23| 10페이지| 2,000원| 조회(401)

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수소연료전지 자동차의 기술과 원리 / 전세계의 수소연료전지 자동차 / 수소연료전지 자동차의 문제점 평가A+최고예요

1. 수소연료전지 자동차의 기술 및 원리먼저 현대자동차에 대한 기본적인 소개를 하자면, 1967년 설립되어 포드자동차와 기술제휴를 맺고 코티나를 생산한 이후 1975년 국내최초 독자모델은 포니를 출시하면서 우리나라 자동차발전의 서막을 알렸다. 1986년 엑셀을 출시하여 미국 소형차 시장을 단숨에 장악했었고, 1991년에는 국내최초로 자동차의 핵심이라고 할 수 있는 엔진과 변속기를 독자개발에 성공하여 국내 자동차산업의 기술 자립화를 이끌었다. 현재는 휘발유, 디젤, 플렉스 엔진과 더불어 8단 자동변속기까지 독자개발에 성공하여 일반 내연기관의 파워트레인 수준을 세계 최고 수준으로 올려 놓았다. 1992년부터 친환경 차량 개발에 착수하기 시작하여 1994년 전기차 시험모델을 내놓은 후 1990년대 후반부터 수소연료전지(Fuel Call Erectric Vehicle) 자동차에 대한 연구를 시작하여 2002년 싼타페 수소연료전지 자동차를 개발하였으며 2006년 투싼 수소연료전지 자동차와(같은 플랫폼의 스포티지 수소연료전지 자동차 포함) 수소연료전지 버스를 독자개발 해내는데 성공하였고, 2009년 모하비 수소연료전지 자동차를 개발하였다. 2010년에는 일본에 이어 두 번째로 장거리 주행이 가능한 양산 전기차 블루온을 발표하였고, 2009년에 아반떼 LPI 하이브리드를 발표하며 현대자동차의 하이브리드 자동차 시판의 시작을 알린 이후, 올 연말 미국에 쏘나타 하이브리드 시판을 앞두고 있다. 현대자동차의 친환경 차량 개발의 시작인 채 20년이 되지 않았지만, 내연기관 파워트레인 분야도 세계 메이저 업체와 어깨를 나란히 하는 것과 같이 친환경 차량 분야에서도 현대자동차는 세계 최고 수준 반열에 올라있다.투싼 수소연료전지 자동차 이해를 위한 목업 모델 최신 수소연료전지 기술이 들어 있는 모하비 수소연료전지 자동차1) 수소연료전지 자동차 소개와 내연기관 자동차와의 차이점먼저 수소연료전지 자동차의 원리부터 살펴보면, 일반 내연기관 자동차의 동력원은 화석연료를 연료로 하여 연료를 엔로 연결하여 상용연료전지를 구성하게 된다. 이 연료전지스택의 고분자 전해질 막의 수에 따라서 성능이 결정된다고 할 수 있는데 현재 투싼에 장착되어 있는 연료전지스택의 성능은 75kW급으로서 약 110마력의 성능을 낼 수 있고, 모하비에 장착되어 있는 연료전지스택은 현대자동차에서 올해 개발을 마친 최신 유닛으로 100KW, 약 160마력의 성능을 낼 수 있다.③ 전기동력장치전기동력장치는 연료전지스택에서 발생한 전기의 전압을 조절하여 주는 직류변환기와 직류 전기를 교류 전기로 변환시켜주는 인버터, 그리고 인버터에서 공급된 전기로 회전력을 발생시켜 휠에 구동력을 전달하여 주는 구동모터로 구성되어 있다.왼쪽에 사진에 보이는 부분이 저전압 직류변환기, 고전압 직류변환기, 전압 단속장치가 합쳐져 있는 직류변환기의 모듈이다. 연료전지스택에서 생산된 전기의 전압은 대략 450V 정도라고 한다. 하지만 구동모터에 쓰이는 적정 전압은 250V에서 350V 사이 정도이다. 따라서 구동모터를 작동하는데 적절한 전압으로 낮춰주고 보조 전원과 배터리로 저장되는 전압으로 맞추어 주는 역할을 고전압 직류변환기가 맡고 있다. 고전압 직류 변환기는 전기를 구동모터쪽으로도 보내고 다시 회생에너지를 인터버로부터 받아 배터리에 저장하는 전기를 받기도 하기 때문에 전기의 흐름이 양방향이다. 저전압 직류변환기는 자동차의 에어컨, 오디오 등전장 부품들에 필요한 12V의 전압으로 낮추어 전압을 공급하여 주며 12V 보조 배터리 충전의 역할을 맡는다. 저전압 직류변환기는 12V 보조 배터리로 전기를 공급하기만 하므로 전기의 흐름이 단방향이다.왼쪽 사진에 보이는 것이 인버터이다. 인버터는 전기의 형태를 바꿔주는 역할을 하는 장치로 직류 전압을 교류 전압으로 바꾸어 준다. 위에서 설명한 것과 같이 연료전지스택과 배터리에서는 직류 전원이 발생되어 나오는데 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 모터로 전달하며, 자동차가 제동할 시에는 모터의 회전력으로 발생한 전기에너지를 저장하여 배터리로 저장한다. 인버터 내를 비롯한 수소연료전지 시스템이 폭발하지 않는 안전성을 보여주었다. 내구성 면에서도 연구소에서 시험 주행용으로 사용하는 2세대 연료전지시스템이 얹힌 투싼 수소연료전지 자동차의 주행거리가 13만km가 넘었다고 한다. 13만km를 주행하는 동안 연료전지시스템의 부품을 교환한 적이 없다고 한다. 영하 10도, 영상 50도에서도 무리 없이 주행이 가능하도록 만들어졌기 때문에 내구성도 입증되었다고 할 수 있다.2. 국내외 경쟁 메이커의 기술 조사20세기 규모의 경제론으로 인해 세계 자동차메이커가 인수, 합병으로 재편된 이후 이제 세계 자동차 산업은 톱 10 정도의 대규모 메이커들로 정리되었다. 그 중에 수소연료전지 분야에서 자웅을 겨루고 있는 메이커는 7 ~ 8개이다. 현대기아자동차의 글로벌 경쟁 메이커들의 수소 자동차 기술에 대한 수준을 비교 평가해보고자 한다.1) General Motors한 때 세계 제일의 자동차회사로 군림했던 GM은 세계 금융위기 이후 급격히 쇠락의 길을 걷기 시작하여 도요타에게 세계 제일의 타이틀을 빼앗기며 다시 왕좌를 탈환하기 위해 고군분투 하고 있다. GM은 미국 정부로부터 회생 절차에 대한 동의를 받기 위해 전기차 카드를 꺼내들며 미국 정부의 지원을 요청했었고 그 이후 시보레 볼트라는 양산형 전기차 컨셉트카를 내놓으며 GM은 전기차 기술에 대해 독보적이며 전기차 위주의 투자와 개발이 이루어질 것으로 관측되어 왔었지만 이는 GM의 추락하는 분위기를 반전시키기 위한 언론 플레이였다. 현대자동차 서경원 책임연구원님에 따르면 이미 GM의 수소연료전지 기술 또한 세계 최고 수준이라는 평가이다. GM은 이미 전기차와 더불어 수소연료전지 분야에 대한 기술개발을 꾸준히 해온 메이커이다. 왼쪽 사진에 보이는 차량이 2005년 발표된 GM의 ‘시퀄’이라는 수소연료전지 컨셉트카이다.시퀄은 튼튼한 프레임에 둘러싸여 차 중앙 바닥 부근에 설치된 3개의 수소저장탱크(용량 8kg)에서 제공되는 수소를 바탕으로 73kW급 전기를 생성해내는 연료전지 스택과 최대 65k년 일본의 닛산을 인수하면서 닛산이 연구하던 수소연료전지 분야에도 연구를 진행하게 되었다. 닛산은 일본의 도요타, 혼다 등과 더불어 수소연료전지 차량 분야에서도 세계적 수준으로 알려지고 있다. 이미 X-trail 수소연료전지 차량을 2005년에 개발하여 2007년부터 렌트카, 영업용차량, 관공서 차량 등으로 공급하고 있다. 수소연료전지 차량이 일반 승객을 위한 영업용 차량으로 시판된 것은 세계최초이다. 수소 하지만 최근에는 수소연료전지 분야보다는 모기업인 르노의 영향을 받아 전기차에 더 치중하는 모습을 보이고 있다. X-Trail FCV는 닛산이 자체 개발한 3세대 수소 연료전지스택과 소형 리튬이온 전지를 탑재, 일반 가솔린 모델에 못지 않은 퍼포먼스를 자랑한다. 특히 90KW이상의 힘으로 저사양의 가솔린 모델과 거의 비슷한 최고속도와 최대가속을 낼 수 있으며, 700기압의 고압 수소저장탱크를 장착해 높은 수소저장 용량으로 500km 이상 주행할 수 있다. 또 수소 실린더와 연료전지 등이 콤팩트하게 제작돼 트렁크 공간을 여유 있게 활용할 수 있는 장점도 가진 모델이다. 현대자동차가 최근에야 700기압의 수소저장탱크를 장착한 것과 항속거리 600 ~ 700km를 달성한 것과 비교해 본다면 닛산도 얼마나 앞선 수소연료전지 기술을 가지고 있는지 알 수 있다. 하지만 르노닛산의 수소연료전지 기술은 최근에 발표된 것이 없어 아예 전기차로 방향을 선회했다는 것이 거의 정설로 받아들여지고 있다.4) Toyota사실 도요타는 수소연료전지 분야보다 이미 하이브리드 기술로 더 유명세를 떨치고 있는 메이커이다. 1997년 세계최초로 하이브리드 자동차 프리우스를 발표한데 이어 2009년 기준으로 연간 30만대의 하이브리드 자동차를 생산, 판매하고 있다. 그래서 도요타 하면 하이브리드만 떠올리는 경우가 많은데 도요타 또한 수소연료전지 분야에서 앞서 있는 메이커로 평가받는다. 다만 도요타가 하이브리드 판매에 집중하기 위하여 수소연료전지 차량에 대한 언급은 거의 하지 않고 있다는 것이다 걸림돌이 될 수 있지만, 수소 연료 자동차 가격을 10년 내로 10만달러 이하로 낮출 것"이라며 "시판 초기에는 원활한 보급을 위해 매달 600달러에 리스 하는 방식을 취할 것이라고 하여 혼다는 2008년부터 3년간 FCX Clarity를 200대 생산할 계획이었으나 구매자가 무려 5만명이나 몰려 혼다는 생산량을 늘리겠다고 발표하였다. 혼다의 수소연료전지차가 이룩한 성과는 다음과 같다. 미국 환경 보호 사무국과 캘리포니아 대기자원 위원회가 수소연료전지 차량으로 인증(2002), 최초로 수소연료전지차량 리스(2002), 최초로 미국 환경 보호 사무국 연비등급 획득(2002), 혹한 지역의 소비자에게 판매된 최초의 수소연료전지 차량 (2004년 12월 일본 홋카이도 지역에 리스 됨), 최초이자 유일하게 개인 소비자 판매(2005,2007), 최초이자 유일한 미연방 세금 공제를 받는 차로 선정되었다. 현재 일반 수소연료전지 차량을 일반인에게 양산하는 것에 있어서는 혼다가 가장 앞서있다고 할 수 있다.6) Mercedes-Benz벤츠는 수소연료전지 차량에 관한 연구를 가장 먼저 시작한 메이커라고 할 수 있다. 그만큼 선구자적이며 기술 수준 또한 가장 앞서있다고 평가받고 있다. 연료전지차량이 지금까지 주목을 받게 된 것은 1994년에 NECAR(New Electric Car)라고 하는 수소연료전지 차량을 처음으로 개발, 주행시키면서부터다. 연료전지 우주선에서도 이용되고 있었지만 자동차와 같이 소형에서 주행에 따른 진동 등 가혹한 사용조건이 주어진 상황에서의 이용은 벤츠가 처음이었다.최초의 수소연료전지 차량 NECAR1은 상용 원박스 차량의 짐칸 가득히 장치가 실린 연료전지 차량이었다. 800kg에 달하는 연료 전지 장치가 공간을 모두 차지해 비현실적이라는 비판도 있었지만 새로운 에너지원의 기술적 가능성을 증명하였다. 이후의 개발은 급격히 발전하여 벤츠는 2년 후인 1996년에 현재의 V클래스를 베이스로 하는 미니밴 NECAR2를 만들고 이는 6인승으로 화물공간도 확보과제다.

공학/기술| 2011.04.17| 15페이지| 2,000원| 조회(1,267)

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나노유체분야의 연구 동향 조사 및 실생활 적용 방안 연구

1. 나노 유체의 열전달 관련 최근 연구 동향자료 조사(1) 나노유체 토로이달 자연대류 루프에서의 열전달 특성토로이달 루프에서의 자연대류현상은 수십년간 태양열 시스템, 원자력발전소, 지열 등 다양한 분야에서 연구 되어 왔다. 이렇게 다양한 분야에서 연구 되는 큰 이유는 시스템에서의 비선형적인 유체 유동 때문이다. 즉 Lorenz이론으로 설명되는 전형적인 비선형 유동 양식을 따른다. 루프를 따라 유동하는 유체는 수직 또는 수평적으로 다양한 장소에 위치하게 되며, 유체의 유동 힘은 아래쪽을 가열하고 위쪽을 냉각하면서 생기는 수직적이지 않은 온도 및 경사도에 의한 부력에 의해 나타난다. 단순한 구조이지만 유체의 움직임과 동적 성질은 공식화 되지 않은 형태로 매우 복잡하게 변화한다. (1~5)토로이달에 관한 연구는 Keller,(1) Welander(2)와 Greif(3)에 의해 연구되었다. Creveling(4,5)은 실험에서 무질서하게 계속해서 방향을 전환하는 불규칙한 유동을 처음으로 관찰 하였다. 아랫부분 절반은 일정한 열 유속으로 가열되고 윗부분 절반은 일정한 온도로 냉각된다. Zvirin(6~8)은 토로이달 루프에서의 유동불안정에 대하여 이론적으로 다양한 접근을 시도하였으며, Torrance(9)는 토로이달 루프를 지열에 이용할 수 있는 가능성을 연구하였다.나노유체에 대한 연구는 아직까지 뚜렷한 이론적 성과는 없으나 지속적으로 많은 연구가 진행되고 있으며, 본 연구에서와 같은 자연대류에서의 대한 열전달 특성에 대한 연구는 Wen(10)의 디스크판에서는 높은 열전달성능을 보인 반면, Putra 등(11)의 경우처럼 오히려 성능저하를 가져오는 경우도 있었다.토로이달 루프는 원자력발전소의 긴급 냉각시스템으로 사용되며, 에너지 및 히트펌프, 태양열, 및 화학시스템 등에서 기계적 부품 없이 자연 순환이 가능한 장점 때문에 널리 사용되고 있다.(6~13) 본 연구에서 이러한 토로이달 루프의 장점과 유용성을 향상시키기 위하여 나노유체의 열전도도 증가 특성을 이용한 루프의상승하는 것으로 관찰 되었다. 이는 나노유체의 사용한 루프에서의 자연대류 열전달 향상에 큰 기여를 못하는 것으로 알 수 있었으나, 가열부 중간부와 냉각부와 중간부 사이의 온도차( ΔT 10 - 12 )를 나노유체 농도에 따라 비교하면 물과 0.001%의 나노유체를 사용 시 급격한 변화가 감지되었으며, 냉각부에서 물 사용 시 보다는 냉각 성능에 영향을 미치는 것으로 관찰되었다Fig. 3 Effect of heat transfer rate on Fig. 4 Effect of heat transfer rate ontemperature difference with various positions temperature difference with various positions;Fig. 5 Effect of nanofluids on loop inner temperaturesFig. 5는 나노유체의 농도에 따라서 T9, T10, T11, T12의 토로이달 루프 내부에 삽입한 열전대를 통한 내부 유체의 온도를 직접 관찰한 것이다. 토로이달 루프에서 유체의 유동 방향은 반시계방향으로 T9에서 T12를 거쳐 T11까지 이동하는 경로로 냉각부의 온도 변화를 알 수 있으며, T11에서 T10을 거쳐 T9까지 이동하면서 가열부의 온 나노 유체 토로이달 자연 대류 루프에서의 열전달 특성 239도 변화를 파악할 수 있다. 결과에서 보듯이 냉각부에서는 큰 차이가 없었지만 열부에서는 증류수의 경우가 가열부 중앙인 T10에서 나노유체에 비해 가장 높은 것으로 보아 보다 많은 열을 흡수한 결과이므로 나노 유체의 농도의 증가와 함께 T10의 변화로 열전달 성능에 다소 향상을 가져옴을 알 수 있다.Fig. 6과 Fig. 7은 나노유체의 농도에 따라서 토로이달 루프에서 온도 수렴 후 각 열전대의 온도의 평균값을 그래프로 비교해본 것이다. 루프에서의 유동 방향은 반시계 방향이므로 그래프의 표현에서는 T8에서 T7, T6을 거쳐 T4까지 가열부의 온도 변화와 T4에서 T3, T2를 지나 T8까지 냉각상이 될 것이며, 이는 향후 지속적인 추가연구가 필요하다.Fig. 8 Effect of particle volume Fig. 9 Effect of particle volumeconcentration on Ra with Q concentration onNu with QFig. 10 Effect of Ra with different particle volume concentrations(2) 나노유체를 이용한 냉각PC·노트북·TV등 분야 차세대 신제품이 쏟아지는 가운데도 발열문제는 관련업체들의 지속적인 숙제로 자리잡고 있다. 고성능 멀티기능화, 슬림화 등이 가속화하면서 CPU과열 문제는 날로 심각해지고 있다.70년대부터 대표적인 전자부품 냉각장치로 자리잡아온 히트파이프(Heat pipe)는 파이프 형태의 밀폐된 용기에 물이나 메탄올·아세톤 등 휘발성 유체를 주입한 뒤 진공 상태로 밀봉한 것으로 파이프 내부에 충전된 유체가 증발·응축을 반복하는 과정에서 주변 물체를 냉각시키는 기술이다.나노유체는 물·오일 등 일반유체에 소량의 나노 입자를 균일하게 분산시켜 만든 유체로 지난 2001년부터 나노입자를 소량 주입해 기존 유체보다 훨씬 높은 열전도율을 얻을 수 있다는 연구 결과가 발표되면서 각종 전자제품을 겨냥한 상용화 개발이 잇따르고 있다. 나노유체를 이용한 진동 히트파이프는 기존의 히트 파이프보다 6배 정도의 냉각 성능을 가진 것으로 알려지고 있다.더불어 나노유체는 새로운 냉각시스템의 핵심재료로 전자제품 외에도 다양한 분야에서 활용이 기대된다. 각 산업의 열교환 시스템과 냉장고, 자동차 엔진 냉각기, 히터, 온수기, 공조 설비, 냉각탑 등의 열교환 장치를 비롯해 차세대 마이크로·나노 장치용 바이오센서 등에서도 적용가능하다.(3) 나노유체를 냉각유체로 사용하는 마이크로채널 히트싱크의 냉각효율 연구나노유체의 물성치들을 예측할 수 있는 Jang and Choi 모델, Einstein모델, Mixing Thedory 등을 이용하여 나노유체를 냉각유체로 사용하는 마이크로채널 히 있어 원자로 열교환기의 경우 CHF가 증가됨을 기대할 수 있을 것이다.열매체의 열전도도 증가에 따른 열교환기 효율향상은 열매체를 구동하고 있는 펌프의 소요동력을 큰 폭으로 줄일 수 있다. 예를 들면, 기존 대비 열전달 계수를 2배(열전도도 3배) 증가시키려면 펌프의 소요동력을 10배로 증가시켜야 한다. 이는 동일한 펌프의 소요동력을 고려하면 열교환기의 크기를 소형화 할 수 있으며 이를 자동차와 같은 수송수단에 사용할 경우 차체의 무게 감소에 의한 연비의 절감을 가져올 수 있다.(5) 탄소나노튜브 나노유체의 열전도도에 대한 연구미량의 SDBS를 가한 SWNT 나노유체는 친수 화 처리된 SWNT보다 열전도 향상 측면에서 유리하였고 체적농도 1.0%에서 최고 향상률은 10% 내외로 예상에 못 미치지만 Al2O3 나노유체의 3.5%보다 두 배 이상 큰 값을 나타내었다. MWNT 나노유체의 향상률은 온도에 따라서 선형적으로 증가되나 체적농도에 따라서는 비선형적으로 증가되는 양상을 타내었고 체적농도 1.0%에서 최고 향상률은 37%정도 이었고 기존연구결과와 잘 부합되었다.CNT 나노유체의 열전도 향상기구로 클러스트 효과를 제안하며 클러스트 격자구조는 다중 열유동 통로를 형성하게 되고 결과적으로 유효열전도도가 현격하게 향상된다고 추정할 수 있다.Table 1. 온도 300 K에서 고체 및 액체의 열전도도물질열전도율(W/mK)Silver427.5Copper403Pure Gold317Pure Aluminum238.5water0.613Grycerin0.286Ethylene Glycol0.252Engine Oil0.145※ Nanofluids(Nanofluid): 기존 유체에 기능성 나노입자를 혼합하여 제조된 유체를 말하며, 사용된 나노입자에 따라 열전달 촉진 및 윤활특성향상 등 고유특성의 향상이 기대되는 신물질이다.※ 탄소나노튜브(Carbon Nanotube): 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태로 구성된 탄소동소체로, 길이는 수십 nm에서 수 이론적인부분이 많다. 실생활에 적용하려면 이론적인 검증이 뒷받침 되어야 하며 아울러 시간을 가지고 지속적인 연구를 통해 열 및 물질전달 특성을 정략적으로 파악하고 이와 관련된 명확한 메커니즘의 규명이 이루어져야할 것이다. 또한 실제 시스템과 같은 조건에서의 실험을 통해 신뢰성에 대한 충분한 검토가 뒷받침 되어야 할 것이다.2. 나노유체의 향후연구전망 및 실생활에 적용하기 위한 방안과 자신의 의견아직 나노분야에 대해선 무궁무진한 발전 가능성이 있다는 것을 논문 검색을 통하여 알 수 있었다. 이런 논문 또한 실험단계에 있는 것이고 아직 정립된 정리가 많지 않다고 한다. 이는 이 나노물질을 가지고 무궁무진하게 사용 가능하다는 뜻이다. 나노유체 또한 아직 개발 중인 단계로 여러 방면에 사용 가능하다는 것이다.유체는 열교환 기기에서 열전달 물질로서 중요하게 사용되며 열교환기기는 교통 수단 및 운송 분야, 화학공정, 건물의 냉난방 등 거의 모든 산업분야에 걸쳐 사용되고 있다. 이 모든 분야에서 열전달 향상에 대한 이전의 수많은 연구와 개발 노력에도 불구하고 기존의 열전달 유체가 갖는 낮은 열전도율 때문에 우수한 냉각능력을 갖는 열교환기기의 설계에 대한 혁신적인 발전은 미진한 상태이다. 국내외적으로 경쟁이 치열한 산업계에서는 현재 사용되고 있는 것보다 현저하게 더 큰 열전도율을 가진 진보된 열전달 유체를 개발하여 경쟁력을 높이기 위한 강한 필요성을 느껴왔다.열전달 증진을 위해 수많은 연구 및 개발 노력에도 불구하고, 열전달 유체들의 낮은 열전도율 때문에 열전달을 높이는 데는 한계가 있었다. 그러나 잘 알려진 바와 같이 상온에서 고체금속물체들의 열전도율은 유체에 비해 수십 또는 수백 배 정도 크다. 예를 들면 Table1 에 나타낸 것처럼 상온에서 구리의 열전도율은 물보다 약 700배 크며, 엔진오일보다 약 3,000배나 크다. 금속성 액체들의 열전도율은 비금속성 액체들의 열전도율보다 훨씬 더 크다. 따라서 열전도율이 매우 높은 고체 금속입자를 기존의 유체에 혼합하여 새로이다.

공학/기술| 2010.11.14| 9페이지| 2,000원| 조회(442)

열역학, 열전달, 나노기술, 신소재공학, 나노신소재

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