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온실효과의 원인과 방지대책

1.온실 효과 란?온실효과는 대기 중의 이산화탄소가 층을 이루고 지구를 둘러싸면서 지구 내부의 열 발산을 차단해서 지구내의 온도가 상승하는 것을 말한다.태양에서 방출된 빛에너지는 지구의 대기층을 통과하면서, 일부분은 대기에 반사되어 외계로 방출되거나, 대기에 직접 흡수된다. 그리하여 약 50% 정도의 햇빛만이 지표에 도달하게 되는데, 이때 지표에 의해 흡수된 빛에너지는 열에너지나 파장이 긴 적외선으로 바뀌어 다시 바깥으로 방출하게 된다. 이 방출되는 적외선은 반 정도는 대기를 뚫고 외계로 빠져나가지만, 나머지는 구름이나 수증기, 이산화탄소 같은 온실효과 기체에 의해 흡수되어지며, 온실 효과 기체들은 다시 지표로 되돌려 보낸다. 이와 같은 작용을 반복하면서 지구를 덥게 하는 것이다. 실제 대기에 의해 일어나는 온실효과는 지구를 항상 일정한 온도를 유지시켜 주는 매우 중요한 현상이다. 만약 대기가 없어 온실효과가 없다면 지구는 화성처럼 낮에는 햇빛을 받아 수십도 이상 올라가지만, 반대로 태양이 없는 밤에는 모든 열이 방출되어 영하 100℃ 이하로 떨어지게 될 것이다. 따라서 현재 환경 문제와 관련하여 나쁜 영향으로 많이 거론되는 온실효과는 그 자체가 문제가 아니라, 일부 온실효과를 일으키는 기체들이 과다하게 대기 중에 방출됨으로써 야기될지 모르는 이상 고온에 따른 지구 온난화 현상을 이야기하는 것이다.이러한 온실효과의 주범이 되는 것으로는 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 프레온(염화불화탄소), 수소불화탄소 등이 있다. 그리고 수증기와 오존도 이에 속하나 다른 기체들에 비해서는 영향이적다고 할 수 있다. 이들 온실가스로 인해 발생하는 영향으로는 동식물의 피해와 농작물의 수확감소, 산업 경제적 손실 등을 들 수 있는데 대부분의 국가들은 이러한 온실가스의 발생을 감소시키기 위해 노력 중이다.2.화석연료에 의해 과잉 생성된 CO2가 온실 효과에 미치는 영향이산화탄소량의 변화 최근의 기온상승의 원인을 하나로 지적하여 설명하기는 곤란하다. 그러나 산업혁명 이후 기온의 상승은 인간의 산업 활동과 유관 한 것으로 보인다. 왜냐하면 이 기간 중에 기온상승 역할을 하는 온실기체, 특히 이산화탄소의 대기 중 농도가 괄목할 증가를 보이기 때문이다. 대기의 구성성분중 이산화탄소는 단지 0.03%에 불과하다. 그럼에도 불구하고 이 기체는 지구 복사에너지를 다른 어느 기체보다도 많이 흡수한다. 태양복사 에너지는 대기를 통과하여 지표로 들어올 때 거의 흡수되지 않으나 지표에서 방출된 지구복사 에너지는 온실기체에 의해 흡수됨으로써 지구의 기온은 따뜻하게 유지 보존된다.산업혁명 이후 화석연료 즉 석탄, 석유, 천연가스 등의 사용으로 대기 중 온실기체의 농도가 증가하고 있으며, 자동차등 각종 교통기관에 의한 배기가스도 이들 기체의 증가에 한몫을 하고 있다. 또 개간을 위한 삼림벌채도 온실기체 증가의 원인으로 알려져 있다. 이산화탄소의 양은 1800년경에는 280ppm 이었던 것이 1990년 현재는 358ppm를 나타내고 있다. 이와 같은 이산화탄소의 증가는 이 기간 중의 기온상승과 잘 부합되고 있다.오존구멍의 위성사진(1991년) 최근 냉매제, 발포제 또는 세척제로 많이 사용되는 프레온가스, 즉 염화불화탄소(CFCs)는 기온의 상승을 유발할 뿐만 아니라 성층권까지 상승하여 오존층을 파괴하는 주범으로 지목받고 있다. 즉 성층권에 이른 염화불화탄소는 봄이 되면서 강한 자외선에 의해 염소이온들이 유리되고 이들은 질산구름 계면에서 강력한 촉매 작용으로 빠르게 오존층을 파괴하는 것으로 알려졌다. 또 남극대륙 상공 성층권에 부는 강한 주극순환은 오존을 분산 이동시킴으로써 오존구멍(ozon hole) 생성에 한몫을 한다.3. 지구 온난화현재의 기후는 제 4기 빙하시대의 최종빙기후의 비교적 온난한 간빙기의 기후와 같다. 이 간빙기 중에서 가장 온난한 기후시대는 약 6천년 전에 나타난 최적기후시대이다. 이 때의 중위도 지방의 기온은 현재보다 약 2∼3℃ 높았다고 추정되고 있다. 지금 사회적으로 관심을 모으고 있는 지구온난화는 따지고 보면 이 2∼3℃의 온도상승이 문제가 되고 있다. 이 정도의 온난화는 일찍이 인류가 경험한 적이 있는데, 왜 온난화가 세계의 정치문제로까지 발전했을까. 그것은 21세기에 일어날 것으로 예상되는 온난화가 자연적 요인보다 인위적 요인, 즉 선진국을 중심으로 한 온실효과 기체의 방출과 개발도상국을 중심으로 한 삼림파괴로 인하여 온난화가 급속도로 진행될 것이 예상되기 때문이다. 자연적 요인에 의한 온난화가 급속도로 진행될 것이 예상되기 때문이다. 많은 과학자들은 2020년까지 과거 1,000년 동안에 비해 훨씬 더 따뜻해지리라고 예측한다. 실제로 일부 과학자들에 의하면, 최근 100년 사이에 지구 평균 기온이 약 0.5℃ 상승하였다고 주장하며, 그 결과 해수면은 30~40 cm나 상승하였다고 말한다. 만약 지구 온난화 현상이 계속 될 경우, 해수면은 상승 속도가 가속되고, 기후대가 극지방으로 이동하는 등의 결과로 나타나는 기상재해는 현재 발달한 과학 기술로도 예측하기 힘든 상태이다. 사실 우리 스스로가 지구의 온난화를 인식하기란 그리 쉬운 일이 아니다. 일 년 여에 걸친 토론 끝에 기상학자들은 지구의 평균 기온을 결정하는데 합의를 보았는데, 100년 동안 지구의 평균 기온은 계속 상승하여 왔다. 그렇다면 이 기온 상승이 기후 변화에 따른 자연 현상인지 아니면 화석 연료 사용 등으로 인한 인위적 현상인지 명확하지 않다. 그러나 온실 효과는 대기 중에 있는 이산화탄소의 양과 관계가 있는 것은 분명하다.자연적 요인에 의한 온난화는 천천히 진행하여 생태계에 혼란을 가져오지 않지만, 인위적 요인으로 인한 온난화는 급격히 진행될 것으로 예상되기 때문에 생태계가 파괴되고 해면상승이 빨라질 우려가 짙다. 그러므로 인류는 인류에 대하여 좋지 못한 변화를 스스로의 행동에 의하여 만들어 내려고 하고 있는 셈이다. 지구의 온난화라고 하지만 그 내용은 대단히 광범위하고 복잡하므로 몇 가지로 나누어 보기로 하자. 첫째, 인간 활동으로 인한 미량화학성분이 대기 중으로 방출되는 방출량의 증가와 지구 대기 중에 있는 대기미량 성분의 농도 증가. 둘째, 대기미량성분의 증가에 의한 적외선 흡수량의 증가와 이로 인한 지구평균온도의 상승 또는 이로 인하여 발생하는 기후변동과 해면상승, 셋째, 그 결과 초래되는 자연생태계 및 농업생태계에 대한 영향 및 사회, 경제적 영향 등으로 분류할 수가 있다. 현실적으로는 온난화와 이에 수반하는 기후변동의 연구는 이제 겨우 시작된 상태이며, 기초연구와 영향 대책이 동시 진행되고 있는 실정에 있다.4. 지구 온난화 현상에 의한 악영향지구 온난화가 지속되면 여러 가지 나쁜 영향이 나타날 수 있는데, 그 중에서 바닷물의 높이가 올라가 육지가 바다에 잠기게 되고 생태계에 변화가 일어날 수도 있다.1) 삼림 분포 지역이 광범위하게 없어져 생태계의 균형이 깨지게 된다.2) 대부분의 지역에서 물 부족 현상이 일어날 것으로 예상된다.3) 세계적으로 기후대가 변하여 식량 생산량이 점점 감소된다.4) 남극 지역의 빙하가 녹아서 2100년까지 해수면이 약 50cm 증가할 것으로 예측된다. 우리나라의 경우 경사가 완만한 서해안과 남해안에서는 침수가 우려된다.5) 더위로 인한 스트레스와 질병이 두 배 정도 증가하며, 말라리아와 같은 열대성 질병이 고위도 지방으로 확산되어 우리나라에서도 열대성 질병이 나타날 수 있다.5. 기상 재앙기후변화에 의해 짧은 시간 안에 나타날 현상으로 먼저 이상기상을 들 수 있다. 즉 우리가 과거에 경험해보지 못했던 이상고온 또는 이상다우 현상의 출현이다. 이상기상의 출현빈도는 계속 증가할 것이며 이것이 결국 기후변화로 나타날 것이다. 해수면 상승으로 침식당한 해안선 지구의 온난화는 현재 지구상의 온대와 한 대의 일부를 아열대 또는 아한 대화시키고 열대의 면적을 넓힐 것이다. 또 해빙과 빙설을 녹이고 해수의 온도를 높여 해수면의 상승을 유발할 것이다. 정부 간 기후변화에 관한 패널(IPCC)의 계산에 의하면 다음 세기말까지 매년 0.6㎝의 해수면 상승이 예상되며 2030년에는 현재보다도 약 20㎝, 21세기말에는 65㎝가 상승할 것으로 전망된다. 따라서 다음 1백년간 남극대륙과 그린란드의 빙하는 줄어들 것이다. 해수의 열팽창은 해수의 순환을 변화시키고 해수면의 기압변화는 기후의 변화를 유발하는 피드백 메커니즘(feed-back mechanism)이 나타날 것이다. 해수면의 상승은 육지면적의 감소를 가져올 뿐만 아니라 해안선의 변화, 해수욕장의 침식, 저지대의 치수, 농경지의 감소로 인한 토지이용의 변화, 방파제와 해안계는 기온, 강수, 토양수분, 그리고 극단적인 사건 등과 같은 국지적 변화에 따라 달라진다. 그러므로 광합성작용이나 호흡은 짧은 기간 중에는 기후요소와 이산화탄소의 양의 변화에 크게 좌우된다. 기후와 이산화탄소양의 변화는 종의 구성에 변화를 가져올 것이다. 기후변화에 동반되어 일어나는 사막화 현상 또한 매우 심각하다. 지난 30년 동안 사우디아라비아(Saudi Arabia) 면적에 해당하는 사막이 형성되었고, 매년 1천만 에이커(acre)의 새로운 사막이 형성되고 있다. 지구의 온난화는 지역에 따라서는 긍적적인 면과 부정적인 면을 갖고 있으나 지구 전체적인 면에서 볼 때는 재앙인 것이다.

자연과학| 2012.11.11| 6페이지| 1,000원| 조회(501)

온실효과, 온실효과 방지대책, 온실효과 원인

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기계자동차공학실험 시간에 작성한 고분자전해질 연료전지 실험에 대한 보고서입니다.

고분자전해질 연료전지 및 직접메탄올 연료전지 성능 실험1. 실험 목적- 신재생 에너지로서 수소 연료전지 발전시스템을 이해한다.- 연료전지의 작동 원리와 기본 구조를 파악한다.- 고분자전해질 연료전지의 성능특성을 이해한다.2. 배경 이론1) 연료전지란?- 연료전지란 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 장치이다. 이 반응은 전해질내에서 이루어지며 일반적으로 전해질이 남아있는한 지속적으로 발전이 가능하다.연료전지는 '전지'라는 말이 붙어있기는 하지만 일반적인 전지와는 다르다. 전지는 닫힌계에 화학적으로 전기에너지를 저장하는 반면 연료전지는 연료를 소모하여 전력을 생산한다. 또한, 전지의 전극은 반응을 하여 충전/방전 상태에 따라 바뀌지만 연료전지의 전극은 촉매작용을 하므로 상대적으로 안정하다.연료와 산화제로는 여러가지를 이용할 수 있다. 수소 연료전지는 수소를 연료로, 산소를 산화제로 이용하며, 그 외에 탄화수소, 알코올 등을 연료로, 공기, 염소, 이산화 염소 등을 산화제로 이용할 수 있다.[1]연료 전지는, 천연 가스와 메타놀등의 연료로부터 수소를 취득, 대기중의 산소와 반응시켜 전기를 만드는 발전 방식이다. 발전 효율이 대단히 높아 40~60% 정도이며, 반응과정에서 나오는 배출열을 이용하면, 최대 80% 가까이 에너지로 바꿀 수 있다. 게다가, 천연 가스와 메타놀, LPG(액화석유가스; propane gas), 나프타, 등유, 석탄 가스화가스등 다양한 연료를 사용할 수 있기 때문에 에너지자원을 확보하기 쉽고, 연료를 태우지 않기 때문에 지구 환경보호에도 기여할 수 있는 미래의 에너지다.연료 전지의 일반적인 특성은, 연료가 전기화학적으로 반응하여 전기를 생산하는 과정에서 열도 발생하므로 총효율을 80% 이상으로 높이는 고효율 발전이 가능하며, 기존의 화력 발전에 비해 효율이 높으므로 발전용 연료의 절감이 가능하고 열병합 발전도 가능하다. 또한 NOx와 CO2의 배출량이 석탄 화력 발전의 1/38과 1/3 정도이며, 소음도 매우 적어 이동하고 그곳에서 공기와 반응해 물을 만든다. 전자가 이동하는 과정에서 우리가 얻고자 하는 전기에너지가 발생한다.우리가 실재 사용하는 수소연료전지는 양극, 음극, 전해질로 구성된 하나의 단위전지가 여러 개 겹쳐진 적충구조를 이루고 있다. 전류는 단위전지 면적에 따라 전압은 쌓아올려진 단위전지 개수에 따라 조절되므로 수소연료전지는 전력을 자유자재로 결정할 수 있다는 장점도 있다.3) 연료전지의 종류 및 특성저온형① PAFC- 인산형 연료전지- 인산형 연료전지 기술은 20년 이상 개발되고 개선되어 왔고, 전기 생산에 비교적 순수한 수소(70% 이상)를 요구한다. 인산형 연료전지 내의 전극은 탄소 지지체의 표면적 위에 촉매로써 백금이나 백금 혼합물을 포함한다.인산형 연료전지의 운전 온도는 약 200℃ 이다. 이것은 인산 전해질의 안정도를 위하여 허용하는 최대 값이다. 이 기술로 현재까지 순수한 발전 효율은 40∼50% 정도이다. 이 수준 보다 높은 효율을 갖기 위해서는 전지와 스택 구성품의 지속적인 개발에 의한 종합시스템 제어에 의존하여야 한다. 일례로 인산형 연료전지의 반응이 발열 반응이므로 연료전지가 반응온도인 200℃로 유지함이 최적의 운전 조건이 된다. 따라서 연료전지 반응 시 반응열을 냉각시켜야 하며 이때 생성되는 반응열을 이용하면 효율을 70%이상 높일 수 있다.인산은 저온 연료전지를 위한 전해질로써 필요한 수명을 가진 그런 유일한 물질로 알려져 있다. 이것이 낮은 이온 도전율을 가지고 있다 할지라도 이것의 안정도는 전류 상태를 증진시키는 전지 개발에 기여하였다. 인산형 연료전지 응용은 휴대용, 자동차용 및 고정용 전원을 포함한다.② AFC- 알칼리형 연료전지- 알칼리 연료전지는 전해질로써 수산화칼륨과 같은 알칼리를 사용한다. 연료로서 순수 수소를 쓰며, 산화제로써는 순수 산소를 쓴다. 운전 온도는 대기압에서 60∼120℃이다. anode의 촉매는 니켈 망에 은을 입힌 것 위에 백금-납을 사용하고, Cathode는 니켈 망에 금을 입힌 것 위에 금-백금을술이 인산형과 유사하여 응용 기술의 적용이 쉽기 때문에 현재는 고분자 전해질형 연료전지의 이용 규모가 작을지라도 상업화할 수 있다. 더욱이 현재 몇 개의 시범용 고분자 전해질형 연료전지의 전원에 의한 자동차는 실험 결과 우수성이 입증되어 더 많은 연구 계획을 진행 중에 있다.④ DMFC - 직접 메탄올 연료전지- DMFC는 메탄올을 직접, 전기화학 반응시켜 발전하는 시스템이다. 전해질은 이온 교환막에 인산을 담지시킨 것이다. 작동 온도는 150℃로 비교적 저온이다. PEFC와 비교하여 개질기를 제거할 수 있으며, 시스템의 간소화와 부하 응답성의 향상이 도모될 수 있는 장점을 갖고 있다. 그러나 반응 속도가 낮은 것이 의한 저출력 밀도, 다량의 백금 촉매의 사용과 메탄올과 산화제의 Cross Over(고체 고분자 막을 통과하는 것) 등의 단점도 있다.고온형① MCFC- 용융 탄산염형 연료전지- 용융 탄산염형 연료전지의 전해질은 낮은 용융점을 가지는 탄화리튬과 탄화포타슘의 혼합물이다. 전극은 다공성 니켈로 만든다. 전극의 부식성과 내구성은 아직 개발에 중요한 애로점이다.용융 탄산염형 기술의 산 또는 알칼리 연료전지 기술 보다 뚜렷한 장점은 일산화탄소, 이산화탄소 및 수소에 대하여 내성이 있는 점이다. 이것은 일산화탄소와 이산화탄소를 분리하는 공정을 필요로 하는 다른 것들보다 초기 투자비가 낮고 시스템 설계가 매우 단순해지는 결과를 가져온다. 용융 탄산염형 연료전지의 운전 온도는 약 650℃이고, 전지 스택의 열로 전지 내부의 탄화수소 기체의 개질을 허용한다. 내부 개질의 장점은 30% 또는 그 이상의 비용을 감소시킨다.용융 탄산염 연료전지를 상업화하기 전에 내구성과 신뢰도를 개량시킬 필요가 있다. 운전온도가 높아 정상운전 되는 동안 용융탄산염 전해질의 결핍과 증발로 인하여 양이 줄어들기 때문이다. 이것이 운전의 안정성과 현재 용융 탄산염형 연료전지의 유효 수명의 제한점이다.② SOCF - 고체 산화물형 연료전지- 고체 산화물형 연료전지의 특징은 탄화수소를 직접 전지로 바꾸어주는 발전 방식이다. 태양빛을 받아 열을 이용하여 에너지를 발생하는 태양열 발전과 달리 태양광 발전은 태양빛을 받아 반도체물질로 이루어진 태양전지에서 바로 전기를 생산한다.◆ 태양광 발전시스템의 구성- 태양광발전 시스템은 햇빛을 받아 직류전기를 생성하는 태양전지 모듈과 이러한 전기를 제어해주는 전력제어장치, 발생된 전력을 저장하는 축전지, 그리고 직류전기를 교류로 바꾸어 주는 인버터로 구성되어있다.◆ 태양광 발전의 원리가. 태양전지(太陽電池 : solar cell, solar battery)- 태양에너지를 전기에너지로 변환할 목적으로 제작된 광전지로서 금속 과 반도체의 접촉면 또는 반도체의 pn접합에 빛을 조사(照射)하면 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 것을 이용한 것.- 금속과 반도체의 접촉을 이용한 것으로는 셀렌광전지, 아황산구리 광 전지가 있고, 반도체 pn접합을 사용한 것으로는 태양전지로 이용되고 있는 실리콘광전지가 있음나. PN접합에 의한 발전원리- 태양전지는 실리콘으로 대표되는 반도체이며 반도체기술의 발달과 반 도체 특성에 의해 자연스럽게 개발됨- 태양전지는 전기적 성질이 다른 N(negative)형의 반도체와P(positive) 형의 반도체를 접합시킨 구조를 하고 있으며 2개의 반도체 경계부분을 PN접합(PN-junction)이라 일컬음- 이러한 태양전지에 태양빛이 닿으면 태양빛은 태양전지속으로 흡수되 며, 흡수된 태양빛이 가지고 있는 에너지에 의해 반도체내에서 정공 (正孔:hole)(+)과 전자(電子:electron)(-)의 전기를 갖는 입자(정공과 전자)가 발생하여 각각 자유롭게 태양전지속을 움직이게 되지만,전자 (-)는 N형 반도체쪽으로, 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 모이게 되어 전 위가 발생하게 되며 이 때문에 앞면과 됫면에 붙여 만든 전극에 전구 나 모터와 같은 부하를 연결하게 되면 전류가 흐르게 되는 데 이것이 태양전지의 PN접합에 의한 태양광발전의 원리임[PN접합에 의한 태양광 발전의 원리 및 구조]대표적인 결정질 실리8.0000.41007.3800103919.0000.40007.6000110020.0000.38007.6000116121.0100.36007.5636122222.0000.33007.2600128323.0000.29006.6700134424.0000.26006.2400140525.0000.00000.0000- 단전지의 실험 조건 -설정 온도 - Anode- 가습 : 30 ℃- Line Heater : 35 ℃- Cell : 30 ℃Cell Temperature : 30 ℃가습 - 수소(A) : 100 %- 산소(ca) : 무가습유량 - 수소 : 60 cc/min- 산소 : 800 cc/min2) 모형 연료전지 시스템 실험 결과광원 (20cm)저항 (Ω)전류 (A)전압 (V)2000.0020.531000.0040.50500.0080.44100.0270.2850.0380.2030.0440.1510.0490.06광원 (50cm)저항 (Ω)전류 (A)전압 (V)2000.0020.521000.0040.49500.0080.45100.0200.2350.0220.1230.0230.0710.0270.024. 고찰1) 광원의 위치를 변화시켰을 경우에 성능의 차이가 나는 이유에 대해 토의하시오.- 실험에 사용한 연료전지 킷은 스탠드 광원으로 태양전지판을 비추어 여기서 발생하는 전기를 이용해 물을 전기분해하여 수소와 산소를 만들어낸다. 즉 수소와 산소를 많이 만들어 낼수록 연료전지에서 만들어낼 수 있는 전기의 양이 증가하여 성능이 증가하게 되는 것이다.태양전지를 통해 발생하는 전기가 많아질수록 물을 전기분해하여 수소와 산소를 더 많이 생성할 수 가 있다. 태양전지판이 광원과 가까울수록 광전효과가 커져서 만들어내는 전기가 많아지고, 수소와 산소가 더 많이 생성된다. 또한 태양전지판이 광원과 멀어질수록 광전효과가 적어져 전기가 적어지고 산소와 수소를 적게 만들어 내는 것이다.광원의 거리에 따른 태양전지가 발생하는 전기의 차이가 생기기 때문에 수소와 산소의 발생량이 차이가 생기고, 이를

공학/기술| 2012.04.08| 16페이지| 1,500원| 조회(225)

연료전지, 고분자전해질, 연료전지의 종류, 기계자동차공학실험, 연료전지의 원리, 고분자전해질실험

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연필깍기의 실제사진을 찍고 연픽깍기 각각의 부품도와 조립도를오토캐드를 이용해서 도면에 나타낸 레포트입니다.

캐드| 2010.07.15| 3,500원| 조회(759)

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기계자동차공학실험 시간에 작성한 냉동기 성능 실험에 대한 보고서입니다. 평가B괜찮아요

냉동기 성능 실험1. 실험 목적- 냉동기의 원리 및 구조를 이해.- 실험을 통하여 냉동기의 성능을 성적계수(COP)로 나타내고 P-h 선도를 그리는 방법을 익힌다.2. 배경 이론1) 증기압축식 냉동기의 원리- 액체냉매를 뚜껑이 열린 용기에 넣어 방열된 공간에 방치하면 액체 냉매는 끓으면서 공간으로 부터 열을 흡수한다. 이러한 기본적인 원리를 냉동장치에 응용할 수 있다. 증발 을 함으로서 실내 의 열을 빼앗는 방법 중 가장 간단한 방법은 R-134A(CFC계 냉매)와 같은 물질이 들어 있는 용기를 그림에 나타낸 것과 같이 잘 방열된 공간 에 용기의 뚜껑을 열어 두어 자연적으로 증발, 방출시킴으로 해서 실내를 냉각시키는 것이다. R-134A는 표준 대기압 하에서 포화온도가 -26.5℃ 이기 때문에, 이와 같이 낮은 온도에서 증발하면서 용기 벽을 통하여 실내 공간으로부터 열을 흡수한다. 물론 용기속의 냉매액은 증발하는 동안 -26.5℃로 일정하게 유지되면서 냉매액은 점차 증발하여 배기구를 통하여 대기로 나갈 것이나, 이러한 과정은 용기중의 액이 없어질 때까지 계속 될 것이다. 액의 증발에 의하여 흡수된 열은 증기에 포함되어 배기구를 통해 외부로 떠난다. 그림 에서와 같이 냉매의 증발에 의하여 냉동작용이 일어나고 있는 용기를 증발기라고 부르는데 증발기는 기계냉동장치에서 없어서는 안 된다.?(1) 증발온도의 조절- 증발기에서 액이 증발하는 온도는 액 위에 있는 증기의 압력을 조정함으로써 조절할 수 있다. 바꾸어 말하면 증발기로부터 빠져나가는 증기의 유량을 조절함으로 해서 조정된다. 예를 들면 배기관에 밸브를 설치하여 두고 배기관을 부분적으로 닫으면, 증기는 증발기로부터 자유롭게 빠져 나가지 못하고 액 위에 모이게 될 것이고, 이것은 또 증발기의 압력을 냉매의 포화온도까지 올리게 된다. 그림에서와 같이 증발기로부터의 증기의 유량을 조절하기 위해 배기구에 밸브를 설치하여 배기밸브를 조절함으로서 액 위에 있는 증기압력을 조절할 수 있다. 즉, 냉매 R-134A를 -26.5℃는 액의 높이를 일정하게 유지하는 것이다.증발량이 많아지면 프롤우트가 내려가면서 밸브를 열어 액을 증발기내로 유입시키고 증발 이 없으면 밸브를 닫혀지게 하는 방향으로 움직이게 된다. 그리고 증발기에 있는 냉매의 포화온도가 주위의 온도와 같게 되면 액체냉매가 저장탱크나 증발관에서 증발하지 않는다.?그림에서와 같이 플로우트밸브, 즉, 증발기로 흐르는 액체냉매의 유량을 조절하는 장치를 냉매 유량조절장치라고 한다. 냉매유량조절장치는 어떠한 기계냉동장치에서도 필수적인 부분이다.?(3) 냉매의 재사용- 배기관을 통해 외부로 버리는 것은 대단히 비경제적일 뿐만 아니라, 대기오염의 원인이 된다. 따라서 외부로부터 끊임없이 회수하여 본래의 액상태로 응축시켜 다시 사용하는 방법을 강구하면, 외부로부터 장치내로 새로운 냉매를 공급할 필요가 없게 될 것이다. 이를 위해서는 증기를 응축시키는 어떤 수단, 즉, 냉매증기의 응축(condensing)에 아래 그림과 같은 응축기를 설치할 필요가 있다. 왜냐하면 냉매는 냉동되는 공간으로부터 필요한 잠열 을 흡수함으로서 증발기내에서 증발하고, 이러한 증기는 받은 만큼의 열을 다른 물체로 주어야만 액의 상태로 되기 때문이다.?응축기에서 증기로부터 잠열을 흡수하여 응축이 일어나게 하는 물체를 응축매체라고 부른 다. 가장 보편적 응축매체는 물과 공기이다. 이 때 물은 수도수나 하천수를 직접 이용하거나 냉각탑으로부터의 순환수를 사용할 수 있으며, 공기는 일반적으로 대기를 사용한다. 따라서 증발하는 냉매증기의 온도를 어떤 방법을 사용하여 응축매체의 온도 이상으로 증가시키지 아니하면 냉매증기가 가지고 있는 열이 응축매체로 사용되는 공기나 물로 흐르지 아니한다. 따라서 어떠한 외부열을 가하지 않고 냉매증기의 온도를 이 온도 이상으로 올려야 하는데, 이를 위해서는 그림에 나타낸 바와 같이 증기압축기 혹은 증기펌프를 사용하여 냉매증기를 압축하는 방법이 있다. 압축하기 전에 냉매증기는 증발온도와 증발압력의 상태에 있다.?압축하는 동안 증기의 압력은 포화온도가 도록 높여주고 냉매순환의 원동력인 압축기, ④ 압축기 토 출관으로부터 나오는 고압, 고온의 증기를 응축기까지 운반하는 통로인 고온가스관 혹은 토 출관, ⑤ 고온의 냉매증기로부터 응축매체로 열전달표면을 통해 열을 통과시키는 역할을 하 는 응축기, ⑥ 응축된 액을 보관하여 필요에 따라서 증발기에 필요한 액을 일정하게 공급해 주는 수액기, ⑦ 수액기로부터 냉매유량 조절기까지 액냉매를 운반해 주는 통로인 액관, 그 리고 ⑧증발기로 들어가는 냉매액의 유량을 조절하고 액관에 있는 고압의 액체냉매를 필요 한 저온도에 상당하는 포화압력까지 저하시켜 바람직한 저온에서 냉매가 증발하도록 하는 냉매유량조절장치 등으로 구성되어 있다.?※ 압축기를 거치면서 고온고압이 되고 팽창밸브를 거치면서 저온저압이 된다.?※ 증발기를 거치면서 증기가 되고 응축기를 거치면서 냉매는 액체가 된다.2) P - H 선도1. 건포화증기 상태에 있는 냉매를 압축기에서 압축한다(1->2).2. 고온 고압의 냉매는 열 교환기(Condenser) 로 이동하고, 여기서 냉매의 열이 외부로 전달되어 냉매가 식어진다. 컨덴서에서 열전달 결과 냉매는 증기에서 액체로 응축된다.(2->3)3. 냉매는 컨덴서를 지나 팽창 밸브를 통과하면, 냉매의 온도와 압력이 감소한다.4. 차가워진 냉매는 두 번째 열교환기인 증발기로 들어간다. 증발기에서 냉매는 액체와 건포화증기의 포화 혼합 상태에서 superheated vapor 로 변화하기 때문에 열전달(열흡수)이 발생하고, 증발기 주위의 온도가 떨어지는 냉동 효과가 나타난다. 그리고, superheated vapor 가 증발기에서 나와서 다시 압축기로 들어가는 루틴을 반복하게 된다.3) 냉동 사이클- 아래 그림은 냉동 사이클에 있어서 냉매의 흐름을 모리엘 선도상에 그려본 것이다. 증발기 속에 있는 동안 압력은 일정하게 유지되지만 주위에서 열을 빼앗기 때문에 엔탈피는 증가해 간다. 또 냉매액은 점점 증발하여 가스가 되기 때문에 건조도는 높게 되어 차차 포화증기선으로 접근해 간다.- 압기 출구/압축기 입구에서의 냉매 상태는 완전히 기체화 되어 압축에 지장이 없어야 한다.그러나 급격한 실내 부하변동이 있을 경우 증발기를 완전히 통과한 냉매에도 약간의 액체 상태가 있을 수 있는데, 이 액체 상태의 냉매가 압축기로 들어가면 압축기를 망가뜨릴 위험이 있다.이를 방지하기 위하여 증발기를 통과한 냉매가 압축기로 가는 과정에서 약 5℃ 정도 온도가 상승하게 하여, 액체 냉매가 있을 수 없도록 하는 것이 냉매의 과열입니다. 증발기 내에서의 포화 온도가 7℃도라면, 압축기에 들어가는 과열 냉매온도를 12℃도 정도로 해야 하는데, 이 온도 차이 5℃가 과열도 이다.이 과열도는 냉매가 증발기에서 압축기로 가는 과정 (압축기 흡입관)에서 일어나도록 하여야 한다.냉방기 설계에서 이 5℃의 과열도를 유지할 때 5톤 용량이 나오도록 해야 한다.▶ 과열도가 설계치 보다 높으면- 냉매를 너무 적게 주입하면 증발기의 마지막 부분까지 포화냉매로 가득 차지 못하고, 증발기 내부에서부터 냉매가 과열하게 되어, 증발기 후반 부분은 과열 냉매가 차 있게 되는데, 이 부분은 증발기의 역할을 못하게 되므로, 이 냉방기의 냉동 능력은 당연히 설계된 5톤에서 크게 모자라게 된다.또, 가령 과열도가 10℃ 라면, 5℃ 때 보다, 기체 냉매의 부피가 늘어나므로, 압축기가 순환시키는 냉매의 량이 상대적으로 줄어들어, 전체 냉동능력은 더 저하된다. 압축기가 더 높은 온도에서 운전을 하게 되어, 압축기 모터 효율도 떨어지게 된다.5) 과냉(Sub Cooling)이란?- 응축기에서 압축되어 액화될 때의 온도를 포화 응축온도라 하는데, 이 때 포화 응축온도가 가령 51℃라면, 이 응축된 액체 냉매의 온도가 51℃ 보다 낮아져, 46℃ 정도로 되는 것을 과냉이라 한다.그러나 응축기에서 과냉된 부분은 이미 액체 냉매로 되어있어, 액체 상태의 냉매가 차지하고 있는 응축기 부분은 응축 역할을 못하기 때문에, 이 부분 만큼 응축기의 크기를 늘려서 제작하여야 한다.▶ 과냉도가 5도 보다 낮아지면- 과냉된 액체냉데, 국내 제조사나 서비스 업계 모두가 이 간단한 원리를 간과하고 있다.3. 실험 결과1) 냉동기 DATA SHEET기 호단 위측정 값고압 gage 압력 (응축압력)PH.gageMPa1.8저압 gage 압력 (증발압력)PL.gageMPa0.4압축기 입구온도T1℃-5압축기 출구온도T2℃71.3응축기 출구온도T2'℃39.7팽창밸브입구온도T3′℃36.5팽창밸브출구온도T4℃-3.9증발기출구온도T1′℃-4.9증발기 입구 공기온도Tin℃20증발기 출구 공기온도Tout℃7.7증발기 출구 공기유속Vm/s1.2( 환산 값 )증발온도증발압력 포화온도℃-6.5응축온도응축압력 포화온도℃46.5응축기 과냉도식 : 응축온도 - 응축기 출구온도6.8증발기 과열도식 : 압축기 입구 - 증발온도1.52) P - H 선도 그리기 (표준, 실제, 이상)a. P-h선도상에 PH.abs이 일정한 직선과 PL.abs이 일정한 직선을 긋는다.(PH.abs = PH.gage + 1 bar , PL.abs = PL.gage + 1 bar)b. PH.abs선상의 포화액 선상의 점을 찾는다. (※ 점 3)(이 때 점3의 온도는 응축기 출구온도(T3)와 거의 일치)c. b에서 찾은 점 3에서 PL.abs = const 선상으로 수직선을 내린다. (※ 점 4)d. PL.abs = const 선상에서 압축기 입구온도(T1)를 찾는다. (※ 점 1)e. 점 1에서 등엔트로피 선상의 PH.abs = const 위의 점을 찾는다. (※ 점 2)3) COP 분석 (표준, 실제, 이상)- COP(성능계수)는 냉동기의 성능을 표시하는 무차원의 수로- 냉동 사이클의 식을 이용하여 표준, 실제, 이상에서의 COP 값을 구하면,4) 냉방능력 Q의 계산- 냉방능력의 식을 이용하여 냉방능력을 계산하면,4. 고찰1) Mollier 선도 (P-h 선도)- 냉매는 냉동기에서 기기와 배관의 내부를 순환하고 있기 때문에 우리 눈에 직접 띄는 것은 아니지만, 그 역할은 중요하다.?냉매는 장소에 따라 기체가 되기도 하고, 액체가 되기도 하면서 있다.

공학/기술| 2012.04.08| 15페이지| 1,500원| 조회(236)

공학실험, 냉동기, 냉동기실험, 냉동기성능실험

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기계자동차공학실험 시간에 작성한 저역통과 필터 주파수응답 실험에 대한 보고서입니다.

저역통과 필터 주파수응답 실험1. 실험 목적- 필터(filter)라 하면 우리는 미세한 입자들 속에 섞여있는 굵은 입자를 걸러내는 정수기의 필터를 떠올리기 쉽다. 전기에서도 필터라 불리는 장치가 있는데 그 역할을 살펴보면 정수기의 필터와 매우 흡사하다. 전기에서의 필터는 원하는 주파수 대역의 신호는 통과시키고 원하지 않는 주파수 대역의 신호는 여과하는 장치이다. 이러한 필터에는 원하는 주파수대역이 무엇이냐에 따라 저역통과 필터(low-pass filter), 고역통과 필터(high-pass filter), 대역통과 필터(band-pass filter) 등이 있다.본 실험에서는 간단한 저역통과 필터를 직접 제작하고 그 주파수응답 특성을 실험을 통해 관찰하며 이론적 특성과 실험적 결과를 비교 검증해보고자 한다.2. 배경 이론1) Low Pass Filter ( LPF, 저역통과 필터 )- 저역통과 필터란 말 그대로 저주파수 영역에서만 통과하는 필터로서 각종회로에 무궁무진하게 활용될 수 있으며 여러 가지 특성이 있다.기본적으로 C와 L소자를 이용해 저역통과 필터를 구현할 수 있으나 OPAMP를 통해서도 구현할 수 있다.특성주파수에서 전압이 급강하 하는 필터가 특성이 좋은 필터이며 보통 1차 필터보다는 2차 필터, 2차 필터보다는 3차 필터, 3차 필터보다는 4차 필터의 순으로 필터의 특성이 좋다. (보통의 경우, 차수가 높아질수록 사용되는 C와 R소자의 수가 많아진다.) 필터의 특성이라 함은 이 LPF 및 아래에서 다룰 HPF, BPF 등에서 Cut On Frequency 및 Cut off Frequency에 진입하기 직전의 RIPPLE이 작은 것을 말한다. 필터의 특성은 회로에 사용되는 소자 중 C와 R 값을 변화시킬 때 나타나며 보다 크기가 작고 보다 특성이 좋은 필터를 만드는 것은 IT업계에서 연구에 주력하고 있는 부분일 정도로 중요한 것이다.2) High Pass Filter ( HPF, 고역통과 필터 )- 고역통과 필터는 LPF와 반대 개념의 필터로서 저주 시간 영역의 개념이 아니다.따라서, 두 복소수량의 比이며, 시간 영역에서 물리적 의미는 없다.전압 페이저와 전류 페이저의 비로서, 각각은 시간영역에서는 정현함수로서 의 물리적인 의미를 가지지만, 그 比는 시간영역에서 물리적 의미는 없다.◆ 임피던스 및 위상- 만일 일반적인 전송 케이블에 교류전압을 인가하였을 경우에,전기 저항과 누설 콘덕턴스에는 전압과 동일한 위상의 전류가 흐르고,자체 인덕턴스에는 전압보다 90도 느린 전류가 흐르고,정전용량에는 전압 보다 90도 빠른 전류가 흐르게 된다.4) 실험적으로 얻은 보드선도 위에 이론적으로 구할 수 있는 보드선도를 중첩하여 그려라. 두 그래프 사이에 차이가 있다면 그 이유에 대해 생각해보고 논하라.4. 고찰- 이번 실험은 저역통과 필터 주파수 응답 실험으로서 브레드 보드위에 저항과 커패시터를 위치시키고 전선을 이용하여 회로를 만들어 실험하는 것이었다.만들어진 회로를 오실로스코프와 함수발생기에 연결하여 함수발생기의 주파수를 바꾸어 가며 그때 얻어진 출력전압을 측정하고 이를 바탕으로 진폭비와 위상차를 구하는 실험이었다.이번 실험을 통하여 전기전자 공학의 기초를 다시금 다듬어 보는 계기를 갖게 된 것 같다. 다양한 필터들을 조사하여 보고, 위상각과 진폭비, 페이저와 임피던스 등을 조사하면서 부족했던 또는 평소에 몰랐던 많은 부분을 습득할 수 있는 좋은 계기가 되었다. 예를 들어 회로에 인덕터나 커패시터가 있다면 출력의 전압 전류는 즉시 변하지 않고 입력과는 시간을 두고 변하기 시작할 것이다.페이저는 크기와 위상을 갖는 선분이다. 페이저는 본질적으로 벡터이지만 벡터대신에 '페이저'의 용어를 사용하는 이유는 페이저의 각도는 공간에 따르기 보다는 오히려 시간의 변화를 따르기 때문이다.임피던스를 구하기 위해 임피던스 삼각도를 이용하고, 이것으로 전압페이저, 전류 페이저를 구해서, 실제 회로에 걸리는 전압과 전류의 값 그리고 위상을 알 수 있다. 기회가 주어진다면 저역통과 필터에서 그치는 것이 아닌 이론적으로만 구하였던 고역통과 같은 이용에서 필터는 주파수들의 한 대역을 또는 하나의 주파수를 제거하기 위해 또는 취하기 위해 보통 필요하다. 이때 전기적 필터는 보다 높거나 낮은 주파수 성분들을 분리하는데 사용된다.전기적 필터는 고역 필터인 경우에는 부하 저항이 높은 주파수 성분을 통과시킬수 있게 되고 저역 필터인 경우는저주파를 부하 저항에 통과시키는데 사용된다. 그림 28-1(a)에서 고역 필터는 출력에 10[㎑]의 주파수를 통과시키고 100[㎐]의 낮은 주파수는 감소시키거나 제거 시킨다. (b)에서 필터의 작용은 반대로 되어 100[㎐]의 낮은 주파수 성분을 통과 시키고 반면에 10[㎑]성분은 감소시킨다. 이런 예들은 높고 낮은 가청 주파수들에 대한 것이다.무선 주파수와 혼합된 가청 주파수인 경우에 저역 필터는 가청 주파수들을 허용하고 고역 필터는 무선 주파수가 부하에 통과하도록 허용하게 된다.[그림 28-2]2. 직류와 교류의 결합- 크기는 변화하나 극성이 바뀌지 않는 전류를 맥동 또는 진동 전류라 한다. 이는 값이 진동하기 때문에 정상 직류 전류는 아니다. 그러나 극성이 양도는 음으로써 극성이 유지되기 때문에 교류 전류는 아니다. 같은 개념이 전압에 적용할 수 있다. 그림 28-2는 회로가 어떻게 맥동 직류 전류나 전압을 가질수 있는가 하는 것을 나타낸다. 여기서 전지의 정상 직류 전압 VB는 교류 전압 VA와 직렬로 되어 있다. 직렬 전원이 더해지므로 RL의 양단은 (b)에서 vR의 파형에서 보여주는 바와 같이 두 인가 전압의 합이다.- 만약 교류 변화의 두 최고값에서 값을 취한다고 하면 VA가 +10[V]를 더해서 RL에 +10V의 전압이 걸리고 교류분이 -10[V]일때는 +20V의 전지 전압에 합해져 RL에는 +10[V]의 전압이 걸리게 된다. 교류 전압이 0일 때 RL의 양단의 전압은 +20V의 전지 전압과 같다.- 이때 합성 전압 VR는 교류 전압의 0축 대신에 전지 전압의 위 아래로 진동하는 교류 변화를 축으로 하다. 이 결과가 진동은 하나 항상 0에 대해 양의 극성을 이 예는 NPN 트랜지스터 증폭기에서 콜렉터 전압에 적용할수 있다. 특정한 값들임을 주의하라. 평균 직류축은 정상 직류 레벨이다. 양의 첨두값은 교류 최대값에 직류값을 더한 것고 같다. 치소점은 최대 교류값을 직류값에서 뺀것과 같다. 교류 성분의 피이크 투 피이크(peak-to-peak) 값과 실효값은 교류 신호 자체만으 것과 같?. 그러나 파형이 비대칭인 경우에는 피이크 투 피이크값의 최대값에서 최소값을 빼는 것이 더 낫다. (b)에서 모든 값은 음이다. 이 예는 진공관 증폭기에서 제어 그리드 전압에 적용할 수 잇다. 여기서 교류 성분의 양의 첨두는 반대 극성이기 때문에 직류값에서부터 뺀것임을 주목하라. 이제 음의 첨두를 음의 직류치에 더해 최대 음 전압점이 된다.[그림 28-4](교류 성분의 분리)- 많은 응용에서 회로는 맥동 직류 전압을 가지나 교류 성분만 요구되는 것이 있다 변압기의 결합이나 용량성 결합의 경우에 교류 성분은 부하에 통과될수 있으나 정상 직류분은 저지된다 독립 2차 권선을 갖는 변압기는 1차에서 정상 직류 전류를 콘덴서는 정상 직류 전압을 고립시키거나 저지 시킨다.3. 변압기 결합- 변압기는 1차 전류의 변화분에 대해 유기된 2차 전압을 발생시킨다는 것을 기억하라. 1차의 맥동 직류 전류에 대해서는 2차는 단지 교류 번화분에 대한 출력 전압만을 가진다. 따라서 1차에서의 직류 성분은 2차에 영향을 끼치지 못한다. 그림 28-5에서 1차 맥동 직류 전압은 맥동 1차 전류를 발생시킨다. 직류축은 일정한 자장을 갖는 1차 전류의 정상값이나, 자장이 변화할 때만 2차 전압이 유도된다. 그러므로 1차에서 진동 성분만이 2차에 출력을 발생시킬수 있다. 정상 상태의 1차 전류에 대한 출력이 없으므로 직류값은 2차에서의 교류 출력에 대한 0축과 대응된다.1차 전류가 정상 상태값 이상으로 증가할 때 이 증가분은 자장이 커짐에 따라 2차 전압의 한 극성이 되고 반대로 1차 전류가 정상값 이하로 줄어들 때에 2차 전압은 자장이 줄어들므로 극성이 반전이 된하로 줄어들 때 C는 방전이 된다. 그때 방전 전류는 R을 통해 반대 방향이 된다. 그 결고 R을 통하는 교류 전압 출력에 대해 음(-)의 값이 된다.입력 전압이 평균값에 있게 될 때 충전이나 방전 전류는 없으며 그 결고 R에서의 전압은 0이 된다. R에서의 교류 전압의 0의값은 RC회로에 인가된 맥동 직류 전압의 평균값과 대응한다. 결론적으로 R에 걸리는 교류 전압이 평균값 이상의 값인 1/2사이클인 때는 양 (+)의 값이 되고 평균값 이하인 1/2사이클인 때는 음(-)의값이 된다는 것이다. R의 이 전압만이 다음 회로에 결합이 되는 것이다. 실제적으로 위상 변화가 없다는 것을 주목하는 것은 중요한 일이다. R이 Xc의 10배 또는 그 이상이어야 하기 때문에 이 법칙은 모든 RC 결합 회로에 적용할수 있다. 이때 리엑턴스는 직렬 저항에 비해서 무시할수 있고 5.7。 이하의 위상각은 실질적으로 0。로 한다.(RC 결합 회로의 전압)- 만약 직류 전압계로 그림 28-6의 1 과 2 사이의 맥동 직류 입력 전압을 측정하면 20[V]의 평균값이 될것이다. 같은 점에서 교류 전압계는 7[V]의 실효값인 진동 교류 성분을 나타내게 된다. 점 1과 3사이에서 직류 전압계는 Cc에서 정상 상태 직류값인 20[v]이고 1과 3사이에서 교류 전압계는 0을 지시한다. 그러나 3과 4사이의 출력 R의 교류 전압계는 실효값 7[V]의 교류값을 지시하고 R에서의 직류 전압계는 0을 지시한다.5. 바이패스(bypass) 커패시터- 바이패스란 소자 주위의 통로이다. 회로에서 바이패스는 병렬 또는 분로 통로이다. 콘덴서는 맥동 직류 전압의 교류 성분을 바이패스 하기 위해 저항과 병렬로 사용된다. 이때 만약 바이패스 커패시턴스가 충분히 커서 교류의 최소 주파수에 대해 작은 리엑턴스를 가진다면 결과는 RC 병렬 결합 양단이 정상 직류 전압이 된다. 예를 들어 그림 28-7에서와 같이 R1에 병렬인 콘덴서 C1은 R1에 대해 교류 바이패스 콘덴서 이다.XC1이 R1의십분의 일또는 그 이하가 되다.

공학/기술| 2012.04.08| 18페이지| 1,500원| 조회(279)

인덕턴스, 저역통과, 주파수응답, 리엑턴스, 저역통과실험, 주파수응답실험, 초우크

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