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표면개질공학 실험레포트(전자배치, 형광등 점등원리 등)

표면개질공학 및 실험 레포트1) 원자에 있어서 전자배치에 대하여 설명하고, 이의 재료 성질에 미치는 영향을 설명하시오.1.전자배치(오비탈, 전자껍질)①오비탈 : 오비탈(궤도함수)은 전자가 분포하는 확률인데, 그 분포 모양에 따라 s, p, d, f ...등으로 나뉘게 된다. ②전자껍질 : 전자들이 취하는 에너지상태를 간단히 구별하기 위해서 원자핵을 중심으로 한 전자들이 이루는 여러 층의 껍질을 말하며, 전자각이라고도 한다. 원자 내의 전자는 에너지가 낮은 껍질(K, L, M, N)부터 차례로 들어가 주기율이 성립된다.③전자가 채워지는 순서→전자껍질은 K, L, M, N순으로 2n²개의 전자를 가진다. 각 껍질은 핵에서 멀어질수록 높은 위치에너지를 가지고, 각 전자껍질은 자신의 크기에 맞게 여러 개의 전자를 가지고 있다. 그러므로 핵으로부터 멀리 있는 껍질일수록 크기가 커져 여러 개의 전자를 가질 수 있다. 전자는 각 전자껍질에 그냥 들어가는 것이 아니라 전자껍질 안에 있는 오비탈 내에 분포한다. 오비탈은 모양에 따라 s, p, d, f로 나타낸다고 했는데 s는 한칸, p는 세칸, d는 다섯칸, f는 일곱칸으로 이루어져 있다.④전자배치의 법칙?축조원리 : 전자는 에너지준위가 낮은 오비탈(전자껍질)부터 차곡차곡 채워진다.?훈트의 법칙 : 각 오비탈에 들어가는 전자들은 되도록 서로 다른 오비탈을 차지하려한다.?파울리의 배타법칙 : 각 오비탈에는 전자가 최대로 두 개까지 채워진다.?오비탈은 한 방에 한 개씩 먼저 채워진다.(편한 상태를 유지하려 함)ex)※이러한 원칙으로 여러 원자들의 전자배치를 하면 다음과 같은 모양이 된다.⑤전자배치의 분석→그림에서 바깥전자의 수가 같은 그룹끼리 일정하게 모여짐을 확인할 수 있다.→같은 주기의 원소는 전자껍질이 같음을 알 수 있다.2.원자가전자에 따른 재료의 성질☞원자의 전자배치를 통해서 특정 원자들이 주기성을 갖고 성질이 비슷한 그룹끼리 모여짐을 알 수 있다. 즉, 전자껍질에 따라서 원자들이 1주기, 2주기, 3주기...로 나눠지고 원자가전자(최외각전자)에 따라서 성질이 비슷한 원자들끼리 모여지게 된다. 다시 말하면, 원자가전자가 재료의 성질을 결정하게 되고 그 예를 주기율표를 통해서 살펴보면 다음과 같다.①주기표의 구성a.족?주기율표의 세로줄(1~18족)?같은 족의 원소들은 원자가전자(최외각전자)의 수가 같아 화학적 성질이 비슷하다.(최외각전자에 따라 재료의 성질이 달라짐)b.주기?주기율표의 가로줄(1~7주기)?같은 주기에 있는 원소들은 같은 수의 전자껍질을 가짐②금속(재료)의 성질 ? 원자가전자가 재료의 성질을 결정a.알칼리금속(1족-원자가전자가 1개)?은백색의 가볍고 연한 금속?원자번호 커지면 반응성도 커짐 (Li

공학/기술| 2016.01.14| 9페이지| 1,000원| 조회(243)

전자배치, 표면개질공학, 표면개질 실험, 형광등 점등원리

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내연기관과 외연기관의 차이점(장단점, 효율)

< 내연기관과 외연기관의 차이점 >(1) 내연기관은 연료가 기관내부에서 연소되며 열공급 방법이 직접 접촉전열방식인데 반해, 외연기관은 연료를 기관외부에서 연소시키며 열공급 방식이 간접적이다.⇒ 따라서 내연기관이 외연기관에 비해 열효율이 높다.(2) 동작유체의 사이클 작동 과정중 도달하는 최고온도이다. 내연기관의 경우 대체로 급열과정 중 동작유체의 온도는 1000℃를 넘는 것이 보통이고 전부하 최대출력에서는 최고 2000℃를 넘는 수도 있다. 그러나 외연기관의 대부분은 물을 동작유체로 하고 있기 때문에 급열과정중 임계조건 이상 온도를 높일 수 없다. 이상을 열역학적 입장에서 정리해보면① 간접가열방식에는 전열손실이 생길 수 있고, 이로 인해 급열효율이 떨어질 수 있다.② 외연기관은 저열원에 방출하는 동작유체의 배열과정 수행 이외에 로를 통과한 연소가스의 배열이 부가된다. (즉 보일러의 연소가스가 외부로 배출)③ 급열과정중 동작유체의 온도가 높을수록 무효에너지가 감소되어 그만큼 유용한 일을 많이 시킬 수 있다는 말이 되고, 내연기관쪽이 이런 관점에서는 유리하다.(3) 외연기관에서는 연료를 연소시키기 위한 로(爐)나 보일러와 같은 비교적 체적용량이 큰 부속장치가 요구되어 소형화시킬 수 없는 제한조건이 따름에 반해, 내연기관은 단위출력당 크기와 중량이 적게 제작될 수 있다. 따라서 다른 기계 장치에 부속기계로 장착시키거나, 운반 취급이 간편하다는 점을 들 수 있다. 이점에서 항공기나 자동차, 철도, 선박등의 추진용으로 대부분 내연기관이 사용되고 있는 이유이다.< 내연기관의 장점 >① 열교환기 연소장치 등이 따로 필요하지 않고 소형, 경량으로 제작할 수 있어 운반, 설치, 이동 등이 쉽다.② 기관의 시동, 정지, 출력조정 등이 쉬우며, 정지시 열손실이 없다.③ 시동에 소요되는 시간이 짧다.④ 증기기관에서는 절탄기, 공기예열기, 복수기 등을 구비하지 않고는 높은 열효율을 기대할 수 없다.그러나 내연기관의 경우, 소형 기관에서 높을 열효율로 작동된다.< 내연기관의 단점 >① 왕복형의 경우는 진동 소음을 없앨 수 없다.② 자력시동이 불가능하며 시동장치를 필요로 한다.③ 연소압력 및 온도가 높기 때문에 기관각부에 고급재질을 필요로 하며 윤활 및 냉각에 주의가 필요< 사용연료의 종류에 따른 내연기관의 분류 >(1) 가스기관 (초기 석탄가스기관, LPG용 엔진)(2) 가솔린기관 (차량용)(3) 등유기관(4) 디젤경유기관 (차량용)(5) 디젤중유기관 (선박용)(6) 다종연료기관(7) 특수연료기관 (항공기용, 로켓추진)내연기관의 역사는 석탄가스를 연료로 한ㄴ 가스기관이 제작되었으나 이 형식의 기관은 석탄가스이ㅡ 체적이 크고, 가스발생 장치의 복작성 때문에 액체연료로 대체되면서 구조적으로 개량이 되고, 이로부터 가솔린기관, 등유기관이 출현했다. 현재 LPG(Liquified Petroleum Gas) 연료를 사용하여 운전되고 있는 가스기관은 가솔린기관과 구조상 틀린 점은 없고, 다만 LPG를 사용할 수 있는 가스압력조정기만 가솔린기관에 부가시킨 형식이다. 디젤경유기관은 저휘발성 점성액의 경유를 사용하는 형식의 기관으로써, 중유처리장치의 부착이 곤란한 소형, 자동차용 등의 기관으로 사용되는 것을 말한다. 예를 들면 벙커중유 같은 저질유를 사용하는 기관으로써, 기관의 출력이 대용량화되면 연료의 경제성이 큰 문제가 되기 때문에 비교적 값이 싼 저질유를 사용하여, 운전비를 절감한 형식의 기관이다. 대체로 5000마력 이상의 대형기관의 대형기관이 많고, 반드시 중유예열장치와 연료청정기를 구비하여, 연료를 기관에 공급하기 이전에 유동성을 높이고 여과하는 처리가 필수요건이다.다종연료기관은 어떤 한 종류의 연료만이 사용가능한 겅이 아니고, 필요에 따라서는 몇 가지의 연료 중에서 아무 것이나 사용해도 운전에 지장이 없도록 고안된 것이다.< 내연기관의 효율 >① 지시마력(indicated horse power, IHP)도시마력이라고도 하며 지압선도에서 얻어지는 마력을 말한다. 지압선도의 면적을 산출해서 구할 수도 있고 다음과 같이 식을 통해서도 구할 수 있다.IHP``= {p _{i} `?A?S`?`n?N} over {75` TIMES 60 TIMES 2} `(ps) (4행정 사이클기관)IHP``= {p _{i} `?A?S`?`n?N} over {75` TIMES 60} `(ps) (2행정 사이클기관)p _{i} : 이론적 평균 유효압력A : 실린더 단면적(㎠)S : 행정(m)n : rpmN : 실린더수② 제동마력(break horse power, BHP)이것은 제동을 걸어서 실제기관출력을 측정하는데서 제동마력이란 이름이 붙은 것으로서 축마력(shaft horse power), 순마력, 실마력, 정미마력 등 모두 같은 말이며 기관이 실제 발생시키는 출력을 의미한다.BHP``= {p _{e} `?A?S`?n?N} over {75` TIMES 60 TIMES 2} `(ps) (4행정 사이클기관)BHP``= {p _{e} `?A?S`?n?N} over {75` TIMES 60} `(ps) (2행정 사이클기관)p _{e} : 축평균 유효압력또는 BHP = IHP - FHP③ 마찰마력(friction horse power, FHP)기관마찰로 인해 소비되는 동력을 마찰마력이라 한다. 마찰마력에는 이론적으로 기관마찰일 이외에 보기(각종 펌프, 밸브 등 기관운전에 소요되는 부속장치) 구동동력을 포함시키고, 기관펌프동력(흡배기에 소요되는 피스톤일)은 포함 시키지 않는다.FHP = IHP - BHP◈ 기계효율 (eta _{m})기계효율eta _{m}이란 도시마력(IHP)과 축마력(BHP)의 비로 정의된다.eta _{m} `=` {W _{e}} over {W _{i}} `=` {P _{e}} over {P _{i}} `#``````````=` {BHP} over {IHP} `=` {IHP-FHP} over {IHP} `=`1-` {FHP} over {IHP}도시마력이 크더라도 마찰마력이나, 보기구동에 소비되는 출력이 클 경우는 축출력(축마력)이 그만큼 감소한다. 따라서 가능한 한 기계효율이 크도록 제작해야 하고 이를 위해 기관설계과정 중에 많은 주의를 필요로 한다.

공학/기술| 2016.01.14| 3페이지| 1,000원| 조회(5,356)

내연기관, 외연기관, 내연기관 외연기관 차이점, 내연외연기관차이

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충격시험 총정리(이론, 시험), 샤르피, 아이조드 충격시험 평가A+최고예요

1. 시험목적☞충격시험은 시험편의 충격저항을 시험하는데 있다. 시편을 충격적으로 파단 시켜, 파단 될 때까지 흡수된 에너지의 많고 적음으로 재료의 인성 및 취성을 판정하기 위한 것이다. 재료의 이러한 성질은 가해지는 하중의 속도에 영향을 받는데 인성은 인장시험, 즉 정적인 시험을 통해서 어느 정도 결정을 하 수 있으나 인장시험만으로는 구별이 안 된다. 그러므로 이러한 재료의 특성을 정확히 판정하기 위해서는 정적인 시험 외에 동적인 충격시험이 필요하다. 또, 일반적으로 건축물, 구조물에는 충격하중이 가해지는 경우가 많은데 이러한 재료의 시험에 있어서는 인장시험보다는 충격시험이 더욱 중요함을 알 수 있다.2. 시험에 관련된 이론① 이론적 목적→일반적으로 금속재료가 어떤 온도에서 성질이 급변하는 온도를 천이온도라 한다. 그러므로 재료가 그 사용온도에서 인성을 가지는가? 혹은 취성이 있는가? 를 조사하고 천이온도를 조사하는 것은 매우 중요한 일이다. 다시 말하면, 충격시험에 의한 인성에서 취성으로의 이행은 비교적 쉽게 규명 할 수 있다. 그 주목적은 여린 파괴에 관한 현상을 규명하는데 있다.② 샤르피 충격시험→샤르피가 처음 시도한 충격 굽힘 시험법으로 시험편을 양단힌지로 고정한 다음 시험편의 노치부분이 정확하게 중앙에 오도록 수평으로 놓는다. 이때 시험편의 중앙점에 충격하중을 가하여 시험편이 파단 되는데 소요된 흡수에너지로 충격치를 나타낸다.W : 해머의 무게 (kgf)α : 해머를 들어올렸을 때의 초기각도β : 시험편을 절단하고 상승했을 때의 각도R : 축 중심 O로부터 해머의 중심 G까지의 거리 (m)A : 노치부의 원래의 단면적h1 : 끌어올린 위치h2 : 해머가 시험편을 통과한 올라간 위치그림과 같이 핸들을 돌려서 해머가 α되는 각도의 위치에 고정시키고 펜듈럼 해머의 날이 시험편의 노치 부분에 오도록 시험편을 바른 위치에 놓은 다음, 해머를 낙하시켜서 시험편을 파괴시키고 해머가 각도 β만큼 올라가게 한다. 이때 파괴되는데 소모된 에너지E(kgf?m)는 다음과 같다. 단, 회전축의 공기저항에 의한 마찰은 무시한다. 여기서,E=Wh_1 -Wh_2Wh_1 =WR(1-cosalpha)Wh_2 = WR(1-cosbeta)따라서 소모된 에너지E는E=WR(cosbeta-cosalpha)이다. 샤르피 충격치U는 시험편을 절단하는데 필요한 에너지E(㎏?m)를 노치부의 원단면적(㎠)으로 나눈 값으로 표시된다. 노치부의 단면적으로 나눈 것은 단지 충격치에 대한 규약이며, 단위면적당 흡수에너지의 개념은 갖지 않는다.즉, 충격치 U는U = E over ATHEREFORE~~ U~=~ {W~l~(~cosbeta~-~cos alpha~)}overA㎏f?m/㎠ 이다.시험편은 중앙파단부에 V 또는 U형상의 노치를 만들어 응력집중 효과를 나타내게 된다. ※ Charpy 충격값에 영향을 주는 인자(1) 시험편형상, 노치형상, 충격속도, 온도 등의 형상효과와 시험조건(2) 화학성분, 열처리, 부식, 흑연화, 피로 등의 야금학적 제반인자(3) 용접, 소성가공, 기계가공 등의 가공조건(4) 중성자 조사③ 아이조드 충격시험→아이조드 충격시험이란, V노치 시험편을 만력으로 확실히 고정하고 다른 끝을 해머로 타격하여 파괴를 통하여 흡수 에너지를 구하는 시험이다. 아이조드 시험기의 원리도에서 표준기의 용량은 17㎏?m, 타격속도는4m/sec이다. 시험편의 고정이 확실하다는 장점은 있으나, 고온 및 저온용에는 적당하지 않으므로 근래는 그다지 사용되지 않는다.3. 시험기의 종류 및 기구(아이조드 충격시험기 사용)① 시험편 준비→KS규격에 따른 연강 시편을 준비한다.② 실험 방법a. 표준시편과 조에서 직접 제작한 시편 을 이용한다.b. 해머를 소정의 위치(90˚, 120˚) 까지들어올린다.c. 위치계를 지침쪽으로 이동시킨다.d. 시편을 위치에 올려 놓는다.e. 훅을 벗겨서 해머를 낙하시킨다.이때 브래이크가 해머에 접촉하지 않 도록 한다.f. 시험편이 전달된후 해머가 회전 상승 한 각(β)을 위치계에 의해 읽는다.g. 해머를 브래이크로 정지 시킨다.③ 실험시 유의사항a.시험기의 팬둘럼은 큰 진폭을 가지고 움직이므로 안전한 위치에서 실험하도록 한다.b.상승 각도의 측정은 반드시 팬둘럼을 브레이크로 정지시키고 측정한다.c.시험 시 시험편이 충격을 흡수한 뒤 시험기에서 이탈되는 경우가 있으므로 시 험편의 방향을 주의 깊게 관찰하여 수거한다.4. 시험결과팬둘럼 무게 : 20.13 kgf , 펜둘럼의 중심까지의 거리 : 0.76m시험편의 종류소모된 에너지kgf?m (E)흡수에너지kgf?m올림각(α)내림각

공학/기술| 2016.01.14| 5페이지| 1,000원| 조회(1,329)

충격시험, 충격실험, 샤르피, 아이조드

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마모시험의 목적과 이론 배경 총정리 평가A+최고예요

1. 마모시험의 목적압력을 받아서 접촉하는 두 물체가 상대운동을 하여 일어나는 재료의 손모, 손상현상을 마모라고 한다. 마모량이 어떤 한계를 넘으면, 그 기계는 사용하지 못하게 되므로 마모는 기계의 수명을 결정하는 가장 중요한 인자 중의 하나이다. 마모에는 두 물체가 서로 슬라이딩 운동을 통해 일어나는 소위 슬라이딩 마모 외에 전동운동, 충돌운동 등에 의한 경우도 있다. 후자에서는 피로파괴가구가 강하게 작용한다.2. 마모시험의 이론 배경1) 슬라이딩 마모 현상① 취면마모(연삭마모) : 접촉부의 요철이 물려지는 것에 의한 역학적 파괴마모이다.② 응착마모 : 실제의 접촉부분이 높은 압력을 받아서 변형하고, 청정표면이 나타나서 양물체 사이에서 확산, 용융이 일어나 응착해서 일어나는 형식의 마모이다. 접촉부분이 용융상태에서 분리될 때에 물질이행이 일어나는 경우를 용융마모라고 말하며 응착마모와 구별할 수 있다. 응착마모에 비해서 용융마모 쪽의 마모량이 일반적으로 적으나, 접융부의 온도가 현저하게 상승해서 그 면적이 확대되면 소착을 일으켜서 마모량이 급격히 크게 된다.③ 산화마모 : 계면에 화학변화가 관여하는 화학마모 또는 부식마모의 일종이다. 적당한 산화는 응착방지 역할을 하지만 지나친 산화는 마모를 촉진한다.마모시험의 초기상태는 접촉면의 접촉상태가 불안정하여 마모량이 일정하지 않다. 이것을 초기마모라고 한다. 그 후 정상적인 마모가 진행되게 된다. 이것을 정상마모라고 한다. 보통마모시험에서는 정상 마모를 측정한다.2) 마모시험기? Pin-on-disc wear tester? 마찰기구의 관점에서의 분류- 한쪽 또는 양쪽의 접촉면은 끊임없이 변화하지만, 정해진 길에 따라서 마찰하는 시험- 반복마찰? 시험기의 특징- 마찰 트랙에 홈이 생기고 작은 시험편이 여기에 끼이게 되어 그 측면에서 별도의 마모 가 일어난다. 단, 이때 P{} _{2}의 마모량은 트랙의 깊이, 또는 홈의 폭 l을 측정하여 쉽게 구할 수 있다. 즉, 마모량 W(손모된 체적)는 다음 식으로 구할 수 있다.W=lBb{} ^{2}/12r3) 마찰 속도 및 접촉압력의 영향① 심한 마모가 일어나기 위해서는 어떤 임계값 이상의 압력이 필요하고 압력이 증가할수록 마모량이 증가한다.② 일정압력하에서는 마찰속도와 더불어 마모량은 약간 복잡한 변화를 나타낸다. 즉 시험속도가 작을 때는 마모량이 적고, 어떤 속도에서는 극대값을 나타내며, 더욱 큰 속도에서는 오히려 마모량이 감소한다. 마찰속도가 작을 때는 소위 산화마모의 상태가 되어, 적색산화물분말Fe _{2}O _{ 3}가 마찰면에 밀착된다. 그리고 마찰속도가 크게 되면 얀삭마모, 응착마모 상태로 되고, 금속상태의 마모분이 만들어져서 마모가 심하게 진행된다. 더욱더 마찰속도가 크게 되면 응착면의 온도가 상승해서 용융상태로 된다. 즉 용융마모 상태로 되어 마모량은 오히려 감소한다. 또한 마찰면의 온도 상승에 따라서Fe _{ 3}O _{ 4}가 형성되어 별도의 산화마모도 관여한다.4) 표면거칠기의 영향일반적으로 거친면 쪽의 마모량이 크다. 경도가 다른 재료의 조합에 있어서는, 경질시료의 면을 평활하게 하는 것이 마모량을 감소시키는 데 효과적이다. 거친면의 경질시료를 사용하면, 연질시료뿐만 아니라 경질시료의 마모량도 현저하게 증가한다.5) 마찰면의 경도 영향금속의 경화기구는 (1) 고용강화나 입자의 분산 강화와 같은 합금고유의 강화기구와 (2) 가공경화나 압축잔류응력과 같은 격자결함이나 역학적인 작용에 그 기초를 둔 것이 있다.6) 온도의 영향저온에서는 산화마모, 중간 정도의 온도에서는 연삭마모 또는 응착마모가 진행한다. 그리고 고온에서는 용융마모 상태로 된다. 영목식 양 시험편 마찰면이 전면에 걸쳐서 연속해서 접촉하는 경우는 상기와 같이 이해될 수가 있으나, 큰 시험편의 위를 작은 시험편이 움직일 경우는 고온이 되면, 용융부가 차가운 큰 시험편 마찰면에 닿는 상태에서 작은 시험편의 마찰이 일방적으로 진행되는 수가 있다.마모거리 l, 압력 P, 마찰면적 S, 마찰면 온도 θ, 비마모량을 W{} _{s}(θ), 마모량을 W로 하면W{} _{s}(θ)=W/PSl마찰속도를 크게 하고, 시험온도를 높게 해도 마찰면의 온도가 상승한다고 하는 점에서는 똑같은 효과를 나타내므로 양인자에는 호환성이 있다. 그리고 마찰면의 온도가 대단히 높게 되면 급속히 마모량이 증가해서 소착현상을 일으킨다.7) 재료의 조합 및 분위기의 영향마모현상 중 접촉부분의 응착은 가장 중요한 것 중의 하나이지만, 서로 응착하기 쉬운 조합일 경우에는 응착마모량은 크게 된다. 응착은 서로 합금화하기 쉬운 조합일 경우에 일어나기 쉽다. 즉,① 동종 금속② 고용체를 만들기 쉬운 합금계는 마모가 크게 된다. 용융해도 융합되지 않는 합금계는 서로 마모되기 어렵고, 또 주기율표에서 A group의 금소과 B group의 금속조합의 경우에도 마모되기 어렵다. 저속마찰에서 산화물의 피막이 형성되고 있을 경우에는 응착이 일어나기 어렵고, 윤활제가 존재할 경우에도 계면에서 합금화가 일어나는 것을 억제한다.계면에 산화막이 형성되는 것이 응착마모의 억제에 효과가 있을지는 알 수 없지만, 마모분이 마찰면으로 재응착을 억제하는 효과가 있으므로 산화마모 그 자체는 산화성 분위기에 의해 촉진되어서 분위기의 영향은 매우 복잡하다.

공학/기술| 2016.01.14| 6페이지| 1,000원| 조회(687)

마모시험, 마모시험목적, 마모시험이론

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신에너지와 재생에너지의 종류와 특성 평가A+최고예요

신에너지와 재생에너지?신?재생에너지의 정의☞신?재생에너지는 ‘신에너지 및 재생에너지 이용, 개발, 보급 촉진법 제2조’ 에 의해 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 강수, 생명유기체 등을 포함하는 재생가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지로 11개 분야 지정- 신에너지 : 연료전지, 수소에너지, 석탄액화가스화(3개 분야)- 재생에너지 : 태양열, 태양광발전, 바이오에너지, 풍력, 소수력, 지열, 해 양 에너지, 폐기물에너지(8개 분야)?신?재생에너지 특성?공공미래에너지 : 시장창출 및 경제성확보를 위한 장기적인 개발 보급정책 필요?환경친화형 청정에너지 : 화석연료 사용에 의한 이산화탄소의 발생이 거의 없음?비고갈성 에너지 : 태양광, 풍력 등 재생가능 에너지원으로 구성?기술 에너지 : 연구개발에 의해 에너지자원 확보 가능?신?재생에너지의 중요성?신재생에너지는 과다한 초기투자의 장애요인에도 불구하고 화석에너지의 고갈문제와 환경문제에 대한 핵심 해결방안이라는 점에서 선진 각 국에서는 신재생에너지에 대한 과감한 연구개발과 보급정책 등을 추진해오고 있음?기존에너지원 대비 가격경쟁력 확보 시 신재생에너지산업은 IT, BT, NT산업과 더불어 미래 산업, 차세대산업으로 급신장 예상1.신에너지1)연료전지(1)연료전지의 개념☞연료전지는 수소 에너지로부터 전기 에너지를 발생시키는 미래의 환경친화적 신에너지(2)연료전지의 원리☞수소와 산소가 가지고 있는 화학 에너지를 전기화학반응에 의하여 직접 전기 에너지로 변환시키는 고효율의 무공해 발전장치로서 공기극(cathode)에는 산소가, 연료극(anode)에는 수소가 공급되어 물의 전기분해 역반응으로 전기화학반응이 진행되어 전기, 열, 물이 발생함(3)연료전지의 원리개념도연료극에서 수소가 수소이온과 전자로 분해된다.↓수소이온은 전해질을 거쳐 공기극으로 이동한다.↓전자는 외부회로를 거쳐 전류를 발생한다.↓공기극에서 수소이온과 전자,그리고 산소가 결합하여 물이된다.?(4)연료전지의 특징①고효율 : Carnot Cy술자립을 통해 자동차 수출증대에 이바지.③고효율, 무공해 연료전지 자동차의 개발로 환경오염 방지 및 수송용 에너지 절약에 기여.④고분자전해질 연료전지는 자동차용 동력원외에 발전용 (분산용 발전, 가정용 전원) 이나 이동용 (정보통신 장비용), 군수용 (잠수함 동력원) 등으로 활용 가능(6)연료전지의 종류?PAFCMCFCSOFCPEMFCDMFCAFC전해질인산탄산리튬/탄산칼륨지르코니아수소이온교환막수소이온교환막수산화칼륨이온전도체수소이온탄산이온산소이온수소이온수소이온수소이온작동온도 (℃)2006501000< 100< 100< 100연료수소수소일산화탄소수소일산화탄소수소메탄올수소연료원료도시가스 LPG도시가스 LPG석탄도시가스 LPG메탄올, 메탄휘발유, 수소메탄올수소효율 (%)404545453040출력범위 (kW)100 - 5,0001,000 - 10,0001,000 - 10,0001 - 1,0001 - 1001 - 100주요용도분산발전형대규모발전대규모발전수송용동력원휴대용전원우주성용전원개발단계실증-실용화시험-실증시험-실증시험-실증시험-실증우주선적용2)수소에너지(1)수소에너지란?☞넓은 의미로 해석하면 화학에너지로서의 수소와 핵융합에너지로서의 수소를 모두 포함한다. 화학에너지로서의 수소라는 것은 수소를 태워서 에너지를 얻거나 연료전지방식을 이용하여 에너지를 얻는 방법이고, 핵융합에너지로서의 수소란 중수소 또는 삼중수소를 이용하여 핵융합을 통해 에너지를 얻는 방법이라 할 수 있다.(2)수소에너지의 특성①수소는 무한정인 물 또는 유기물질을 원료로 하여 제조할 수 있으며, 사용 후에 다시 물로 재순환 됨②수소는 가스나 액체로서 쉽게 수송할 수 있으며 고압가스, 액체수소, 금속수소화물 등의 다양한 형태로 저장이 용이함③수소는 연료로 사용할 경우에 연소시 극소량의 NOx를 제외하고는 공해물질이 생성되지 않음④수소는 산업용의 기초 소재로부터 일반 연료, 수소자동차, 수소비행기, 연료전지 등 현재의 에너지시스템에서 사용되는 거의 모든 분야에 이용가능(3)수소에너지의 생산①물을 전기분해 하거원료를 고온?고압의 가스화기에서 수증기화 함께 한정된 산소로 불완전연소 및 가스화시켜 일산화탄소와 수소가 주성분인 합성가스를 만들어 정제공정을 거친 후 가스터빈 및 증기터빈 등을 구동하여 발전하는 신기술(2)석탄액화☞고체연료인 석탄을 휘발유 및 디젤유 등의 액체연료로 전환시키는 기술로 고온 고압의 상태에서 용매를 사용하여 전환시키는 직접액화 방식과 석탄가스화 후 촉매상에서 액체연료로 전환시키는 간접액화 기술이 있음(3)특징①장점?고효율 발전?SOx를 95%이상, NOx를 90%이상 저감하는 환경친화기술?다양한 저급연료를 고부가가치의 에너지화②단점?설비구성과 제어가 복잡하여 설비최적화, 고효율화 및 저비용화가 요구됨?소요면적이 넓고 시스템 비용이 고가이므로 투자비가 높은 대형 장치산업으로 일부 대기업 중심의 기술개발로 한정(4)기술의 분류①석탄가스화기술→가장 중요한 부분으로 원료공급방법 및 Ash처리 등이 핵심기술로 석탄 종류 및 반응조건에 따라 생성가스의 성분과 성질이 달라짐②가스정제공정→생성된 합성가스를 고효율 청정발전 및 청정에너지에 사용할 수 있도록 오염가스와 분진 등을 제거하는 기술③가스터빈 복합발전 시스템(IGCC)→정제된 가스를 사용 1차로 가스터빈을 돌려 발전하고 배기 가스열을 이용하여 보일러로 증기를 발생시켜 증기터빈을 돌려 발전하는 방식2.재생에너지1)태양열(1)태양열 이용기술☞태양광선의 파동성질을 이용하는 태양에너지 광열학적 이용분야로 태양열의 흡수, 저장, 열변환 등을 통하여 건물의 냉난방 및 급탕 등에 활용하는 기술(2)태양열 이용시스템①집열부 : 태양으로부터 오는 에너지를 모아서 열로 변환하는 장치로 가장 중요한 부분이다.②축열부 : 열교환되어 이용처에 활용될 매체를 저장③이용부(3)특징①장점?무공해, 무제한 청정에너지원?기존의 화석에너지에 비해 지역적 편중이 적음?다양한 적용 및 이용성?저가의 유지보수비②단점?밀도가 낮고 간헐적임?유가의 변동에 따른 영향이 큼?초기 설치비용이 많음?봄, 여름은 일사량 조건이 좋으나 겨울철에는 조건이 불도체를 접합시킨 구조를 하고 있으며 2개의 반도체 경계부분을 PN접합이라 일컬음.이러한 태양전지에 태양빛이 닿으면 태양빛은 태양전지 속으로 흡수되며, 흡수된 태양빛이 가지고 있는 에너지에 의해 반도체내에서 정공(+)과 전자(-)의 전기를 갖는 입자가 발생하여 각각 자유롭게 태양전지 속을 움직이게 되지만, 전자는 N형 반도체쪽으로 정공은 P형 반도체쪽으로 모이게 되어 전위가 발생하게 되며 이 때문에 앞면에 뒷면에 붙여 만든 전극에 전구나 모터와 같은 부하를 연결하게 되면 전류가 흐르게 되는데 이것이 태양전지의 PN접합에 의한 태양광발전의 원리임.(3)특징①장점?에너지원이 청정?무제한?필요한 장소에서 필요량 발전가능?유지보수가 용이, 무인화 가능?긴 수명(20년 이상)②단점?전력생산량이 지역별 일사량에 의존?에너지밀도가 낮아 큰 설치면적 필요?설치장소가 한정적, 시스템 비용이 고가?초기투자비와 발전단가 높음3)바이오에너지(1)바이오매스(Bio-mass)란?-태양에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의해 생성되는 식물체?균체와 이를 먹고 살아가는 동물체를 포함하는 생물 유기체를 일컬음-바이오매스자원은 곡물, 감자류를 포함한 전분질계의 자원과 초본, 임목과 볏짚, 왕겨와 같은 농수산물을 포함하는 셀룰로오스계의 자원과 사탕수수, 사탕무와 같은 당질계의 자원은 물론 가축의 분뇨, 사체와 미생물의 균체를 포함하는 단백질계의 자원까지를 포함하는 다양한 성상을 지님-이들 자원에서 파생되는 종이, 음식찌꺼기 등의 유기성폐기물도 포함(2)바이오에너지☞태양광을 이용하여 광합성되는 유기물(주로 식물체) 및 동 유기물을 소비하여 생성되는 모든 생물 유기체(바이오매스)의 에너지를 바이오에너지라 함(3)바이오에너지 생산기술☞동?생물 유기체를 각종 가스, 액체 혹은 고형연료로 변환하거나 이를 연소하여 열, 증기 혹은 전기를 생산하는데 응용되는 화학, 생물, 연소공학 등을 일컬음.(4)특징①장점?풍부한 자원과 큰 파급효과?환경 친화적 생산시스템?환경오염의 저감(온실가스 등)?생성에너지의 형으로부터 회전력을 생산하는 회전날개, 회전축을 포함한 회전자, 증속기, 제어장치부문으로 구성②전기장치부 : 발전기 및 기타 안정된 전력을 공급토록 하는 전력안정화 장치로 구성③제어장치부 : 풍력발전기가 무인 운전이 가능토록 설정, 운전하는 컨트롤 시스템 및 Yawing & Pitching 컨트롤러와 원격지 제어 및 지상에서 시스템 상태 판별을 가능케 하는 모니터링 시스템으로 구성(3)회전축방향에 따른 구분☞풍력발전기는 날개의 회전축의 방향에 따라 회전축이 지면에 대해 수직으로 설치되어 있는 수직축 발전기와 회전축이 지면에 대해 수평으로 설치되어 있는 수평축 발전기로 구분[수직축 발전기] [수평축 발전기]-수직축은 바람의 방향에 관계가 없어 사막이나 평원에 많이 설치하여 이용 가능 하지만 소재가 비싸고 수평축 풍자에 비해 효율이 떨어지는 단점이 있음-수평축은 간단한 구조로 이루어져 있어 설치하기 편리하나 바람의 방향에 영향을 받음-중대형급 이상은 수평축을 사용하고, 100kw급 이하 소형은 수직축도 사용됨(4)운전방식에 따른 구분[기어형 풍력발전시스템] [기어리스형 풍력발전시스템]①기어형-대부분의 정속운전 유도형 발전기기를 사용하는 풍력발전시스템에 해당되며 유도형 발전기기의 높은 정격회전수에 맞추기 위해 회전자의 회전속도를 증속하는 기어장치가 장착되어 있는 형태임-증속기가 필요, 인버터 불필요-정속 : 발전기 주파수를 올려 한전계통에 적합한 60Hz에 맞춤-대부분 정속운전 유도형 발전기 사용-유도형 발전기의 높은 정격회전수에 맞추기 위해 회전자의 회전속도를 증속하는 기어장치 장착-회전자→기어증속장치→유도발전기(정전압/정주파수)→한전계통②기어리스형-대부분 가변속 운전동기형(또는 영구자석형)발전기기를 사용하는 풍력발전 시스템에 해당되며 다극형 동기발전기를 사용하여 증속기어 장치가 없이 회전자와 발전기가 직결되는 direct-drive 형태임-가변속 : 한전계통 주파수와 맞지 않기 때문에 인버터 필요-가변속운전 동기형발전기 사용-다극형 동기발전기를 사용하여 증속기어장.

공학/기술| 2016.01.06| 12페이지| 1,000원| 조회(857)

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