실용적 에너지 전환장치 김 욱 영 이 준 목

차 례 에너지 - 에너지 전환 - 에너지 전환장치 열기관 - 가역 사이클 - 수증기 동력장치 - 내연기관 - 외연기관

에너지 에너지 : 일을 할 수 있는 능력 에너지의 종류 - 역학적 에너지 - 전기에너지 - 화학에너지 - 빛에너지 - 열에너지 등

에너지의 전환

에너지 전환장치 열기관(열에너지→운동에너지) 원자로(핵에너지→열에너지) 집열판(빛에너지→열에너지) 발전기(운동에너지→전기에너지) 세포(화학에너지→운동에너지) 연료전지(화학에너지→전기에너지)) 엽록체(빛에너지→화학에너지) 등

열기관 가역 사이클 - Carnot Cycle, Rankine Cycle 수증기 동력장치 - 증기기관, 재생사이클 내연기관 - 가솔린기관, 디젤기관, 가스터빈, 제트엔진, 로켓엔진 외연기관 - 증기터빈, Closed Gas Turbine

가역 사이클 Carnot Cycle - 프랑스의 N.L.S. Carnot 1824년 열기관의 이론적 모형을 생각.

가역 사이클 Rankine Cycle 스코틀랜드 글래스고 대학 교수 William Rankine(1820～1872)이 고안

수증기 동력장치(증기기관) 증기기관 - 세이버리, 뉴커먼, 와트 등의 사람들이 개선 특 징 특 징 - 장점 : 간단한 구조, 취급 용이, 긴 수명, 강한 힘, 역회전 가능 - 단점 : 낮은 열효율과 출력, 느린 회전속도, 소형·경량화 어려움

수증기 동력장치(증기기관) 구 분 - 증기 공급, 증기상태, 증기팽창방법 등 작동원리

수증기 동력장치(재생사이클) 재생사이클(Regenerative Cycle)

내연기관 내연기관 - 연료의 연소가 기관의 내부에서 이루어짐 특 성 - 장점 : 소형·경량, 부피 작음, 고효율, 시동편리 특 성 - 장점 : 소형·경량, 부피 작음, 고효율, 시동편리 - 단점 : 제한적인 연료, 진동·소음, 자력가동불가 가솔린기관, 디젤기관, 가스터빈, 제트엔진, 로켓엔진

내연기관(가솔린기관) 가솔린기관(Gasoline or Otto Engine) - 1862년 프랑스 드로샤 4행정 원리 제안 1876년 독일 오토 실용 엔진 제작 - 1880년 영국의 D.클라크 2행정 고안 특 성 - 압축비만으로 효율계산 가능

내연기관(가솔린기관)

내연기관(디젤기관) 디젤기관(Diesel Engine) - 1893년 독일 R.디젤 제작 가솔린기관과의 차이점 - 압축과정 온도가 충분히 높아서 자발적 연소 - 고온 : 압축비를 높게 → 높은 압력 - 압축과정의 마지막에 연료가 주입되어 연소

내연기관(디젤기관)

내연기관(디젤기관) 듀얼사이클(Dual Cycle) - 연소의 일부가 정압 전에 정용 하에 행해짐

내연기관(가스터빈) 가스터빈 (Gas Turbine / Joule and Brayton cycle) - 1791 영국 John Barber 처음 가스터빈 특허취득 특 성 - 가솔린·디젤기관보다 효율적 - 내연기관과 터빈의 장점을 결합 - 효율은 압력비에만 의존

내연기관(가스터빈)

내연기관(제트엔진) 제트엔진(Jet Engine) - 기관 내부에서 연소시킨 고온의 가스를 제트로서 제트노즐에서 분출시켜, 그 반동력을 추진력으로 사용하는 열기관 터보제트, 터보프롭, 램제트, 펄스제트

내연기관(제트엔진) 항공기용 제트엔진의 최적 영역

내연기관(터보제트엔진) 터보제트엔진(Turbo-Jet Engine) - 1930년대 후반 영국 F.휘틀, 독일 H.오하인 발명 - 음속의 0.7~2.5배 군용기 고속여객기

내연기관(터보프롭엔진) 터보프롭엔진(Turbo-Prop Engine) - 프로펠러의 추력 + 제트추력 - 저속 중형여객기 수송기

내연기관(램제트엔진) 램제트엔진(Ram-Jet Engine) - 램효과를 이용 압축공기를 연소실로 유도 - 음속의 2~4배 초음속 여객기

내연기관(펄스제트엔진) 펄스제트엔진(Pulse-Jet Engine) - 간헐적인 연소, 연료 소비량 큼, 짧은 수명 - 표적기 등 특수목적기에 사용

내연기관(로켓엔진) 로켓엔진(Rocket Engine) - 자체에 산화제 탑재 → 진공에서 추진 가능 - 연료(유기고분자물질)과 산화제(과염소산암모늄) 같이 고체혼합물로 하여 연소실 앞쪽에 저장.

외연기관 외연기관 - 기관 외부의 보일러나 가열기를 통해서 동력을 얻는 기관 특 성 - 장점 : 저급 연료 이용 가능 특 성 - 장점 : 저급 연료 이용 가능 - 단점 : 저효율, 대형 증기기관, 증기터빈, Closed Gas Turbine

외연기관(증기터빈) 증기터빈(Steam Turbine) - 고압증기의 열에너지를 기계적 일로 전환 - 고출력, 장시간, 고효율 - 화력발전, 선박, 공장 작동방식에 따른 분류 - 복수터빈, 배압터빈, 추기터빈, 혼합터빈, 배기터빈

외연기관(증기터빈) 복수터빈의 구조

외연기관(증기터빈) 충동터빈의 구조

외연기관(Closed Gas Turbine)

외연기관(Stirling Cycle) Stirling Cycle - 등온방열시의 열량을 등온가열에 이용 - 효율은 카르노사이클과 같음

연습문제 1. 일을 할 수 있는 능력이라는 뜻의 단어는? (에너지) 2. 가솔린기관을 발명한 사람은? (Otto) 3. 같은 압축비에서 가솔린기관과 디젤기관 중 어느 것이 효율이 좋은가? (가솔린기관) 4. 가장 낮은 속도의 제트엔진은? (터보프롭엔진) 5. 외연기관의 이상적인 기관은? (Stirling Cycle)