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◆에어컨은 냉매를 압축해 온도를 떨어뜨리고, 열교환기를 통해 찬 바람을 만들어냅니다.
여기에 사용되는 냉매 압축기를 흔히 컴프레셔라고 부르는데요.

컴프레셔는 회전에너지를 실린더를 통해 왕복에너지로 바꿔 냉매를 압축하는 역할을 합니다.

차량에어컨 컴프레셔는 엔진과 벨트로 연결돼 있어 엔진 회전력으로, 냉장고나 가정용 에어컨은 전기 모터를 회전시켜 압축합니다.

고속으로 회전하고 왕복운동을 하는 이 에어컨 컴프레셔에도 당연히 윤활제, 즉 오일이 필요합니다.

◆참고로 냉장고나 에어컨용 컴프레셔는 냉매제와 에어컨이 분리되 작동하는 메커니즘이지만, 자동차용 에어컨 컴프레셔는 냉매와 오일이 섞여 있는 상태로 작동합니다.

소형-경량화가 필수인 자동차의 특성상 에어컨 콤프 역시 최대한 간단한 구조로 만들어져야 하기 때문입니다.

이 자동차의 에어컨 콤프가 고장 날 경우 보통 카센터에서는 재생품으로 교체하는데요.

이 때 재생콤프에 들어있는 오일을 상당량 덜어내고 조립을 해야 합니다.

보통 콤프 하나 당 210g 정도의 윤활 오일이 있는데, 이는 에어컨이 한번이라도 작동하면 차내의 각종 배관안에 머물먼셔 서서히 순환하게 되며, 그 양이 전체량의 2/3가량이나 됩니다.

이를 인위적으로 제거하는 것은 상당히 어렵습니다.

에어컨 콤프제작 전문업체인 한라공조 연구원들도 이 작업이 상당히 까다롭다며 고개를 설레설레 흔들정도 입니다.

잔여 오일 제거 없이 재생콤프를 장착할 경우 에어컨 시스템 안의 냉매량 대비 오일량도 늘어나게 되는데요.

이것이 매우 안좋은 결과를 초래합니다.

한라공조 연구원에 따르면 우선 냉매 압축효율이 떨어지면서 온도가 4도 정도 차이가 나면서 덜 시원해지고요.

또 냉매기체를 압축해도록 설계된 콤프가 액체인 오일을 압축하려고 힘을 많이 필요료 하면서 연비도 10%가량 나빠진다고 합니다.

한라공조는 거의 모든 카센터가 이를 모르고 작업을 하기 때문에 재생품 교환 메뉴얼까지 만들어 내렸보냈지만, 카센터는 대부분 이를 무시하고 있다네요.

때문에 콤프 클러치가 고착되지 않은 고장이라면 필드코일만 교체하는 것이 가장 좋다고 합니다.

◆이런 가운데 무급유 직결구동 소형 터보냉매압축기가 국내 최초로 개발됐다고 합니다.

한국기계연구원의 성과물인 ‘고효율 공력부품 및 자기베어링’ 기술을 이전 받은 ㈜매그플러스는 공력 효율이 최대 86.19%에 달하는 세계적 수준의 무급유 직결구동 소형 터보냉매압축기를 개발에 성공했습니다.

고효율 임펠라 설계 및 제작

무급유 직결구동 소형 터보 냉매압축기는 고효율 공력부품, BLDC 모터, 자기 베어링, 고효율 모터드라이브 등을 적용해 기존의 오일을 사용하는 기어증속형에서 Oil-less Direct Drive System으로 전환, 친환경적이고 유지보수비가 거의 들지 않으며, 고효율 및 부분부하 운전으로 전력 사용량이 줄어드는 냉동기용 압축기 시스템입니다.

자기베어링(Magnetic bearing)은 로터의 무게를 전자기적인 힘으로 지탱하는 가장 진보된 회전체 지지기술로, 기존 볼베어링, 오일베어링, 공기베어링 보다 마찰력이 적고 친환경적인 특징이 있습니다.

새로 개발된 무급유 방식의 터보 냉매압축기는 기존의 오일 윤활 방식 터보 냉매압축기에 비해 오일을 사용치 않아 오일교환시 발생하는 냉매 손실 비용이 거의 발생치 않고, 인버터를 적용하여 부분 부하 운전이 쉬울 뿐만 아니라 전력 사용량과 소음이 덜하다고 합니다.  

자기베어링의 설계 및 제작

이에 대한 핵심 기술을 개발한 기계연 윤의수 박사는 “무급유 직결구동 소형 터보 냉매압축기 제조 기술은 현재까지 미국 등의 극소수 업체만이 보유한 기술이었지만, 기계연이 핵심 부품 설계 기술 확보에 성공하면서 국산화화 세계 시장 진출의 발판을 마련했다”고 의의를 밝혔습니다.

매그플러스는 향후 스크류 압축기 적용 냉동기 시장의 주력기종인 100RT 및 200RT 급 시장의 50% 이상의 점유를 목표로 하고 있습니다.

또 2단계 상품화 개발이 완료되는 2013년부터 연간 5000대 이상의 생산 기반을 구축해 국내외 터보냉동기 업체에 공급할 계획입니다.

냉매압축기 시제품

냉매압축기 시제품


 용 어 설 명

RT(Ton of Refrigeration) :
1RT는 0℃물 1Ton(1,000 kg)을 24시간 동안 0℃의 얼음으로 만들 때 냉각해야할 열량


 

 

posted by 글쓴이 과학이야기

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  1. 대단합니다

형성된 나노구조체: 식각 공정을 이용해 구조체의 밀도 조절이 가능하다. 나노구조체 밀도는 1 cm2 당 각각 1200억 개(오른쪽), 720억 개(왼쪽)

나노구조체의 크기는 머리카락 지름의 1000분의 1정인 1㎛(마이크로미터) 이하입니다.


때문에 동일한 부피에 나노구조체를 형성하면 표면적이 획기적으로 증가하는 현상이 나타납니다.

투명전도층이 증착된 나노구조체: 투명전도층은 빛의 투과도와 전기적 전도성이 우수하다. 이러한 투명전도물질과 나노구조체간의 접합을 통해 새로운 광전소자를 개발했다. 빛 굴절계수가 작은 투명 전도물질은 빛의 반사도를 낮추는 효과도 지닌다.

광전소자는 에너지를 전기에너지로 변환하는 소자로, 태양전지나 LED, 디스플레이, 조명기기 등의 제작에 근간이 되고 있습니다.


그러나 현재까지 개발된 광전소자는 크기가 작은 나노구조체에 일일이 전류를 통하게 해야 하는 등 미세하고 까다로운 공정이 필요해 상용화에 어려움이 있었습니다.

그런데 이 같은 돌기 형상의 나노구조체를 활용해 태양전지의 효율을 높일 수 있는 차세대 광전소자가 개발됐습니다.

한국기계연구원 나노역학연구실 김준동 박사팀은 돌기 형상의 대면적 나노구조체에 고성능 투명전극을 입혀 입사광 이용면적을 기존 평판 형태보다 10만 배 이상 획기적으로 늘린 광전소자를 개발했습니다.

나노구조체를 이용한 광전소자 모식도


연구팀이 새로 개발된 광전소자는 전극을 지니는 고성능 물질을 플라즈마 증착 기술을 이용해 나노구조체의 돌기에 입혀 제작비용을 20~30% 절감해 대면적 나노구조체 공정에 활용할 수 있게 됐습니다.

이로 인해 향후 태양전지나 LED, 디스플레이, 조명기기 등의 제작에 새 장이 열릴 것으로 기대되고 있습니다.

나노구조체의 표면적 증가 효과. 나노구조체의 밀도가 증가하면 전류값이 비례해 증가한다. 나노구조체 소자는 일반기판 소자보다 전류를 32배까지 늘인다.

이번 연구는 최준혁 박사팀과 한양대 이정호 교수팀의 협력을 통해 진행됐습니다.

이 기술은 현재 국내특허가 출원됐고, 이번 연구의 결과는 최근 미국의 유명 저널 ‘Applied Physics Letters’에 발표됐다.


연구팀은 이번 기술을 활용해 태양전지의 효율성 향상 연구도 진행한다고 합니다.

 

전극을 지니는 고성능 물질을 플라즈마 증착 기술을 이용해 나노구조체의 돌기에 입히는 실험을 진행하고 있는 한국기계연구원 김준동 박사.

posted by 글쓴이 과학이야기

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나노측정기술은 나노 크기 소재의 기계적, 전자기적, 광학 물성 등을 측정하고 평가하는 기술로, 나노공정기술을 실제 제품 생산에 적용할 때 필수적입니다.

한국기계연구원이 개발한 나노측정기술이 국제전기기술위원회(International Electrotechnical Commission, IEC)의 국제표준 기술로 채택됐습니다.

이학주 박사

IEC는 한국기계연구원 이학주 박사팀이 개발한 나노측정기술 '띠굽힘시험법'이 미세전자기계시스템(MEMS) 분야 국제표준으로 선정하고, 이를 홈페이지(http://www.iec.ch)에 사전공표했습니다.

IEC 국제표준은 세계 3대 국제표준기구 중 하나인 국제전기기술위원회(IEC)에서 제정하는 통일된 국제 표준으로, 각국이 국가 표준을 제정할 때 이에 준거하도록 권고하고 있습니다.
 
우리나라에서 개발된 나노측정기술이 국제표준으로 공표된 것은 이번이 처음으로, 나노측정 원천기술의 국제표준 선취권을 확보함에 따라 우리나라가 세계 나노기술 기반 확립을 주도하는 계기를 마련하게 됐습니다.
   
IEC 국제표준명은  '띠굽힘 시험법을 이용한 박막의 인장물성 측정'(IEC 62047-8 Ed. 1.0)으로, 오는 4월 책자로 발간됩니다.

'띠굽힘시험법'은 길이가 길고 두께가 얇은 마이크로·나노 구조물을 변형시키며 하중 등을 간편하고 정확하게 측정하는 방법으로, 측정의 자동화는 물론 관련 제품들의 신뢰성 향상에 크게 기여할 수 있습니다.

이학주 박사는 "지금까지는 나노 구조물의 측정이 어려워 마이크로·나노 구조물 상용화에 걸림돌이 돼왔으나, 이번 국제표준 채택으로 신뢰성 문제 해결은 물론 우리나라가13조 5000억 원 규모의 세계 나노측정기술 산업을 주도하는 계기를 마련하게 됐다"고 밝혔습니다.

이학주 박사팀은 10 ㎚급 나노측정 원천기술을 보유하고 있으며, 이외에도 미소 기둥 압축시험법, 박막의 열팽창계수 측정법을 개발하는 등 박막의 기계적 물성 측정법 분야에서 기술표준원의 협조로 국제표준을 주도하고 있습니다.

                               <띠굽힘시험법>
 
○ 띠굽힘시험은 길이가 길고 두께가 얇은 구조물을 변형시키면서 하중과 변형을 측정하는 시험이다. 띠굽힘시험에서 사용하는 구조물은 축방향의 하중만 지탱하고 구조물의 길이에 비해 너비가 매우 작기 때문에 3차원적인 변형 대신 2차원적인 변형으로 단순화할 수 있는 형상을 지닌다. 

○ 띠굽힘시험에서 측정된 하중과 변위는 시편의 기하학적인 형상  정보를 이용해 응력과 변형률로 쉽게 환산된다. 띠굽힘시험에서는 축방향 하중의 영향으로 구조물 전체에 인장 하중이 지배적으로 발생한다. 따라서 인장시험을 모사할 수 있으며, 재료의 응력-변형률 관계를 얻을 수 있다.

○ 띠굽힘시험은 기존의 미소인장시험보다 훨씬 손쉽게 나노스케일에서의 자유지지 박막의 기계적 물성을 측정할 수 있는 방법으로, 현재 30 ㎚ 두께의 박막의 응력-변형률 관계를 성공적으로 측정했다.  


띠굽힘시험법의 개략도

띠굽힘시험용 시험기

띠굽힘시험용 시험편

나노박막의 응력-변형률 측정 결과



○'띠굽힘 시험법'은 2월 18일까지의 사전공표 기간을 마친 뒤 발간 작업에 착수해 오는 4월 1일 책으로 발간될 예정이다.
(참조: http://webstore.iec.ch/Webstore/webstore.nsf/Artnum_PK/999994771)

○'띠굽힘 시험법'은 지난 2007년 열린 IEC MEMS 분야 국제 표준화회의에서 신규 국제표준(안)으로 채택됐으며, 이후 이학주 박사를 중심으로 세계 각국의 전문가들로 구성된 작업반(working group)이 조직돼 지금까지 기술적인 의견수렴과 회원국들의 투표 등을 거쳤다.
(참조: http://www.iec.ch/cgi-bin/procgi.pl/www/iecwww.p?wwwlang=e&wwwprog=pro-det.p&progdb=db1&He=IEC&Pu=62047&Pa=8&Se=&Am=&Fr=&TR=&Ed=1.0)


posted by 글쓴이 과학이야기

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