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'임펠러'에 해당되는 글 2

  1. 2012.06.08 이산화탄소를 땅 속에 가두는 기술
  2. 2011.10.05 알아두면 도움되는 에어컨 컴프레셔(1)

CCS(Carbon Capture & Storage)는 고농도 대량 배출원에서 발생되는 이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소를 압축해 액체 상태로 만들어 지중 및 해양 퇴적 암반층에 안전하게 저장하고 장기 모니터링 하는 기술입니다.

저장소로 운반된 이산화탄소는 해양저장과 광물탄산화, 지중저장의 3가지 방식으로 처분됩니다.

이 중 이산화탄소를 땅 속에 넣어 영구적으로 처분하는 핵심 기자재와 지상 시스템이 국내 최초로 개발됐습니다. 

한국기계연구원 열공정극한기술연구실 이공훈 박사팀은 한국지질자원연구원과 공동으로 액체 상태의 이산화탄소를 90 기압 이상의 초임계 상태로 변환해 땅 속으로 넣는 시스템과 핵심 기자재인 원심형 부스터펌프, 재생형 4단 가압펌프, 열적 혼합을 향상시킬 수 있는 라인히터 등을 개발했습니다.

초임계 상태는 액체도 아니고 기체도 아닌 중간 상태로, 액체와 기체의 두 상태를 서로 분간할 수 없는 상태를 말합니다.

이산화탄소는 임계점(31.1°C, 72.9기압) 이상에서 초임계 상태로 존재하며, 지중 저장에 적합한 지하 1000m 이상의    깊이에서는 자연적으로 초임계 상태가 됩니다.

그동안 국내에서는 이산화탄소 포집기술과 지중저장 후보지를 확보하기 위한 연구가 주로 진행된 반면 지상시스템의 기계설비에 대한 관심은 상대적으로 부족했습니다.

이번 기술 개발로 이산화탄소 포집 이후 단계인 지중저장 지상시스템 기계설비가 국산화됨에 따라 국내 순수 기술로 이산화탄소의 포집과 저장(CCS) 사업을 전주기적으로 추진할 수 있게 됐습니다.

연구팀은 향후 액화 이산화탄소 뿐만 아니라 대용량의 기체 이산화탄소를 처리할 수 있는 시스템도 개발할 계획입니다.

한편 국제에너지기구에 따르면 전 세계 CCS 플랜트 수요는 2015년 18기, 2020년 100기, 2030년 850기, 2050년에는 3400기까지 늘어날 것으로 예측되고 있습니다.

이 가운데 20%를 우리나라가 점유한다고 가정할 때, 2030년까지 약 100조 원의 누적 매출과 연간 3200만t의 이산화탄소 감축효과를 기대할 수 있습니다(출처=국가 CCS 종합추진계획, 2010).

 

효율적 가압을 위한 CO2용 재생형 펌프 구성품 (1단 펌프 시제품)

CO2용 4단 가압펌프용 임펠러

CO2 용 4단 가압펌프용 축 및 Casing

CO2 용 4단 가압펌프 임펠러와 Casing의 조립 후

CO2용 라인히터 개략도

CO2 용 라인히터 구성품 (선회유동 발생기)

CO2용 4단 가압펌프 시제품

CO2용 라인히터 (조립 후)


<관련글 : 이산화탄소 잡아서 수소 만드는 기술
http://daedeokvalley.tistory.com/151>

<이산화탄소 지중저장을 위한 지상시스템>

□ 이산화탄소 포집·수송·저장 기술(CCS, Carbon Capture & Storage)은 이산화탄소 를 직접적으로 감축할 수 있는 기술로서, 기존의 고농도 이산화탄소 대량 배출원에서 발생되는 이산화탄소 를 포집하고, 포집된 이산화탄소 를 압축·수송하여 지중 및 해양 퇴적 암반층에 안전하게 저장하고 장기 모니터링 하는 기술을 의미함

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□ 주요국 이산화탄소  배출량 감축계획 (KISTEP 동향브리프 2010-1호, 2010)

국가

연도 및 감축량

EU

2020년까지 1990년 대비 20% 감축
- 범 세계 동참시 30% 감축

미국

2020년까지 2005년 대비 17% (1990년 대비 4%) 감축
- 2009년 6월 하원통과 ‘Waxmam-Markey 법안’에 명시

일본

2020년까지 2005년 대비 30% (1990년 대비 25%) 감축
- 2009. 9. 22. 하토야먀 총리 발표, UN정상회의

한국

2020년까지 2005년 대비 30% 감축
- 2009. 11. 17. 이명박 대통령 발표, 국무회의

 - 한국의 이산화탄소  배출량은 '05년 약 6억t으로, 감축계획에 따라 '20년까지 이산화탄소 배출량을 약 4억 2000만 t 수준으로 낮출 예정
  - 감축 계획량 1.8억 t  중 약 1억 t(55%)을 CCS기술로 감축할 계획  (우리나라의 에너지 다소비 산업구조, 중ㆍ화학공업 중심의  경제구조에서 이산화탄소 강제 감축은 치명적일 수 있음)

□ 국제에너지기구 (International Energy Agency(IEA)) CCS 로드맵 (2010)
   - CCS 기술을 사용하지 않으면, 2050년까지 온실가스 배출량을 50% 감축하는데 약 70%까지 비용 상승
   - 로드맵에 따르면 전 세계적으로 2020년 100개의 프로젝트에서 2050년에 3000개 이상의 프로젝트로 증가
   - 이를 위하여 2010년에서 2050년까지 2.5~3조 달러의 추가 투자가 필요하지만 이는 2050년까지 온실가스 배출을 50% 감축하는데 필요한 전체 투자 비용의 약 6%임

국제에너지기구의 CCS 로드맵, 2010


□ 유럽위원회 공동연구센터(European Commission's Joint Research Centre)와 네덜란드 환경영향평가청(PBL Netherlands Environmental Assessment Agency)이 공동으로 발간한 보고서 '지구 이산화탄소 배출의 장기 경향 (Long Term Trend in Global CO2 Emissions, 2011 report)'
   - 2010년 한국의 이산화탄소 배출량은 5.9억t으로 EU를 하나의 그룹으로 하면 배출량 세계 8위에 해당함

posted by 글쓴이 과학이야기

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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

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