| 초록 |
요약문 1. 제목 CNT 나노기술을 이용한 극지용 선박 기자재 기술동향(극지선박 빙해방지 기술동향) 2. 사업의 목적 및 필요성 - 극지 선박 기자재 분야는 크게 아래와 같이 두가지 분야로 나눌 수 있음 - De-icing 기술 : 선박 외부에 결빙된 의장품의 얼음을 녹여 제거하는 기술 - Anti-icing 기술 : 선박 외부 의장품의 표면 온도를 영상으로 유지하여 결빙이 발생하지 않게 하는 기술 - 극지용 선박 기자재의 핵심 기술인 결빙 방지 기술을 국내 조선 3사의 기술 역량이 매우 부족한 기술임. - 또한 현재 조선 3사는 결빙방지 시스템의 설계 부하 및 시스템 기술을 보유하고 있으나 핵심 기술인 발열체에 대한 기술적 노하우 및 연구가 미진한 실정임. - 현재 사용되는 시스템은 발열을 위한 구리선과 전기 공급 시스템으로 구성되어 있으나, 극지 환경에 적합한 구리선은 전량 해외에서 수입하고 있으며 특히, 현재 결빙 방지 시스템은 높은 수준의 전력 부하를 가지고 있고 에너지 사용 측면에서 비효율적임. - 극지 운항 조건은 다양한 외부 환경(날씨, 조류)의 영향을 많이 받기 때문에 단순하게 현재 시스템의 최적화 하는 것으로는 에너지 사용량을 최소화 하는데 한계가 있음. - 새로운 고부가가치 극지 선박 핵심 기술을 개발하기 위해서 이 분야 선진 기술정보를 아래의 내용 등을 중심으로 정보를 수집 제공하여 국내 기술수준 제고와 연구 개발의 방향성을 제시하고자 함. 3. 사업의 추진 내용 - 나노 소재 기술을 이용한 결빙 방지 시스템 개발 (초발수 코팅 및 CNT film) 연구 기관 컨택 및 권위자 세미나 진행 - 컨택 연구기관: University of California, SanDiego - 컨택 현지기업: 나노에스디(주) - 러시아 지역 극지선박 설계 관련 대학 컨택 및 권위자 세미나 진행 - 컨택 대학: 극동연방대학교(Far Eastern Federal University, https://www.dvfu.ru ) 4, 정보 조사 결과 1) 면상 발열체의 면 저항 값 - 현재 수준: 104~8( Omega;/sq) ? 선도 기술 수준: 102( Omega;/sq) - 현재 상용화된 CNT Sheet의 면 저항 값은 104-8 수준이며, Lab. 개발 차원에서 개발된 수준은 102 수준의 저항 값 까지 가능하여 성능 개선의 여지가 더 있음 2) 기존 발열체 대비 단위 시간 당 온도 증가율 - 기존 니크롬선 대비 200sec 가열 했을 경우 80°C 도달 할 때 200°C 도달 할 정도로 heating speed가 굉장히 빠름. - 극지선박에서 적시에 온도를 상승 시킬 수 있는 적합한 소재임.(기존 구리선, 니크롬선 보다 heating speed가 빠르면 원하는 시점에 발열하여 제빙, 방빙 할 수 있음) 3) 기존 발열체 대비 온도 조절 능력 - 단위 시간당(sec) 온도 상승률은 니크롬선이 0.2℃/sec 상승 할 때, 2.2℃/sec 상승하는 것을 알 수 있음. - 온도가 떨어지는 비율 역시 CNT 필름은 급속이 떨어지는 것을 알 수 있음. - 이는 CNT의 비열 값이 니크롬선 대비 작기 때문이며, 이러한 특성은 극지선박 발열 시스템을 제어하는데 좋은 특성이 됨. 4) 합금을 통한 온도 상승률 증가 효과 - Power density기준으로 CNT 면상 발열체(Pd)의 온도 상승율은 기존 재료(구리, 니크롬선) 대비 매우 큰 상승율을 보임. - 합금 방식을 이용하면 더 많은 온도 상승률을 얻을 수 있음. 5) Electric Power 지속능력 - 기존 재료의 문제점은 지속 시간의 짧거나 Electric Power가 감소하는 문제점이 있음 - World class 기술 수준으로는 발열을 장시간 지속 시켜도 동일한 성능을 보여 주고 있다는 것을 확인 할 수 있었음. 6) 형상에 따른 온도 상승률 차이 - CNT 필름의 면상 형상에 따라(aspect ratio) 온도 상승율이 다름.(heat response rate) - 기존의 금속 재료 대비 CNT 필름은 굉장히 높은 온도 상승율을 보임. 5. 조사의 활용 계획 - 본 정보조사 연구 결과 CNT 면상 발열체의 개발은 현재 상용화된 제품보다 100배 이상의 파워를 낼 가능성이 있음(저항 값을 작게 개발 가능) - 뿐만 아니라 CNT 발열 시스템의 고출력/고효율 특성을 이용한 선박 에너지 효율화를 극대화 하는 제어 기술이 중요함 - 급속 승온 성능으로 인해 시간에 따른 제품의 온도 리프폰스가 비교적 빠르기 때문에 기존 제품에 적용된 온도 제어기를 사용하기 어려움 - 그러므로 결빙 방지 성능을 유지하면서도 에너지 사용을 최소화 할 수 있는 다양한 제어 시스템 연구 개발이 필요함 - 이에 대한 연구는 component level의 개선된 소자만 개발해서는 상용화까지 가기 어려우며 System Level Thermal Management 기술의 개발이 필요함 - CNT 면상 발열체와 System Level Thermal Management 기술의 통합 개발을 정부지원사업의 타당성 입증 및 근거 자료로 활용 할 예정임 |
