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Kafe 바로가기주관연구기관 | 현대자동차(주) Hyundai Motor Company |
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연구책임자 | 김광연 |
참여연구자 | 허형석 , 이용균 , 한원규 , 이은현 , 이홍렬 , 윤승열 , 김현진 , 김창기 , 이기형 , 박동원 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2014-06 |
과제시작연도 | 2013 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO201600017598 |
과제고유번호 | 1415129904 |
사업명 | 그린카등수송시스템산업원천기술개발 |
DB 구축일자 | 2017-09-20 |
키워드 | 배기열 회수.엔진 폐열 회수.증기 재생 시스템.랜킨 싸이클.연비개선.Exhaust Heat Recovery.Engine waste heat recovery.Steam Powered Co-generation System.Rankine Cycle.Fuel Economy Improvement. |
□ 최종목표
◦ 승용차용 Steam Powered Co-generation System 개발
- 연비 12% 향상, 출력 10% 향상, CO2 10% 저감
◦ 배기가스 폐열 회수(High Temperature Loop) 시스템 개발
- 폐열 회수율 : 80%
◦ 냉각수 방열 회수(Low Temperature Loop) 시스템 개발
- 방열 회수율 : 80%
◦ 고효율 HT/LT 동력 전환 시스템 개발
□ 개발내용 및 결과
<1세부과제>
◦ 엔진 폐열 회수 극대화를 위한 H
□ 최종목표
◦ 승용차용 Steam Powered Co-generation System 개발
- 연비 12% 향상, 출력 10% 향상, CO2 10% 저감
◦ 배기가스 폐열 회수(High Temperature Loop) 시스템 개발
- 폐열 회수율 : 80%
◦ 냉각수 방열 회수(Low Temperature Loop) 시스템 개발
- 방열 회수율 : 80%
◦ 고효율 HT/LT 동력 전환 시스템 개발
□ 개발내용 및 결과
<1세부과제>
◦ 엔진 폐열 회수 극대화를 위한 HT 및 LT Loop 측 폐열 회수시스템의 구성 레이아웃 최적화 설계
◦ 폐열 회수시스템 핵심부품의 해석 기술 개발
◦ 폐열 회수시스템 핵심부품의 설계 제작 기술 개발
- 작동유체 특성을 고려한 전동식 고압펌프의 상세 설계/제작
◦ 엔진 폐열 회수시스템의 핵심부품 성능 평가 장치 개발 및 성능 평가
- HT Loop 폐열 회수율 : Max. 91.7%(배기온도 500~689℃, 배기유량 60~118 kg/h의 전범위에서 72% 이상)
- HT Pump 효율 : Max. 42%
- LT Loop 폐열 회수율 : Max. 89%(냉각수유량 10~40 L/min 범위)
- LT Pump 효율 : Max. 41%
◦ 엔진 폐열 회수시스템의 핵심부품 신뢰성 평가
<2세부과제>
◦ 운전조건에 따른 설계 및 성능해석
◦ 팽창기 상세설계 및 시제품 제작
◦ 팽창기 성능시험장치 구축
◦ 팽창기 성능평가, 결과분석, 개선방안 도출
◦ 팽창기 목표효율 달성 (HT : 80%, LT : 62%)
◦ 팽창기 국산화율 (HT : 89%, LT : 88%)
◦ 팽창기 도면 (HT : 39부, LT : 17부)
<3세부과제>
◦ 스팀의 온도와 압력을 제어할 수 있는 제어 시스템 설계 및 알고리즘 개발
◦ 재생 동력 전달을 위한 동력 전달 시스템 설계 및 시제품 제작
◦ 시스템 해석을 위한 차량 해석 모델 개발
◦ 시스템 평가를 위한 엔진 대상 시험 장치 구성 및 평가
◦ 차량 평가를 위한 시험차량 제작 및 샤시다이나모 평가
(차량 연비개선율 9.7% (4차년도 평가 결과, 5차년도 재평가 예정))
□ 기술개발 배경
◦ 화석연료 고갈에 따른 국제 유가 상승 및 2013년 기후변화협약 의무이행에 따른 자동차 연비향상과 온실가스 저감을 위한 기술개발 필요
◦ 배기가스와 냉각수로 버려지는 열에너지를 회수하여 동력에너지로 재생시킴으로써 10% 이상의 연비향상 및 CO2 저감이 가능한 기술
◦ 미국, 유럽, 일본 등에서는 국가적 지원 하에 산학연 컨소시엄 형태로 다양한 Co-generation 기술에 대해 적극적인 연구 개발이 이루어지고 있으며, 2018년 이후 시장이 형성될 것으로 전망
◦ 엔진 폐열을 활용하는 기술 중 "Rankine Steam Cycle" 방식의 기술이 아직까지는 현재 보유 기술의 활용도, 시스템 단가, 연비향상 효과 측면에서 실용화 가능성이 가장 높음
□ 핵심개발 기술의 의의
◦ 본 기술은 다양한 해외 선진업체에서 2000년대 중반부터 연구개발을 시작하였으나 국내에서는 처음 시도되는 신규 개발 기술임
◦ 선진국의 하이브리드 기술이나 디젤엔진 다운사이징을 통한 연비저감 연구는 이미 우리나라 보다 많이 앞서 있는 실정인 반면 Cogeneration System은 연구 시작 단계는 앞서 있지만 아직 양산화전 단계이고, 본 기술의 바탕이 되고 있는 Rankine cycle 기술은 잘 알려져 있는 기술임을 감안할 때 충분히 국산화가 가능하며, 세계적인 시스템 및 부품 개발을 통한 기술수출 가능성이 매우 높음
◦ 다만 국내에서 처음 시도하는 기술인만큼 시스템 실차 패키징 및 가격 절감을 위한 사이클, 레이아웃 및 핵심부품의 최적화 설계, 연비향상 효과를 극대화하기 위한 제어 전략 및 다양한 실차 조건에서의 시스템 설계/평가 기술에 대해서 많은 연구가 필요함
◦ 엔진 폐열 회수시스템은 전동식 고압펌프, 열교환기, 밸브, 작동유체의 온도 및 압력 제어기 등 다양한 부품과 관련되어 있는 새로운 시스템으로써 기존의 배기 시스템과 엔진 냉각시스템과 결부되어 있어 개발과정에서의 기술 경험은 향후 개발되는 다양한 기술로의 파급효과가 클 것으로 판단됨
◦ 엔진 폐열 회수시스템의 핵심부품인 열교환기와 펌프는 작동유체의 유량, 온도, 압력 측면에서 현재 자동차에 적용된 열교환기, 펌프와는 상당히 다름. 즉, 고온, 고압에 대한 신뢰성 향상 설계가 매우 중요하고 물을 작동유체로 사용하는 HT Loop 측 유량은 0.5 l/min 이내이며, 냉매를 작동유체로 사용하는 LT Loop 측 유량은 자동차 에어컨 시스템의 냉매 유량의 4배 정도 되기 때문에 이를 고려한 열교환기 및 펌프타입 선정과 효율 향상 설계가 중요함. 따라서 본 과제를 통하여 개발하는 핵심부품은 향후 신규 시장에서의 기술 경쟁력 확보의 교두보 역할이 될 것으로 판단됨
□ 적용 분야
◦ 승용 및 상용차량, 선박, 철도 등 내연기관을 사용하는 대부분의 시스템 및 소형 열병합 발전기 등에 적용이 가능함
(출처 : 초록)
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
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연구목표(Goal) : | - |
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기대효과(Effect) : | - |
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