초록 ▼

최종목표
축류형, 원심형 및 재생형 송풍기의 고효율 저소음 설계를 위해 첨단 신기술을 바탕으로 한 통합 전산체계를 개발하고 국내 송풍기 업계의 기술력을 향상시키기 위해 다음의 목표를 수행함
· 원심터보형 및 재생형 송풍기의 고효율 저소음 설계 원천기술개발
· 기초설계, 삼차원 CFD (computational fluid dynamics) 및 CAA (compatational aero-acoustics)를 바탕으로 한 축류형, 원심다익형. 원심터보형 및 재생형 송풍기 최적설계를 위한 첨단 통합형 전산체계 S/W 개발<

최종목표
축류형, 원심형 및 재생형 송풍기의 고효율 저소음 설계를 위해 첨단 신기술을 바탕으로 한 통합 전산체계를 개발하고 국내 송풍기 업계의 기술력을 향상시키기 위해 다음의 목표를 수행함
· 원심터보형 및 재생형 송풍기의 고효율 저소음 설계 원천기술개발
· 기초설계, 삼차원 CFD (computational fluid dynamics) 및 CAA (compatational aero-acoustics)를 바탕으로 한 축류형, 원심다익형. 원심터보형 및 재생형 송풍기 최적설계를 위한 첨단 통합형 전산체계 S/W 개발
· 개발된 통합설계 전산체계 S/W를 사업단내 3개 세부과제 참여기업에 제공하여 개발된 첨단설계기술의 산업체적용이 이루어지도록 하고, 기본적인 설계 S/W를 국내 송풍기 업체들에 보급함으로써 국내 송풍기 설계기술의 전반적 향상을 도모함

개발내용 및 결과
(1) 1차년도
- 원심형 및 재생형에 대한 기초설계를 위한 공력 및 소음해석 기술을 개발하였다. 또한, 기초설계 및 공력-음향학 성능곡선 해석 기술개발을 통한 원심터보형 및 재생형 송풍기 전산기초설계 프로그램을 구축하였고 고효율 저소음 송풍기 설계를 위한 기초설계/삼차원 CAD/삼차원 유동해석/최적설계 등의 송풍기 설계과정을 하나로 결함한 공력설계용 통합형 전산체계 프로그램 개발 및 원심터보형 송풍기 모형제작을 통해 프로그램 신뢰성 검증을 수행하였다.

(2) 2차년도
- 1차년도에 개발된 전산기초설계 프로그램에 대한 사용자들의 피드백을 통해 프로그램을 보완하였다. 또한, 공력음향학적 기초설계를 토대로 삼차원 유동장 해석기법 및 삼차원 소음해석이 가능하고 공력-소음 다중목적 최적설계를 수행할 수 있도록 통합형 전산체계 프로그램을 구축하였다. 통합형 전산체계 프로그램의 신뢰성을 검증하기 위하여 재생형 송풍기에 대한 공력-소음 다중목적 최적설계를 수행하고, 설계된 재생형 송풍기에 대한 모형제작 및 성능시험을 수행하였다.

기술개발 배경
최근 고유가로 대변되는 에너지자원 위기와 기후변화로 대변되는 환경위기에 직면하여 저탄소 녹색성장이 대두됨에 따라 온실가스 배출량의 약 85%를 차지하는 에너지의 효율 향상은 중요성이 더 크게 부각되고 있는 실정이다. 에너지 효율성 제고를 위한 국가차원의 적극적인 대응이 이루어지지 않으면 향후 국내 경제 및 사회적 효용의 상대적 악화 뿐 아니라 산업 및 국가 경쟁력의 하락마저 야기될 수 있다.

최근 들어 인간의 생활수준 향상, 도시화, 상업화의 진전으로 인한 소음저감의 중요성이 대두되어 많은 저소음화기법이 연구되고 있지만 정확한 작동 메커니즘이나 이론적 배경을 바탕으로 이루어진 연구는 미비한 실정이다. 고효율화 및 저소음화는 송풍기의 성능을 결정짓는 중요한 요소이나 대부분 송풍기 전문제조업체들은 자금과 전문연구인력의 측면에서 영세한 업체들로서 제품의 성능향상을 위한 기술개발과 제대로 된 성능시험을 수행하는데 어려움이 있다.
우수한 송풍기 업체들 또한 선진국의 전문업체와 기술제휴를 맺고 기술과 도면을 도입하여 송풍기를 모방 생산하고 있는 실정이다.
이러한 모방 생산은 국내 전문업체의 독자적 설계 및 해석 능력을 확보하는데 큰 걸림돌이 되고 있으며, 단순 설계 및 제작에 의존하는 송풍기 생산업체들의 난립을 초래하는 계기가 되고, 이는 결국 국제 기술경쟁력에 많은 제한요소로 작용하게 된다. 특히, 산업용 및 공조용 송풍기 단품 제조업체들은 대부분 매출액이 100억원 이하의 중소 영세업체로 기술경쟁력이 없을 경우 한미 FTA 등에 의해 일시에 와해될 수 있는 산업구조를 지니고 있다.

선진국 송풍기 전문업체들의 경우 송풍기의 성능개선, 고효율화 및 저소음화를 위해서 3차원 공기역학적 현상 및 공력 소음 발생에 대한 이해와 이를 바탕으로 한 송풍기 블레이드 형상의 최적설계, 소음저감 설계, 성능해석 및 소음해석 등을 수행하고 있다. 이러한 단계별 개발과정의 효과적 수행을 위해 신뢰성 있는 공력-음향학적 해석을 위한 CAE(computer aided engineering) tool의 적용이 필수적이며, 선진국 송풍기 전문업체들의 경우 이러한 CAE tool의 활용을 통해 고효율, 저소음 송풍기를 개발 및 생산하고 있다. 그러나 국내 송풍기 업체의 기술수준은 아직까지 선진제품을 모방하는 역설계(reverse-design) 단계에서 벗어나지 못하고 있으며, 이로 인해 외국의 선진 송풍기 제품들과는 성능 면에서 큰 격차를 보이고 있다. 그러므로 국내 송풍기 업체들의 기술력 향상과 제품 성능의 혁신을 위해서는 산-학 협동을 통한 송풍기 설계 기술의 연구/개발 노력이 절실한 실정이다.

핵심개발 기술의 의의
송풍기 설계에 대한 공통핵심기술인 삼차원 공력-소음 최적설계기술은 축류형, 원심형 및 재생형 송풍기를 개발하는 과정에서 필수적인 항목이다. 본 연구에서는 송풍기 설계에 필수적인 공통핵심기술을 비전문가도 쉽게 적용할 수 있도록 GUI 환경을 구축한 통합형 전산체계 프로그램을 개발하였다. 통합형 전산체계 프로그램은 축류형, 원심다익형, 원심터보형 및 재생형 송풍기에 대한 전산기초설계/삼차원 CAD/삼차원 유동해석/삼차원 소음해석/공력-소음 다중목적 최적설계와 같은 일련의 설계과정을 하나로 결합한 설계 프로그램이다. 이러한 기술은 아직 국내뿐만 아니라 해외에서도 개발되지 않은 것으로, 국내 송풍기 업체에서 통합형 전산체계 프로그램을 통해 해외 선진업체와 비교하여 기술적 경쟁력을 가질 수 있을 것으로 기대한다.

적용 분야
각종 산업현장에서 공기 및 각종 기체의 강제이송에 사용되는 산업용과 건물의 공기순환장치와 터널 및 지하공간의 환기장치에 사용되는 공조용 등 산업 전반에 걸쳐 매우 폭 사용되고 있는 송풍기는 용도에 따라 매우 다양한 사양이 설계 및 제작되고 있다. 이렇게 다양한 분야 사용되고 있는 송풍기의 설계를 위해 본 연구에서 개발한 통합형 전산체계 프로그램을 사용하여 국내 송풍기 영세업체들이 기술적 경쟁력을 가질 수 있을 것이다.

(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록)

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3기술개발사업 주요 연구성과 ... 10목차 ... 22제 1 장 서론 ... 23 제 1 절 과제의 개요 ... 23제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 25 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 25 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 26 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 28 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 33 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 34제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 35 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 35 1. 연구개발 추진 일정 ... 35 2. 연구개발 추진 실적 ... 37 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ... 43 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 50 1. 기술개발 추진체계 ... 50 2. 각 세부과제별 역할 및 추진 내역 ... 51 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 89 제 4 절 고용 창출 효과 ... 90 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 91부록 : 도면 추가 ... 92끝페이지 ... 94