초록 ▼

□ 연구개요
소형선박의 해양 장비들은 대부분이 전기기기로써 외부의 전력공급원인 배터리를 사용하게 되며 연료를 사용한 발전기를 이용하여 충전하게 된다. 이는 해양 장비의 특성상 배터리 충전이 용이하지 않고, 또한 교체하는 데에 적지 않은 비용과 시간이 발생하며, 연료의 연소로 인한 각종 오염물질 배출로 인해 여러 가지 문제점을 발생시킨다. 이에 무공해 에너지 생산 기술인 신재생에너지를 이용하여 오염물질 배출을 줄이고, 소형선박의 내외에서 발생하는 버려지는 에너지를 이용할 수 있게 압전발전 시스템을 개발을 통해 해양장비의 배터리

□ 연구개요
소형선박의 해양 장비들은 대부분이 전기기기로써 외부의 전력공급원인 배터리를 사용하게 되며 연료를 사용한 발전기를 이용하여 충전하게 된다. 이는 해양 장비의 특성상 배터리 충전이 용이하지 않고, 또한 교체하는 데에 적지 않은 비용과 시간이 발생하며, 연료의 연소로 인한 각종 오염물질 배출로 인해 여러 가지 문제점을 발생시킨다. 이에 무공해 에너지 생산 기술인 신재생에너지를 이용하여 오염물질 배출을 줄이고, 소형선박의 내외에서 발생하는 버려지는 에너지를 이용할 수 있게 압전발전 시스템을 개발을 통해 해양장비의 배터리 소모량을 보전하는 연구를 다음과 같이 진행하였다.
1. 적층가공기술을 이용하여 다양한 크기의 압전체를 제작 및 발전량 실험
2. 제작된 압전체의 변형량에 따른 발전량 실험
3. 압전체들의 연결방법 및 외력이 동시에 주어졌을 때의 발전량 실험
4. 제작된 압전체의 진동에 의한 변형량에 따른 발전량 실험
5. 한국해양대학교가 보유하고 있는 실습선인 “한바다호”에 제작한 압전발전시스템을 설치하여 운항 및 정박에 따른 발전량 실험을 계획

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 여러 가지 적층가공기술인 FDM, SLA, SLS, 전기방사의 기술을 이용하여 압전체를 제작하였고, 연구결과 발전량은 거의 유사하였지만, 압전물질이 적층되어 있는 전도체의 두께 및 구조에 따라 민감도 보임. 이에 선박에서 발생하는 진동에너지에 민감하게 반응하는 특정 모양을 갖은 Copper 구조체를 기반으로 실험을 진행함.
2. 압전체의 지름 11mm, 14mm, 20mm, 24mm, 50mm등에 다양한 변형량 적용을 위해 CNC 플런저를 통해 외력을 직접적으로 가하여 1회 변형에 따른 최대 0.1W의 발전량의 연구결과를 얻음.
3. 압전물질의 사이즈에 비례해서 발전량은 높아지지만, 피로파괴(Fatigue failure)의 가능성이 높아 내구성에 문제가 발생함. 이에 50mm이하의 압전체를 직렬방식, 병렬 방식을 연결하여 최대 발전량 2W의 연구결과를 얻음. 또한, 압전소자를 3X3로 배열하였을 때 외력에 따른 각각의 압전소자 발전량의 연구결과를 얻음.
4. 압전체에 직접적인 외력이 아닌 매질을 통한 진동을 주었을 때 발전하는 실험을 진행하였고, 이는 기초실험이 아닌 실제 선박에 적용하였을 경우를 대비해 한나라호와 같은 매질인 20mm 두께에 Stainless Steel판에 외부충격을 다양하게 주어 부착된 압전체를 통해 발전량을 측정함. 예상대로 직접적인 외력을 적용했을 때보다 약 1/100 크기의 작은 발전이지만, 선박에 끊임없는 진동이 적용된다고 보았을 때 충분히 의미가 있다고 판단되어짐.
5. 현재 진행중인 4년차 계획으로 한국해양대학교가 보유하고 있는 실습선인 “한바다호”에 진동이 매우 심한 곳부터 가장 약한 3곳(기관실 메인엔진, 로비 바닥, 브릿지)을 선정하여 정박중과 운항중에 각각 발전량을 측정하고 기구실험과 비교하여 선박에 미치는 외력을 예측할 예정임.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
선박에서 발생하는 파도에 의한 외력, 엔진 진동등의 버려지는 에너지를 전기에너지로 전환할 수 있는 압전발전 시스템을 개발하여 본 연구 결과를 바탕으로 선박내에서의 전기 에너지를 소모하는 모든 전자 장비들의 에너지 소모량을 보전해 주어 장비의 사용 시간을 크게 향상 시켜줄 수 있다. 특히 손쉽게 배터리 교체 및 충전이 환경에 처해 있지 않은 해양 장비들의 경우 장비들의 수행 능력을 향상 시켜줄 뿐만아니라 교체 및 충전의 비용 등을 크게 절감해주어 경제적 효과도 기대됨.
소형 해양장비에 적용뿐만 아니라 더욱 더 발전 시켜 몸 안에 이식하는 의료 장비, 군의 개인 수행 능력을 향상 시킬 수 있는 국방 장비, 극한 환경에 처해 인명 구제에 크게 도움을 줄 수 있는 재난 장비 등에도 충분히 활용 가능할 것이라 기대함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 참고문헌 ... 13
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 24