초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
본 연구는 초임계 이산화탄소(CO₂)를 적용한 스털링 사이클의 실제 구현을 통한 타당성 검증을 목표로 함. 이를 위해 초임계 CO₂의 비선형 물성변화를 고려하여 스털링 사이클 해석모델을 개발하고, 프리피스톤(Free-piston) 타입 실험엔진을 설계/제작하여, 다양한 환경에서 성능시험을 통해 실험적으로 검증함. 이를 통하여 기존 스털링 엔진의 기술적 한계를 극복하고 차세대 스털링 엔진의 가능성을 제시함.

○ 전체 내용
초임

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
본 연구는 초임계 이산화탄소(CO₂)를 적용한 스털링 사이클의 실제 구현을 통한 타당성 검증을 목표로 함. 이를 위해 초임계 CO₂의 비선형 물성변화를 고려하여 스털링 사이클 해석모델을 개발하고, 프리피스톤(Free-piston) 타입 실험엔진을 설계/제작하여, 다양한 환경에서 성능시험을 통해 실험적으로 검증함. 이를 통하여 기존 스털링 엔진의 기술적 한계를 극복하고 차세대 스털링 엔진의 가능성을 제시함.

○ 전체 내용
초임계 CO₂ 스털링 사이클 해석모델 개발
일반기체/초임계 CO₂ 적용 실험엔진 개발
일반기체/초임계 CO₂ 스털링 사이클 시험평가

○ 1단계
● 목표
해석 모델 개발/실험 엔진 개발/시험 평가
● 내용
준정상유동 열역학 해석 모델 개발, 비선형 동역학 모델 개발/실험 엔진 설계, 실험 엔진 제작, 요소 부품 특성 시험 및 설계 검증과 개선/시험 장치 구축, 일반기체·CO2 구동 안정화, CO2 냉동기 시험 평가, CO2 발전 시험 평가

□ 연구개발성과
준정상 열역학 해석 모델 개발
FPSE 개발 완료&수kW 수준에서의 엔진 정상 작동 확인
FPSE 개발 기술 확보
초임계 CO2 해석 코드 개발

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
본 연구를 통해 수kW급 free-pisotn stirling engine을 설계, 제작을 완료하였고, 해석적, 실험적으로 검증을 완료하였다.
본 연구를 통해 얻은 성과를 바탕으로 ‘한국원자력연구원’과 ‘연구를 진행하고 있다. 또한, 본 연구의 후속 연구로 ‘우주용 초소형 원자로 발전을 위한 스털링 컨버터 기술 개발(2022.3.1.~27.2.28)’과제를 진행하고있다. 이 연구를 통해 원자로 핵반응 모사 열원을 개발하여 원자로-스털링발전 개념을 실험 검증하며, 집합엔진 형태로 구현하여 실제 적용시 시스템 확장성과 작동 신뢰성을 검증하고자 한다. 최종적으로는 우주용 스털링 컨버터 요소기술과 원자로 연계 집합엔진 운용제어 기반기술을 확보할 계획이다.
NASA의 달 유인 탐사와 유인 기지 건설을 목표로 하는 ‘아르테미스’ 프로젝트에 한국도 참여하였고, 한국은 2030년 독자 유인 달탐사를 계획하고 있는 시점이다. 본 연구와 추후 연구개발을 통하여 향후 국가 달 탐사 계획, 미래의 화성/심우주 탐사 개발에 기여할 수 있을 것으로 생각한다. 현재 협업중인 ‘한국원자력원구원’뿐만 아니라 앞으로도 다양한 기관과의 협업이 가능할 것으로 기대한다. 그리고 2040년 1,110조원 규모로 예측되는 세계 우주 산업의 주요 핵심 기술을 확보하고, 나아가 친환경 에너지 기술로 활용하여 해외수출/수입대체 효과를 기대할 수 있다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• (1) 1차 연도 ... 5
• (2) 2차 연도 ... 9
• (3) 3차 연도 ... 20
• (4) 4차 연도 ... 28
• (5) 5차 연도 ... 35
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 43
• (1) 연구수행 결과 ... 43
• (2) 정량적 연구개발성과 ... 45
• (3)가시적 연구결과가 미흡하거나 목표달성도가 낮은 경우 자체 분석한 목표 미달 원인(사유)과 자체 보완활동의 내용 및 과제수행 방법 및 과정의 성실성 등에 관하여 기재 ... 46
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 50
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 50
• 6. 참고문헌 ... 51
• 끝페이지 ... 53