스크랩 전기 만드는 보일러 등장, 설치만 하면…, 스털링엔진의 구조와 원리 (경동발전하는 보일러)

[달아(충북)]

전기 만드는 보일러 등장, 설치만 하면…

폐열 활용해 발전 가전제품에 공급… 경동나비엔 내년초 출시 

강희종 기자 mindle@dt.co.kr | 입력: 2013-11-12 15:10

 

집안에서 난방과 온수 용도로 사용하는 보일러를 이용해 전기까지 생산할 수 있는 새로운 개념의 가스보일러가 출시된다. 전력 위기의 대안으로 자리잡을 수 있을지 주목된다.

보일러 전문기업 경동나비엔(대표 최재범)은 12일 그랜드인터컨티넨탈 서울 파르나스 그랜드볼룸에서 쇼케이스를 열고 가정용 전기발전 보일러 `스털링엔진 m-CHP'를 선보였다.

스털링엔진 m-CHP는 스털링엔진과 콘덴싱보일러를 결합해 전기, 온수, 난방 에너지를 동시에 생산하는 가정용 초소형 열병합 시스템으로, 경동나비엔이 세계에서 네 번째, 아시아에서 최초로 개발에 성공한 제품이다. 이 제품은 내년 초에 `경동나비엔 하이브리젠SE'라는 브랜드로 국내 출시될 예정이다.

스털링엔진 m-CHP는 스털링엔진 발전기와 콘덴싱보일러를 하나로 통합한 제품으로, 보일러의 폐열을 활용해 스털링엔진을 가동시켜 전기를 생산한다. 스털링엔진은 1816년 영국의 목사 로버트 스털링이 고안한 것으로 높은 열효율을 가지며 폭발행정이 없어 엔진의 소음과 진동이 낮은 것이 특징이다. 하지만 그동안 디젤엔진, 전기모터 등에 가려 빛을 못보다 최근 녹색에너지로 다시 부각 받고 있다.

경동나비엔이 개발한 스털링엔진 m-CHP는 발전 효율 16%, 종합요율 97%의 고효율을 달성했다. 이 제품은 1kWh급의 전기를 생산할 수 있는데, 이는 가정에서 사용하는 냉장고(700~900리터), 김치냉장고(350리터), 전등 5~6개, TV(55인치) 혹은 PC(타워형) 등을 동시에 가동할 수 있는 용량이다.

스털링 엔진을 채용한 전기 발전 보일러는 네덜란드, 영국, 독일 등에서 7000여대가 보급됐으며 국내에서는 경동나비엔이 2009년부터 산업부 국책과제로 개발에 착수해 지난해 개발을 완료했다. 이 제품은 지난해 9월 유럽 CE 인증을 취득하고 유럽 판매를 시작했으며 국내에서는 2014년 초 양산을 목표로 필드테스트중이다. 경동나비엔은 도시가스공급업체 등과 함께 실증을 실시하는 방안도 추진하고 있다.

전기발전 보일러는 별도의 추가 설비없이 전원만 연결하면 생산된 전기를 각 가전제품에 공급하는 방식이다. 사용량보다 전기가 남을 경우에는 전력계가 거꾸로 돌면서 전기요금을 차감하게 된다.

문제는 최초 출시가격이 1320만원으로 고가여서 보급이 쉽지 않다는 점이다. 경동나비엔은 1만대의 양상 체제를 갖추면 가격이 500만원대까지 낮출 수 있기 때문에 당분간은 정부의 보급 지원 정책이 필요하다는 입장이다.

최재범 경동나비엔 대표는 "이 제품의 장점과 필요성 등을 내세워 소비자단체, 에너지 단체 등과 함께 정부에 정책적 지원을 건의할 계획"이라고 밝혔다.

제품이 고가인 점을 감안해 경동나비엔은 월평균 500KW 이상 전기를 사용하는 가정이나 상업용 시설을 우선 공략한다는 계획이다. 김용범 경동나비엔 마케팅본부장은 "2015년에는 2KW급 전기를 생산할 수 있는 제품도 개발할 계획으로 수십대를 연결하면 상업 시설의 발전 시스템으로 충분히 활용성이 높다"고 강조했다.

강희종기자 mindle@

스털링엔진의 구조와 원리 (경동발전하는 보일러)

. 소개

스터링엔진는 1816년 영국의 목사 스터링이 발명한것으로 증기기관과 내연기관의 빠른 발전으로자취를 감추었다가 내열 재료등 관련기술의 발전과 에너지절약과 대체에너지 사용에 대한 중요성으로다시 부각되고 있다.

2. 작동원리

작동 원리로는 실린더와 피스톤으로 이루어진 공간내에 수소나 헬륨등 작동 가스를 밀봉하고 외부에서 가열 냉각 시키면 팽창과 수축에 따라 피스톤이 상하운동을 하여 동력을 얻게 된다. 작동유체(공기)의 기체 분자에 열에너지를 흡수하면 이분자는 분자운동이 활발해지고, 그 운동 스피드도 증가하게 된다. 제한된 작동 공간(용기)에서 분자가 벽에 충돌하는 횟수는 증가되고, 이로 인해 용기내의 압력은 올라간다.

• 가열 - 먼저 가열원인 버너 등으로 밀폐용기를 가열함
• 팽창 - 용기내의 작동가스가 팽창하여 피스톤을 밀게되고
• 냉각 - 버너를 떼어 내어 용기를 냉각 시킨다.
• 압축 - 작동가스가 수축하여 피스톤을 끌어당긴다.

3. 스터링 엔진 특징

스터링엔진은 가솔린 엔진등 내연기관에 비해 열효율이 높고, 소음과 진동이 적다. 연료로는 석유류외에 천연가스와 석탄, 신탄등의 고체연료, 또 공장폐열와 태양열등을 적용할수 있다.

• 고 효율 엔진
• 저 진동 및 저 소음
• 다양한 연료에 적용

이 엔진은 열역학적으로 이론상 가장 높은 효율을 가지며 연소를 할때 폭발행정이 없기 때문에 엔진의 진동 소음이 적다. 또한 외연기관이기에 여러가지 열원을 이용할수 있는 점이 유리하다.

4. 스터링 엔진 구조

스터링 엔진은 연소사이클의 형태에 따라 디스필레이서형과 2 피스톤형으로 구분된다. 엔진의 수축행정시 관성력 회전체인 플라이휠에 의해 연속 행정이 되도록 한다. 스터링 엔진은 가열 냉각을 고속으로 하기 위해 2개의 실린더사이를 동일한 작동 공간으로 연속 운전할수 있도록 조립한다. 이 엔진은 외연기관으로 이론적으로 카르노 사이클과 등가 열효율이 가능하다고 여겨지고 있다.

 실린더1와 실린더 2로 듀얼 실린더로 구성된 스털링 엔진은 실린더 1의 내부를 왕복함으로써 내부가스를 위에서 아래로 이동시키는것 디스플레이서가 아래로 움직이면 실린더의 가스는 실린더와 디스플레이서의 틈을 통해 실린더 상부로 이동하여 가열되고 디스플레이서가 위로 움직이면 틈을 통해 실린더 하부로 이동하여 식혀진다. 실린더 내의 가스는 실린더 2와 통하게 되지만 실린더 2에서는 파워 피스톤에 의해 밀폐되어 디스플레이서가 상하로 움직임으로서 전체의 압력이 상하로 움직인다. 실린더 내부의 가스가 이동하는 기능은 디스플레이서가 아래로 움직이면 고온가스가 많아져서 실린더 내 전체 압력이 높아지고 위로 움직이면 저온가스가 많아져 실린더 내 전체 압력이 내려가는 구조 여기서 실린더 1에서 생긴 압력은 파워피스톤에 이끌린다, 디스플레이서와 파워 피스톤의 위상차가 중요한 포인트가 된다.

(1)부터 (4)까지 과정중 (2), (3)에서만 파워피스톤이 운동을 하게 된다. 나머지 과정은 플라이휠등의 관성운동에 의해 파워 피스톤은 원래의 위치까지 돌아온다. 파워피스톤과 디스플레이서의 위치 관계의 구조를 알기 위해 자전거를 사용한다, 파워피스톤의 위치를 자전거의 페달에 비유하면 이해가 쉽다. 자전거를 움직이기 위한 힘이 들어가기 시작하는 것은 (2)과 (3)까지 힘을 넣을수 있다. (3)에서 (1)사이는 타이어, 축, 플라이휠 등의 회전의 관성운동에 의지하여 원래의 위치로 돌아온다.

               (c)                                       (d)

위의 그림은 디스플레이서와 파워 피스톤의 움직임을 관련지어 표로 나타내었다. 그림 (a)에서는 디스플레이서는 상사점에 있으며, 투입되어 있는 작동 가스는 저온 저압의 상태에 있다. 스털링 엔진도 내열기관인 차의 엔진과 마찬가지로 시동시에는 외적인 탄력을 가할 필요가 없다. 따라서 플라이휠을 화살표 방향으로 돌리면 그림 (b)에 나타내듯이 파워피스톤이 상승한다. 디스플레이서는 그것과 관련하여 하강한다. 그러면 저온측에서 고온측으로 작동가스가 이동하여 가열되고 압력은 높아진다. 그림(c)에서는 작동가스가 가장 고온 고압인 상태이다. 다음으로 고온 고압 상태가 된 작동 가스는 그림 (d)로 여기서 파워피스톤을 밀어내려 플라이 휠의 회전을 가속한다.

5. 연구 동향

스터링엔진은 공조시설의 동력원으로 사용될것으로 기대되며, 미국과 일본에서는 연구개발이 진행되고 있다. 최근 선진국에서는 오일쇼크 이후 석유기관의 대체 기관으로 가능성까지 포함하여 범용 스터링엔진의 개발에 착수하여, 일반적인 가솔린기관과 비슷한 정도의 열효율을 얻을수 있는 기관의 개발에 성공하였다. 일본에서는 자동차용으로 1987년 52마력의 스털링 엔진을 카톨라(토요타)에 탑재하여 시험 주행을 하였다. 스터링 사이클의 역사이클을 이용하여 공조기기로 실용화에 성공하였다.

자료 참조: 'http://www.moazine.com 

 

 스털링엔진

[레프트사이드(서울)]

핵심 기사부터 스털링엔진 작동 원리에 관한 설명자료 + 동영상자료까지.. 확실하게 제공해 주셨네요~~ 대박 유익한 글 감사합니다~ ^^

하지만 기술은 더욱 발전하고 있다능..

[달아(충북)]

감사 합니다. 발전 되는 기술을 습득 해야 하는데...하는 조바심이 듭니다 ^^

[건강하자임사장(경기)]

오... 좋은 자료 감사드립니다.^^

[달아(충북)]

올리신글 덕분에 호기심에 돌아다니다 우연히 발견 하였습니다 ^^

[날아올라]

우와 집에다 하나 해놓고 싶네요

[코난.카페장(경기)]

오 좋은게 나왔네요 이런건 정부보조가 꼭 필요하죠

[달아(충북)]

등업 감사 드립니다~ ^^

[생존초보^^(경기)]

화목 보일러에 부착해서 태양광 발전하고 연계시키면 좋겠다는 생각이 듭니다.

[달아(충북)]

저도 만들어 보고 싶습니다~

[초까꿍이(대구)]

동영상 너무 재이밌습니다.
태양전지 vs 태양열 온수보일러+스털링발전기 어느것이 가성비가 좋을지 궁금하네요.

[은신처 (경기)]

하지만 천마넌이 훌쩍넘는다는 불편한 진실 ㅡ.ㅡ

[달아(충북)]

예?? 천만원...ㅜㅜ

[은신처 (경기)]

ㅋㅋ 제가 알기론 1500인가 한다능...ㅋㅋㅋ

[Charles(대전)]

무지하게 오래된 이론이네요..1816년

[정답조아(울산)]

그러게요.. 이것도 내막이 있다고 들은듯한데요 쩝.. 일딴 가격이.. 부자들 이나 가능할듯 하군요

[즈나(부산)]

내연기관이 발달하면서 효율에서 비교가 되지 않으니 산업계에서 주목을 못받는데, 낭비되는 열을 버려야 하는 보일러 입장에서 물 끓이는건 자기 본연의 기능이니 발전부만 추가해도 쓸만한 제품이 되는거겠죠.

[즈나(부산)]

남는 열을 발전에 이용하자는 아이디어는 좋으나, 가격은 국책과제 지원의 의미가 없어지는 결과를 낳아버렸습니다.

[은신처 (경기)]

그렇죠 한 2~300정도 한다면 딱일것을...쩝..

[레프트사이드(서울)]

ㅎㅎㅎㅎ 동감입니다.. 정부 보조금 언급에서 [이 도둑놈들 또 시작이네..] 싶더군요..

[amur]

러시아에서 판매하면 각종예비물품을 좋아하는
부자들이 독립적 발전시스템이라고 많이들 살것 같아요.. 가원이라고 2~3헥타르의 땅을 사서 담장을 두르고 그안에 연못을 만들어 물고기를 키우고 숲도 일부 보전해서 버섯을 얻고
감자.야채농사도 짓고 유리온질도 만듭니다.
닭이나 염소도 길러요. 돼지도 기르기도 합니다.난방은 가스 보일러.전기보일러를 설치하고
유류보일러에 고체 석탄장작까지 병렬운전이 가능하도록 해놓습니다. 자체 비상발전기도 당연히 가지고 있고요. 태양집전기.온수기도 설치해서 다중의 예비를 보유합니다. 이런제품 나오면 프레프가 많은 러시아는 열광합니다.
담장에만 몇억씩 투자하니 천오백만원 아깝다고

[amur]

이런 난방.발전가능한 보일러 사는데 주춤할
인간들이 아닙니다.그리고 2KW정도 돼야 더좋아 할겁니다.요런거 설치 해야 친구들 사이에서 으시댈 수 있는 갑이 되거든요.

[달아(충북)]

와~ 정말 만반의 준비를 다해 놓으시는군요

[amur]

심지어 주유소를 집안에 설치하는 녀석들도 있어요

[레프트사이드(서울)]

루스끼들.. 정말 깜찍한 면이 있군요~ ㅎㅎ