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바이오태양광발전 Biophotovoltaic



조류, 이끼류의 광합성을 이용하여 전기에너지를 생산하는 기술. 

Biological photovoltaics 혹은 Bio-phtovoltaics(BPV) 라고 불린다. 





What is BPV?


BPV stands for Bio-Photo-Voltaic. BPV devices generate electricity from light energy by exploiting the photosynthesis of living organisms such as cyanobacteria, moss, algae and vascular plants. More information about BPV technology has been published in Catalyst Magazine (Bombelli and Driver, 2011), and the Journal of Energy and Environmental Science (Bombelli et al, 2011; McCormick et al, 2011).



[각주:1]


BPVs are biological electrochemical systems, similar to microbial fuel cells. In a BPV system, photosynthetic material is employed in the anodic half-cell where it oxidises water using light energy. Some of the electrons generated by water photolysis are transferred to an electrode (anode). At the cathode, a reaction with a relatively high potential consumes electrons and creates a potential difference between the two electrodes, driving electrical current through an external circuit.


BPV systems can employ whole algal or cyanobacterial cells as the light harvesting material, or purified photosynthetic sub-cellular fractions such as thylakoid membranes or isolated photosystems. Sub-cellular photosynthetic material is able to transfer electrons to the anode more effectively, but cannot repair itself. In contrast, we have demonstrated that BPV systems using whole organisms can generate power for months at a time. This ability to self-repair and self-assemble will hopefully make BPV systems a cost-effective alternative to conventional solar panels.



How does it work?


During the process of photosynthesis, the moss releases organic compounds into the soil, which contains bacteria. The bacteria then break down these organic compounds, which they need to survive, liberating a bi-product that includes electrons. These electrons are captured by conductive fibers inside the Moss Table and put to use. The technology therefore harnesses energy which would otherwise be wasted.

 

At present the moss application can generate about 50 milliwatts per square meter (10.8 sq ft) and scientists anticipate that future devices may be able to generate up to 3 watts per square meter. With the development of low-energy consumption laptops that could operate at as little as 1 watt (such as the XO-1 by Quanta Computer), it is anticipated that the future Moss Table could power a laptop for over 14 hours. Down the road, the BPV technology could also give rise to a range of self-sustaining organic-synthetic hybrid objects that would meet our daily needs in a clean and environmentally-friendly way.





적용사례

1. Moss table 





참고

[1] Chris Howe 캠브리지 대학 교수 홈페이지(http://www.bioc.cam.ac.uk/howe/about-the-lab/biological-photovoltaics-bpv) 

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2017. 07. 30 작성



  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Biological_photovoltaics [본문으로]

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국제에너지기구


[각주:1]

[각주:2]




1. IEA(International Energy Agency)

국제에너지기구(International Energy Agency, IEA)는 세계 최고 권위의 에너지기구이다. 


1973년 1차 석유위기 이후 OECD 회원국들의 석유위기 대응을 위해 설립된 IEA는 ‘세계에너지안보’라는 사명을 위해 활발히 활동하고 있다. 신뢰성있는 자료를 바탕으로 명성있는 전문가들에 의해 발간되는 ‘World Energy Outlook’은 전 세계 각국의 에너지 전문가들 사이에서 가장 중요한 자료로 활용되고 있다.



2. IRENA(International REnewable ENergy Agency)

IRANA는 신재생에너지의 활성화를 전 세계에 촉진시키기 위해 만들어진 기구로서 독일과 덴마크, 스페 인등이설립에 주도적인 역할을 하였다. 이들 국가는 모두 IEA의 회원국들로 IEA 내 신재생에너지에대한 입장과 활동에 불만을 느끼고 새로운 기구를 만들었다. 


기존 IEA의 회원국들의 주도로 새로운 에너지기구가 설립되었다는 것은 IEA의 권위가 상당히 손상되었음을 의미한다. IEA가 원자력과 화석연료 사용에 대한 회원국들의 합의를 이끌어내지 못하며 신뢰를 주지 못하고있는 것에 대한 반증이기 때문이다.


3. IEF(International Energy Forum)

IEF(International Energy Forum)는 에너지 생산국과 소비국 간의 대화의 장을 마련하기 위해 만들 어진 기구로서 IEA와 OPEC의 회원국들뿐만 아니라 양 기구에 가입되지 않은 중국, 인도, 브라질, 러시아 등이 가입되어 있어 총 89개국이 회원국으로 등록되어 있다. 


IEF 회원국들의 석유 및 가스의 공급량과 수요량은 전세계의 약 90%를 차지하기 때문에 전세계를 아우르는 에너지기구라고 볼 수 있다. IEF의 주요 목적과 활동은 에너지 생산국과 소비국들 간의 대화를 통해 에너지시장의 변동성을 줄이고 궁극적으로 세계 에너지안보를 보장하는 것이다. 이를 위해 2년에 한 번씩 각료회의(Ministerial Meeting)를 주관하는데 이는 세계에서 가장 큰 규모의 에너지각료회의가 되었다.



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2017. 07. 16 작성



  1. Global energy governance: a review and research agenda Thijs Van de Graaf & Jeff Colgan [본문으로]
  2. 국제에너지기구(IEA)의당면과제와 대응방향, 이대연, 에너지포커스 2013년 봄호, 에너지경제평가원 [본문으로]

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알카리메탈 순환을 이용한 열-전기변환기술 AMTEC


AMTEC(Alkali Metal Thermal to Electric Converter) 기술은 연료전지, 태양광셀, 열전모듈 및 금속유체를 이용하여 고온폐열, 태양열과 같은 열에너지를 직접 전기로 변환시키는 기술이다. 




우주용 전력생산의 응용뿐 만 아니라 지상용으로 개발이 신속히 이동하고 있으며, 지상용으로는 자가발전로, 열병합 발전 유니트, 고속 도로 위험표시 등, 휴대용과 장거리 전력 시스템에 광범위하게 사용 가능


1962년 미국 포드(ford)社에서 전기자동차의 전원공급장치로 활용하기 위해 Joseph T. Kummer가 처음 제안했고, 

1966년 Neil Weber와 함께 개발한 소듐열엔진(SHE, sodium heat engine)이 시초이다. 


1. 기술 개요

금속 지지체를 통한 고효율 AMTEC 발전 

고체 전해질이 금속 지지체에 막의 형태로 형성되어 있기 때문에 내부 압력을 높일 수 있어 운전압에 안정 성을 가지며 또한 열전환 발전의 운전 과정에서 발생하는 열충격에 내구성을 가지게 됨. 따라서 열 및 기계 적 충격에 강하여 열변환 발전 셀의 파손 위험이 작아지게 되고 내구성 및 안정성이 커지게 되고, 박막으로 형성하여 저항이 줄어들어 효율을 높일 수 있으며, 열변환 발전 셀을 사용하여 모터, 엔진, 구동부가 없는 발 전기 제작이 가능하고, 소음 발생이 적고 가벼우면서 경제성 있고 높은 효율을 갖는 발전기 제작이 가능함 


금속 지지체를 통한 고효율 AMTEC 발전 

•기술의 내용 : Alkali-metal thermal-to-electric converter(AMTEC) 열-전기 변환기술 개발을 위한 

 - 세라믹 소재 기반 AMTEC 유닛셀 제조기술 

 - 스택 및 모듈화 기술 

 - 시스템 설계 및 운전기술


• Na 증기는 저압영역의 응축기 내표면에서 냉각에 의해 응축되어 모세관윅에 의해 증발기로 이동하여 증 발기에서 다시 증기상태로 변하는 과정을 반복하게 되며 증발기의 온도는 900~1,100K 범위에 있고 응축 기의 온도는 500~600K가 되는 것이 일반적이며, AMTEC의 열변환 전기발생 효율은 40%까지 가능함


• AMTEC에서 전기를 생산하는 과정을 구체적으로 살펴보면, Na 증기가 열원에 의해 고온·고압인 증발기 에서 증기상태로 변하여 Na+이 베타 알루미나 고체전해질(Beta-Alumina Solid Electrolyte : BASE)로 통과하고, 자유전자들은 음극(anode)으로부터 전기부하로 통과하여 양극(cathode)으로 돌아와서 저온·저 압 영역의 베타 알루미나 고체전해질(Beta-Alumina Solid Electrolyte : BASE)의 표면에서 나오는 이온과 재결합하여 중성화되는 과정에서 전기를 발생함 


•기술의 용도 : 600~800℃의 열원을 직접 전기에너지로 변환해주는 발전기술


2. 기술특징 및 경쟁기술과의 차별성 

•Na 이온 전도성 beta-alumina를 전해질로 사용 

•고온부 증발된 Na이 다공성 윅의 모세관력에 의해 순환하여 재공급되는 원리를 이용함 

•모터, 터빈 및 피스톤과 같은 구동부 없이 열을 직접 전기로 변환 

•Na이 순환하여 열원만 있으면 별도의 충진 작업 없이 발전이 가능함


3. 단점 및 한계

열변환효율이 20%대로 낮고, (최고효율은 40%까지 가능하다고 보고 있음)

폐열회수용으로 경제성이 낮음. 


4. 작동원리

[각주:1]





참고문헌

[1] 한국에너지기술연구원 기술사업화실 기술소개 자료


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2017. 01. 18 작성



  1. http://www.mpoweruk.com/amtec.htm [본문으로]

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열음향 Thermal Acoustic 



1. 열음향 개요


소리에너지와 열에너지간의 상호작용에 대한 현상을 열음향(Thermal Acoustic)현상이라고 부른다. 


1777년 히긴스(Higgins)가 수소불꽃 실험을 하다가 음향진동 현상을 발견하였다. 긴 파이프의 한쪽 끝에 열을 가했을 때 파이프의 반대쪽에서 소리가 발생하는 현상을 발견하여 최초로 소개되었다. 


열음향 현상은 유리를 부는 직공들이 자주 접하였을 것이다. 찬 유리관을 뜨거운 유리관 옆에 놓을 때 소리가 나는 현상을 발견하고, 이러한 현상을 존트하우스(Sondhauss)가 처음으로 연구하여 한쪽 끝이 막힌 유리관을 존트하우스관(Soundhauss tube)라고 하였다. 이것은 최초의 열음향엔진으로 알려져 있다.  


이후에 존트하우스(Sondhauss),라이케(Rike) 등도 열에너지가 소리에너지로 변환되는 것을 확인하였다. 

최초의 열음향엔진으로 알려진 Soundhauss tube는 뜨거운 유리구가 차가운 유리관에 접촉될 때 음향효과를 발생하였다. 


1896년 Rayleigh 등에 의해 Sondhauss tube가 뜨거운 유리구가 차가운 유리관에 접촉될 때 발생하는 소리의 높고낮음에 대해 이론적인 연구가 이루어졌다.


정확한 해석은 20세기 중반에 이르러서야 타코니스(Taconis)에 의해 설명되었다. 

극 저온 냉동장치에서 가스가 주입된 관이 실 온도에서 극저온에 접근할 때 아주 큰 진폭을 갖는 진동이 발생하는 것을 Taconis진동이라고 한다. 


1954년 Clement 등에 의해 이 Taconis진동이 관찰되었고, 

1980년 Yazaki 등에 의해 계속적으로 Taconis진동이  연구되었다.


Carter와 그의 동료들이 Sondhauss관 내부에 스택(Stack)을 도입함으로써 효율을 개선하였으며,

Feldman의 박사논문 연구에서는 이에 근거하여 Sondhauss 진동기에 적판을 설치하여 600W의 열을 가하여 27W의 음향동력을 얻었으며, 열음향 현상을 실험 및 분석하였다. 




2. 열음향에 의한 냉각효과


1966년 Gifford 등은 밀폐관에 가스를 충진시켜 매우 낮은 주파수와 높은 진폭을 가진 압력진동을 가함으로서 온도변화를 발생시켜 관속에서 열 펌프작용이 발생하는 것을 규명하였다.

1975년 Merkli 등은 실린더 모양의 공명기에서 공진하는 가스의 진동 속도배 근처에서 온도저하 현상을 관찰하였다. 


1969년 Rott 등은 열음향 원동기와 열음향 냉동기에 대한 이론 연구를 수행하였으며, 

1983년 Wheatley 등에 의해 열음향 냉동기의 실용화 연구가 시작되었고 

1988년 Hofler는 음향냉동기에 대하여 특허를 출원하였다. Hofler는 냉동기의 실용화 연구에서 출력이 큰 중음 스피커를 사용하고,  10 기압의 헬륨 기체를 충진한 뒤 플라스틱 적판과 구리 열 교환기를 이용하여 500Hz로 공진시켜 영하  의 저온에 도달하였다. 

1992년 Swift는 대형 열음향 엔진의 성능을 분석하였다.




2.1. 냉동 원리


소리는 음파의 형태로 전파되는 파동이기 때문에 전파 시 매질의 진동을 유발한다. 

따라서 대기 중에서 전파되면 기체집단이 진행방향으로 진동하게 되는데 이로 인해 같은 공간 내에서 기체집단이 최대로 모이는 지점과 흩어지는 지점이 생기게 된다. 


이 두 지점은 각각 기체집단이 단열 압축하는 지점, 단열 팽창하는 지점으로 온도의 변화를 유도하게 된다. 

실제로 보통 수준의 대화(50-60dB)에 의해 발생되는 온도변화는 0.0001℃정도의 크기를 가지고 있다.


스피커를 통해 전기에너지를 음향에너지로 바꾼 후, 

열을 함유하고 있는 냉매를 단열팽창 및 수축하여 한쪽 방향으로 열을 이동시켜 원하는 온도차이를 얻을 수 있다.


   










3. 열음향 냉동기


증기 압축식냉동기는 CFC 계열의 냉매를 주로 사용하지만, 

열음향냉동기는 안정된 기체(헬륨, 아르곤, 질소 등)을 작동 유체로 사용한다. 


열음향 냉동기는 음향발생기(Speaker), 고온부와 저온부 한 쌍인 열교환기(Hot & Cold heat exchanger), 적판(Stack), 공명기(Resonator) 구성되어 증기압축식냉동기에 비해 간단하다. 



Heat + Resonator –> Sound = Prime Mover

Sound + Resonator –> Pumps Heat = Refrigerator


a: thermoacoustic prime mover,  b: thermoacoustic refirgerator 




온도변화의 과정에서 기체입자가 보유하고 있는 열은 공명관 내부에 다수의 박판으로 구성되어 있는 적판(stack)으로 전달되며, 이 열은 음파의 진행에 따라  음향발생기 쪽으로 이동하게 된다. 이렇게 전달된 열은 고온열교환기를 이용하여 외부로 방출시키면 저온열교환기에서는 저온을 얻을 수 있다.


음파는 종파인 압력파이므로 음파가 진행하는 방향으로 기체 압력이 주기적으로 변화하게 되며 이에 따라 기체의 단열압축과 단열팽창이 발생하게 된다. 이러한 단열압축 및 팽창은 기체의 온도변화를 동반하게 되는데 기체의 온도변화는 음압의 크기에 비례하며 이것이 적판에 개재되면 기체와 적판 사이에 일종의 열경계층이 존재하게 된다. 이 열경계층에서 기체의 입자 덩어리가 좌우 진동하면서 한 사이클을 행하는 동안 열량은 우측에서 좌측으로 이동하게 된다. 즉 온도구배를 거슬러 전달되는 열펌핑 역할이 수행되며, 이러한 기체의 입자들이 적판을 따라 연속되어 있다고 생각하면 열량은 동온도구배를 거슬러 인접한 기체 입자로 계속 전달된다. 이렇게 기체 입자들은 서로 열교환과 열전달을 하면서 고온부 열교환기에 열을 방출하고 저온부 열교환기에서 열을 흡수하며 이 과정에 의해 정상 상태에 도달할 때까지 계속 온도가 떨어지게 된다.





[1] 소리에너지를 이용한 소형냉동기 모델에 대한 연구, 김이삭, 이종주, 제 55회 전국과학전람회

[2] http://www.aster-thermoacoustics.com

[3] https://sites.google.com/site/professorarturjjaworski/thermoacoustics


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2016. 12. 21 작성



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제습시스템


제습시스템은 작동원리와 제습기능 소재에 따라

흡착식, 냉각식, 열전식, 고분자 분리막식 등으로 나눌 수 있다. 



1. 흡착식 제습시스템 (Desiccant dehumidifier)


흡착식 제습시스템은 수분과의 친화성 및 조해성을 갖고 있는 약품을 

필터나 제습로터에 함침시켜서 제습기구로 사용하고 있다. 

이 기구에서 직접적인 수분의 흡탈착이 발생하여, 건조한 공기를 생산하게 된다. 




액체 흡착식 제습시스템은

습공기로부터 수분을 제거하는 감습장치(Dehumidifier)와 수분을 흡수한 흡착제의 재사용을 위한 재생기(Renerator), 가열장치와 냉각장치 등으로 구성되어 있다. 


제습 로터의 로터 표면에 제습제가 함침되어 있어서 습윤한 공기의 수분을 흡착한다. 로터를 회전하여 온풍으로 가열하여 제습제를 재생한다. 


흡착식 제습시스템 효율에 영향을 미치는 요인은

유입 공기의 비열과 밀도, 제습 소재의 다공도, 유로의 형성과 수력지경, 유동방향 및 길이, 지름, 제습공기의 온습도 등이 있다. 이 중 흡착체의 고유특성이 가장 큰 영향을 미치게 된다. 


고체식 흡착제는 실리카겔, 활성알루미나, 제올라이트 등이 있고

액체식 흡작제는 염화리튬 수용액, 트리에틸렌글리콘 등이 있다. 



흡착식 제습시스템 장점

유출공기의 오염도가 낮음. 미생물과 세균에 대한 살균 효과가 있음. 고온의 재생공기를 사용하기 때문

불필요한 수분의 응축이 발생하지 않음.  건코일 방식 적용했기 때문. 

냉각식 제습시스템과 비교했을 때 상대적으로 운전비용 절감


흡착식 제습시스템 단점

건조공기의 오염이 발생 가능. 함친된 화학약품이 공기 중 수분과 화학반응하여 발생하는 부식성용매가 압축공기와 함께 외부로 누출되어 인체와 대기환경에 치명적인 해를 끼칠 수 있음.


따라서, 흡착식 시스템은 산업용 공조과정에서 저노점이 필요할 떄만 사용
                                                                                                                                                                     
2. 냉각식 제습시스템

냉각기 온도를 습공기 이슬점 이하로 낮춰 습공기에 포함되어 있는 수분을 응축시켜 분리

단점
공급공기의 온도가 필요 이상으로 낮아지는 경우
냉동기 저온부 온도가 낮을수록 냉동효율(COP)가 낮음

냉각기 흡착제 기능을 동시에 수행하는 하이브리드형 제습시스템이 대두됨


2.1. CO2 히트펌프식 데시칸트 제습기

저온 제습이 어려운 과냉각방식과 달리 노점온도 0도 이하에서도 제습이 가능하고
기존 흡착제습 방식에 비해 COP가 높아 재생열원에 필요한 에너지를 3분의 1로 이하로 절감할 수 있음. 





3. 열전 제습시스템

열전 제습시스템은 열에너지와 전기에너지 사이의 변환으로 제습이 이뤄짐. 
반도체 소자 양단에서 흡열과 방열과정을 통한 온도차이가 발생하면서 소재 내부의 carrier가 이동하게 되고, 기전력 발생과 동시에 온도차이로 인한 수분이 응축된다. 

주로 Seeback 효과, Peltier 효과, Tomson 효과를 사용한다. 


4. 고분자 분리막 모듈 제습시스템

친수성 및 소수성 특성이 있는 고분자 분리막을 이용하여 습공기가 포함하고 있는 수분을 제거함
판형, 중공사형(hollow fiber) 등 다양한 형태를 가지고 있음. 






장점
운전 소음이 적으며, 유지보수 비용이 적음
흡착제를 사용하지 않아 노후한 흡착물질로 인한 건조공기의 오염이 발생하지 않음

고분자 소재의 선택이 매우 중요.
고분자 분리막의 선택 시 요구되는 사항은 수분에 대한 선택성, 공기에 대한 투과성, 기계적 강도, 화학적 안정성, 내열성 등이 있다. 


제습분리막 투과이론
습윤한 공기가 제습모듈 내의 분리막을 통과할 때,
압력과 온도, 분리막의 기공의 구조에 크게 영향을 받음

Kundsen 확산, 표면 확산, 기공내의 응축, Porseuille 흐름 











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2016. 11. 15 작성



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페로브스카이트 태양전지 Perovskit Solar cell


페로브스카이트(perovskite)란?



사면체, 팔면체 또는 입방체의 결정구조를 가지는 물질로 

구성 원자에 따라 부도체·반도체·도체의 성질초전도 현상까지 보이는 금속 산화물 


- 러시아의 광물학자 Perovski 이름에서 유래되었으며, 1839년 러시아 우랄산맥에서 처음 발견되었음

- 열 안정성이 양호하고 광전기 전환 성능을 가지고 있어 생산이 용이하고, 일부 시제품은 반투명으로 구현되기도 함


유‧무기 하이브리드 태양전지의 새로운 광(光)흡수 물질로 각광받고 있는 페로브스카이트는 특유의 결정구조와 그에 따른 우수한 광흡수 특성 때문에 높은 광전변환효율(PCE, power conversion efficiency)을 보이고 있다. 광전변환효율이란, 빛을 받았을 때 전기를 얼마나 생성할 수 있는지를 나타내는 효율을 뜻한다. 


또한 태양전지로 응용시 이론적으로 효율이 최대 28%까지 가능하며, 연구개발을 시작한지 불과 5년 만에 3.8%에서 약 20%로 5배 가까이 효율이 상승하여 태양전지 소재로 촉망받고 있다. 또한 고분자에 비해 상대적으로 저렴하기 때문에 차세대 에너지소재로서 각광받고 있다. 


하지만 페로브스카이트는 특유의 결정성을 갖추기 위한 조건이 까다롭기 때문에, 매번 제작할 때마다 효율의 변동이 큰 단점을 지니고 있다. 그러나 페로브스카이트의 결정성을 조절하고 균일한 박막을 얻어낼 수 있다면 이러한 재현성 문제를 해결할 수 있다. 결정성은 물질을 이루고 있는 구성요소가 얼마나 규칙적으로 배열되어 있는지를 말한다. 



ㅇ 미국 노스웨스턴大에서는 유독성인 납(Pb)을 사용하는 한계를 극복하기 위해 주석(Sn)을 사용한 태양 전지 개발을 연구 중


- 또한 습기에 의해 쉽게 부식되는 특성을 가져 내식처리가 필요한데 이에 소요되는 비용을 절감하기 위한 연구를 추진 중임 












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2016. 01. 16 작성




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Strawscraper



STRAWSCRAPER – an urban power plant


STRAWSCRAPER is an extension of Söder Torn on Södermalm in Stockholm. With its new energy producing shell covered in straws the building can now recover wind energy and thus works as an urban powerplant. What was originally planned to become a building of 40 flights became 26. Söder Torn was finalized in 1997, however, the architect Henning Larsen had already left the contract after having lost influence over the design of the tower.

Belatchew Arkitekter wants to give Söder Torn its original proportions and at the same time explore new techniques that could create the urban wind farm of the future. By using piezoelectric technology a large number of thin straws can produce electricity merely through small movements generated by the wind. The result is a new kind of wind power plant that opens up possibilities of how buildings can produce energy. With the help of this technique, surfaces on both old and new buildings can be transformed into energy producing entities.  Furthermore, an additional aspect is revealed when the constant movement of the straws creates an undulating landscape on the facades. What is usually considered to be the most static of all things, the building, suddenly comes alive and the construction gives the impression of a body that is breathing. The straws swaying in the wind gives the building a constantly changing facade further reinforced at nighttime with lighting in changing colors.




The straws of the facade consist of a composite material with piezoelectric properties that can turn motion into electrical energy. Piezoelectricity is created when the deformation of certain crystals is transformed into electricity. The technique has advantages when compared to traditional wind turbines since it is quiet and does not disturb wildlife.  It is operable at low wind velocity since only a light breeze is sufficient for the straws to start swaying and generate energy. The existing premise on top of the building is replaced with a public floor with room for a restaurant. The new extension creates, apart from the energy producing shell, room for the citizens with the possibility to reach a lookout platform at the very top of the tower. Here you will be able to enjoy an unmatched view of Stockholm.


###Belatchew Labs
















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2016. 01. 10 작성



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더치 윈드휠 Dutch Windwheel



정전기 방식 풍력-에너지 변환기가 물과 전기장을 이용해 바람을 곧바로 전류로 변환한다.

연구초기 단계라 데스크톤 사이즈의 시제품은 생산한 전력은 12.5 mW 뿐이다. 

효율도 3%에 불과하다. 


2020년 로테르담 174m 높이의 초대형 더치 윈드휠 1 MW의 전력을 생산하는 이 풍력발전기는 주거와 사무용 빌딩으로 활용될 예정이다. 



더치 윈드휠은 운하 위에 터를 잡은 고리 모양의 대형 구조물 2개로 구성된다. 


내측 링 (inner ring)

이중 내측의 링 구조물은 유리와 강철 프레임으로 외관을 제적해 도시의 전망을 만끽할 수 있도록 설계되었다. 이곳에는 7층 호텔과 레스토랑, 72채의 아파트, 사무실이 들어설 예정이다. 


외측 링

외측의 링 구조물은 대관람차처럼 천천히 회전한다.

때문에 이곳에 마련될 40개의 주거공간에 거주하는 사람들은 로테르담을 한눈에 내려다 볼 수 있다. 또한 운하 수면 아래로 가볼 수도 있다. 


펌프

더치 윈드휠은 운하의 물을 펌프로 끌어올려 정전기실 풍력-에너지 변환기에 투입한다.

강물이 아닌 바닷물이나 빗물 저장조의 물로도 작동된다.


정전 분무기

수평으로 설치된 빔이 윈드휠의 중심을 가로질러 뻗어 있다. 

이 빔을 따라 설치된 수천 개의 노즐이 양(+)으로 대전된 물 분자를 공기 중으로 분무한다. 바람이 빔의 고전압 전기장 쪽으로 이 물 분자를 밀어내면 음전하가 생긴다. 


충전시스템

전기가 방전되면서 음전하가 전류를 발전시킨다. 마치 뇌운(雷雲) 속에 축적된 음전하가 번개를 통해 지면에 내리 꽂히는 것과 같다. 이 전류를 직류 또는 교류로 변환해 윈듸휠 내부에서 사용하거나 베터리에 저장한다.


조명과 난방

링 외부에 부착된 태양전지가 추가 전력을 생산한다. 또한 로테르담 항구에서 나오는 산업 페열을 끌어와 난방열로 활용한다. 








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2015. 01. 10 작성



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4방밸브 


히트펌프의 압축기에서 토출된 냉매가 흐르는 방향을 바꿔서 난방모드와 냉방모드를 변환시켜주는 밸브. 


[각주:1]






4방벨브는 2개의 피스톤과 1개의 슬라이드밸브가 있으며 연결봉으로 연결되어있다.


전자코일에 전류가 흐려보내 파일럿밸브(위 빗금친 부분)를 위치를 제어한다. 

파일럿밸브의 위치에 따라 본체의 피스톤 뒤쪽 실린더에 유입되는 냉매의 압력이 달라진다. 

피스톤이 한쪽으로 밀리면서, 압축기 토출 냉매의 방향이 결정된다. 


압축기 노출 냉매가 사방벨브의 피스톤을 지나

실내 열교환기로 향하면 난방모드, 실외 열교환기로 향하면 냉방모드가 된다.  







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2015. 12. 26 작성


  1. http://m.blog.daum.net/youngyonghokim/3178 [본문으로]

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흡수식 냉온수기의 관리




계면활성제

표면장력 감소, 전열성능 향상, 배관의 부식을 방지, 용액 및 냉매가 전열관 표면에 균일하게 젖도록 하기 위해 사용

노말 옥틸 알코올(일중효용 방식), 2-에틸 헥실 알콜(이중효용 방식)

충전량은 보통 0.1~0.2 질량%으로 용액과 함께 충진한다.




결정화

듀링선도 (Duhring Diagram)


진공관리 (불응축가스의 영향)




부식관리

흡수식냉동기 흡수식냉온수기는 운전시간에 따라 기계내부에 봉입되어 있는 리튬브로마이드, 수용액에 의해 기계본체를 형성하고 있는 철이나 구리등의 금속이 서서히 부식되어 용출하기시작한다.

흡수액(LiBr) 은 금속을 부식시키는 성질이 있기 때문에 부식억제제 부식억제제(인히비터, inhibitor)가 첨가된다.
인히비터 (크롬산리튬, 몰리브덴산리튬, 질산리튬)와 물, 철의 반응에 의해 기재의 표면에 방청피막(Fe3O4)이 형성되어 기재의 부식을 방지한다.
그러나 장시간의 운전 고부하 운전이 원인이 되어 흡수액 중의 철, 동의 이온과 피막의 박리생성물이 재차 증가되고, 오염이 발생한다.


[각주:2]

이러한 불순물이 증가됨에 따라 다음과 같은 대표적인 여러 문제가 발생하게 된다.

1) 열교환기 튜브의 오염 및 막힘 현상
2) 스프레이 노즐의 오염 및 막힘 현상
3) 스트레이너 구멍의 오염 및 막힘 현상
4) 흡수액 접촉면의 부식
5) 펌프 임펠라 베어링의 마모 및 동부착
6) 냉동 효율의 저하
7) 용액 유로 저항의 증가
8) 장비 수명의 단축
9) (H2 불응축 가스) 다량 발생


이를 해결하기 위해 
흡수액 정제 장치를 설치하여 해결한다.


부식억제제


부식 억제제에는 크롬산 리튬, 몰리브덴 리튬, 질산 리튬으로 크게 3가지 종류가 있다. 

크롬산 리튬은 산화력이 강하고 견고한 방식피막이 형성되면 방식효과가 커진다. 그러나 악조건이 심해지면 공식을 발생시켜 중대한 문제를 발생시킨다. 
크롬산 리튬이 주로 사용되었지만 환경에 악영향을 미치는 문제로 최근 몰리브데산 리튬로 대체되고 있다. 

 부식 억제제

 화학식

특징 

 크롬산 리튬

 


양호한 방식피막을 형성하여 부식반응을 억제하므로, 부식에 수반하는 수소의 발생이 적다. 

악조건이 심하면 공식을 발생한다.

 몰리브덴 리튬

 

내공식성에 뛰어나지만, 다른 부식억제제에 비하면 부식에 수반하는 수소발생이 많다.

 질산 리튬

 

부식에 수반하는 수소발생이 적지만, 첨가할수록 공식이 발생한다. 









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2015. 11. 16 작성


  1. http://goo.gl/cdKK98 [본문으로]
  2. (주) 아이스맥스 흡수액 정제 장치 PDF 자료 http://www.icemax.co.kr/document/%EA%B8%B0%EC%88%A0%EC%9E%90%EB%A3%8C.pdf [본문으로]

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