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개발동향

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개발동향 상세정보 게시판
분류 [측정분석장비] 환경오염측정분석장비기술
과제명 PCM 나노복합소재 기반 능동형 냉각시스템 요소기술 개발
연구기관 한국철도기술연구원
연구기간 2017.12.23.~2019.07.22.
연구비 766,000 천원
핵심키워드 상변화물질, 나노소재, 능동형 냉각시스템, 에너지 순환, 철도차량
요약

연구목적 및 필요성

 O 경량화 및 지능화를 위해서 새롭게 개발되고 있는 집적화된 추진 시스템 및 고도화된 시스템이 도입됨에 따라 더욱 많은 에너지 소요가 발생하고 있으며, 특히 시스템의 에너지 변환효율을 높임과 동시에 작동온도에 대한 제한사항을 유지하고 시스템의 온도 균일성을 보장하는 것은 시스템의 안정적인 운영에 필수적임

 O 기존 강제냉각 방식의 경우, 열교환 매체의 강제순환에 따른 에너지 소모 및 그에 따른 추가설비의 설치에 따른 철도차량 내 공간 제약 문제 발생

 O 철도차량의 주요 전장품 내 반도체 소자 및 전자기기의 손상 방지를 위해 공랭식 냉각 기술이 사용되고 있으나 냉각효율이 낮음. 냉각시스템의 고장은 시스템의 동작을 일시에 정지시켜 사용자의 안전을 위협할 수 있으며, 특히 고열환경에서의 시스템의 운영은 시스템의 열적 피로를 주기적으로 일으켜 시스템의 수명을 단축하게 함

 O 이에 본연구는 철도 차량에 적용된 기존 냉각시스템을 보완하고, 높은 냉각 효율(시스템 공간 차지 대비 냉각 성능)을 가지는 PCM(Phase Change Material) 복합소재를 적용한 철도차량용 냉각장치의 요소기술 개발이 목적임

 

연구 내용 및 범위

 O PCM 나노복합소재 적용 냉각장치 적용기술 개발

 O 개발 냉각장치 성능 평가기술 개발

 O PCM 나노복합소재 합성 공정기술 개발

연구성과

연구결과

 O 철도차량용 급속?고발열 전장품의 열환경 분석기법 정립과 국내 최초로 시도된 PCM기반 복합소재를 적용한 능동냉각시스템의 설계기술 정립

 O 철도 현장에서 효용성, 효과성이 있는 능동냉각 기술을 적용하기 위한 PCM 기반 복합소재 냉각장치의 요소기술 개발 및 성능평가 기술 개발

 O 밀폐구조 내 급속?고발열 특성을 가진 전장품 냉각 시 열성능지수 20% 이상 향상, 설치공간 10% 축소 가능한 PCM 적용 냉각장치 요소기술 개발

 O PCM 기반 복합소재 요소기술을 급속?고발열 전장품 냉각장치에 적용 및 성능 확인을 통해 실제 현장 적용이 가능한 냉각모델(시작품 포함) 개발

 O 다품종 소량생산 특성 상 해외 전장품 제조공급사의 설계에 의존해온 철도차량용 히트싱크 장치의 독자적 핵심 설계기술 개발 및 경험 축적

 

활용계획

 O 장착공간/중량 제약을 받고 충격적 열로 인한 열 소손, 성능저하 방지가 필수로 요구되는 급속?고발열 전장품의 가혹환경 냉각장치 설계에 활용

 O 급속?충격 발열(Impact Heat)로 고가?고기능 전장품의 열 소손, 기능 저하방지가 필수인 철도 전력설비의 급속 열충격 완화?냉각장치 설계에 활용

 O ESS(Energy Storage System에너지 저장장치) Stack 등 밀폐구조 내에 급속?과발열형 전장품 충격열의 완화 또는 발화를 막을 냉각장치에 활용

 O 수소 철도차량, 수소 전기자동차의 밀폐공간 탑재조건을 가진 고발열전장품?배터리 등 급속?충격열 완충이 요구되는 능동냉각장치에 활용

 O 산업용 터보 블로워 인버터, 태양광발전 시스템 인버터 및 UPS 무정전 전원 시스템, 인버터 전력변환형 엘리베이터, 대형 변압기용 냉각장치에 활용

 

주요성과

 O 보고서 1

 O 논문 게재 2

 O 특허출원 4

첨부파일 PCM_나노복합소재_기반_능동형_냉각시스템_요소기술_개발.pdf
출처 국토교통과학기술진흥원
등록일 2020-11-20

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