매직사이언스 4월 모임-스털링 엔진외

오전에 과학교육원에 아두니오활용연수에 참여한 후에 매직사이언스 4월모임으로 달려갔다. 

신과수샘인 전준관샘도 모임에 같이 참여하기로 하여 같이 갔다. 

모임장소인 안산공고에는 국가 자격시험중이라 차가 꽉 차있었다. 

근처에서 전샘과 국수 한그릇 먹고 모임에 참여하였다. 

오늘은 원래는 아두니오를 이용한 드론 제작을 하려고 하였으나 미리 준비가 안된 관계로 자연스럽게 수업에 대한 여러가지 이야기를 나누었다. 그리고 전준관샘이 새로 회원으로 오셔서 본인의 수업이야기를 해주시는 시간도 가졌다.

바디퍼커션이라는 수업방법인데 나는 한 번도 해보지 않은 방법으로 저것도 과학수업이야? 하는 생각도 들기는 했다.

학생들이 재미있게 공부할 수 있겠구나 하는 생각은 했지만...ㅎㅎ

https://youtu.be/X0_RpjcL9BM

https://youtu.be/hvKX9km095g

그리고 회장님의 스털링 엔진 만들기 활동을 했다.

직접 만드는 것은 다음달에 하기로 하고 오늘은 그 원리를 생각해보고 시범실험을 해보는 것으로...

스털링 기관은 열역학 이론상 가장 높은 열효율을 가지며, 또 연소할 때 폭발행정이 없기 때문에 엔진의 진동, 소음이 낮다. 또한, 외연기관이기 때문에 화석연료뿐 아니라 석유, 천연가스를 비롯하여 목질계 연료, 공장 폐열, 태양열 등 모든 열원을 이용할 수 있는 열기관이다.

스털링 기관의 원리는 1816년 영국의 목사 스털링이 고안한 것으로 알려져 있다. 그러나 증기기관과 내연기관의 급속한 발전으로 빛을 받지 못하다가 근래에 와서 관련기술, 특히 내열재료(내열재료)와 실(seal) 기술의 발전, 그리고 에너지절약과 대체에너지의 중요성이 강조되면서 다시 개발되기 시작했다. 고효율성이라는 특징을 살린 소형발전기, 연료의 다양성이라는 특징을 활용한 바이오매스 또는 폐열을 이용하는 시스템을 실현할 수 있는 엔진으로 기대를 모으고 있다.

• 장점 - 고온 뿐 아니라 저온까지 이용할 수 있는 유일한 온도차 엔진이다. 온도차가 존재하면 스털링 기관이 작동하여 운동에너지를 만들 수 있기 때문에 주로 사용되고 있는 화석연료뿐만 아니라 태양열, 지열과 같은 다양한 연료 뿐 아니라 차가운 대기 등의 주변 조건까지 이용할 수 있다. 이론상 가장 높은 열효율을 달성할 수 있고, 개발 가능성이 높으며, 폐쇄 사이클로 환경친화성이 높고, 일반적인 내연기관과 구성 재료가 동일하여 재활용 등에서 별도의 오염을 생성하는 것이 적다.

• 단점 - 전체적으로 개발이 부족한 엔진으로 장기적인 안목의 개발 노력이 필요하다. 개발 노력하에서 어려운 것은 하나를 개선하면 하나의 특성이 하락하는 등, 상반된 조건들을 성능개선의 특징으로 하는 것으로 구성부의 한쪽은 고온이며, 한쪽은 저온으로 시스템 내의 온도 변화가 크고, 시스템의 효율 상승을 위하여 누설이 쉬운 헬륨, 수소등 저 분자량 가스를 사용해야 하므로 밀봉(sealing)이 어려운점, 효율을 높이기 위해 고압을 사용해야 하는점 등 재료학적 측면에서 극한의 조건을 수반하여 전략적이거나 고가의 합금을 이용해야 하는 등 상용화를 제약하는 어려움들이 있다. 더불어 대안적인 기술과 경합하므로 투입되는 노력 대비 획득할 수 있는 성과 부분에서 새로 등장한 기술(연료전지, 수소엔진, 초임계 CO2 발전 등등) 등과의 경합에서 한물 간 기술로 취급되어 각국의 정부 지원이 거의 없는 실정이다.