카르노사이클 내연기관과 외연기관

소개글

카르노사이클 내연기관과 외연기관에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 카르노사이클 [Carnot cycle]

2. 내연기관 [內燃機關, internal combustion engine]

3. 외연기관 [外燃機關, external combustion engine]

4. 내연기관과 외연기관의 차이점

5. 참고 자료

본문내용

에 비교적 비정제된 연료를 사용할 수 있다. 이렇게 디젤엔진은 저급연료도 사용이 가능하므로 연료비가 적게 드는 장점이 있다. 반면, 마력당 중량, 초기비용, 대기오염물질과 냄새의 방출, 작동소음이나 진동 등이 크다는 단점이 있다.
외연기관 [外燃機關, external combustion engine]
보일러 또는 가열기의 전열면(傳熱面)을 통해서 가열된 작동유체(作動流體：물 또는 기체)에 의해 동력을 일으키도록 하는 열기관이다.
기관의 몸체와는 별도로 연소장치를 가지고 있기 때문에 비교적 나쁜 연료를 이용할 수 있으나, 대개 전열효율이 나쁘고 대형이다. 증기기관 ·증기터빈 ·클로즈드 가스터빈 등이 대표적인 예이다.
■ 증기 기관
고압증기의 정적압력(靜的壓力)을 실린더 내의 피스톤에 작용시켜 피스톤의 상하 왕복운동을 동력으로 사용한다.
기록에 나타난 최초의 증기기관은 1세기경 헤론이 발명한 아에올리스의 공이다. 하지만 증기기관이 실용적인 목적으로 사용된 것은 산업혁명 시기까지 미뤄진다. 1698년 영국의 T. 세이버리는 증기를 응축시킬 때 발생하는 기압차를 이용한 펌프를 만들어 특허를 받았다. 이후 영국에서는 방적기계·직물기계 등이 급속히 발달하여 공업이 점차 발전하게 되고, 인구의 증가 등의 요인으로 석탄의 채굴이 활발해지고, 점점 깊은 갱도가 개발되면서 지하수의 배수에도 어려움을 겪게 되자 펌프를 구동(驅動)하는 강력한 동력이 요구되었다. 1712년 T.뉴커먼은 실린더 내에 증기를 도입하여 피스톤을 상승시키고 증기가 냉각하면 실린더 내의 압력이 저하되어 피스톤을 대기압으로 내리누르는 대기압 증기기관을 만들었다.
글래스고대학의 수리공장에 근무하던 J.와트는 뉴커먼의 대기압 증기기관의 수리를 의뢰받고 성능개선에 노력한 결과 증기를 실린더 내에서 응고시키지 않고 다른 용기(응축기)에 이끌어서 응고시켜 피스톤을 대기압이 아닌 증기압력으로 구동하는 발명을 하여 오늘날 증기기관의 기초를 구축하였다. 와트는 각 행정간에 불필요한 가열과 방열을 줄이고, 피스톤의 상하운동을 모두 동력에 활용한 복동식 기관을 개발하여 이전보다 훨씬 효율적인 증기기관을 만들었다. 이후 와트는 차동톱니바퀴를 이용한 플라이휠을 이용하여 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 바꾸는 장치를 고안하였다. 이로부터 증기기관은 단순한 배수펌프 뿐만 아니라 일반적인 동력원으로써 널리 쓰이기 시작하였다.
증기기관은 이후에도 많은 변화가 있었고 동작제어를 위한 복잡한 밸브 등이 추가되었지만 기본적으로 다른 열기관에 비해서는 훨씬 간단한 구조를 갖고 있어 취급이 쉽고 고장도 적은 편이다. 또 고압증기를 이용하므로 시동시 회전력이 강하고 저속에서도 큰 힘을 발휘하는 장점이 있다. 하지만 열효율이 비교적 떨어지고 고속 회전이 어려우며 보일러, 복수기 등이 필요하여 소형화에는 다소 무리가 있다.
■ 증기 터빈
보일러에서 발생시킨 고온고압의 증기를 노즐 또는 고정된 날개로부터 분출·팽창시켜 나온 고속의 증기류(蒸氣流)를 회전하는 터빈 날개에 부딪쳐서 그 충동작용 또는 반동작용에 의하여 축을 회전시키는 것이다. 따라서 증기터빈은 증기가 가지는 열에너지를 속도에너지로 바꾸기 위한 노즐과 속도에너지를 기계적 일로 바꾸기 위한 터빈 날개를 바탕으로 하여 구성되어 있다. 노즐과 터빈 날개의 한 조를 터빈의 단(段)이라고 한다.
증기터빈은 이러한 단을 여러 개 나란히 배열하여 구성되어 있다. 보일러로부터 보내 오는 고압증기는 조절밸브를 지나 증기실로 들어가고 여기서부터 팽창하면서 각 단을 통과하여 배기실로 나간다. 회전부는 터빈축·임펠러 및 터빈날개로 되어 있다. 임펠러는 터빈축에 장치되어 차실(車室)에 수용되고 축은 차실 밖의 베어링에 지지된다. 터빈축이 차실을 관통하는 곳에는 증기의 누설을 방지하기 위하여 래버린스 패킹과 같은 밀봉패킹이 있다. 차실을 나온 증기는 복수기(復水器) 복수기 :　응축기의 일종이다. 복수기는 밀폐된 용기로 되어 있으며, 공급되는 냉각수에 의해 흘러들어오는 증기의 증발열(蒸發熱)을 빼앗아 증기를 물로 환원시키는 작용을 한다.
로 들어가 여기서 냉각되어 물이 된다. 이 물은 다시 급수펌프로 보일러에 되돌려진다.
노즐은 각 단마다 설치되는 칸막이판 속에 고정되어 있다. 터빈의 단에는 터빈날개를 충동력만으로 구동하는 것과 충동력과 반동력의 양쪽에 의하여 구동하는 것이 있다. 전자를 충동단, 후자를 반동단(反動段)이라고 한다. 그리고 충동단만으로 이루어진 터빈을 충동터빈, 반동단만으로 이루어진 터빈을 반동터빈이라고 한다.
■ 가스 터빈
기본적인 요소로서 압축기(壓縮機)·연소기·터빈으로 이루어져 있다. 가스터빈은 압축기로 공기를 압축하고 압축된 공기를 연소실로 이끌어, 여기서 연료를 분산해서 연소시킨다. 이때 생긴 고온 ·고압의 가스를 터빈에 내뿜으면서 팽창시켜 터빈을 회전시킨다. 보통 압축기와 터빈은 직접 또는 간접적으로 1개의 축으로 연결되어 있는데, 압축기를 가동시키는 동력은 터빈에서 발생하는 출력의 25~30%를 사용한다. 따라서 가스터빈으로 발전기 ·프로펠러 등을 회전시키는 출력은 터빈에서 발생하는 출력에서 압축기를 가동시키는 데 소요되는 출력을 뺀 것이 된다.
내연기관과 외연기관의 차이점
- 외연기관에 비교한 내연기관의 장단점 -
(가) 장점
- 연료소비율이 적고, 열효율이 높다.
- 단위질량당의 출력이 크다.
- 부하변동에 순응하는 출력을 얻을 수 있다.
- 기관의 시동, 정지 및 속도 조정이 쉬우며 정지 후 연료손실이 없다.
- 시동 후 전부하 도달시간이 짧다.
- 출력에 비해 소형경량으로 제작할 수 있어 운반성이 좋다.
(나) 단점
- 진동, 소음이 크다.
- 자기기동(self starting)이 불가능하다.
- 체적형인 경우 피스톤에 의한 진동이 있다.
- 저속운전이 어렵고, 관성질량이 큰 플라이휠이 필요하다.
- 윤활 및 냉각에 주의해야 한다.
- 저질 연료의 사용이 어렵다.
참고 자료
― http://www.peaceone.net/basic/basic.html
― http://blog.naver.com/donghoonc
― 네이버 백과 사전
― 내연기과 / 김관저 등 공저 / 골든벨

키워드

내연,   기관,   사이클,   카르노,   외연,   차이,   carnot,   cycle