수년에 걸쳐 여러 가지 진보되고 효율적이며 더욱 강력한 동력 옵션이 도입되면서 증기 엔진 기술이 크게 가려졌습니다. 그러나 이는 처음 등장했을 때 단순한 자동차 엔진부터 전체 열차 및 상업용 선박에 이르기까지 모든 것에 전력을 공급하는 데 도움이 된 혁신적인 기술이었습니다. 그러나 증기 기관에는 작동을 위해 지속적으로 노동력에 의존하고 유지 관리 비용이 증가하며 이로 인해 발생하는 배출 가스와 같은 고유한 단점이 있었습니다. 복잡한 작동과 문제로 인해 대부분의 증기 기관은 더 이상 사용되지 않습니다.
기존 증기 기관의 기술 발전으로 인해 기술이 여러 가지로 발전했으며 각각은 이전보다 조금 더 나아졌습니다. 주목할만한 발전 중 하나는 미국 엔지니어 Abner Doble이 개발한 엔진이었습니다. 견고하고 실용적인 것으로 간주되는 Doble 디자인의 가장 독특한 요소 중 하나는 배기에서 나오는 증기가 메인 어셈블리로 방향이 바뀌어 물로 변환되어 결과적으로 더 많은 전력을 생성한다는 것입니다. 또한 시스템은 증기 압력과 온도에 반응하여 그에 따라 공급 펌프와 버너를 제어했습니다.
어느 시점에서 그의 발명품은 너무 유명해져서 증기기관차는 물론 심지어 버스에도 장착될 정도였습니다. 그 후 몇 년 동안 여러 회사에서 이 기술을 개발하고 새로운 시스템을 개발했습니다. 예를 들어, Sentinel Waggon Works의 수관 보일러는 관을 외부에서 가열하는 설계로 철도 분야에서 큰 인기를 끌었습니다. 마찬가지로, André Chapelon과 Livion Dante Porta의 발명은 1940년대 후반과 1950년대 현대 증기 기관차를 추진했습니다.
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현대 증기기관의 실제 기능 살펴보기
첨단 증기 기술은 단일 메커니즘이 아니라 수년에 걸쳐 이루어진 일련의 발전입니다. 첨단 기술의 주요 장점 중 하나는 연소와 동력 전달 메커니즘이 분리된다는 것입니다. 이는 시스템의 과도한 누출과 손실을 최소화하는 동시에 생성되는 전체 소음과 일산화탄소 및 아산화질소와 같은 유해 가스를 줄이는 데 도움이 되었습니다.
Newcomen이 개발한 증기 기관은 당시로서는 놀라운 것이었지만 개선의 여지도 많았습니다. 비효율성을 보완하기 위해 최신 설계에서는 이전 설계의 선형 운동 대신 회전 운동을 활용했습니다. 피스톤을 아래로 내리는 대기압의 능력은 작동 중 플라이휠, 크랭크샤프트 및 로드의 사용으로 인해 제한됩니다. 대신 역행정은 실린더의 입구와 출구를 제어하는 밸브를 통해 증기에 의해 제어되거나 대형 기계의 경우 다중 실린더로 제어됩니다.
밸브는 캠에 의해 제어되며, 이로 인해 엔진은 하나가 아닌 엔진의 두 행정 모두에서 작동하게 됩니다. 또한, 배기가스에서 빠져나가는 과잉 전력은 증기를 물로 변환하는 파이프를 통해 다시 실린더에 연결되고, 외부 가열 메커니즘을 통해 다시 가열되어 핵심 시스템에 다시 전력을 공급합니다. 이 시스템은 Union Pacific Big Boy를 포함한 많은 현대 기관차의 핵심이었습니다.
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오늘날의 증기기관 기술은 기관차에 동력을 공급하고 전기 생산에도 도움을 줄 수 있습니다.
첨단 증기 기술이 많은 산업에 영향을 미쳤지만 가장 큰 영향을 미친 산업은 철도였습니다. 증기 기관으로 운행되는 여러 현대식 기관차는 시간이 지나면서 점점 더 좋아졌습니다. 기관차 측면에서 증기 기술의 가장 유명한 사례 중 하나는 5AT 프로젝트였습니다. 증기 시스템의 전체 범위, 속도 및 출력을 개선하기 위해 1960년대에 발생한 모든 기술 발전을 통합한 증기 기관차를 만드는 것이 목표였습니다.
2001년부터 시작된 이 사업은 재정과 지원 부족으로 2012년 중단됐다. 그러나 같은 팀의 구성원들은 ASTS(Advanced Steam Traction Trust)라는 기치 아래 계속해서 운영하면서 증기 기관차의 성능 향상, 유해 배출물 감소, 시스템 경제성 유지라는 이전 목표를 추구하고 있습니다.
21세기 증기 기술은 단순히 자동차와 기관차에 전력을 공급하는 것에서 훨씬 더 발전했습니다. 증기 기술은 다른 발전원과 결합하여 엄청난 양의 전기를 생산할 수 있습니다. 예를 들어, 프랑스 재생 에너지 회사인 Exoès가 특허를 취득한 SHAPE(Sustainable Heat and Power Engine)라는 시스템은 태양열, 화석 또는 바이오매스를 열 생성원으로 활용할 수 있습니다. 마찰 손실을 크게 줄이는 랭킨 엔진을 탑재해 열과 전기를 동시에 생산할 수 있다.
시스템의 초기 단계에서는 거울을 사용하여 태양 광선을 집중시켜 더 높은 온도를 얻습니다. 온도가 상승하면 작동 유체가 가열되고, 이 증기는 가압 증기로 변환되어 교류 발전기를 통해 전기를 생산하는 데 사용됩니다. 배출구의 증기는 열 교환기를 통해 물로 변환된 후 다시 태양열 분야로 전달됩니다. 태양열 섹션은 다시 액체를 기화시켜 주 엔진으로 추진합니다.
SHAPE는 현재 고정식 시스템에서만 작동하도록 제한되어 있으므로 중형 국내 및 산업용 애플리케이션에 활용될 수 있습니다. 그러나 메커니즘을 약간만 수정하면 가까운 미래에 자동차와 기관차에 통합될 수 있습니다.
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