< 궤도 차량 >
1825년 영국에서 처음 궤도를 주행한 기적의 증기기관차가 당시 선진제국의 산업혁명의 진행을 가속화했다. 특히 국내에서는 경제개발계획 1차 연도 이후 점차 산업이 고도화되고, 대량생산 시대로 접어들면서 대량수송성, 안전성, 정시성 및 환경보전 등 여러 면에서 궤도차량의 역할이 증대되고 있으며 점차로 고속열차의 개발에 주력하게 되었다. 따라서 국내의 궤도차량 제조기술(증기 및 디젤 동력기관차, 고속전철 및 자기 부상 차)의 원리와 시스템을 중심으로 논하였다.
1. 원리와 구성
19세기 초중반에 증기기관차가 발명된 이래 20세기 초반에 이르기까지 주요 교통수단의 많은 부분을 철도교통이 담당해 왔다. 여기에는 20세기에 접어들어 세계도처에 도로상의 자동차와 인한 교통 문제의 심각성과 항공산업의 구조적 제한성, 그리고 두 차례에 걸친 에너지 파동으로 장애요인이 대두되면서 이러한 문제 해결을 위하여 수송원가, 효율성, 안전성, 신속성, 대량수송성 등의 장점을 가진 철도 교통이 재평가되기에 이르렀다.
우리나라의 철도는 경인선 구간(1899년 9월 18일)을 시작으로 하여 국민 교통이 되었다. 경인선 개통 이후 경부선(경의선, 경원선) 및 호남선로가 연차적으로 개설되면서 철도화 시대가 되었고, 대기업에서 철도차량의 차체와 디젤 동력 구동장치의 생산이 가능해지면서 급속히 발전하였다.
유럽각국의 철도차량에 대한 최근 연구개발의 동향을 보면 크게 두 가지로 분류된다. 첫째, 차량의 경량화로 신소재를 이용하여 차체 중량의 20~50%를 줄여 수송력을 증대하며 운용상의 경비를 절감하고 있다. 둘째, 대차의 성능 향상의 위한 노력이다. 선회주행 시 인위적으로 대차의 원활한 운동을 유도함으로써 차륜의 마모와 운동 특성을 향상하는 조향 형식의 개발을 들 수 있다. 이외에도 유지보수의 절감과 제품 수명을 향상하는 노력과 차량의 운행을 위한 제어시스템의 진일보한 방식인 ATC(Auto-matic train control with on-board train location)가 이미 사용화 단계에 이르렀다.
고속철도는 다른 교통수단이 공유하지 않는 전용노선을 가지며, 고가속, 고감 속 특성, 총괄 제어 기구를 갖춘 철도이며, 열차의 고밀도 운행과 고속, 대량수송의 능력으로 도시와 도시 사이, 도시와 주변 교통을 효율적으로 처리하는 교통수단으로 정의될 수 있다.
주요 구성은 다음과 같다. 동력공급장치, 주행장치, 운행 제어장치 등이 있다. 해외의 자기 부상 열차 발전 및 실용화 과정을 보면 1960년대는 태동기로 제임스 파웰이 구상하였으며, 70년대는 개발의 열기가 성숙기에 접어들었고, 80년대는 실험기로 원리 및 설계된 장치를 핵심 기술이 뒷받침되어 90년대 접어들면서 실용화할 수 있게 되었다. 자기 부상 열차는 자석의 흡인력 또는 반발력을 이용하여 트랙 위를 부상한 상태에서 물리적인 접촉이 없이 주행시키는 것으로 추진 원동력은 선형 전동기이다.
부상식 철도에서 중요한 새로운 기술은 선형전동기의 응용기술과 차량을 공간에서 지지하기 위한 자기 부상기술로 대별된다. 국내에서도 EDS 방식의 초고속 부상 열차를 채택하여 3단계로 추진할 계획을 갖고 있어 급신장이 예상된다.
그리고 부상 방식으로는 영구자석 반발식, 초전도 유도 반발식 및 상전도 흡인식 등의 방식이며, 추진 방식으로는 선형 동기 구동식 전동기 및 선형유도 구동식 전동기 등으로 나누어진다. 즉, 부상은 자력 반발력으로 간격을 유지하고 추진을 전력을 전동기에서 구동력으로 변환시켜 차량을 고속 견인함으로써 운행되는 것이다. 그리고 차체의 밑부분이 좌우에서 날개처럼 궤도 레일을 감싸 안은 구조를 택하고 있으며, 고속에 대한 유성형으로 설계하여 제작되고 있다.
< 기술과제>
최근 궤도차량, 고속 및 부상 열차의 기술과제는 다음과 같다. 고속운행 시 안전성과 신뢰성을 도모할 수 있는 신제어 방식, 대량수송성, 환경친화적이면서 움직이는 생활공간으로 인간과 조화를 이루는 추세의 기술과제들이 있다. 그리고 범용기술과 전용 기술 등으로 나누어지는 기술 개발 패턴이 있지만, 기술환경과 정책에 따라 연계체제로 개발을 추진할 수 도 있고, 또는 특성과 운행조건에 따라 전담 연구체제를 통하여 개발을 추진할 수도 있을 것이다.
< 수송차량과 환경 >
일반적으로 도로를 주행하는 차량으로 인하여 여러 가지 환경요인이 발생하게 됨으로 대도시뿐만 아니라 지방도로에서 원활한 교통소통이 요구된다. 도로교통법과 시행규칙에는 고속도로, 국도, 지방도 및 소방도로의 차량 주행 시 경적과 속도 등을 규정하고 있다. 또한 도로 표지와 안내뿐만 아니라 사고방지를 위한 여러 가지 사항들은 교통의 원활한 소통을 도와준다. 대도시에는 일반 통 향로, 지하도 터널 및 주차 등의 강구책이 시행되고 있다. 자동차의 유해 배출가스로 인한 대기오염과 자동차의 소음이 환경문제로 대두되었으며, 그 대책이 절실히 요구되고 있다.
1. 배기 배출물의 발생원
차량의 동력 발생장치(내연기관)에서는 동작 유체로서 건공기를 흡입 압축하여 엔진의 기통 내에서 압축된 공기에 연료(탄화수소)를 공급 혼합하여 점화와 연소하도록 되어 있다. 따라서, 차량과 관련된 배기 배출물의 생성원을 크게 분류하면 연료의 공급계통에서 연료가 기화되어 배출되는 증발가스, 연소 시 발생되는 배기가스(불완전 연소 포함) 및 실린더 벽과 피스톤 링 사이로 압축된 혼합기 또는 연소가스가 누설되어 크랭크 실로부터 블로 바이 가스 등으로 나누어진다.
여기서 배출되는 가스를 유해 배출물의 1차 생성물이라 하고, 배기가스가 대기 중의 수분과 태양열에 의하여 발생되는 2차 유행 생성물이 대기 공해의 주요체가 될 수도 있다. 가솔린 자동차에서 배출되는 유행 가스는 주로 엔진의 배기 다기관에서 나오는 배기가스, 엔진의 크랭크 케이스에서 나오는 블로 바이 가스, 연료탱크나 기화기 등의 연료 공급 계통에서 연료가 기화되어 배출되는 연료 증발가스 등 세 종류로 나눌 수 있다.
디젤 자동차에서 배출되는 유해가스는 주로 배기관에서 나오는 배기가스이고, 블로 바이 가스나 증발가스는 거의 없다. 그리고 디젤엔진에서는 특히 입자상 배기물질 또는 매연의 배출에 관한 저감 기술이 필요한 상태이다.
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