해외 전기현장 최신기술_일본편

극미량의 조성과 구조를  명확하게 밝혀Spring-8의 활용에 따른 성과

일본 전력 중앙 연구소에서는 재료의 조성과 구조를 상세하게 밝히고, 새로운 혁신 재료나 평가 기술 개발을 목표로 해 실행 중에 있다. 이 연구를 추진하는 데에 필요한 미세한 구조 해석이나 초미량 물질의 분석을 위해 Spring-8(Super Photon ring 8 GeV의 약칭)을 이용하고 있다.

Spring-8은 (재)고휘도광과학연구센터(효고현)가 운영하는 시설이다. 이곳에서는 전자를 원 상태의 가속기에서 가속하여 광자(=[방사광]이라고 하는 강한 빛)를 발생시킬 수 있으며, 종래의 X선 발생 장치의 1억 배의 명도를 가지는 세계 최고 수준의 이 빛을 이용하면 물질의 종류와 구조, 그리고 성질을 자세히 알 수 있다. 전력 중앙 연구소는 이 Spring-8의 이용 멤버 중 하나로서, 산업용 전용의 빔 라인 시설을 이용한 연구를 진행 중에 있다.  

연료 전지의 전극 재료 분석

Spring-8의 강력한 X선을 이용한 X선 흡수단 미세구조(XAFS) 분석은 물질에 X선을 비추었을 때 발생하는 고유의 XAFS를 통해 원소 주변의 구조를 해석하는 것으로, 폭넓은 연구 분야에 있어서 물질의 화학 형태를 해명하는 방법으로 기대되고 있다.

XAFS 분석에 시료를 투과시킨 X선 광도를 계측하는 투과법과 X선의 흡수 과정에서 발생하는 형광 X선을 계측하는 형광법이 있다.

동 연구소에서는 지금까지 투과법 XAFS 분석기술을 이용해 차세대 연료전지로서 기대를 모으고 있는 고체산화물형 연료전지(SOFC) 전극 재료의 하나인 랜턴망간을 1000°C의 고온가스 속의 환경 하에서 관측하고, 원자간 거리의 특성과 결정 구조의 변화를 통해 고온 영역에서 안정된 전극 재료임을 증명했다.

파워 반도체 재료의 결함 평가

전력 중앙 연구소에서는 향후 파워 반도체의 재료로서 폭넓은 이용이 기대되는 실리콘 카바이트(SiC)에 대해서도 Spring-8의 고휘도 X선을 이용하여 토퍼그래피라는 특수한 방법으로 결정을 촬영하고, 상세한 분석을 진행하고 있다.

이 방법을 통해서 SiC 결정 속에 포함된 결정 결함을 비파괴, 광범위, 고분해할 수 있으며, 또한 단시간 내에 분석이 가능하다. 이러한 측정 결과를 재료 합성 기술에 피드백해 결함을 감소시킨 후 SiC 결정의 고품위화를 추구함으로써 파워 반도체 소자의 고성능화에 공헌해간다.

극미량 물질의 조사

투과법 XAFS 분석으로 103~104mg/kg 정도의 농도까지 분석이 가능하나, 환경 물질이나 생체 시료와 같이 더 저농도의 물질을 분석하는 데에 미량의 원소나 물질 표면 부근에서 발생하는 형광 X선을 이용한 형광법 XAFS 분석이 유효하다. 또한 이 방법은 분해나 희석 등의 조작이 곤란한 물질에도 적용할 수 있는 이점이 있다.

동 연구소에서 형광법 XAFS 분석으로 반도체 검출기에 XAFS 스펙트럼의 흡수 각도 등을 최적화하는 방법을 통해 노이즈가 되는 산란 X선을 저감시켜 종전보다 1자리 이상의 S/N비 개선에 성공했다.

이를 통해 티탄보다 무거운 거의 대부분의 금속 원소를10mg/kg정도의 농도까지 분석할 수 있게 되었다.

보다 더 고정도화하기 위해

전력 중앙 연구소와 산업계 전용 빔 라인에 참가한 각사는 공동으로 형광 X선 분석법에 의한 초미량 물질의 검출 능력을 비약적으로 향상시키는 ‘고분해능 검출기’를 개발했다.

이것으로 인해 에너지 분해 능력의 향상과 측정에 방해가 되는 산란 X선으로 인한 백그라운드(미량의 물질에서 형광 X선과는 무관하게 관측되는 X선)의 저감과 S/N비의 보다 나은 개선을 도모했다.

또한 원소 중의 최내 각전자의 여기가 가능한 금속 원소 중, 티탄에서 셀리움까지 거의 대부분의 원소에 대해 1mg/kg 이하의 분석 하한 농도를 달성할 수 있었다. 이것은 원소 분해 능력으로서는 세계 최고 수준이다.

석탄이나 연소재의 화학 형태의 규명

지금까지 석탄이나 연소재와 같이 다양한 화합물이 복잡하게 혼재하는 물질에서 극히 미량에 포함되어 있는 금속 원소의 화학 상태를 특정한다는 것은 거의 불가능한 것으로 여겨져 왔다.

그러나 석탄 등의 화석 연료에서는 플랜트 내부에서 발생하는 거동을 파악할 때 화학 상태의 특정은 매우 중요하기 때문에 동 연구소에서는 석탄이나 플라이어쉬의 표준 시료를 이용하여 XAFS 분석의 적용 범위 검증을 시도했다.

그 결과, 이들 물질에서도 투과법 XAFS 분석 및 고분해능 검출기를 이용한 형광법 XAFS 분석을 알맞은 정밀도로 적용할 수 있다는 것을 알아냈으며, 더 나아가 표준 물질인 XAFS 스펙트럼과 조합해 이 농도 레벨에서 화학 상태의 특정과 혼합 비율의 정량화가 가능하게 되었다.

전력 중앙 연구소의 Spring-8을 이용한 XAFS 분석을 통해 다양한 화합물이 복잡하게 혼재하는 물질계에 대해 투과법 및 형광법 XAFS 분석의 적용이 가능한 농도 범위를 명확히 함과 동시에 혼합물의 미량 물질의 화학 형태 특정이 가능한 분석 기술을 개발할 수 있다.

향후, 석탄이나 연소재를 통해 얻은 성과를 실제 발전소 내에서 미량 물질 거동 평가에 이용할 뿐만 아니라 기능성 재료의 개발 등, 동 연구소가 추진하는 나노테크놀러지 첨단과학기술의 연구 영역으로의 전개를 꾀하며, 산업계의 폭넓은 분야에 이용해 간다.

이 연구소의 재료과학연구소 기능ㆍ기구발현 영역 주임연구원인 아먀모토씨는 “Spring-8의 방사광으로 인해, 지금까지 규명에 어려움을 겪었던 각종 물질에 관한 상세한 정보를 얻을 수 있게 됐다. 특히 경험이나 시행착오가 많았던 재료 평가에 있어서 이것은 매우 유효한 분석 기술이며, 기능성 재료 개발에 도움이 되고 있다. 향후 Spring-8을 더욱 더 활용해 재료 연구의 여러 가지 과제를 해결하고 산업 분야에서 개발이나 평가를 통해 사회에 폭넓게 공헌하고자 한다”라고 말했다.

안전에 사내 시스템을 이용할 수 있는 모바일 IP 시스템의 보안기능 강화

NEC는 언제, 어디에서나 안전하게 사내 시스템을 이용할 수 있도록 하고 업무 효율화나 통신 비용의 저감 등을 실현하는 모바일 IP 시스템 ‘UNIVERGE MB 시리즈’에 대해 정보누설 대책기능을 강화하고 바이러스 피해를 미연에 방지하는 ‘검역 네트워크’와의 연계 등 보안기능을 강화했다.

또 동시접속 유저 수가 25~50유저, 제공가격이 71만 9000엔부터인 중견·중소기업용에 최적인 엔트리 모델도 추가하는 등의 라인업 강화를 도모했다.

이 시리즈는,

(1) 사무실에서 이용하고 있는 노트북컴퓨터의 네트워크 설정을 변경하지 않아도 사내 회의실이나 외출장소, 출장장소, 자택에서 사무실에 있을 때와 마찬가지로 사내 업무시스템 이용을 실현할 수 있다.

(2) 데이터의 암호화와 인증을 시행하는 ‘IPsec’을 사용할 때 외부에서 사내 시스템 이용에 대해서도 안전성을 확보한 통신을 실현하고, 또한 LAN·무선 LAN·PHS·휴대전화 등, 최적의 통신수단을 자동적으로 선택할 수 있다.

이번 기능강화는 언제, 어디서나 사무실에 있는 것처럼 업무를 볼 수 있는 ‘모빌리티’의 편리성과 보다 높은 안전성의 양립을 실현하고 부문이나 거점마다 단계적인 시스템 도입을 시작으로 유저 기업 내의 계획적인 IT 기반강화에 대한 유연한 대응을 실현하는 것이다.

향후의 전개 보안기능 강화

(1) 정보누설 대책기능의 강화

노트북컴퓨터에 탑재된 소프트웨어 ‘UNIVERGE MB 로밍 클라이언트’의 강화로 유저 기업 내에 설치된 ‘UNIVERGE MB 시리즈’를 경유하지 않으면 인터넷에 접속할 수 없게 설정할 수도 있다. 이렇게 하면 노트북컴퓨터 이용자의 사용 통신을 제한할 수 있는 등, 유저 기업의 보안기능을 보다 엄격하게 적용·운용할 수가 있다.

그리고 파일 암호화 소프트웨어나 부정 복사 방지 소프트웨어 등을 모두 이용해 정보누설 대책을 강화할 수 있다.

(2) 바이러스 피해를 미연에 방지하기 위한 ‘검역 네트워크’와의 연계 실현 가능

보안대책을 시행하지 않는 퍼스널컴퓨터를 바이러스 대책 전용 네트워크에 접속해서 보안 적용이나 패치 갱신을 철저히 하는 ‘검역 네트워크’와 연계했다. 이로써 사내 LAN에 노트북컴퓨터를 접속했을 때의 보안대책에 더해 인터넷 경유로 액세스해 온 사외 노트북컴퓨터에 대해서도 새로이 보안대책을 철저히 하고 있고 바이러스 등의 확산·피해를 미연에 방지할 수가 있다.

대기업 부문·거점 도입이나 중견·중소기업용으로 최적인 엔트리 모델 추가

대기업 부문·거점 도입이나 중견·중소기업용으로 최적인 ‘UNIVERGE MB 1010’을 라인업에 추가했다.

이로써 언제, 어디서나 사무실에서와 같이 업무를 볼 수 있고, 영업담당자의 대폭적인 업무 효율화나 간부들의 신속한 의사결정 등이 가능한 ‘리모트 오피스 환경’을 각 부문이나 거점에 단계적으로 도입하는 등, 기업의 계획적인 IT 기반강화에 대한 유연한 대응을 실현하고 있다.

기업간 경쟁 격화와 함께 블로드밴드와 정보시스템의 연휴를 도모함으로서 업무 효율화나 지적 생산성 향상, 커뮤니케이션 효율 향상 등, 경쟁력 강화의 실현을 구하는 기업이 증가하고 있는데, NEC는 이러한 시장 수요에 대응하기 위해 오랫동안 배양해 온 음성통신기술과 컴퓨터 기술, 풍부한 시스템 도입 실적 등과 함께 IT 네트워크 경합 솔루션 ‘UNIVERGE 솔루션’의 제공을 추진하고 있다.

침입자 점검 시스템 개발

미츠비시 전기는 전파를 이용해 건조물 등의 주위 최대 1500m 범위를 1대의 센서로 감시할 수 있는 ‘침입자 점검 시스템’을 개발했다. 이 시스템은 많은 카메라와 적외선 빔을 배치하지 않아도 수상한 사람이 침입했을 때 ±3m 정도의 정밀도로 침입 위치를 특정할 수 있다. 카메라와 함께 설치해 보다 높은 신뢰성을 가진 침입 점검 시스템을 저렴한 비용으로 구축할 수 있다.

1대의 센서 장치로 커버할 수 있는 범위와 위치 점검 정밀도는 세계 최대 수준.

실외의 침입자 감시 시스템에는 일반적으로 카메라와 적외선 빔 장치가 사용되지만

첫째, 가시 카메라는 투과성이 나쁜 악천후나 어두운 야간에 사용하기에 어려운 점이 있고 주·야간을 불문하고 사용할 수 있는 적외선 카메라는 가시 카메라에 비해 고가이다.

둘째, 적외선 빔은 나뭇잎 등의 물체로 인해 오작동을 일으키기 쉽다.

셋째, 이들 방식으로는 광범위한 곳을 감시하고 더군다나 위치 특정 정밀도를 높이기 위해 많은 센서를 설치해야 하는데 이는 곧 비용 부담으로 연결된다.

라는 문제가 있어 보다 적은 센서로 광범위한 곳을 감시할 수 있고 침입물의 위치 특정의 정밀도를 높이면서 비용도 저렴한 시스템을 요구하고 있었다.

 미츠비시 전기가 이러한 요구에 맞춰 개발한 것이 전파를 이용한 ‘침입자 점검 시스템’이다. 본 시스템은 PCT라고 불리는 전파 송수신 안테나 케이블과 신호 해석부로 구성된다. 설치된 PTC는 인간 등이 가로지를 때 생기는 수신파 레벨의 변동을 검지하고 레벨 변동이 발생한 신호의 송신에서 수신까지의 시간을 정확히 측정할 수 있어 침입 위치를 특정할 수 있다.

※PTC : PairofTransceiver Cables

 센서 장치에서 주입한 전파를 방사하는 케이블과 방사된 전파를 수신하고 수신 신호를 센서 장치로 되돌릴 수 있는 일대의 전파 송수신용 케이블.

배전반 등의 온도 조절 시트 ‘드라이키퍼’수명은 종래의 10배 이상, 습도 조정 기능으로 큰 효과

후루카와 전기공업은 호흡하도록 습도를 조정할 수 있는 새로운 타입의 조습 시트 ‘드라이키퍼’의 라인업을 강화하고 두 가지 사이즈를 새롭게 발매함과 동시에 신규시장 개척에 적극적으로 나서고 있다. 현행 A4 사이즈에 A5 사이즈 및 이름표 사이즈를 추가해 발매를 시작했다.

2003년 5월에 발매한 드라이키퍼는 그 우수한 조습 기능과 콤팩트성을 비롯해 배전반 등의 전기 설비 결로 대책 등으로 많은 실적을 올리고 있다.

이번 라인업을 강화해 이 외에도 실외 전기 설비의 오동작 대책과 소형 전자기기의 정전기 대책, 수송 보관 중 제품의 결로 방지, 건축 자재·신선해야 하는 식품의 선도 유지 등에 다양하게 사용할 수 있도록 하고 종래의 인프라 설비 이외에서도 사용할 수 있도록 용도를 다양화시켜 습기에 특히 신경을 써야 하는 마켓으로의 진출을 목표로 하고 있다.

특징

드라이키퍼는 고성능 흡수 폴리머와 동사가 독자적으로 혼합한 고무 소재와의 복합 소재로 ‘고습도 시에는 흡습하고 건조 시에는 방습한다’는 가역성을 통해 습도를 일정하게 유지할 조습 기능을 장기적으로 유지시킨다.

배전반 등 실외 설비의 전기 설비 내부에서는 결로 발생으로 인해 생긴 녹과 전기 트러블 등이 보수상의 문제로 되어 있는데 드라이키퍼는 그 조습 기능을 통해 결로를 장기간 억제하는 기능에 뛰어나고 염화칼슘과 실리카겔 등의 건조제에 비해 10배 이상으로 수년동안 기능을 유지할 수 있다.

이미 전력, 도로, 철도, 통신과 공장 등의 실외 전기 설비에서는 드라이키퍼의 도입으로 큰 효과를 거두고 있고 거의 무보수를 실현하고 있다.

앞으로의 전개

이렇게 시장 침투가 진행되면서 결로 방지뿐만이 아니라 소형 전자 기기 용도와 습기와 건조로부터의 보호를 목적으로 한 조습 용도에서의 문의가 증가하고 있다. 이미 고급 기타 보관 용도로는 리라·요코하마와 공동으로 상품화하고 있고 이 밖에도 정밀기기와 자연소재의 보관·수송 등에서도 실적을 올리기 시작했다.

이런 중 후루카와 전기공업은 앞으로 A4 사이즈에 작은 사이즈를 두 종류 더해 다양한 습기 문제의 필요성에 발맞춰 본격적인 신규 시장으로의 잠입을 목표로 하고 있다.

앞으로는 각종 실외 전기 설비의 오동작 대응과 전자기기에서의 정전기 대책, 물류 용도, 목질 제품을 시작으로 하는 자연소재의 보관과 선도 유지, 건설 자재 등의 폭넓은 용도에서의 전개를 도모하고 있다.