원자력발전소 열교환기 성능향상을 위한 나노유체의 열적특성연구

소개

본 연구는 원자력 발전소 열교환기의 성능향상을 위하여 나노유체의 열전도도를 측정하였다. 나노유체를 위한 나노입자는 실험방법은 비정상 열선법을 사용하였다. 비정상열선법이란 측정하고자 하는 유체를 시간에 따른 온도변화로 유체의 열전도도를 측정하는 방법이다. 열전달이 잘되는 유체일수록 전압이 가해지는 백금선의 온도상승이 적어 저항이 낮게 측정된다. 시간에 따른 온도상승은 비선형적이지만 시간축을 로그스케일로 환산하면 선형그래프가 나온다. 실험에서 측정하고자 하는 온도는 Bantley 공식을 이용하여 측정한다.

목차

1. 서 론

2. 국내외 연구동향 및 특허조사
2-1 국내 나노기술의 동향
2-2 국외
2-3 국내외 기술 수준 비교표
2-4 나노기술의 산업기술에 미치는 파급효과 분석

3. 나노입자 분석 및 선정
3-1. 나노입자의 모양
3-2 나노입자의 크기 및 물성치

4. 실험장치 설계 및 방법
4-1 실험장치 이론 및 설계
4-2 실험장치 사진
4-3 실험방법

5. 실험결과
5-1 나노유체의 온도변화 그래프
5-2 나노유체 체적비별 열전도도
5-3 나노입자 종류별 (Vol 1%)
5-4 나노유체의 체적비별 열전도도 증가 비교표
5-45 실험에 대한 고찰

6. 결 론

본문내용

1. 서 론
현재 전 세계적으로 원자력발전소는 약 430여기가 가동되고 있으며, 전 세계 발전량의 17% 이상을 차지하고 있다. <2006.12.31 현재> 한국에서는 20여기가 가동되고 있으며, 17,716MW 가 출력되고 있다. 또한 현재 4기가 건설중에 있어 향후 27,316MW 가 생산될 예정이다. 이런 추세에서 원자력 발전의 비중성은 크게 증대될 것이다. 또한 대부분의 산업분야에서 열교환장치가 사용되고 있다. 이에 소형경량이면서 동시에 높은 냉각부하를 처리하는 고효율 열교환기를 설계하기 위하여 많은 연구가 이루어지고 있다. 대표적인 예로 열교환기의 효율을 높일 수 있는 유채를 개발하고 있다. 대부분의 작동유체의 열전도율이 열교환기의 열전도보다 상대적으로 낮기 때문에 기존의 유체보다 높은 열전도도를 갖는 유체를 사용하거나 혹은 유체에 입자를 혼합하여 기존의 열물성치를 변화할 수 있는 방법이 고려된다.
원자력발전소의 열교환기에 기존에 사용되던 물, 에틸렌글리콜과 같은 전통적인 열전달 유체는 가동 시 CHF현상이 일어날 우려가 있다. CHF현상이란 Critical Heat Flux,임계열유속 현상으로서 원자로의 비등열전달 시스템에서 가열조건이나 유동조건이 변함에 따라 가열면 부근의 유체상태가 액체에서 기체로 바뀌면서 열전달계수가 급격히 감소하는 현상을 말한다. 특히 원자로 내에서 이러한 현상이 일어날 경우 핵 연료봉이 손상되어 방사능물질이 외부로 유출될 수도 있다.
나노유체를 기존의 열전달 유체대신 사용한다면 열전달 특성을 향상시킬 수 있어 원자로 열교환기의 경우 CHF가 증가됨을 기대할 수 있을 것이다.
열매체의 열전도도 증가에 따른 열교환기 효율향상은 열매체를 구동하고 있는 펌프의 소요동력을 큰 폭으로 줄일 수 있다. 예를 들면, 기존 대비 열전달 계수를 2배(열전도도 3배) 증가시키려면 펌프의 소요동력을 10배로 증가시켜야 한다. 이는 동일한 펌프의 소요동력을 고려하면 열교환기의 크기를 소형화 할 수 있으며 이를 자동차와 같은 수송수단에 사용할 경우 차체의 무게 감소에 의한 연비의 절감을 가져올 수 있다.

참고자료

· 1. J.K.Lee, A Study on Enhanced Heat Flow in Suspensions of Nano-sizwd Particles(Nanofluids) in Heat Exchaner Tues of Nuclear Power Plants, (2003)
· 2. Kang il Lee, Hyun jun Kim, Jin-hee Jung, Yong tae Kang, Heat and Mass Transfer charateristics in Nanofluids: a review, 대한설비공학회 2006동계학술발표대회 논문집, pp.525-532, (2006)
· 3. Il-Hyun Baek, Tae-Hyun Cho, Wang-Suk Cha, Dae-Ouk Kimand Sung-Kun Oh, Development of Energy Efficient Heat Transfer Fluid Using Nanoparticles
· 4. Seok Pil Jang, Cooling Performance of a Microchannel Heat Sink with Nanofluids, 설비공학논문집 제17권 제9호, pp.849-854, (2005)
· 5. Il-Hyun Baek, Joog-He Lee, Wang-Suk Cha* and Ju-Pyong Kim**, Efficiency Enhancement Technology in Heat Exchanger Using Nano Particele
· 중략...