다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
NTIS 바로가기
大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.36 no.9, 2012년, pp.1095 - 1101
송기남 (한국원자력연구원 수소생산원자로기술개발부) , 홍성덕 (한국원자력연구원 수소생산원자로기술개발부) , 박홍윤 (에이디 솔류션)
AI-Helper
A process heat exchanger (PHE) in a nuclear hydrogen system is a key component that transfers the large amount of heat generated in a very high temperature reactor (VHTR) to a chemical reaction that yields a large quantity of hydrogen. A performance test on a small-scale and a medium-scale PHE proto...
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
| 핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
|---|---|---|
| 초고온가스로를 이용한 연구는 무엇이 있는가? | 초고온가스로(Very High Temperature gas cooled Reactor; VHTR)에서 생산된 초고온 열을 이용하여 수소를 대량 및 경제적으로 생산하려는 연구가 우리나라를 비롯하여 세계 여러 나라에서 수행되고 있다.(1~5) 우리나라의 원자력수소생산 시스템에서는 VHTR 에서 얻어진 초고온(약 950℃) 헬륨기체의 열에너지와 열화학적 황산-요오드 공정을 이용하여 물을 분해함으로써 청정에너지인 수소를 대량으로 생산하는 개념을 고려하고 있는데,(5~7) 이 시스템에서는 Fig. | |
| VHTR에서 청정에너지인 수소를 대량으로 생산하는 개념을 실현시키기 위해 무엇이 반드시 필요한가? | (1~5) 우리나라의 원자력수소생산 시스템에서는 VHTR 에서 얻어진 초고온(약 950℃) 헬륨기체의 열에너지와 열화학적 황산-요오드 공정을 이용하여 물을 분해함으로써 청정에너지인 수소를 대량으로 생산하는 개념을 고려하고 있는데,(5~7) 이 시스템에서는 Fig. 1 에서 보듯이 물을 분해하기 위한 열교환기로서 공정열 교환기(Process Heat Exchanger; PHE)가 반드시 필요하다. 한국원자력연구원(KAERI)에서는 근래에 최대 설계온도 1000℃인 소형 질소가스루프를 구축하였고 Hastelloy-X 로 제작된 소형 및 중형 PHE 시제품에 대한 성능시험을 수행하고 있다. | |
| 용접부 물성치를 고려한 경우와 고려하지 않은 경우에 대해 PHE시제품을 고온 구조해석한 결과는 무엇인가? | (1) 최대응력 발생 위치는 모두 상부판 모서리 용융부 주변에서 발생하였다. (2) 탄성 및 탄소성 고온구조해석 결과에 의하면 모재의 기계적 물성치만으로 평가할 경우에 비해 용접부 기계적 물성치를 고려하여 평가할 경우의 최대 응력이 항복 응력을 초과하는 정도가 다르게 나타나고 있다. 즉, 용접부 물성치를 고려할 경우 용접부에서 항복 응력/인장강도가 모재의 그것에 비해 다르기 때문에 항복응력을 벗어나는 정도가 다를 수 있다. (3) 용접된 PHE 시제품의 구조강도 평가시에 응력 평가기준이 바뀔 수 있으므로 좀더 신뢰성있는 평가를 위해서는 용접부 기계적 물성치를 고려한 해석 및 평가가 필요하다. (4) 시제품의 모서리는 실제로 용접에 의해 곡면화되어 있어서 모서리 부위에서 발생한 국부 첨두 응력은 상당부분 감소할 것이다. 이를 감안하면 소형가스루프 정상운전조건에서 단시간 성능시험이 예정되어 있는 PHE 시제품의 구조적 건전성은 유지될 것으로 보인다. |
US DOE, 2009, Financial Assistance Funding Opportunity Announcement, NGNP Program.
초고온가스로(Very High Temperature gas cooled Reactor; VHTR)에서 생산된 초고온 열을 이용하여 수소를 대량 및 경제적으로 생산하려는 연구가 우리나라를 비롯하여 세계 여러 나라에서 수행되고 있다.(1~5)
AREVA, 2007, NGNP with Hydrogen Production Pre-conceptual Design Studies Report, Doc. No. 1209052076-000.
초고온가스로(Very High Temperature gas cooled Reactor; VHTR)에서 생산된 초고온 열을 이용하여 수소를 대량 및 경제적으로 생산하려는 연구가 우리나라를 비롯하여 세계 여러 나라에서 수행되고 있다.(1~5)
Idaho National Laboratory, 2007, NGNP Preconceptual Design Report, INL/EXT-07-12967.
초고온가스로(Very High Temperature gas cooled Reactor; VHTR)에서 생산된 초고온 열을 이용하여 수소를 대량 및 경제적으로 생산하려는 연구가 우리나라를 비롯하여 세계 여러 나라에서 수행되고 있다.(1~5)
Westinghouse, 2007, NGNP and Hydrogen Production Pre-conceptual Design Report, NGNP-ESP-RPT-001, Rev 1.
초고온가스로(Very High Temperature gas cooled Reactor; VHTR)에서 생산된 초고온 열을 이용하여 수소를 대량 및 경제적으로 생산하려는 연구가 우리나라를 비롯하여 세계 여러 나라에서 수행되고 있다.(1~5)
Chang, J. H, et al., 2007, "A Study of a Nuclear Hydrogen Production Demonstration Plant," Nuclear Engineering and Technology, Vol. 39, No. 2, pp. 111-122.
타임라인에서 보기
초고온가스로(Very High Temperature gas cooled Reactor; VHTR)에서 생산된 초고온 열을 이용하여 수소를 대량 및 경제적으로 생산하려는 연구가 우리나라를 비롯하여 세계 여러 나라에서 수행되고 있다.(1~5)
우리나라의 원자력수소생산 시스템에서는 VHTR 에서 얻어진 초고온(약 950℃) 헬륨기체의 열에너지와 열화학적 황산-요오드 공정을 이용하여 물을 분해함으로써 청정에너지인 수소를 대량으로 생산하는 개념을 고려하고 있는데,(5~7) 이 시스템에서는 Fig.
Lee, W. J. et al., 2009, "Perspectives of Nuclear Heat and Hydrogen," Nuclear Engineering and Technology, Vol. 41, No. 4, pp. 413-426.
Shin, Y. J. et al., 2009, "A Dynamic Simulation of the Sulfuric Acid Decomposition Process in a Sulfuriodine Nuclear Hydrogen Production Plant," Nuclear Engineering and Technology, Vol. 41, No. 6, pp. 831-840.
Linnert, G. E., 1965, "Welding Metallurgy," Vol. 1, American Welding Society, NY.
통상적으로 용접된 구조물에 풀림(annealing)과 같은 열처리를 하지 않으면 용융부 및 열영향부(Heat Affected Zone: HAZ)를 포함한 용접부(Weld zone)에서는 금속 미세조직이 모재의 그것과 다른 것으로 알려져 있다.(8)
Song, K. N. et al, 2011, "High-Temperature Structural Analysis Model on the Process Heat Exchanger for Helium Gas Loop (III)," Trans. of KSME (A), Vol. 35, No. 2, pp. 191-200.
그동안 소형 및 중형 PHE 시제품에 대한 일련의 고온구조 특성 해석연구결과에 의하면 용접부에 대한 기계적 물성치의 부재로 인해 용접부 기계적 물성치를 고려하지 않은 거시적 고온구조해석이 수행되었고(9~13) 해석결과에 의하면 최대응력이 소형 PHE 시제품 용접부 주변에서 발생한 것으로 알려졌다.(12,13)
Song, K. N. et al., 2011, "High-Temperature Structural Analysis Model on the Process Heat Exchanger for Helium Gas Loop(IV)," Trans. of KSME (A), Vol. 35, No. 10, pp. 1249-1255.
그동안 소형 및 중형 PHE 시제품에 대한 일련의 고온구조 특성 해석연구결과에 의하면 용접부에 대한 기계적 물성치의 부재로 인해 용접부 기계적 물성치를 고려하지 않은 거시적 고온구조해석이 수행되었고(9~13) 해석결과에 의하면 최대응력이 소형 PHE 시제품 용접부 주변에서 발생한 것으로 알려졌다.(12,13)
Song, K. N. et al., 2011, "Elastic/Plastic High-Temperature Structural Analysis on the Small-Scale PHE Prototype," Trans. of KPVP, Vol. 7, No. 2, pp. 1-6.
그동안 소형 및 중형 PHE 시제품에 대한 일련의 고온구조 특성 해석연구결과에 의하면 용접부에 대한 기계적 물성치의 부재로 인해 용접부 기계적 물성치를 고려하지 않은 거시적 고온구조해석이 수행되었고(9~13) 해석결과에 의하면 최대응력이 소형 PHE 시제품 용접부 주변에서 발생한 것으로 알려졌다.(12,13)
Song, K. N. et al., 2011, "Elastic High-Temperature Structural Analysis on the Small-Scale PHE Prototype Considering the Pipeline Stiffness," Trans. of KPVP, Vol. 7, No. 3, pp. 48-53.
그동안 소형 및 중형 PHE 시제품에 대한 일련의 고온구조 특성 해석연구결과에 의하면 용접부에 대한 기계적 물성치의 부재로 인해 용접부 기계적 물성치를 고려하지 않은 거시적 고온구조해석이 수행되었고(9~13) 해석결과에 의하면 최대응력이 소형 PHE 시제품 용접부 주변에서 발생한 것으로 알려졌다.(12,13)
본 연구에서는 계장화 압입시험법(14)으로부터 얻은 Hastelloy-X 판재의 용접부 기계적 물성치(15)를 이용한 소형 및 중형 PHE 시제품의 거시적 고온구조해석 결과와 모재만의 물성치를 이용한 예전 결과를(12,13) 비교하고 분석하였다.
소형 PHE 시제품 외표면의 최대온도는 837.15℃ 정도로 나타났으며(12) 중형 PHE 시제품 외표면의 최대온도는 836.26℃ 정도로 나타났다.(13)
부연하면, 파이프라인 끝단에 구속점을 설정하고 Table 3 에서와 같은 등가 스프링 강성을 파이프라인 길이방향으로만 적용하였다.(12)
Song, K. N. et al., 2012, "High-Temperature Structural Analysis on a Medium-Scale PHE Prototype," Proc. of KSME Material and Fracture Division.
그동안 소형 및 중형 PHE 시제품에 대한 일련의 고온구조 특성 해석연구결과에 의하면 용접부에 대한 기계적 물성치의 부재로 인해 용접부 기계적 물성치를 고려하지 않은 거시적 고온구조해석이 수행되었고(9~13) 해석결과에 의하면 최대응력이 소형 PHE 시제품 용접부 주변에서 발생한 것으로 알려졌다.(12,13)
본 연구에서는 계장화 압입시험법(14)으로부터 얻은 Hastelloy-X 판재의 용접부 기계적 물성치(15)를 이용한 소형 및 중형 PHE 시제품의 거시적 고온구조해석 결과와 모재만의 물성치를 이용한 예전 결과를(12,13) 비교하고 분석하였다.
소형 PHE 시제품 외표면의 최대온도는 837.15℃ 정도로 나타났으며(12) 중형 PHE 시제품 외표면의 최대온도는 836.26℃ 정도로 나타났다.(13)
ISO TR29381, 2008, "Metallic Materials- Instrumented Indentation Test for Measurement of Indentation Tensile Properties,".
본 연구에서는 계장화 압입시험법(14)으로부터 얻은 Hastelloy-X 판재의 용접부 기계적 물성치(15)를 이용한 소형 및 중형 PHE 시제품의 거시적 고온구조해석 결과와 모재만의 물성치를 이용한 예전 결과를(12,13) 비교하고 분석하였다.
Song, K. N. and Ro D. S., 2011, "Measurement of Mechanical Properties in Weld Zone of Nuclear Material by Instrumented Indentation Technique," Proc. of the KWS 2011 Fall Annual Meeting.
본 연구에서는 계장화 압입시험법(14)으로부터 얻은 Hastelloy-X 판재의 용접부 기계적 물성치(15)를 이용한 소형 및 중형 PHE 시제품의 거시적 고온구조해석 결과와 모재만의 물성치를 이용한 예전 결과를(12,13) 비교하고 분석하였다.
Table 4 는 용접부 기계적 물성치를 모재의 기계적 물성치로 정규화한 것으로,(15) 용접부 기계적 물성치를 고려한 PHE 시제품의 탄소성 고온구조 해석에서는 모재의 기계적 물성치와 Table 4 의 값을 결합한 기계적 물성치를 용접부에 적용하였다.
Kim, Y. W. et al., 2009, "Development of Essential Technology," KAERR/RR-2992/2008.
2 에서 보듯이 1 차 측 초고온 열매체(질소 기체)가 흐르는 유로판의 표면에는 직경 1.0 mm 의 그루브(groove)가 기계가공으로 형성되어 있으며, 2 차 측 저온 냉각재(SO3 기체)가 흐르는 유로 채널은 물결 모양의 유로가 굽힘 가공에 의해 형성되어 있다.(16,17)
Kim, Y. W. et al., 2008, "High Temperature and High Pressure Corrosion Resistant Process Heat Exchanger for a Nuclear Hydrogen Production System, R.O.K Patent # 10-0877574.
2 에서 보듯이 1 차 측 초고온 열매체(질소 기체)가 흐르는 유로판의 표면에는 직경 1.0 mm 의 그루브(groove)가 기계가공으로 형성되어 있으며, 2 차 측 저온 냉각재(SO3 기체)가 흐르는 유로 채널은 물결 모양의 유로가 굽힘 가공에 의해 형성되어 있다.(16,17)
Hastelloy-X Alloy website, www.haynesintl.com
Figures 3 및 4 는 소형 및 중형 PHE 시제품을 구성하는 부품들의 형상과 전반적인 치수를 나타낸 것이고 Table 1 및 2 는 Hastelloy-X 의 물성치(18)를 나타낸 것이다.
9 에서 보듯이 상부판 모서리 용접된 부위에서 발생하였고 이는 모재의 항복응력(237.9 MPa at 746℃)(18)보다 약 14.5% 큰 값이다.
Figure 11 은 해석에 사용한 탄소성 물성치(18)를 나타낸 것이고 해석 결과는 Figs.
I-DEAS/TMG ver.6.1, 2009.
6.1(19)을 사용하였으며 구조해석은 ABAQUS Ver.
ABAQUS ver.6.9-1, 2009.
6.9-1(20)을 사용하였다.
*원문 PDF 파일 및 링크정보가 존재하지 않을 경우 KISTI DDS 시스템에서 제공하는 원문복사서비스를 사용할 수 있습니다.
Copyright KISTI. All Rights Reserved.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.