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심층수 이용 열교환기 개발을 위한 기초연구: 열교환기 재질이 열교환기 성능에 미치는 영향
A Fundamentals Study on Heat Exchanger using Deep Ocean Water: Effects of Material on Heat Transfer Performance 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.14 no.10, 2013년, pp.4658 - 4664  

권정태 (호서대학교 기계공학부) ,  이창경 (호서대학교 기계공학부) ,  허철 (한국해양과학기술원 선박해양플랜트연구소 해양CCS연구단) ,  조맹익 (한국해양과학기술원 선박해양플랜트연구소 해양CCS연구단) ,  김기영 (선문대학교 기계공학과) ,  권영철 (선문대학교 기계공학과)

초록
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본 논문은 심층수 이용 열교환기 개발을 위해 열교환기의 구성 재질로서 티타늄, 알루미늄, 스테인리스, 철, 구리와 알루미늄의 전착코팅 관 등을 이용한 이중관 열교환 실험 장치를 구성하여 열교환 성능을 실험하였다. 기존 심층수 이용 열교환기는 대부분 티타늄 금속으로 이루어져 있다. 티타늄의 재질은 해양 심층수에 적합하나 고가의 금속이다. 티타늄 금속을 대체할 금속으로 알루미늄, 스테인리스, 철, 구리와 알루미늄 전착코팅 관 등을 고려하여 시험하였다. 또한 EES 프로그램을 사용하여 각 관들의 열전달률을 해석하고 이중관 열교환 실험결과와 비교 분석하였다. 열교환시의 성능에 대한 해석값과 실험값을 비교해 보았을 때 10% 내외의 오차범위 내에서 잘 일치하였다. 또한 티타늄 대비 구리관이 가장 좋은 결과치를 보였고 알루미늄 전착코팅 관은 다소 낮은 열전달 수치를 보여 주었으나, 전착처리된 코팅관의 내부식성이 우수한 것을 고려한다면 티타늄 대체가능성이 충분하다고 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the effects of the tube materials on the heat transfer performance of double-tube heat exchangers for the development of heat exchangers using deep sea water. Heat exchangers made of titanium, aluminum. stainless steel, iron, copper, and aluminum with carbon black 0.015mm and 0.1...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구는 심층수를 이용한 열교환기를 기존 열교환기에 비해 효율을 증대시키며 비용을 줄이기 위한 목적으로 기초연구를 수행하고 있으며, 이중관 열교환기를 이용하여 다양한 재질의 열전달률을 비교하였다.
  • 본 연구에서는 심층수 이용 열교환 시스템에 사용하기 위한 금속재질의 특성에 따른 기초연구를 수행하였다. 기존의 해양 심층수 이용 열교환기에서 많이 쓰이는 티타늄 열교환기의 대체금속을 알아보기 위하여 이중관 열교환기 실험 및 EES해석을 통해 열전달률을 비교해 보았다.
  • 또한 건물의 냉난방, 급탕 열원 외에도 지역냉난방, 공장 열원 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 이에 해양에너지를 이용할 수 있는 냉난방 시스템의 연구가 해양 심층수 이용 시스템의 기초자료로써 중요한 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
해양 심층수가 무엇인가? 해양 심층수(Fig. 1)란 태양광이 도달하지 못하는 수심 200m 이상의 깊은 곳에 존재하는 바닷물로써, 태양열, 풍력 등의 자연 에너지와 마찬가지로 자원으로서는 저밀도 저농도이며 그 양은 막대하여 다양한 자원적 가치를 보유하고 있다[3,4].
해외의 해양심층수에 대한 개발사례는? 해외의 해양심층수에 대한 개발사례로는 섬으로 이루어져 바다와 접한 일본의 코치현, 오키나와현 등이 있으며, 미국 하와이의 NELHA(자연에너지 연구기구)에서도 실시되고 있다. 또한 우리나라에서도 강원도 삼척, 울릉도 등에서 해양 심층수에 대한 연구가 이루어지고 있다.
우리나라 해양심층수에 대한 개발은 어디서 이루어 지는가? 해외의 해양심층수에 대한 개발사례로는 섬으로 이루어져 바다와 접한 일본의 코치현, 오키나와현 등이 있으며, 미국 하와이의 NELHA(자연에너지 연구기구)에서도 실시되고 있다. 또한 우리나라에서도 강원도 삼척, 울릉도 등에서 해양 심층수에 대한 연구가 이루어지고 있다.
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참고문헌 (6)

  1. J. Y. Park, S. H. Jin, S. Kim, H. j. Kim, LCC Evaluation for Cooling System using Deep Ocean Water, Journal of the Korean Solar Energy Society, Vol. 30, No. 2, pp.357-362, 2010 

  2. K. Y. Kim, K. W. Lee, Y. C. Kwon, J. T. Kwon, C. Huh, Study on metal corrosion characteristics according to the long-term corrosion under high temperature, The Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, pp. 475-477, November, 2012 

  3. M. Y. Jo, Y. S. Suh, L. H. Jang, A Property Analysis on Spatial Distribution of Sea Water Temperature Difference for Site Selection of Ocean Thermal Energy Conversion Plant, Energy Engg., Vol. 8, No4, pp. 567-575, J(1999) 

  4. H. J. Kim, D. S. Moon, D. H. Jung, S. J. Yoon, Investigation and Analysis of the Characteristic Stability of Deep Ocean Water (I), Journal of the Korean Society for Marine Environmental Engineering, Vol. 7, No. 1. pp.30-34, February 2004 

  5. H. J. Kim, G. T. Kim, S. H. Park, W. Y. Oh, H. J. Kim, A Feasibility Study on Thermal Energy Resource in Deep Ocean Water Journal of the Korean Society for Marine Environmental Engineering, Vol. 15, No. 1. pp. 9-18, February 2012 DOI: http://dx.doi.org/10.7846/JKOSMEE.2012.15.1.009 

  6. O. B. Kwon, Introduction to Thermodynamics & Heat Transfer, 4th ed, McGraw-Hill, pp 346-391, 2008 

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