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탄소섬유 발열체를 이용한 증기 보일러 개발에 관한 연구
Study on the Development of Steam Boiler using Carbon-fiber Heater 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.21 no.3, 2017년, pp.30 - 36  

김부안 (부경대학교 재료공학과) ,  강석준 (부경대학교 기계공학협동과정) ,  최영민 (부경대학교 재료공학과 대학원) ,  문창권 (부경대학교 재료공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Carbon fiber shows excellent heat generation value and thermal efficiency comparing with the metallic materials because of its far infrared-rays and radiant heat. So, high performance and economic steam boiler system for the industry can be manufactured by using the carbon fiber heater. The far infr...

주제어

#Carbon Fiber   #Thermal Efficiency   #Far Infrared-rays   #Radiant Heat   #Steam Boiler  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구는 탄소섬유로 만든 발열체의 제조 및 탄소섬유 발열체를 이용한 증기 보일러를 제작하여, 기존의 금속 발열체를 사용한 보일러 시스템과 비교하여 에너지 절감효과 및 발열 효율을 비교 검토하고자 한다. 2-4)

가설 설정

  • 8 m 크기의 일체형으로 구성하였고, 각 증발기에는 관상형 탄소섬유 발열체를 삽입하였다. 가열기와 증폭기는 압력과 증기량의 비체적에 따라 규격이 결정된다. 본 실험에서의 저압용 증기보일러는 증발부에서 100~110°C 습윤 증기를 발생시키고, 가열부에서 습윤 증기를 재가열하여 150~160°C의 증기가 되며, 증폭부에서 200°C 이상의 과열증기가 발생되도록 고안하였다.
  • 탄소섬유 발열체는 표면 발열온도가 600℃ 이상이다. 고온의 탄소섬유 발열체로 분사된 물은 보일러 내에서 그 열에너지를 효율적으로 흡수할 수 있도록 되어야 한다. 또한 탄소섬유 발열체는 석영관에 진공상태로 봉입되어 있는 상태이기 때문에 보일러 내부의 상당한 압력과 충격에 견딜 수 있는 구조로 설계되어져야 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
탄소섬유는 어떠한 특성을 가진 재료인가 한편, 탄소섬유(Carbon fiber)는 고온강도, 내열성, 내충격성 및 내약품성이 매우 우수한 재료이다. 그리고 전기 전도성이 있어 금속 도선과 같은 용도로 사용할 수 있다는 특징도 가지고 있다. 탄소섬유의 전기전도율은 일반적으로 결정성에 의존을 하는데 흑연화섬유가 탄소화섬유보다 높은 전기 전도율을 보이는데, 전자가 1.
각종 산업 환경에서 사용되는 전기발열체는 어떠한 평가를 받고있는가 일반적인 전기발열체의 발열방식은 전자흐름을 방해하는 저항에 의한 것이며, Table 1에 여러 가지 재료의 저항 값을 정리하여 보인다. 그리고 각종 산업 환경에서 사용되는 발열체는 금속열선을 이용한 발열체가 대부분이며, 고온발열 시 부식에 대한 우려와 내마모성, 열효율 및 경제성이 떨어진다는 평가를 받고 있다.
일반적인 전기발열체의 발열방식은 무엇인가 전기로 발열되는 발열체(이하 전기발열체)의 종류는 발열체를 이루는 주재료와 사용용도, 발열방식 등 여러 가지로 구분할 수 있다. 일반적인 전기발열체의 발열방식은 전자흐름을 방해하는 저항에 의한 것이며, Table 1에 여러 가지 재료의 저항 값을 정리하여 보인다. 그리고 각종 산업 환경에서 사용되는 발열체는 금속열선을 이용한 발열체가 대부분이며, 고온발열 시 부식에 대한 우려와 내마모성, 열효율 및 경제성이 떨어진다는 평가를 받고 있다.
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참고문헌 (8)

  1. V. Safarova and J. Gregr, 2010, "Electrical Conductivity Measurement of Fibres and Yarns", International Conference of Czech Republic. 

  2. C. T. Hsieh, D. Y. Tzou, Z. S. Huang, C. Y. Lee and J. K. Chang, 2016, "High Performance Infrared Heaters using Carbon Fiber Filaments Decorated with Alumina Layer by Microwave-assisted Method", Journal of The Taiwan Institute of Chemical Engineers, Vol. 59, pp. 521-525. 

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  3. M. N. Slyadnev, Y. Tanaka, M. Tokeshi, and T Kitamori, 2001, "Photothermal Temperature Control of a Chemical Reaction on a Microchip using an Infrared Diode Laser", Journal of Analytical Chemistry, Vol. 73, pp. 4037-4044. 

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  4. G. J. Sweeny, P. T. Monaghan, M. T. Brogan and S. F. Cassidy, 1995, "Reduction of Infrared Heating Cycle Time in Processing of Thermoplastic Composites using Computer Modeling", Composites. Part A; Applied Science and Manufacturing, Vol. 6, pp. 255-262. 

  5. J. K. Lee and G. H. Choi, 2015, "A Study on the Characteristics of Heating Performance of High-Performance Heat Pump with VI cycle using Re-Heater", Journal of The Korean Society for Power System Engineering, Vol. 19, No. 4, pp. 69-75. 

  6. S. S. Jung, S. I. Hwang, J. K. Yeom and S. H. Kim, 2015, "A Study on Characteristics of Spray and Combustion of LPG and CNG about the Effect of Impingement-wall under Direct Injection Condition", Journal of The Korean Society for Power System Engineering, Vol. 19. No. 4, pp. 56-68. 

  7. M. T. Brogan and P. F. Monaghan, 1996, "Thermal Simulation of Quartz Tube Infrared Heaters used in the Processing of Thermoplastic Composites", Composites. Part A; Applied Science and Manufacturing, Vol. 27, pp. 301-306. 

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  8. O. H. Kwon, Y. S. Yun and Y. R. Ryu, 2014, "Mechanical Behaviors of CFRP Laminate Composites Reinforced with Aluminum Oxide Powder", Journal of The Korean Society for Power System Engineering, Vol. 18. No. 6, pp. 166-173. 

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