본 연구에서는 저온소성 코팅을 적용한 SUS 304 판을 사용하여 고가의 티타늄 판 대체에 대한 성능평가를 수행하였다. 전산유동해석 결과, 저온소성 코팅을 적용한 SUS 304 판은 100 마이크론 두께의 코팅까지는 티타늄 판에 비해 더 뛰어난 열전달 성능을 보이는 것으로 나타났다. 실제 열교환기를 이용하여 열전달 성능에 대한 실험을 한 결과, 코팅을 적용한 SUS 304 판이 티타늄 판에 비해 더 우수한 열전달 성능을 나타냄을 확인하였다. 또한 개방검사를 통해서 판의 부식 및 스케일 생성 정도를 확인하였을 때, 코팅을 적용한 SUS 304 판의 내부식 성능은 티타늄 판과 거의 동등하게 나타났으며, 해수에 의한 스케일의 생성 억제 효과는 코팅을 적용한 SUS 304 판에서 더욱 우수하게 나타났다.
본 연구에서는 저온소성 코팅을 적용한 SUS 304 판을 사용하여 고가의 티타늄 판 대체에 대한 성능평가를 수행하였다. 전산유동해석 결과, 저온소성 코팅을 적용한 SUS 304 판은 100 마이크론 두께의 코팅까지는 티타늄 판에 비해 더 뛰어난 열전달 성능을 보이는 것으로 나타났다. 실제 열교환기를 이용하여 열전달 성능에 대한 실험을 한 결과, 코팅을 적용한 SUS 304 판이 티타늄 판에 비해 더 우수한 열전달 성능을 나타냄을 확인하였다. 또한 개방검사를 통해서 판의 부식 및 스케일 생성 정도를 확인하였을 때, 코팅을 적용한 SUS 304 판의 내부식 성능은 티타늄 판과 거의 동등하게 나타났으며, 해수에 의한 스케일의 생성 억제 효과는 코팅을 적용한 SUS 304 판에서 더욱 우수하게 나타났다.
In this study, a performance evaluation was conducted using a SUS 304 plate applied to low-temperature co-fired coating as a replacement for titanium plates. As a result of computational fluid dynamic analysis, the SUS 304 plate, applied to low-temperature co-fired coating, showed better heat transf...
In this study, a performance evaluation was conducted using a SUS 304 plate applied to low-temperature co-fired coating as a replacement for titanium plates. As a result of computational fluid dynamic analysis, the SUS 304 plate, applied to low-temperature co-fired coating, showed better heat transfer performance than a titanium plate, for 100 micron thickness coating. The result of the experiments using an actual heat exchanger revealed that a coated SUS 304 plate showed better heat transfer performance than a titanium plate. Furthermore, as the degree of corrosion and scale formation of the plate was confirmed through an overhaul inspection, the corrosion resistance of a coated SUS 304 plate was found to be almost the same as that of a titanium plate, and the inhibition effect of scale formation by sea water was better with a coated SUS 304 plate.
In this study, a performance evaluation was conducted using a SUS 304 plate applied to low-temperature co-fired coating as a replacement for titanium plates. As a result of computational fluid dynamic analysis, the SUS 304 plate, applied to low-temperature co-fired coating, showed better heat transfer performance than a titanium plate, for 100 micron thickness coating. The result of the experiments using an actual heat exchanger revealed that a coated SUS 304 plate showed better heat transfer performance than a titanium plate. Furthermore, as the degree of corrosion and scale formation of the plate was confirmed through an overhaul inspection, the corrosion resistance of a coated SUS 304 plate was found to be almost the same as that of a titanium plate, and the inhibition effect of scale formation by sea water was better with a coated SUS 304 plate.
본 연구는 기존의 고가 타티늄을 대체할 SUS 304 재질의 열판 표면에 저온소성 코팅 처리를 하여 열교환기를 운전하였을 때, 내식성과 열효율에 관한 성능평가를 수행하였다. 판형 열교환기 열판의 코팅 적용의 유무에 따라 변화될 수 있는 열교환기의 성능을 전산유동해석을 활용하여 예측하였으며, 실험을 통하여 열교환기의 성능뿐만 아니라 코팅으로 인해 변화되는 열판 부식의 영향을 비교하였다.
제안 방법
본 실험에서는 시뮬레이션을 통하여 열판 재료의 종류에 따른 열전달 성능 비교와 코팅의 두께에 따른 성능 비교를 수행하였다. 해석에는 상용 전산유동해석 소프트웨어인 ANSYS CFX R17.
실험을 통하여 코팅을 한 SUS 304 열판과 티타늄 열판을설치한 열교환기를 운전하여 열교환기의 성능을 비교하였고 운전 후 개방하여 열판 내부의 부식 상태를 점검하였다.
본 연구는 기존의 고가 타티늄을 대체할 SUS 304 재질의 열판 표면에 저온소성 코팅 처리를 하여 열교환기를 운전하였을 때, 내식성과 열효율에 관한 성능평가를 수행하였다. 판형 열교환기 열판의 코팅 적용의 유무에 따라 변화될 수 있는 열교환기의 성능을 전산유동해석을 활용하여 예측하였으며, 실험을 통하여 열교환기의 성능뿐만 아니라 코팅으로 인해 변화되는 열판 부식의 영향을 비교하였다.
대상 데이터
실험에 사용된 판형 열교환기의 열판 재료는 SUS 304와 티타늄을 선정하였고 SUS 304 열판의 경우 저온소성 나노코팅 처리를 한 것과 안한 것을 구분하여 티타늄 열판과 성능비교를 하였다. 작동 유체의 경우 상용 중인 제품에 대한 성능평가이기에 실험 시간을 단축하고자 냉각수에 해당하는 해수에 소금과 아세트산을 첨가하여 열교환기 열판에 조악한 조건을 만들었다.
성능/효과
(1) 전산유동해석 결과 SUS 304 열판이 티타늄 열판보다 우수한 열전달 특성을 보였으며, 이러한 우수성은 코팅의 두께가 두꺼워질수록 그 효과가 저감되는 경향을 보였지만 본 유동해석을 통해서 100 μm의 코팅 두께까지는 열전달 우수성이 유효함을 확인하였다.
(2) 실험을 통해 코팅을 한 SUS 304 열판의 경우 티타늄열판에 비하여 열전달 특성이 약 13 % 정도 개선되는 것으로 나타났고, 부식과 스케일 생성 측면에서 취약한 SUS 304열판이 저온소성 코팅을 함으로써 티타늄 열판보다 부식과 스케일 모두에서 뛰어난 성능을 보였다.
(3) 저온소성 코팅을 한 열판이 열전달 특성과 부식 및 스케일에서 우수한 성능을 보인 이유는 SUS 304의 재료 물성치에 따른 뛰어난 열전달 특성과 코팅의 효과 때문인 것으로 확인되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
열교환기의 효율을 높이기 위해 판형 열교환기 열판에 요구되는 사항은?
, 2014). 일반적으로 열교환기의 효율을 높이기 위해서는 높은 유속과 압력, 난류성 등이 요구되는데 특히나 판형 열교환기의 열판의 경우는 얇은 열판의 두께 때문에 다른 종류의 열교환기들 보다 더욱 높은 수준의 내부식성이 요구된다.
판형 열교환기의 장점은?
, 2010). 선박의 경우 다관형(Shell & tube type), 판형 열교환기(Plate Heat Exchanger, PHE)가 주로 사용되며, 특히 판형 열교환기의 경우 튜브형 열교환기에 비해 설치공간이 작고 열교환 면적이 넓으며 낮은 레이놀즈수에서도 난류를 형성하는 장점으로 인하여 선박뿐만 아니라 여러 산업현장에서 널리 사용되고 있다(Jeon el al., 2014; Ko et al.
SUS 304열판이 저온소성 코팅을 함으로써 티타늄 열판보다 부식과 스케일에서 우수한 성능을 보인 이유는 무엇인가?
(3) 저온소성 코팅을 한 열판이 열전달 특성과 부식 및 스케일에서 우수한 성능을 보인 이유는 SUS 304의 재료 물성치에 따른 뛰어난 열전달 특성과 코팅의 효과 때문인 것으로 확인되었다.
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