초록 ▼

AMTEC기술은 작동유체인 소듐의 가열원으로 고온폐열, 태양열, 가스 등 외부에서 직접 가열이 가능한 열원은 모두 사용이 가능하고, MW급 대용량의 열변환발전기로 활용이 가능하며 열병합으로 복합 이용 시에는 70%이상의 에너지 이용율을 향상시킬 수 있어 무소음 발전 및 에너지 유효 이용율의 증대를 위한 기술로 알려져 있다.
이러한 AMTEC 기술은 출력밀도가 0.8∼1.2W/㎠ 정도로 높고 발전효율이 20%이상으로 높은 장점을 갖고 있으며, 장치의 구동부가 없으므로 유지 보수와 연료가 필요 없는 특징을 가지고 있어서 분산형 전

AMTEC기술은 작동유체인 소듐의 가열원으로 고온폐열, 태양열, 가스 등 외부에서 직접 가열이 가능한 열원은 모두 사용이 가능하고, MW급 대용량의 열변환발전기로 활용이 가능하며 열병합으로 복합 이용 시에는 70%이상의 에너지 이용율을 향상시킬 수 있어 무소음 발전 및 에너지 유효 이용율의 증대를 위한 기술로 알려져 있다.
이러한 AMTEC 기술은 출력밀도가 0.8∼1.2W/㎠ 정도로 높고 발전효율이 20%이상으로 높은 장점을 갖고 있으며, 장치의 구동부가 없으므로 유지 보수와 연료가 필요 없는 특징을 가지고 있어서 분산형 전원, 지역분산공급형 전원, 우주용 발전 시스템으로 사용할 수 있어 향후 저탄소 녹색성장에 필요한 기술이다. 우주용 발전시스템에서 지상용으로 활용이 연구 개발되면서 선진국에서는 무소음의 전기발생 및 열볍합기술로 개발이 진행되고 있고, 금속유체순환시스템 설계기술과 증발응축기술, 전극 및 전해질 핵심소재 제조기술, 고체 전해질 접합 및 실링 기술 등은 AMTEC의 핵심기술 이다.

Abstract ▼

The alkali metal thermal to electric converter (AMTEC) is one of the most promising energy conversion devices that generate electricity from heat energy. The driving forces of this sodium circulation are the capillary force of the porous wick and the sodium pressure/activity difference between the N

The alkali metal thermal to electric converter (AMTEC) is one of the most promising energy conversion devices that generate electricity from heat energy. The driving forces of this sodium circulation are the capillary force of the porous wick and the sodium pressure/activity difference between the Na evaporation region and the Na condensation region. Due to the high efficiency, low manufacturing cost, light weight and static operation, the AMTEC system was once considered for use as a space power source. The purpose of the development of high temperature solar heating system for AMTEC was to design and develop the loop type heat-pipe for high temperature of 700℃ with heat supply over 600 Watt to AMTEC, and evaluate the performance of solar receiver which transfer high temperature to the loop type heat-pipe.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 13
• 목 차 ... 17
• 그 림 목 차 ... 22
• 표 목 차 ... 33
• Ⅰ. AMTEC 셀 요소기술 및 모듈 개발 ... 37
• 제 1 장 서 론 ... 39
• 제 1 절 개 요 ... 39
• 1. AMTEC의 열전변환 작동원리 ... 39
• 2. Na 이온 전도 베타 알루미나 전해질의 결정구조 및 이온전도 ... 44
• 가. 베타알루미나 결정구조 ... 44
• 나. Na 이온 전도 베타 알루미나의 이온 전도도 ... 47
• 3. 전극 코팅 기법 ... 49
• 가. 용사코팅 ... 49
• 나. DC Sputtering ... 52
• 4. 밀봉 및 접합 공정 개발 ... 54
• 가. 다양한 접합방법 ... 57
• 나. 접합 소재 ... 58
• 다. 필러 금속 ... 61
• 제 2 장 본 론 ... 63
• 제 1 절 AMTEC 용 전극 개발 ... 63
• 1. Mo/TiN 복합전극 개발 ... 63
• 2. Mo2C 전극 개발 ... 70
• 가. Mo2C 전극개발 실험 ... 72
• (1) 솔-젤 화학법을 통한 Mo2C 나노파티클의 합성 ... 72
• (2) MWSV 합성법을 이용한 카본-서포트 Mo2C 나노파티클의 제조 ... 72
• (3) 분석방법 ... 72
• 나. Mo2C 전극개발 결과 ... 74
• (1) 합성된 나노파티클의 결정 구조와 형태 특성 ... 74
• (2) Mo2C 나노파티클의 결정화 메커니즘 ... 77
• (3) Mo2C나노파티클의 마이크로구조 진화 ... 79
• (4) Mo2C 필름의 전기 화학적 성능 ... 82
• (5) 결론 ... 84
• 제 2 절 베타알루미나 전해질 특성 평가 ... 85
• 1. 베타 알루미나 이온 전도도 측정 ... 85
• 2. Reversible, irreversible 전극에 따른 β-알루미나 이온전도도 ... 87
• 3. 베타 알루미나 전해질 구조 분석 ... 94
• 4. 열처리 조건에 따른 BASE 특성변화 ... 97
• 제 3 절 접합 및 밀봉 기술 개발 ... 100
• 1. 접합부 설계 ... 100
• 2. 세라믹-세라믹 동종접합 ... 104
• 가. Al2O3-CaO Reaction Bonding ... 104
• 나. 세라믹-세라믹 동종접합 결과 ... 105
• 3. 세라믹-금속 이종접합 ... 110
• 가. 접합방법 ... 113
• 나. 접합실험 및 분석 ... 118
• (1) 진공로를 이용한 브레이징 ... 118
• (2) 튜브로를 이용한 브레이징 ... 121
• (3) 접합강도와 계면분석 ... 125
• 다. 전기단락방지 ... 127
• 제 4 절 단위셀 성능평가 ... 129
• 1. 전극 제조 기법에 따른 성능 ... 129
• 2. AMTEC 단위셀 운전조건이 성능에 미치는 형향 ... 133
• 제 3 장 결론 ... 136
• 참 고 문 헌 ... 138
• Ⅱ. AMTEC 구동용 태양열 고온 가열 시스템 개발 ... 139
• 제 1 장 서 론 ... 141
• 제 1 절 기술 개발의 중요성 및 필요성 ... 144
• 1. 기술적 측면 ... 144
• 2. 경제⋅산업적 측면 ... 146
• 3. 정책적 측면 ... 148
• 제 2 절 국내외 관련 기술의 현황 ... 148
• 1. 국외 기술 현황 ... 148
• 2. 국내 기술 현황 ... 149
• 3. 특허 분석 자료 ... 151
• 제 3 절 기술개발 시 예상되는 활용 가능성 및 파급 효과 ... 152
• 1. 기대성과 및 예상 파급 효과 ... 152
• 2. 기술개발 결과 활용 방안 ... 154
• 제 2 장 결 론 ... 155
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 155
• 1. 연구개발 추진 전략 및 일정 ... 155
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 155
• 가. AMTEC 시스템용 고온 루프형 히트파이프 시작품 개발(~700℃) ... 155
• 1) 서론 ... 155
• 2) 액체 금속을 작동유체로 하는 모세관 구조물 설계 ... 158
• 3) 고온 루프형 히트파이프 설계 ... 159
• 4) 고온 루프형 히트파이프의 제작 및 기본 성능시험 ... 164
• 나. AMTEC용 초정밀 Dish형 집광기 설계 및 제작 ... 181
• 1) 서론 ... 181
• 2) 초정밀 Dish형 집광기의 설계 ... 181
• 3) AMTEC용 초정밀 Dish형 집광기 제작 ... 185
• 다. Dish+히트파이프+흡수기 일체형 실험장치 개발 및 실험 ... 190
• 1) 서론 ... 190
• 2) 일체형 실험장치의 개발 ... 191
• 3) 압착식과 브레이징한 히트파이프 흡수기의 실제 집광 실험 ... 197
• 3. 목표대비 실적 ... 211
• 가. 루프형 히트파이프 시작품 개발 ... 211
• 나. AMTEC용 초정밀 Dish 집광기 설계 및 제작 ... 211
• 다. Dish+히트파이프+흡수기 일체형 실험장치 개발 및 실험 ... 212
• 참 고 문 헌 ... 213
• APPENDIX. A 100 We급 AMTEC용 Dish의 상세도면 ... 215
• Ⅲ. AMTEC용 금속유체 응축 및 모세관 순환윅 기술개발에 관한 연구 ... 231
• 제 1 장 서 론 ... 233
• 제 2 장 AMTEC 시스템의 모델링 및 100 Watt급 AMTEC시스템 및 금속유체 순환윅 설계 ... 235
• 제 1 절 개요 ... 235
• 제 2 절 AMTEC의 시뮬레이션 및 모형 ... 239
• 1. 시스템의 액체순환사이클 ... 239
• 2. AMTEC의 구조적 모형 ... 250
• 3. 중력에 의한 압력강하 ... 252
• 4. 증기유동에 의한 압력강하 ... 252
• 5. BASE튜브내의 유체유동에 의한 압력강하 ... 255
• 6. 발전량 계산 ... 258
• 제 3 절 100 watt급 AMTEC 시스탬 시뮬레이션 결과 ... 259
• 제 4 절 100 watt급 AMTEC 시스템 및 금속유체 순환윅 설계 ... 317
• 1. BASE온도에 따른 발전량 및 열손실 ... 318
• 2. 압력손실 ... 321
• 3. 시스템의 구조결정 및 각 부위에서의 온도분포 ... 323
• 4. 금속유체 순환윅의 모세관압력 및 침투율 이론적 분석 ... 324
• 5. 금속유체 순환윅의 모세관압력 및 열손실 해석 결과 ... 329
• 6. 증발부윅 설계 및 제조 ... 336
• 7. 순환윅의 설계 및 제조 ... 339
• 8. 응축부윅의 설계 및 제조 ... 340
• 9. 일체형윅의 설계 및 제조 ... 342
• 제 5 절 금속유체순환을 위한 모세관순환윅의 성능실험 ... 346
• 1. 금속유체 모세관순화윅의 성능실험장치 ... 346
• 2. 모세관순환윅의 기공율 및 모세관압력 실험 ... 349
• 제 3 장 금속유체 순환 성능실험장치 구성 및 성능실험 ... 360
• 제 1 절 순환 성능실험장치 설계 ... 360
• 제 2 절 순환 성능실험장치 제작 ... 360
• 제 3 절 성능실험 결과 ... 366
• 제 4 장 결 론 ... 370
• 참 고 문 헌 ... 372
• 끝페이지 ... 376