초록 ▼

1. 최종목표
(1) 나노 히트파이프를 이용한 평판형 및 진공관형 집열기 설계
(2) 나노 히트파이프를 이용한 평판형 및 진공관형 집열기 개발
(3) 진공관형 집열기 상단 집열부 개발 및 고압용 밀봉장치개발
(4) 진공관형 집열기 집열 파이프 개발 및 메인폴더개발
(5) 진공관형 나노물질이용 히트파이프 개발 길이 2000MM 두께2.5mm이상 채널수 5개
(6) 나노 유체 이동 관로 소재 개발 (알루미늄계열로 강도는 2배이상)
(7) 고효율 고용량 열이동 능력 기술 개발
(8) 다충형태 유

1. 최종목표
(1) 나노 히트파이프를 이용한 평판형 및 진공관형 집열기 설계
(2) 나노 히트파이프를 이용한 평판형 및 진공관형 집열기 개발
(3) 진공관형 집열기 상단 집열부 개발 및 고압용 밀봉장치개발
(4) 진공관형 집열기 집열 파이프 개발 및 메인폴더개발
(5) 진공관형 나노물질이용 히트파이프 개발 길이 2000MM 두께2.5mm이상 채널수 5개
(6) 나노 유체 이동 관로 소재 개발 (알루미늄계열로 강도는 2배이상)
(7) 고효율 고용량 열이동 능력 기술 개발
(8) 다충형태 유동관로 개발
(9) 태양열이용실험방법 및 지그개발
(10) 안전제어시스템개발

2. 개발내용 및 결과
(1) 나노 히트파이프를 이용한 평판형 및 진공관형 집열기 설계
- 열전도성이 우수한 나노튜브를 이용하여 U자형 동관과 흡수부자재를 대신하여 집열효율을 높이며, 양산성, 원가절감등을 반영한 집열기 설계
(2) 나노 히트파이프를 이용한 평판형 및 진공관형 집열기 개발
- 나노튜브 소재의 길이, 메인폴더와의 접촉방법, 도금처리등의 방법을 통한 1~4차 시작품의 제작 및 테스트
(3) 진공관형 집열기 상단 집열부 개발 및 고압용 밀봉장치개발
- 서보모터룰 이용한 압착을 정밀제어하는 방안, 정량공급장치를 이용하여 나노유체의 정량공급, 진공밀봉등을 통해 나노 히트파이프 밀봉 압착
(4) 진공관형 집열기 집열 파이프 개발 및 메인폴더 개발
- 나노튜브를 메인폴더에 감는 방식의 단점을 보완하여, 나노튜브를 메인폴더에 삽입하는 방식의 설계 및 메인폴더 개발, 추가적으로 메인폴더 내의 열매체유와 직접접촉방식과 간접접촉방식에 대한 열 해석 시뮬레이션을 통해 사전 검증 후 직접접촉방식의 태양열 열교환 시스템을 구축하여, 추가 원자재버용 절감 및 효율 향상 (공인시험 기준 집열 효율 약 80%수준 달성)
(5) 진공관형 나노 튜브형 히트파이프 개발 길이 2000MM 두께 3mm 채널수 9개
(6) 나노튜브를 이용한 방열기 제작
- 나노튜브를 이용한 태양열 집열시스템을 역으로 이용한 시스템 개발
(7) 태양열 집열기 온도조건 (200도)에 적합한 나노유체를 포함하는 열 유동물질 개발 완료
(8) 안전 제어 시스템 개발
- 태양열 열교환기내의 열매체유 온도가 120도 이상 상승하지 않도록, 온도가 높을시 나노 히트파이프를 이용한 보다 효과적인 방열시스템 구축하여 모터의 부하를 줄임, 차온제어 시스템을 도입하여, 겨울철 동파방지 및 불필요한 모터동작을 최소화함
(9) 태양열 이용실험 방법 및 지그 개발
- 참여기관과 협력하여 태양열 열교환기용 나노히트파이프에 대한 특성 검증 및 지그 개발 완료. 이를 통한 균일한 품질제품 생산 및 품질검증을 실시함.
(10) 나노히트파이프에 니켈도금 처리(내열성 및 강도증대), 끝 단부 몰딩처리 등 내구성 강화

3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
(1) 재생에너지 활용을 위한 태양열 열교환기 성능 개선 기술에 대한 니즈 증대
최근 친환경 에너지 개발에 대한 국내외 수요가 커지면서 관련 업체들의 경쟁이 더욱 치열해지고 있다. 이들 업체는 시장에서 경쟁력을 확보하기 위해 원가절감으로 인한 가격인하, 다양한 제품개발, 성능개선 및 품질관리 등에 특히 관심을 기울이고 있다. 이러한 측면에서 다채널 평판형 나노 히트 파이프를 이용한 집열기의 개발은 저비용의 구조로 열전달 효율욜 높이고 유지관리에 유리하도록 함으로써 경제성과 안전성을 증대시키고 있기 때문에 관련 업체의 큰 관심 사항으로 부상하고 있다. 업계의 이러한 관심 사항은 새로운 집열 및 방열기술에 대한 니즈로 연계될 것으로 판단되어 향후 동 분야의 기술개발이 더욱 촉진될 것으로 보인다.
(2) 나노 히트 파이프 태양열 열교환기의 수요 증대
최근 국내외를 막론하고 석유에너지에 의한 지구 온난화 문제, 고갈로 인한 원유가격 폭등으로 유발된 세계경제의 곤두박질과 같은 문제가 심각하게 대두되고 있다. 향후에도 석유에너지의 안정적 공급을 기대하기가 어려운 것이 사실이기 때문에 대체에너지 개발이 시급한 실정이다. 이와 같은 문제의 인식으로 태양열 집열장치의 개발이 국내에서도 활발히 이루어져 빠르게 보급되고 있어서 신청업체가 개발한 나노입자를 이용한 다채널 평판형 히트파이프 집열기는 집열기 제조업체의 니즈를 충분히 만족시켜 줄 것으로 관단된다.
(3) 정부의 국산화 지원
신재생에너지 개발 장치의 대부분이 외국산 제품으로 수입되고 있기 때문에 이로 인한 무역구조의 개선하고 관련 산업의 육성과 공급확대를 위해 정부는 신재생에너지 공급의무화제도(RPS) 시행을 추진하고 있다. 이는 국내 태양열 열 교환 장치 시장의 국산화 제품 확대에 긍정적인 요인으로 작용할 것으로 판단된다.
(4) 국내 신재생에너지 산업의 낙관적 전망
국내 신재생에너지 보급 지원 정책은 1997년에 '대체에너지 기술개발 보급 기본 계획’ 이 수립되면서 시작되었다. 신재생에너지의 보급목표는 OECD 평균전망치 등을 감안하여 2011년 1차 에너지 소비량의 5%에서 11%로 변경 설정되었다. 국내의 신재생에너지 지원체계는 기술개발사업, 보급지원 사업, 기반조성사업으로 이루어져 있으며 2010년 대비 538,840백만원(에너지관리공단발표자료)의 사업예산을 수립하여 지원하고 있기 때문에 국내의 집열장치 시장에 대한 전망은 낙관적이라고 할 수 있다. 더구나, 미국과 영국도 신재생에너지 분야 규제개혁의 선두주자로 지원수단 개발올 위해 진력하고 있으며 이미 신재생에너지의 무할당제(RPS)를 시행하고 있기 때문에 해외시장에 대한 낙관적 전망도 국내 태양열 열교환장치 시장에 그대로 이어질 것으토 예상된다.

4. 적용분야
(1) 나노히트파이프 소재를 평판형 또는 진공관형 집열시스템에 적용한 열교환기를 이용하여 일반 가정, 농식품분야 (기업형 주업농 20만호, 법인형 경영체 1만개, 유리온실 617ha)
(2) 2014년기준 세계 태양열 집열 시장은 약 130억불로 고효율 저가화에 집중하고 있어, 이에 발맞추어 해외수출로 확보에 주력하여, 현재 수입에 거의 의존하고 있는 흡열판등 국산화를 실시하면서, 해외시장 선점에 주력할 계획임.
(3) 또한 본 개발을 통해 보다 강화된 나노히트파이프 소재를 이용한 열교환장치(방열기)를 상품화항 일반 태양열 열교환장치에 응용할 예정임.
(4) 기타 나노히트파이프 소재를 적극적으로 활용하여 발열이 심한 LED조명장치등에도 적극 도입하여 보다 효과적인 방열효과로 타사와 차별되는 제품군을 판매할 계획임.
(출처 : 최종보고서 초록 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1제출문 ... 2생산기술사업화 지원사업 최종보고서 초록 ... 3목차 ... 6제1장 기술개발의 필요성과 관련 현황 ... 7 제1절 개발기술의 개요(현장맞춤형 기술개발) ... 7 제2절 관련기술현황 ... 10 1. 국내·외 관련기술의 현황 ... 10제2장 개발목표 및 개발내용 ... 24 제1절 기술 개발 목표 ... 24 제2절 기술개발 목표 평가지표 및 개발 일정 ... 24 1. 기술개발 목표 평가지표 ... 24 2. 개발 추진 내용 및 일정 ... 25 제3절 세부 개발내용 및 방법 ... 27 1. 선행기술게발에 대한 분석 ... 27 2. 나노 히트파이프 설계 및 샘플 제작 ... 38 3. 열유동물질 개발 (나노입자가 함유된 작동 유체 : 나노유체) ... 43 4. 나노 히트파이프의 제조 ... 47 5. 나노히트파이프 내구성 개선실험 ... 55 6. 메인폴더의 설계 및 제작 ... 56 7. 태양열 열교환기 1차 시작품 제작 ... 58 8. 태양열 열교환기 2차 시작품 제작 몇 테스트 ... 63 9. 태양열 열교환기 3차 시작품 제작 및 테스트 ... 70 10. 태양열 열교환기 4차 시작품 제작 및 테스트 ... 78 11. 열교환기 방열기 시제품 제작 ... 82 12. 열교환기 통합시스템 구축 ... 87 13. 태양열 열교환 장치에 대한 나노튜브 열전달 특성 테스트 (열해석 시물레이션 도입) ... 93 14. 태양열 열교환기 열해석 시물레이션 ... 99 15. 태양열 열교환기 5차 시제품 ... 102 16. 태양열 열교환기 공인기관 시험평가의뢰 (한국 화학융합시험연구원) ... 120 17. 지적재산권 출원 ... 122 18. 참여기업 개발사항 ... 128제3장 성과 요약 및 기대효과 ... 151 제1절 성과요약 ... 151 제2절 기대효과 ... 152끝페이지 ... 152