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연구개요
히트파이프는 작동유체의 비등, 응축 잠열을 이용하여 열을 효과적으로 전달해주는 장치이다. 앞선 수많은 연구에서 나노용액(nano fluid)를 작동유체로 활용하여 히트파이프의 열전달 성능에 대한 연구를 진행하였다. 나노용액는 나노입자가 유체에 분산된 형태로써 비등 시스템의 임계열유속을 향상시킨다는 장점이 있다. 하지만 이전 대부분의 연구에서 금속 및 세라믹의 무기 나노입자를 활용하였으며, 이는 나노입자의 침강 및 응집으로 인해 나노유체가 장기간에 걸쳐 불안정해지는 특성이 있고 이로 인해 나노유체가 산업에 성공적으로 적

연구개요
히트파이프는 작동유체의 비등, 응축 잠열을 이용하여 열을 효과적으로 전달해주는 장치이다. 앞선 수많은 연구에서 나노용액(nano fluid)를 작동유체로 활용하여 히트파이프의 열전달 성능에 대한 연구를 진행하였다. 나노용액는 나노입자가 유체에 분산된 형태로써 비등 시스템의 임계열유속을 향상시킨다는 장점이 있다. 하지만 이전 대부분의 연구에서 금속 및 세라믹의 무기 나노입자를 활용하였으며, 이는 나노입자의 침강 및 응집으로 인해 나노유체가 장기간에 걸쳐 불안정해지는 특성이 있고 이로 인해 나노유체가 산업에 성공적으로 적용되지 못해 왔다. 본 연구에서는 경량의 음이온 TEMPO 산화 셀룰로오스 나노섬유(CNF)를 물속에서 나노미터 크기의 물질로 활용하고자 한다. 셀룰로오스 나노섬유는 음전하를 띠고 있기 때문에 입자들 간의 분산이 굉장히 안정적이며, 장기간에 걸쳐 입자의 침강 및 응집 현상이 발생하지 않는다. 이를 히트파이프의 작동유체 및 표면개질에 적용하여, 시스템의 열전달 성능 향상 및 작동유체로서의 안정성을 확인하고자 한다.

연구 목표대비 연구결과
❍ 연구 목표
· 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 특성 탐구
· CNF 용액 와이어 비등 특성 실험
· CNF를 이용한 표면개질법 개발 및 개질된 표면의 구조적 특성 연구
· CNF 용액과 CNF 표면개질을 이용한 히트파이프 열전달 성능 개선 실험

❍ 연구 결과
· CNF 특성 연구
- CNF의 구조적 특성 및 물성 연구
· CNF 용액 와이어 비등 특성 실험
- 와이어 비등 실험 장치 설계 및 제작
- 시스템의 임계열유속 향상, CNF용액의 장기간에 걸친 안정성 확인
· CNF 코팅을 이용한 표면개질법 개발 및 CNF코팅 개질표면의 구조적 특성 연구
- CNF 코팅장치 설계 및 제작, CNF코팅 개질표면의 구조적 특성 연구
- CNF코팅 개질표면의 지속성 및 안정성을 확보하지 못한 바, 마이크로-나노 구조 형성을 이용한 초소수성/초친수성 표면개질 방법을 이용하기로 결정
· CNF 용액을 이용한 히트파이프 열전달 성능 개선 실험
- 히트파이프 실험장치 설계 및 제작
- 작동유체로 CNF 용액을 이용하여 열전달 성능 실험
- 히트파이프 시스템의 임계열유속 향상 및 작동유체의 안정성 확인
· 초소수성 표면개질 적용 히트파이프 응축부 성능 개선
- 히트파이프 응축부의 초소수성 표면개질에 따른 열전달 성능에 대한 독립 연구수행
- 수평 관외, 수직 관내 응축 실험 장치를 각각 설계, 제작 후 실험
- 초소수성 표면개질이 적용된 관외, 관내 표면에서 응축 열전달 성능 향상 확인
· 초친수성 표면개질 적용 히트파이프 비등부 성능 개선
- 히트파이프 비등부의 초친수성 표면개질로 인한 열전달 성능 독립 연구수행
- 초친수성 표면개질이 적용된 평판 비등 실험에서 열전달 성능 향상 확인

연구개발결과의 중요성
히트파이프는 효율적인 열전달 매개체임과 동시에, 장치의 구성상 가볍고 구조가 단순하기 때문에 열교환기(주로 폐열 회수에 사용), 전자장치 냉각, 태양 에너지 변환 시스템, 우주, 항공 분야에서 많이 응용되고 있으며, 원자력 발전소의 냉각 보조 장치, 태양 전지 냉각 및 지열 에너지 분야에서도 히트파이프를 적용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한 산업이 고도화됨에 따라 기계, 전자장치 성능이 발전하면서 열전달 소자 역시 소형화되는 추세이다.
이로 인해 열전달 소자의 성능 또한 향상되기를 요구받고 있으며, 히트파이프의 한계 영역과 그 한계의 원인 및 성능 향상 방법에 대한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 따라서 CNF용액 및 초친수성/초소수성 표면개질을 이용한 히트파이프 열전달 성능 개선을 통해 다양한 산업 분야에서 고효율의 열전달 매개체로서의 역할을 할 것으로 기대된다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 연구 개발의 필요성 ... 4
• 1.2. 연구 개발의 배경 ... 4
• 1.3. 연구범위 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 2.1. CNF 특성 연구 ... 5
• 2.2. CNF 표면개질 ... 5
• 2.3. CNF 와이어 비등 실험 ... 8
• 2.4. CNF를 이용한 이상 열사이펀(히트파이프) 실험 ... 10
• 2.5. 초소수성 표면개질을 이용한 히트파이프 응축부 성능 개선 ... 11
• 2.5. 초친수성 표면개질을 이용한 히트파이프 비등부 성능 개선 ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 13
• 3.1. 연구결과의 의미 및 중요성 ... 13
• 3.2. 연구결과의 활용방안 ... 13
• 4. 참고문헌 ... 14
• 5. 연구성과 ... 15
• 대표적 연구실적 ... 19
• 끝페이지 ... 26