초록 ▼

연구개요
응축 열전달 성능 향상 연구는 에너지의 효율성이 중요시되는 다양한 산업 분야에서 경제적으로 큰 이익을 얻을 수 있는 중요한 연구 분야로 평가받고 있음. 하지만 기존 연구들은 작은 규모의 제한된 금속 표면에 대한 현상 분석 연구로 산업으로의 적용은 힘든 상황임. 이에 따라, 본 연구진은 응축 열교환 성능 향상을 위한 티타늄/스테인리스 극소수성 표면 구조 개발을 통해 기존 연구들의 큰 한계점이었던 산업적용 가능성을 넓히고자 함. 또한, 극친수성/극소수성 3차원 대면적 패터닝 기술 개발을 통해 응축 성능 향상 연구의 새로운

연구개요
응축 열전달 성능 향상 연구는 에너지의 효율성이 중요시되는 다양한 산업 분야에서 경제적으로 큰 이익을 얻을 수 있는 중요한 연구 분야로 평가받고 있음. 하지만 기존 연구들은 작은 규모의 제한된 금속 표면에 대한 현상 분석 연구로 산업으로의 적용은 힘든 상황임. 이에 따라, 본 연구진은 응축 열교환 성능 향상을 위한 티타늄/스테인리스 극소수성 표면 구조 개발을 통해 기존 연구들의 큰 한계점이었던 산업적용 가능성을 넓히고자 함. 또한, 극친수성/극소수성 3차원 대면적 패터닝 기술 개발을 통해 응축 성능 향상 연구의 새로운 패러다임을 제시함. 마지막으로, 다중 관형구조 응축 열교환 성능 평가 모델 개발을 통해 산업용 열교환기에서 응축 성능 향상이 가능함을 증명함.

연구 목표대비 연구결과
본 연구진은 티타늄/스테인리스 열교환기 튜브에 극소수성 마이크로/나노 계층 구조를 성공적으로 구현함. 본 연구진은 광학 현미경 측정을 통해 마이크로/나노 계층 구조가 균일하게 구현됨을 확인했고 접촉각 측정을 통해 극소수(접촉각 150° 이상) 성질이 나타남을 확인함. 본 연구진은 극소수성 티타늄/스테인리스 열교환기 튜브의 응축 열교환 성능을 평가하기 위해 실험 장치를 개발함. 본 연구진은 과포화도 조건에서 측정된 응축수량을 이용하여 총합 열전달 계수를 도출할 수 있는 이론 모델을 개발했고 이를 통해 응축 열전달 성능을 평가함. 이러한 평가 모델을 기반으로 본 연구진은 티타늄/스테인리스 극소수성 표면에서의 열전달 향상률을 도출하여 각 표면에서의 응축 현상 차이를 심층적으로 분석함. 본 연구진은 3차원 대면적 표면에 적용 가능한 극친수성/극소수성 패터닝 기술을 개발하고 열교환기 튜브에 성공적으로 구현함. 본 연구진은 개발된 응축 열교환 성능 평가 모델을 통해 패터닝 표면에서의 응축 메커니즘을 규명했고 두 가지 패턴을 설정하여 패턴에 따른 응축 열교환 성능의 차이를 확인함. 본 연구진은 산업용 열교환기와 같은 구조를 갖는 다중 관형구조 열교환기를 제작하고 응축 열전달 성능 평가 모델을 개발함. 본 연구를 통해 개발된 티타늄/스테인리스 극소수성 표면 제작 기술을 적용했고 단일 튜브와 동일 조건으로 성능을 평가함. 본 연구진은 단일 튜브와 다중 관형구조 열교환기의 열전달 향상률을 비교하여 다중 관형구조 열교환기에 극소수성 표면을 적용했을 때 안정적으로 열전달 성능이 향상됨을 확인함.

연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 연구를 통해 개발된 응축 열교환 성능 향상 기술은 기존 연구들의 큰 한계점인 산업 적용 가능성을 증명한 고부가가치 기술임. 극소수성 티타늄/스테인리스 열교환기 제작 기술은 단순한 공정 단계와 낮은 비용으로 대형 열교환기에 적용하기에 적합할 것으로 예상하고 열전달 성능을 크게 향상할 수 있음. 또한, 두 금속은 표면 개질의 어려움으로 응축 성능 향상 연구가 부족하다는 점에서 학계에서도 그 가치가 높이 평가될 것으로 예상함. 젖음성이 혼재된 열교환기 튜브 개발 기술은 표면을 한가지 젖음성으로 국한하지 않았다는 점에서 기존의 패러다임을 극복했고 다양한 젖음성 패턴에 따른 응축 양상 변화 및 예측 연구들을 파생하는 역할을 할 것임. 다중 관형구조 응축 열교환기 모델은 산업용 열교환기에 본 기술을 적용할 시에 어떠한 응축 성능을 나타낼지 예측하는 지표로 사용될 것으로 예상함.

(출처 : 요약문 3p)