복합 적층 단열시스템 열전도율 계측을 위한 열유속법(HFM)기반 실험 장비 개념 설계

초록

본 연구는 LNG CCS(Cargo Containment System)의 단열 박스 Unit의 열전도율 계측에 필요한 장비 설계를 다루고 있다. 단열 층을 이루는 개별 재료와 더불어 단열 박스 Unit 전체의 열전도율은 LNG CCS의 BOR(Boil Off Rate) 성능의 척도이다. 단열 박스의 적층 면에서 계측한 열유입과 단열 박스 상하면에서 계측한 온도차로부터 열전도율을 추정할 수 있는 열유속법 (HFM: Heat Flow Meter)를 기반으로 장비의 개념 설계 결과를 제시하였다. 내압 외부 케이스, 장비 내 단열 재료, 저온 냉각 및 가열시스템, 열유속계 및 온도센서, 온도 조절장치, 데이터 계측 시스템 등을 가진 저온 챔버 형 장비로 설계하였다. 층상형(Layered) heat flux meter를 단열 층 사이에 위치시킴으로써 정상 상태에서 균일한 열유속이 계측될 수 있도록 하였다. 단열 박스 상면에 조성할 LNG 온도와 하면에 필요한 상온 또는 설계 온도 조건을 제어하기 위한 방법으로 액화 질소를 이용한 저온 유지 구조 및 온도 제어 장비를 추가하였다. 외부 케이스는 대기의 열 침입을 막기위해 내부에 단열재를 설치하고, 실험 시 내부 결로현상을 방지하기 위해 진공상태에서 순수 질소로 치환할 수 있도록 질소 순환 구조 및 내압 구조를 제시하였다. 냉각 시스템의 경우 액화 질소를 이용한 분사 방식으로 솔레노이드 밸브를 부착하여 챔버 내 온도 센서를 통한 설정 온도에 맞게 주입량을 제어할 수 있도록 설계하였다. CCS 단열 구조의 종류와 크기에 따른 단열 박스에 대응할 수 있도록 챔버의 구조를 설계하였다. 본 연구는 열전도율 계측 및 온도를 제어를 포함한 계측 장비의 개념설계 결과를 제시하였으며, 실제 제작을 위한 상세 설계를 진행 중에 있다.