LNG 단열박스 유닛의 열전도율 계측 장비 설계를 위한 열유속법(HFM) 적용

초록

본 연구는 LNG CCS(Cargo Containment System)의 단열 박스 Unit의 열전도계수 계측 장비 설계를 위한 기초 실험 결과를 다루고 있다. 열유속법(HFM: Heat Flow Meter)을 적용 가능성을 검토하기 위하여 소형 R-PUF(Reinforcement Polyurethane Foams) 시편을 대상으로 열전도 계수를 계측하였다. 또한, HFM의 계측 결과와 비교하기 위하여 상용 열판 보호법(GHP, Guarded Hot Plate) 방식의 계측 장비를 이용하여 동종 시편의 열전도 계수도 계측하였다. HFM 실험 장비는 시편 외부의 단열 케이스, 열 유속계 및 온도센서, 가열 시스템과 데이터 계측 시스템으로 제작하였다. 정상 상태에서 균일한 열유속을 계측하기 위하여 시편 상부를 제외한 외부를 단열재로 시공하였으며, 시편 상하면에서 정상 상태의 온도차를 발생시키기 위하여 하부에 가열시스템을 구축하였다. 시편 사이와 상, 하부에 층상형(Layered) Heat flux sensor와 온도 센서를 배치하여 정상 상태 구간 및 열유속과 온도 변화를 계측하였다. 예비 실험을 모사한 열전도 FEA 모델을 작성하여 단열재 유무에 따른 열 손실 및 열유속의 변화를 실험 결과와 비교하여 타당성을 검토하였으며, 정상상태 구간의 열유속 및 온도 결과에 따른 열전도 계수의 민감도를 파악하였다. 또한 GHP 장비의 계측 결과와 HFM 장비의 계측 결과의 차이를 비교하여 HFM 방식의 계측 정확성을 확인하였다. 이를 통하여 LNG 화물창의 단열 박스 Unit의 열전도 계측에 HFM 방법을 적용할 수 있음을 확인하였다.