대체 에너지 열 교환기 사례 연구

소개

한 대체/재생 에너지 회사가 고온 열전기 발전기용 솔루션의 설계, 시뮬레이션, 프로토타입 제작, 테스트를 위해 Boyd Corporation의 열 부문 사업부인 Aavid를 선정했습니다. 목표는 전산유체역학(CFD) 분석을 사용하여, 열전기 모듈 전반에서 온도차를 500°C로 유지해야 하는 열 교환기 및 액체 냉각판 제작에 가장 적합한 설계를 결정하는 것이었습니다.


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도전 과제

Aavid는 가스 온도가 1500°C 이상 올라갈 수 있는 열 교환기에 적합한 재료를 선택했습니다.

Aavid는 제품에 유사한 조건으로, 매우 높은 온도에도 견딜 수 있는 테스트 장비를 제작했습니다.

그리고 높은 작동 온도를 감안하여, 지금까지 강제 기류 냉각 솔루션에서는 흔히 무시되던 방사능을 고려하였습니다.

기존의 표준 계면 재료가 이 용도에서는 적합하지 않았으므로, Aavid는 고온 방열 계면 재료를 연구하였습니다.

해결책

열 교환 형상을 최적화하기 위해 여러 가지 CFD 모델을 제작하여 작동시켜 본 후, 어느 것이 가장 적합한가 하는 권장 사항과 최종 설계안을 고객사에 제시했습니다.

Aavid의 라코니아(Laconia) 시설에서 프로토타입을 제작하고 성능을 테스트 하기 위해 두 가지 하드웨어 설계가 선정되었습니다. 테스트를 통해 가장 정확한 열 특성과 데이터를 얻기 위해 기계 모형을 사용했으며, 이어서 실제 열전기 모듈의 테스트를 실시했습니다.

산출물/결과

시스템을 시뮬레이션하기 위해 상세한 CFD 모델을 사용했으며, 프로토타입을 테스트하여 데이터를 수집했습니다. 그 후 프로토타입으로 얻은 데이터 결과를 기반으로 CFD 모델을 더욱 세심하게 조정하여 마무리했습니다.

CFD 분석과 상세한 재료 특성 조사를 연계하여, 발전기의 높은 작동 온도를 견딜 수 있는 재료를 선택할 수 있었습니다.

엔지니어링과 시간 목표를 달성하기 위해, Aavid와 고객사는 공동 엔지니어링을 통해 협력하였습니다.

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