A Study of The Effect of Corrosion on Heat Transfer in a Heat Exchanger

Heat pump systems based on ocean thermal energy conversion (OTEC) systems use the temperature difference between deep ocean water and surface ocean water to operate. However, they may have heat transfer degradation due to corrosion on the heat exchanger surface due to the salinity of sea water. This study presents experimental results for the heat transfer decrease of corroded metal tubes with respect to corrosion time. In order to replace high-priced titanium, electro-deposition (ED) coating was performed on aluminum tubes. Aluminum tubes with ED coating thicknesses of 10, 15, and $20{\mu}m$ were tested for double-tube heat exchangers after performing accelerated corrosion for 6, 12, and 18 weeks. The effects of the coating thickness and the corrosion time on the heat transfer degradation were investigated. From the results, the aluminum tube with an ED coating of $20{\mu}m$ thickness can be suggested as a candidate for replacing titanium tubes.

열교환기에서 부식이 열전달에 미치는 영향에 관한 연구

심층수와 표층수의 온도 차이를 이용하는 히트펌프 시스템이나 해수열원 발전시스템(OTEC)의 열교환기는 해수의 염분에 의하여 발생하는 열교환기의 표면 위에서의 부식 현상에 의하여 열전달 성능이 저하된다. 본 연구는 이중관식 열교환기 실험을 통하여 부식시간에 따른 열전달저하를 실험하고 분석한 내용을 제시한다. 이러한 연구는 고가의 티타늄 열교환기를 대체하기 위하여 알루미늄에 전착 코팅을 하여 제작된 코팅 관을 통해 수행되었다. 코팅 두께 10, 15, $20{\mu}m$의 알루미늄 관 및 티타늄 관을 각각 6주, 12주, 18주씩 가속 부식시킨 후에 이중관 열교환기 실험을 통하여 코팅 두께 및 부식 시간에 따른 열전달의 변화를 측정하고 분석하였다. 코팅이 얇을수록 더 빠르게 블리스터 현상이 발생하였다. $15{\mu}m$의 코팅 관의 경우 12주 부식까지는 좋은 열전달 성능을 보였으나, 18주 부식의 경우에서 열전달 성능의 감소를 보였다. 연구결과로부터 본 실험 조건에서는 $20{\mu}m$의 두께로 코팅된 알루미늄관이 티타늄을 대체할 수 있는 열전달 성능을 가질 수 있음을 확인하였다. 또한, 부식 시간에 따른 부식 열저항의 증가에 대한 고찰을 통하여 향후 부식 열저항 모델 개발의 방법론을 제시하였다.