• 한국화재소방학회:학술대회논문집
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• 한국화재소방학회 2013년도 추계학술대회 초록집
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• pp.57-58
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• 2013

소방보호복은 고열유속에 의한 화상방지를 위해 3층 이상의 복합소재로 구성되어 있으며, 각 소재 사이는 공기 간극이 존재한다. 화재에 의한 고열유속 노출 시 공기 간극 내에서의 열전달은 대류와 복사에 의해 주로 발생하며, 그로 인해 간극의 크기에 따라서 비선형 특징의 열 저항 크기를 갖게 된다. 그러므로 본 연구에서는 보호복 소재 사이의 여러 가지 공기 간극에 대한 보호복의 열 보호성능을 자세히 파악하기 위한 실험을 수행하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.273-273
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• 2010

고열부하 환경에 노출되는 핵융합로의 플라즈마 대향부품은 주로 낮은 원자번호 물질-열전도가 좋은 물질-구조체의 순으로 다층 구조를 이루고 있으며, 이들 간의 우수한 접합성은 부품의 성능을 좌우하는 핵심 요소이다. 이러한 플라즈마 대향부품의 건전성을 평가하기 위해서는 고열속의 열부하를 반복적으로 인가하는 시험이 요구되며, 이를 위해 본 연구원에서는 KoHLT-1, 2의 시험시설을 운용하고 있다. 본 시설에서는 열부하원으로서 그라파이터 히터를 사용하며, 히터는 두 개의 시험 대상부품 사이에 설치되고, 히터에 고전류를 인가하여 복사열에 의해 시험 부품에 열부하를 가하게 된다. 고열부하 환경에서 열피로 시험을 위해 히터에 인가되는 전류를 시간에 따라 일정한 패턴으로 반복적으로 ON-OFF 하게 된다. 본 논문에서는 이러한 고열부하시험을 수행함에 있어 고려해야 할 여러 가지 요소에 대해 논의하였다. 우선 인가하는 열유속(heat flux) 값은 일차적으로 시험시설의 최대 출력에 의해 좌우되며, 시험대상물의 운전조건 및 열부하 반복횟수에 의해 결정된다. 열부하 반복횟수는 주어진 열유속 값에 대해 total strain이 파단에 이르는 수준에 의해 결정된다. 열부하를 인가하는 시간은 히터에 전류를 인가했을 때 요구되는 온도로 상승하는 데 걸리는 시간과 시험대상물의 온도가 더 이상 증가하지 않는데 걸리는 시간에 의해 좌우된다. 냉각시간은 길수록 시험대상물의 온도가 냉각수의 온도에 접근하게 되나 너무 길어지면 시험시간이 급격히 증가하게 되므로, 온도 감소 곡선을 검토하여 적절한 시간을 정하게 된다. 열유속 측정은 냉각수의 온도 상승값과 유량으로부터 계산하게 되며, 정확한 측정을 위해서는 열부하를 인가하는 시간이 충분히 길어야 한다. 또한 시험대상 부품에서 열부하가 인가되는 면적을 정확히 정의해야 하며, 냉각관로에 열부하가 인가되어서는 않된다. 또한 시험대상부품을 지지하는 지지구조체를 통한 열손실을 최소화해야 정확한 열유속을 측정할 수 있다. 시험대상부품을 설치할 때 히터와의 간격 또한 결정해야 할 중요한 요소이며, 간격이 좁을수록 최대 열유속 값을 증가시킬 수 있으나, 너무 가까운 경우 히터의 열변형에 의한 접촉 및 아크 방전의 가능성이 있으며, 이 경우 히터와 시험대상부품의 손상을 가져오게 된다. 시험대상물이 국제열핵융합로(ITER)의 일차벽과 같이 베릴륨이 포함되어 있는 경우 방전에 의한 손상은 인체에 유해한 오염의 원인이 될 수 있다. 또한 순간적인 방전은 고가의 고전류전원의 고장을 유발할 수도 있다. 열부하 시험 중 시험대상물의 온도를 정확히 측정하는 것은 필수적이며, 온도 변화 곡선으로부터 시험대상물의 건전성 여부를 판단할 수 있다. 이를 위해 변화를 가장 잘 탐지 할 수 있는 위치에 온도 센서를 설치하는 것이 관건이며, 이는 사전 분석을 통해 알 수 있다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제28권4호
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• pp.97-103
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• 2014

소방보호복은 고열유속에 의한 화상방지를 위해 3층 이상의 복합소재로 구성되어 있으며, 각 소재 사이는 공기 간극이 존재한다. 화재에 의한 고열유속 노출 시 공기 간극 내에서의 열전달은 대류와 복사에 의해 주로 발생하며, 그로 인해 간극의 크기에 따라서 비선형 특징의 열 저항 크기를 갖게 된다. 그러므로 본 연구에서는 보호복 소재 사이의 여러 가지 공기 간극(0~7 mm)에 대한 보호복의 열 보호성능을 자세히 파악하기 위한 실험을 수행하였다. 복사 열 유속 입사시에 시간에 따른 각 소재의 온도 변화뿐만 아니라, 열 보호성능을 가장 효과적으로 나타낼 수 있는 지표(Radiant Protective Performance, RPP) 값의 공기간극에 대한 변화 특성을 파악하였다. 공기간극이 증가할수록 단열효과가 커짐으로 인해 후면의 온도는 낮아지고, RPP는 커짐을 확인할 수 있었다. 특히 일정 열유속 조건에서 공기간극에 대한 RPP 값은 선형적인 특성을 나타내었고, 그러한 결과를 바탕으로 다양한 입사 열유속 및 공기 간극 조건에 대해 비교적 간단한 형태의 RPP 지표 예측 식을 제안하였고, 좋은 예측 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.468-468
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• 2014

우리나라는 미국, EU, 러시아, 중국, 인도 등 다국간 협력 사업인 국제핵융합실험로(ITER) 사업에 참여하고 있으며, 블랑켓 일차벽 및 시험용 블랑켓 모듈(Test Blanket Module, TBM) 제작기술 개발에 필요한 고열부하 검증시험을 국내에서 자체적으로 실시하기 위한 고열부하시험 시설을 구축하였다. 한국원자력연구원에 설치된 고열부하시험 시설의 주요 사양은 다음과 같다. 열원으로는 전자빔을 사용하며, 빔출력은 최대 300 kW이고, 최대 출력밀도는 $10GW/m^2$이다. 전자빔의 최대 가속전압은 60 kV이고, 최대 조사 면적은 설계상 $70cm{\times}50cm$이다. 고열부하 장비는 핵융합환경과 유사한 고열부하를 시험대상물에 인가하여 접합 및 냉각 성능을 평가하는 장비이며, ITER 블랑켓 및 TBM 일차벽의 경우 약 $0.5MW/m^2$, 가속실험 혹은 사고 시 순간 시나리오 해석을 위해서 $5MW/m^2$까지 고려되기도 한다. ITER 블랑켓 일차벽 제작기술 개발 및 검증(2004~2011)에서는 외국장비(러시아 TSEFEY, 일본 JEBIS, 독일 JUDITH)를 활용하였으나, 고비용 문제와 장비 이용 시간의 제한에 따라 사용이 어려워, 국내에서는 KoHLT-1, 2 장비를 자체 구축하여 활용하여 왔다. 현재는 높은 열부하 인가조건, 약 $5MW/m^2$을 달성하기 위해서 전자빔을 이용한 고열부하시험 장치를 마련하였으며, ITER 블랑켓 일차벽 Semi-Prototype 검증시험, TBM, KSTAR 디버터 실험 등 핵융합로 일차벽 개발에 활용하고 있다. 전자빔, 전원 및 진공 chamber 등 전체 고열부하 시험장치를 구축하여 ITER 장치를 포함해서 토카막 디버터 등 핵융합 플라즈마 대면부품 (Plasma Facing Components, PFC) 재료 개발과 국방, 항공우주 분야의 열유속 게이지 측정법 향상 연구, 로켓 추진 엔진 연소실의 열유속 모니터링 연구, 항공기 프로펠러 연구 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한설비공학회:학술대회논문집
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• 대한설비공학회 2004년도 하계학술발표 논문집
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• pp.23-23
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• 2004

• 한국화재소방학회:학술대회논문집
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• 한국화재소방학회 2013년도 추계학술대회 초록집
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• pp.55-56
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• 2013

소방보호복의 열보호특성을 정확히 파악하는 것은 보호복 개발 뿐만 아니라 화상에 의한 부상 방지 및 생명 보호라는 측면에서 매우 중요하다. 하지만 대부분의 경우 고열유속 조건에서 시험을 수행하여 시편의 파괴가 발생하기 쉽고, 그에 의해 제대로 된 결과를 얻어낼 수 없는 경우가 많다. 따라서 본 연구에서는 저열유속 조건의 복사열 노출시 열보호성능을 효과적으로 제시할 수 있는 지표 및 측정 방법을 기존 RPP (Radiant Protective Performance) 측정방법을 개선하여 제안하였다. 또한 실험을 통해 여러 가지 보호성능지표들의 관계를 파악하였다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제26권5호
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• pp.13-20
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• 2012

매년 많은 소방공무원들이 화재나 고온 조건 등에 노출되어 화상으로 고통 받고 있어, 화상 예측에 대한 연구를 통해 화상을 방지할 수 있는 방법의 개발이 매우 중요하다. 그러나 피부조직의 비선형성, 혈류에 의한 열전달 분석의 불확실성 등 인체 내부의 복잡한 물리현상으로 인해 화상에 대한 연구는 매우 부족한 것이 실정이며, 특히 국내의 경우는 이에 대한 연구가 전무한 실정이다. 본 연구에서는 특히 심각한 화상을 유발할 수 있는 돌발화염(80 kW/$m^2$ 이상의 고열 유속 조건)하에서의 2도 화상 발생에 대한 예측을 수행하였다. 생체 열전달 방정식(Bio-heat transfer)을 이용하여 지배방정식을 유도하였으며, 유한차분법(Finite Difference Method)을 활용하여 화상에 대한 예측을 수행하는 수치해석 접근법을 사용하였다. 기존의 여러 연구결과로부터 인체 피부의 열물성치를 정리하였고, 그것을 바탕으로 계산을 수행하였다. 기존의 낮은 열유속에 대한 화상 실험 결과와 예측 결과를 비교하여 가장 오차가 적은 열물성치 모델을 파악하였고, 그 결과를 바탕으로 고열유속의 돌발화염에서의 2도 화상발생 노출시간을 예측하여 제시하였다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제28권2호
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• pp.1-8
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• 2014

보호복 섬유 및 재료의 개발을 통해 나아진 단열 성능을 제공함에도 불구하고 보호복의 화상 방지는 아직도 중요한 사항이다. 화염으로부터의 보호성능을 보장받기 위해서 보호복의 정확한 성능검증이 필요하며, 열보호 특성을 정확히 파악하기 위해 ISO 등은 시험방법을 표준화하여 제시하고 있다. 하지만 대부분의 경우, 높은 열유속 조건에 대해 보호복의 열보호 성능을 시험하는 것으로 되어 있어, 고열유속에 의한 시편의 파괴가 일어나기 쉽다. 그러므로 낮은 열유속 조건에서 보호복의 열보호 성능을 측정하는 방법이 필요하며, 본 연구에서는 낮은 열유속에 대한 열보호 성능을 측정할 수 있는 화상 및 통증유발시간에 기초한 개선된 RPP(복사열 보호 성능) 지수와 그의 측정방법을 제안하였다. 또한 제안된 열보호성능 측정 방법을 실험을 통해 확인하고, 보호복의 비정상열전달특성을 파악하였다. 또한 기존의 여러 가지 열보호성능지표들과 제안지표와의 관계를 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1323-1327
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• 2006

일반적으로 화력발전소는 원활한 원료 및 냉각수의 공급과 환경적인 요인으로 인해 내륙보다는 해안에 위치하고 있다. 발전소의 안정성을 확보하기 위해서는 고열의 발전기를 냉각하는 냉각설비들이 반드시 필요하며 이를 위해 취수로를 통한 냉각수의 원활한 공급이 이루어져야 한다. 이러한 냉각수 공급은 대용량 펌프에 의해 이루어지며, 취수로 구조물의 형상 및 냉각수의 흐름조건에 따라 성능과 수명이 좌우된다. 특히 해안에 위치하는 지리적 여건상 직접취수가 많으며 이러한 경우 유사가 취수로에 유입되어 펌프 흡입 시 균열과 임펠러 마모 등을 유발시켜 펌프의 안전에 악영향을 미치게 된다. 따라서 취수로에 유사의 퇴적을 유도하는 침사지를 설계하게 되며 Hydraulic Institute Standards(1998)에서는 허용설계유속을 0.2 m/s 이하로 정하고 있다. B 발전소는 직경 3 m의 대형 취수관로 3개를 통해 매우 빠른 유속으로 취수로에 유입되는 냉각수 계통 구조물을 가지고 있어 침사지 내 유속이 허용기준을 초과하였다. 본 연구에서는 침사지내 유속을 만족시키기 위해 다양한 에너지 소산 구조물 설계방안을 제시하였다. 각 설계방안에 따른 흐름 특성 및 유속 분포를 파악하고 common bay 내에서의 난류특성을 분석하여 비교.검토하였다. 수리모형실험 결과를 통해 각각의 설계방안에 따른 침사지의 효율을 평가하였으며 최적의 에너지 소산 구조물에 대한 설계방안을 제안하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제22권2호
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• pp.27-31
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• 2015

고성능 소자의 전력밀도가 증가함에 따라 소자의 열 관리는 주요 핵심 기술로 부각되었고, 기존의 heat sink나 TIM(thermal interface material)으로는 소자의 열 문제를 해결하는데 한계가 있다. 이에 최근에는 열 유속(heat flux)을 증가시키고자 액체 냉각 시스템에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 본 연구에서는 TSV(through Si via)와 microchannel을 이용하여 칩 레벨 액체 냉각 시스템을 제작하고 시스템의 냉각 특성을 분석하였다. TSV와 microchannel은 Si 웨이퍼에 DRIE(deep reactive ion etching)을 이용하여 공정하였고, 3가지 다른 형상의 TSV를 제작하여 TSV 형상이 냉각 효율에 미치는 영향을 분석하였다. TSV와 microchannel 내 액체흐름 형상은 형광현미경으로 관찰하였고, 액체 냉각에 대한 효율은 실온에서 $300^{\circ}C$까지 시편을 가열하면서 적외선현미경을 이용하여 온도를 측정 분석하였다.