Direct Borohydride Fuel Cell은 알칼리 붕소 수소화물의 수용액을 이용하는 연료전지로 연료의 직접 산화반응을 통해 기존의 DMFC(직접 메탄을 연료전지)보다 높은 전류밀도와 OUV(Open Circuit Voltage)를 나타낸다. 또한 액체 연료를 사용하므로 장치 구성이 간단하며, 사용하는 연료가 반응성이 높은 알칼리 붕소 수소화물로 이루어져 있기 때문에 탄화수소 계열의 액체 연료와 달리 전기화학 반응이 비귀금속 전극에서도 쉽게 이루어질 수 있다는 장점을 가지고 있다 하지만 강알칼리 조건에서 전기화학 반응이 진행되므로 이에 적합한 재료로 장치를 구성해야 하며, 액체 상태의 연료가 전해질을 투과하는 현상인 크로스오버 문제를 해결해야 하고, 생성물인 $BO_2$-가 침적되어 전지효율을 떨어뜨리는 것을 방지해야 하는 문제점이 있다. 또한 알칼리 붕소 수소화물이 물과 반응하여 수소를 발생시키는 hydrolysis 반응을 억제하여야 하고 직접 산화반응만이 진행될 수 있도록 전지를 구성해야 연료효율을 높일 수 있다. 따라서 본 연구에서는 수소 생성반응일 hydrolysis 반응은 억제하고 연료의 직접 산화반응만을 진행시키기 위한 전극촉매에 대하여 연구하였다. 일반적인 저온형 연료전지의 전극촉매로 사용하는 Pt등의 귀금속 촉매와, 귀금속 촉매를 대체할 수 있는 Ni등의 비귀금속 촉매를 그 연구 대상으로 하였으며, 평가 방법으로는 unit cell station을 이용한 단위전지 성능측정 실험과 Potentiostat/Galvanostat을 이용한 half cell 실험을 병행하여 수행하였다.
형태가변형 전자 소자는 늘림, 굽힘 등 기계적으로 변형된 상태에서도 초기 소자 특성이 유지되는 소자를 말한다. 형태가변형 전자 소자에 적용되는 여러 전도성 소재 중 갈륨 기반 액체 금속은 상온에서 액체 상태로 존재하며 우수한 형태가변성과 전기 전도성, 낮은 인체유해성으로 인해 최근 다양한 형태가변형 전자 소자에 적용되고 있다. 본 고에서는 최근 보고된 여러 연구들을 중심으로 갈륨 기반 액체 금속을 소개하고 이를 활용한 다양한 형태가변형 전자 소자 및 제조 공정에 대해 논하고자 한다.
The magnetohydrodynamic(MHD) pressure drop along a liquid sodium flow was measured in a rectangular duct under a transverse magnetic field. The test section was made of a 3 mm thick stainless steel SUS304 with a $74{\times}5mm^2$ rectangular flow channel. The range of experimental parameters was roughly B=0${\sim}$0.18T and U=0${\sim}$0.9m/s at around $200^{\circ}C$. The differential pressure was measured by a diaphragm seal-type pressure transmitter filled with a high temperature silicon oil within 0.1MPa. The experimental results show a similar pressure drop with the theoretical estimation according to a change of the flow velocity and the magnetic field.
The flow-field of a liquid-metal system is very important for the safety analysis and the design of the steam generator of liquid-metal fast breeder reactor. Dynamic neutron radiography (DNR) is suitable for a visualization and measurement of a liquid metal flow and a two-phase flow in a metallic duct. However, the three dimensional DNR techniques is not enough to obtain the velocity information in the wide channel up to now. In this research, a high speed DNR technique was applied to visualize the heavy liquid-metal flow field in the narrow channel with the HANARO-beam facility. The images were taken with a high frame-rate neutron radiography at 250 fps and analyzed with a Particle Image Velocimetry(PIV) method. The images were compared with the results of the commercial CFX code to study the feasibility of DNR technique for the measuring the heavy liquid-metal flow field. The PIV images could discern the turbulent vortex flow in the two-dimensional narrow channel.
국내개발 액체금속로 KALIMER(전기출력 150 MWe)의 노심설계를 수행하고, 이에 대한 핵ㆍ열수력 특성을 분석하였다. 2농축U-Zr(15.0/20.0 %) 이원합금핵연료의 균질노심으로서, 핵연료 재장전주기는 12개월, 평균증식비는 0.68이다. 평형주기에서의 최대연소도는 47.3 MWD/kg이며, 음의 소듐 void 반응도가를 가진다. 동일한 설계기준으로 설계한 전기출력 333 MWe의 중형노심과 노심 특성을 비교ㆍ분석한 결과, 소형노심(전기출력 155 MWe)이 상대적으로 짧은 핵연료 재장전주기와 낮은 노심출력밀도를 갖고 있음을 알 수 있었다.
본 연구에서는 고온의 천이 열하중을 받는 304 SS 재질의 액체금속로 원통용기에 대하여 진행성 변형기구인 열적 라체팅(thermal ratcheting) 변형거동을 해석하였다. 재료의 반복 소성을 나타내는 구성식으로서 Chaboche모델을 이용하였으며 이 모델의 적용을 위하여 ABAQUS의 사용자 프로그램을 개발하였다. 열천이 과정이 반복되는 동안에 축방향의 온도분포 이동에 따른 탄소성 해석을 수행한 결과 소성변형이 각 싸이클마다 누적되어 점진적 변형이 일어났으며 이 해석결과를 시험치와 비교함으로써 해석의 타당성을 검토하였다. 반복 소성거동에 대한 Chaboche 모델을 이용하면 천이 열하중을 받는 304 SS. 재질의 고온구조물에 대하여 라체팅 거동을 정량적으로 평가 할 수 있는 것으로 나타났다.
In this paper, the vibration characteristics of IHTS(Intermediate Heat Transfer System) piping system of LMR(Liquid Metal Reactor) conveying hot liquid sodium are investigated to eliminate the pipe supports for economic reasons. To do this, a 3-dimensional straight pipe element and a curved pipe element conveying fluid are formulated using the dynamic stiffness method of the wave approach and coded to be applied to any complex piping system. Using this method, the dynamic characteristics including the natural frequency, the frequency response functions, and the dynamic instability due to the pipe internal flow velocity are analyzed. As one of the design parameters, the vibration energy flow is also analyzed to investigate the disturbance transmission paths for the resonant excitation and the non-resonant excitations.
액체금속로는 고온 하중 효과(피로, 크립, 크립-피로)를 고려한 내열응력설계가 중요하다. 최근에는 액금로 후보재료로서 종래의 스테인레스강에 질소를 첨가하여 고온강도를 계량한 316LN 스테인레스강이 개발되었다. 본 연구에서는 액체금속로 재료의 가장 지배적인 손상 기구로 인식되고 있는 피로-크립 파손에 대한 설계자료를 확보하기 위해 DCPD(Direct Current Potential Drop)법에 의한 고온피로균열 측정 시스템을 개발하고 316L 및 스테인레스강인 316LN 스테인레스강에 대한 고온 피로균열진전시험을 수행하였다. 본 연구에 의해 개발된 피로균열진전속도 측정 시스템에 의하면 25$\mu\textrm{m}$ 이하의 분해능으로 균열길이를 측정할 수 있다. 한편 316L 스테인레스강에 질소를 적당량 첨가하면 상온에서 $600^{\circ}C$사이의 온도에서 피로균열진전에 대한저항성이 증가하는 것을 확인하였다.
액체금속로 원자로 노심과 내부구조물 들은 불투명한 소듐 내에 잠겨 있어 육안검사를 수행할 수 없다. 액체금속로 내부구조물의 육안검사를 수행하기 위해서는 초음파를 이용한 소듐내부 가시화가 적용되어야 한다. 본 연구에서는 소듐내부 가시화에 적용하기 위한 판형 초음파 웨이브가이드 센서를 개발하였다. 웨이브가이드 센서에서의 판파 전파특성을 분석하고 판파 적용모드로 제0차 반대칭 $A_0$ 모드를 선정하였다 웨이브가이드 센서에 액체 웨지를 적용하여 $A_0$ 모드의 저주파수 분산 영역에서 판파가 발진되도록 하였으며 입사펄스의 주파수 변조에 의하여 초음파 빔 방사각을 변환시킬 수 있는 새로운 방법을 제안하였다 본 방법은 웨이브가이드 센서를 기계적으로 구동하지 않고 빔 방사각을 조정할 수 있어 기존 웨이브가이드 센서의 구동 제한성을 극복할 수 있게 해 준다. 웨이브가이드 센서의 빔 방사각 변환 특성을 실험적으로 검증하였으며, 수중 C-스캔 시험을 수행하여 웨이브가이드 센서의 소듐내부 가시화 적용 가능성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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