• 대한기계학회논문집A
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• 제37권9호
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• pp.1189-1194
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• 2013

초고온가스로의 중간열교환기는 원자로에서 생산된 $950^{\circ}C$ 정도의 초고온 열을 수소생산 공장으로 전달하는 핵심 기기이다. 한국원자력연구원에서는 중간열교환기의 후보 형태로 고려되고 있는 인쇄기판형 열교환기의 실험실 수준 시제품을 제작하였다. 본 연구는 초고온헬륨루프 시험조건하에서 SUS316L 로 제작된 실험실 수준 인쇄기판형 열교환기 시제품의 고온구조건전성을 미리 평가하기 위한 작업의 일환으로 인쇄기판형 열교환기 실험실 수준 시제품에 대한 고온 구조해석 모델링, 거시적 열 해석 및 구조 해석을 수행하고 그 결과들을 정리한 것이다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권9호
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• pp.1137-1143
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• 2011

초고온가스로의 중간열교환기는 원자로에서 생산된 $950^{circ}C$ 정도의 초고온 열을 수소생산 공장으로 전달하는 핵심 기기이다. 한국원자력연구원에서는 중간열교환기의 후보 형태로 고려되고 있는 인쇄기판형 열교환기의 소형 시제품을 제작하였다. 본 연구는 소형가스루프 시험조건하에서 인쇄기판형 열교환기 소형 시제품의 고온 구조건전성을 시험수행 전에 미리 평가하기 위한 작업의 일환으로 인쇄기판형 열교환기 소형 시제품에 대한 고온 구조해석 모델링, 거시적 열 해석 및 구조 해석을 수행하고 그 결과들을 정리한 것이다. 해석 결과는 곧 수행될 인쇄기판형 열교환기 소형 시제품 성능시험결과와 비교하고 또한 향후 제작될 중형 시제품 설계/제작에 반영할 것이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권11호
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• pp.737-744
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• 2016

인쇄기판형 열교환기는 집적도가 높고 구조적으로 견고하여 차세대 초임계 이산화탄소 발전 사이클용 열교환기로 각광받고 있다. 본 논문에서는 열원측과 열침측의 채널 크기가 상이한, 획기적인 형태의 인쇄기판형 열교환기에 대한 수치적 연구 결과를 보고한다. 초임계 이산화탄소를 작동유체로 하는 인쇄기판형 열교환기에 대해서 형상변수에 따른 전열성능을 해석하였으며, 그 결과 열원 혹은 열침측의 채널 직경이 증가함에 따라 유속 감소에 의해 전열성능이 단조적으로 감소하는 것을 확인하였다. 채널간격의 경우 열교환기의 전열성능에 크게 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 또한 수력직경이 동일할 경우 채널 단면의 모양은 전열성능에 괄목할 만한 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권11호
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• pp.1499-1506
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• 2011

초고온가스로로부터 생성된 $950^{\circ}C$ 정도의 초고온 열을 이용하여 수소를 경제적이며 또한 대량으로 생산하려는 원자력수소생산시스템에서 중간열교환기는 원자로에서 생산된 초고온 열을 수소생산 공장으로 전달하는 핵심 기기중의 하나이다. 한국원자력연구원에서는 초고온가스로에 사용될 핵심 기기에 대한 성능시험을 위해 소형가스루프를 구축하였고 중간열교환기의 유력한 형태로 고려되고 있는 인쇄기판형 열교환기의 소형 시제품을 제작하였다. 본 연구는 인쇄기판형 열교환기 소형 시제품을 소형가스루프에서 시험하기 전에 루프 시험조건하에서 인쇄기판형 열교환기 소형 시제품의 고온 구조건전성을 미리 평가하기 위한 작업의 일환으로 수행한 결과, 즉 고온 구조해석 모델링, 거시적 열 해석 및 구조 해석 결과 등을 정리한 것이다. 해석 결과는 인쇄기판형 열교환기 소형 시제품 성능시험결과외 비교하고 향후 제작될 중형 시제품 설계/제작에 반영할 것이다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제33권5호
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• pp.541-549
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• 2022

This study investigates anti-icing design by conjugate heat transfer analysis in lab-scale printed circuit heat exchanger (PCHE) for supply of cryogenic high pressure liquid hydrogen. The conjugate heat transfer analysis by using computational dynamics (CFD) provided various temperature distributions at important locations in PCHE heat exchanger and predicted the possibility of freezing in hot channel. And, the effect of inlet temperature of glycol water was analyzed in order to resolve the freezing problem in PCHE.

• 설비공학논문집
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• 제26권12호
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• pp.600-604
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• 2014

Longitudinal heat conduction is known to be an important factor in the design of a printed circuit heat exchanger(PCHE) for cryogenic applications. Parasitic heat conduction through the heat exchanger frame needs to be considered because it is known to decrease the effectiveness of the heat exchanger. In this paper, a conjugate heat transfer problem in a simple counter-flow PCHE is analyzed by a computational fluid dynamics simulation. The effect of longitudinal conduction in a straight channel is compared with the theoretical effectiveness-NTU relationship that assumes a "thin" heat exchanger frame. The calculation results suggest that the theoretical model is valid in the present calculation conditions where NTU is < 13.

• 설비공학논문집
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• 제27권8호
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• pp.426-431
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• 2015

The advantages of a printed circuit heat exchanger (PCHE) are the compactness and efficiency derived from its heat-transfer characteristics; furthermore, a PCHE for which a diffusion bonding method was used during production can be applied to extreme environments such as a cryogenic condition. In this study, a micro-channel PCHE fabricated by diffusion bonding was investigated in a cryogenic environment regarding its thermal performance and the pressure drop. The test rig consists of an LN2 storage tank, vaporizers, heaters, and a cold box, whereby the vaporized cryogenic nitrogen flows in hot and cold streams. The overall heat-transfer coefficients were evaluated and compared with traditional correlations. Lastly, we suggested the modified heat-transfer correlations for a PCHE in a cryogenic condition.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권11호
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• pp.767-773
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• 2017

인쇄기판형 열교환기는 금속박판에 유체의 유로를 형성하여 고온고압 환경에서 금속분자의 확산을 이용하여 접합하는 방식으로 제작하므로 고온고압 유체의 열교환에 유리한 장점을 가지고 있다. 또한 금속박판에 유로를 미세하게 식각하여 형성시킬 수 있으므로 단위체적당 전열면적을 크게 할 수 있어 열교환 집적도가 향상되어 고효율의 열전달 효과를 낼 수 있다. 집적도를 향상시키기 위해서는 금속부분을 줄일수록 유리하나 미세채널 내에 고압 유체가 흐르게 되면 압력에 의한 변형이 발생할 수 있으므로 채널간 금속박판의 변형이 일어나지 않도록 채널 형상 및 구조를 설계하여야 한다. 또한 미세채널이 모여서 배관으로 연결되는 헤더 부분의 내압설계도 중요하다. 본 연구에서는 기존 내압규격을 이용하여 운전 조건에 따라 인쇄기판형 열교환기를 설계할 수 있는 방법론을 제시하고 유동조건에 따른 전산해석을 통하여 설계 결과를 검증해 보고자 한다.

• 한국압력기기공학회 논문집
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• 제14권1호
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• pp.24-31
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• 2018

The mechanical design procedure is studied for the PCHE(printed circuit heat exchanger) with electrochemical etched flow channels. The effective heat transfer plates of PCHE are assembled by diffusion bonding to make a module. PCHE is widely used for industrial applications due to its compactness, cost efficiency, and serviceability at high pressure and/or temperature conditions. The limitations and technical barriers of PCHE are investigated for application to nuclear components. Rules for design and fabrication of PCHE are specified in ASME Section VIII but not in ASME Section III of nuclear components. Therefore, the calculation procedure of key dimensions of PCHE is defined based on ASME section VIII. The effective heat transfer region of PCHE is defined by several key dimensions such as the flow channel radius, edge width, wall thickness, and ridge width. The mechanical design procedure of key dimensions was incorporated into a program for easy use in the PCHE design. The effect of assumptions used in the key dimension calculation on stress values is numerically investigated. A comparative analysis is done by comparing finite element analysis results for the semi-circular flow channels with the formula based sizing calculation assuming rectangular cross sections.

• 한국압력기기공학회 논문집
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• 제14권1호
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• pp.8-14
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• 2018

Printed circuit heat exchangers (PCHEs) are widely used with an increasing demand for industrial applications. PCHEs are capable of operating at high temperatures and pressure. We consider a PCHE as a candidate intermediate heat exchanger type for a high temperature gas-cooled reactor (HTGR). For conventional application using stainless steels, design and manufacturing of PCHEs are well established. For applications to HTGR, knowledge of longitudinal conduction and deformation of channel is required to estimate design margin. This paper analyzes the effects of longitudinal conduction and deformation of channel on thermal performance using a code internally developed for design and analysis of PCHEs. The code has a capability of two dimensional simulations. Longitudinal conduction is estimated using the code. In HTGR operating condition, about ten percent of design margin is required to compensate thermal performance. The cross-sectional images of PCHE channels are obtained using an optical microscope. The images are processed with computer image process technique. We quantify the deformation of channel with dimensional parameters. It is found that the deformation has negative effect on structural integrity. The deformation enhances thermal performance when the shape of channel is straight in laminar flow regime. It reduces thermal performance in cases of a zigzag channel and turbulent flow regime.