고진공 다층단열재를 포함한 액체수소 저장시스템의 최적화를 위한 복합열전달 해석에 관한 연구

Abstract

본 연구는 고진공 다층단열재를 포함한 액체수소 저장시스템의 최적화를 위한 복합열전달 해석을 위해 수행되었다. 액체수소 저장탱크 내에서는 외부로부터 전달되는 열전달에 의해 액체수소가 수소증기로 변화된다. 이 때 전달되는 열전달량은 다층단열시스템의 열저항에 따라 달라진다. 내외부의 큰 온도차이로 인하여 복사열전달이 매우 크므로 이를 줄이기 위해 여러 개의 쉴드를 사용하고 있고 일부 흡수된 열은 열전도에 의해 전달되므로 이를 줄이기 위해서 고진공 상태의 다층단열재가 사용되고 있다. 또한 증발된 증기도 외부 온도에 비해 온도가 매우 낮아 증발된 증기를 이용하여 외부에서 전달되는 열전달량을 효과적으로 줄이기 위한 증기냉각쉴드 등의 추가 장치에 대한 설계가 매우 중요하다고 사료된다. 외부로부터 열전달량이 증가하면 수소증기는 증가될 것이고 증가냉각쉴드 내부로 흐르는 양이 증가된다. 증기냉각쉴드의 파이프 길이가 증가되면 접촉면적이 커져 수소증기에 의해 외부열전달되는 양을 줄일 수 있지만 반대로 유동저항이 커져서 파이프 내부 속도 감소로 인한 대류 열전달량을 감소시키는 현상이 발생한다. 따라서 액체수소 저장시스템의 최적화를 위해서는 진공도, 다층단열재의 재질과 두께 및 증기냉각쉴드의 형상에 따라 최적화할 수 있는 물리모델을 개발하고자 한다.