나노유체 열전달 관련 최근 연구 동향

세계 최초로 나노유체를 이용한 ‘이성분 나노유체(Binary nanofluid)를 개발하는 데 성공해 흡수식 냉동기의 소형화와 에너지절감 효과를 기대할 수 있을 것으로 기대된다.
강용태 경희대학교 교수는 에너지관리공단이 ‘에너지ㆍ자원 기술개발사업의 일환으로 3년간 총 1억3,000만원의 지원을 받아 ‘흡수식 성능향상을 위한 이성분 나노유체 개발 연구를 통해 세계 최초로 나노유체를 이용한 ‘이성분 나노유체(Binary nanofluid)를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.
이로써 세계 1조8,000억원의 흡수식 냉동기 시장과 국내 냉동공조산업에 새로운 장을 열 것으로 기대된다. 현재는 2차년도 실용화 연구단계로 LS엠트론과 실제 흡수식 냉동기에 적용해 신뢰성 평가를 실시하고 있다.
이성분 나노유체는 흡수식 냉동기에 냉매로 쓰이는 H₂O/LiBr(리튬브로마이드 수용액)에 열전도도가 높은 금속입자인 평균 직경 20nm의 A...

나노유체 열전달 관련 최근 연구 동향

세계 최초로 나노유체를 이용한 ‘이성분 나노유체(Binary nanofluid)’를 개발하는 데 성공해 흡수식 냉동기의 소형화와 에너지절감 효과를 기대할 수 있을 것으로 기대된다.
강용태 경희대학교 교수는 에너지관리공단이 ‘에너지ㆍ자원 기술개발사업’의 일환으로 3년간 총 1억3,000만원의 지원을 받아 ‘흡수식 성능향상을 위한 이성분 나노유체 개발’ 연구를 통해 세계 최초로 나노유체를 이용한 ‘이성분 나노유체(Binary nanofluid)’를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.
이로써 세계 1조8,000억원의 흡수식 냉동기 시장과 국내 냉동공조산업에 새로운 장을 열 것으로 기대된다. 현재는 2차년도 실용화 연구단계로 LS엠트론과 실제 흡수식 냉동기에 적용해 신뢰성 평가를 실시하고 있다.
이성분 나노유체는 흡수식 냉동기에 냉매로 쓰이는 H₂O/LiBr(리튬브로마이드 수용액)에 열전도도가 높은 금속입자인 평균 직경 20nm의 Al₂O₃나노입자를 50kHz 이상의 초음파 분쇄기로 분산시켜 만들어진다. 이때 나노입자의 침전을 막기 위해 분산안정제로 Arabic gum을 사용하고 흡수기의 물질전달을 향상시키기 위해 계면활성제인 2E1H가 이성분 나노유체에 첨가된다.
이성분 나노유체는 H₂O/LiBr를 냉매로 쓰고 있는 흡수식 냉동기에 적용해 흡수식 냉동기의 소형화와 성능을 향상시켜 에너지를 절약할 수 있는 최고의 부가가치 물질로 평가된다.
강용태 경희대 교수는 “20nm의 Al₂O₃나노입자를 이성분 혼합물인 H₂O/LiBr에 안정적으로 분산시킬 수 있는 기술을 확립해 세계 흡수식 냉동기의 고부가가치 활용 가능성을 열었다”라며 “이번에 개발한 이성분 나노유체는 현재 사용되고 있는 H₂O/LiBr에 비해 높은 열전달과 물질전달 성능을 갖고 있어 흡수식 냉동기의 소형화와 에너지절약, 계절에 따른 전력과 도시가스 수급 불균형으로 발생하는 국가단위의 에너지설비 비용을 획기적으로 감축시킬 것으로 기대된다.”고 …(생략)

밝혔다.
2xxx년 시장 진입할 경우 국내 평균 출하량 812대를 기준으로 국내 시장의 70%를 대체할 경우 2,730억원의 수입대체 효과가 기대된다.
이성분 나노유체 개발로 급성장한 나노기반기술을 바탕으로 나노입자 시장 형성 및 확대에 결정적인 역할을 할 수 있을 것으로 기대되며 흡수식 냉동기뿐만 아니라 냉동공조사업 전분야로의 확대를 통한 꾸준한 소비 증대가 예상된다. 특히 고효율 소형 흡수식 냉동기의 자립화를 이룰 수 있는 초석뿐만 아니라 세계 유일의 기술보유국으로서 기술우위 및 향후 나노기술의 선두주자가 될 수 있는 선도적 위치를 차지할 수 있을 것으로 전망된다.










현대의 많은 산업부문에서 열교환은 매우 중요한 문제이다. 기존의 열 교환 향상방법은 열교환기의 구조를 개선하거나 열교환용 유체의 흐름을 향상시켜 총괄열전달을 향상시키는 것이었다. 그러나 최근의 전자산업 등에서 많이 개발되고 있는 초소형 장치의 경우 장치자체의소형화를 위해 열 교환을 위한 채널도 소형화 되어야 하고, 이 때문에 유체의 흐름을 조절하여 열 교환을 향상시키기에는 많은 제약을 따른다. 이를 해결하기 위해서는 열 교환을 위한 유체 자체의 열전도도와 같은 특성을 향상시켜야 한다.
최근에 산업이 첨단, 고도화 되어감에 따라 에너지사용에 있어서 효율이 강조되고 있다. 특히 1차 에너지의 80~90%가 열교환기를 통해 순환되기 때문에 현재 40%수준인 열교환기의 효율을 늘릴 필요가 절실하다. 열교환기의 내부순환 유체를 기존의 순수유체를 대신하여 열전도도가 높은 나노유체를 적용하면 더 높은 수준의 열 교환 효율을 기대할 수 있다. 또한 나노유체의 연구는 기초물성 연구와 기업 연구소 중심의 산업화 연구로 대별되어 수행되고 있다. 기초물성 연구는 미국을 중심으로 중국, 인도, 유럽의 대학 및 연구소에서 활발하게 연구되고 있다. 특히 미국에서는 에너지부(DOE)의 지원으로 자동차 디젤엔진의 냉각효율을 65% 향상시키기 위한 연구가 이루어지고 있고