The objective of this study is to verify the feasibility and applicability of the PCHE-type steam generator. In order to carry out this study, we constructed a new experimental facility in KAIST and conducted boiling experiments under high pressure conditions. We have experimentally confirmed what happens in the heat exchanger consisting of thousands of mini-channels. The pressure drop characteristic curves of the flow rates were obtained under different conditions of heater output, system pressure, inlet temperature, and inlet pressure drop, and the occurrence of flow instability was compared together. A physical model that well predicts the pressure drop characteristics inside the heat exchanger was evaluated and selected. Through the experiments to verify stable superheated steam generation of PCHE, its possibility to be used as a steam generator was confirmed. By analyzing the flow instability with dimensionless parameters, the boundary of density wave oscillation was predicted and the inlet pressure drop value which enables stable flow was obtained. Previous models were first compared with the experimental results, and then the Guido model was modified and developed to apply the steam generator that generates high-quality steam. The KAIST model offers a wider operating margin than the Guido model.
본 연구의 목표는 인쇄기판형 열교환기를 증기발생기로써 활용하기 위한 타당성 및 적합성 검증이다. 이번 연구를 위해 KAIST내 실험 장치를 새로 구축, 고압조건에서 비등실험을 수행했다. 수 천개의 미니채널로 이루어져있는 열교환기에서 어떤 현상이 일어 나는지 실험적으로 확인했다. 히터의 출력, 계통의 압력, 입구 온도, 입구 압력강하의 값이 각각 다른 조건에서 유량에 따른 압력강하 특성곡선을 구하고, 함께 유동불안정성의 발생 유무를 비교했다. 열교환기 내부에서 일어나는 압력강하 특성을 잘 예측하는 물리적 모델을 평가, 선정했다. 또한 인쇄기판형 열교환기의 안정적인 과열증기 생성을 검증하는 실험을 통해 증기발생기로서의 활용가능성을 확인했다. 무차원 변수로 유동불안정성을 해석하여 밀도파진동의 경계를 예측하고 안정적인 유동을 가능케 하는 입구 압력강하 값을 구했다. 먼저 이전의 모델들을 실험 결과와 비교하여 평가했으며, 고건도 증기를 발생시키는 증기발생기에 맞게 Guido 모델을 수정, 발전시켰다. KAIST 모델은 Guido 모델에 비해 더 넓은 운전 마진을 제시했다.
