An innovative dry cooled waste heat removal system using direct contact heat exchanger (DCHE) was designed. The system has high heat removal performance and prevents loss of vacuum in condenser. Heat removal performance and pressure drop of spray, vertical string and horizontal string types of DCHEs were evaluated and system optimization was conducted. Transient analysis of the new system found that the condenser conditions can be within design criteria. The system with vertical string type of DCHE has the highest heat removal performance and has 1/4 of pressure drop of the typical system using fin tubes. The heat removal performance is the highest when surface of the falling film is smooth, therefore analysis of the film flowing down on vertical strings was conducted to find stable film conditions. The existing analysis of Rayleigh-Plateau instability had conducted only for stagnant air, on the other hand a film modeling considering effect of counter-current air flow was conducted in this research and conditions of unstable film were expanded. Moreover, an experiment revealed that the expanded range of the unstable film conditions and falling film in the designed system condition is stable.
직접접촉 열교환기를 이용하여 높은 열 제거 성능을 가지며 고온의 공기 조건에서도 응축기 진공상실을 방지할 수 있는 폐열제거계통을 설계하였다. 스프레이, 수직 줄, 수평 줄 타입의 직접접촉 열교환기에 대한 열 제거 성능 및 압력강하를 평가하였고, 설계 최적화를 수행하였다. 폐열제거계통의 천이해석은 높은 기온에서도 응축기가 설계기준을 만족함을 확인하였다. 수직 줄 타입의 직접접촉 열교환기는 가장 높은 열 전달 성능을 보였으며 기존의 핀 튜브 열교환기를 이용한 계통에 비해 압력강하가 1/4 로 감소한다. 유체 표면이 평평할 때 열 제거 성능이 최대화 되기 때문에 수직 줄을 타고 흐르는 유체가 안정적으로 흐르는 조건을 확인하였다. 기존의 레일리-플래토 불안정성 해석들과 달리, 공기의 역흐름을 고려한 필름 모델 해석을 수행하였고 그 결과 정지된 공기보다 불안정한 조건이 확장되었다. 또한 실험을 통해 확장된 불안정한 영역과 설계된 시스템의 유체가 안정적으로 흐르는 것을 확인하였다.
