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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 구학근
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 동명대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수9
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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극지(남극 또는 북극권)해역을 운항하는 선박과 해양구조물에 설치되
는 탄소나노튜브 기반의 면상발열체를 부착 및 융합하여 선박운항 및 조
정 시 안정성을 확보하기 위한 동결방지 장치에 관한 것으로, 영하 ?6
0℃ 극한의 외기 온도에서도 선박의 안전운항과 해양플랜트 및 구조물에
서의 안락한 거주생활에 안전성이 확보되어 구조물의 운영에 한결 편히
사용할 수 있음을 특징으로 하고 있다.
본 연구에서는 기존에 일반적으로 사용하던 금속 소재를 이용한 열선
케이블을 대체하여 초경량 및 박판형태의 탄소나노튜브 소재를 적용하여
용이하게 시공될 수 있으며, 기존의 일차원적 교차 열선방식 형태가 아
닌 면상의 발열체를 이용함으로써 에너지 효율을 높이고 단위체적당 발
열면적을 극대화시켜 초저온 극지 해상에서의 동결방지 장치로 신개념의
발열체 적용기술이라고 할 수 있으며 극지운항선박(또는 해양구조물 적
용에 관한 기초 자료로 활용하고자 하며, 탄소나노튜브 소재로 보강된
복합체는 인장강도 및 탄성, 그리고 경도가 매우 높은 정도까지 높아질
수 있음을 보여주고 있으나, 아직까지 대량으로 탄소나노튜브 소재 강화
금속복합체의 제조에는 적합하지 않다고 볼 수 있다.
따라서 본 논문은 이러한 문제점들을 보완하기 위하여 3-Roll Mill System을 통해 분산과정을 거치게 되면 액상형태의 발열페이스트를 생
성할 수 있으며 탄소나노튜브의 변화에 따른 인장강도, 전기 전도성 및
열전도성을 직접 분산 처리하는 방법을 적용하였고, 제작된 시편에 대하
여 극지해양구조물 거주구역에 설치되는 일체식 화장실 바닥면에 적용하
고자 시간대별 온도변화와 온도 상승 시 전기 소모량을 측정하여 분석한
결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
1. 탄소나노튜브(CNT) 시료에 대한 외관 검사를 실시한 결과 크랙이
나, 변색, 변형, 부식 등의 외관 변화는 발견할 수 없었으며 열효율과 구
조 등을 분석 및 고찰하였을 때, 적합한 재질인 것으로 판단되었다.
2. 저온 챔버에 시편을 넣고 결선 및 예비동작을 확인하고 저온 챔버
온도를 0℃로 설정하였으며, 저온 챔버 내 온도가 0℃로 안전화 후 시편
표면 온도조절기를 통해 발열동작, 시편 표면온도가 22℃도달 후 180분
간 동작을 유지 전체 온도 데이터를 저장, 시험 종료 시까지 평균온도를
유지하였을 때 성능 면에서 가장 적합하다는 것을 알 수 있었다.
3. 케이블 열선 방식보다 탄소나노튜브의 면상발열체가 기준 온도에서
소비전력과 최고온도를 비교 분석한 결과, 동일 발열면적으로 환산했을
때 탄소나노튜브가 소비전력이 약 47% 절감되는 것을 알 수 있었다.
4. 표면저항 분석은 시료에 전류를 보내면 두 지점간의 전압을 측정하
고 옴의 범칙에 따라 저항을 측정하였으며, 저항은 선 저항이기 때문에
보정계수를 적용하면 면 저항으로 환산됨을 알 수 있었다.
5. 면상발열체를 제작하여 일체식 화장실 바닥재에 설치하여 발열 테
스트, 온도분포를 실험하여 분석한 결과, 열선이 설치된 화장실보다 성능
이 우수함을 확인하였다.
는 탄소나노튜브 기반의 면상발열체를 부착 및 융합하여 선박운항 및 조
정 시 안정성을 확보하기 위한 동결방지 장치에 관한 것으로, 영하 ?6
0℃ 극한의 외기 온도에서도 선박의 안전운항과 해양플랜트 및 구조물에
서의 안락한 거주생활에 안전성이 확보되어 구조물의 운영에 한결 편히
사용할 수 있음을 특징으로 하고 있다.
본 연구에서는 기존에 일반적으로 사용하던 금속 소재를 이용한 열선
케이블을 대체하여 초경량 및 박판형태의 탄소나노튜브 소재를 적용하여
용이하게 시공될 수 있으며, 기존의 일차원적 교차 열선방식 형태가 아
닌 면상의 발열체를 이용함으로써 에너지 효율을 높이고 단위체적당 발
열면적을 극대화시켜 초저온 극지 해상에서의 동결방지 장치로 신개념의
발열체 적용기술이라고 할 수 있으며 극지운항선박(또는 해양구조물 적
용에 관한 기초 자료로 활용하고자 하며, 탄소나노튜브 소재로 보강된
복합체는 인장강도 및 탄성, 그리고 경도가 매우 높은 정도까지 높아질
수 있음을 보여주고 있으나, 아직까지 대량으로 탄소나노튜브 소재 강화
금속복합체의 제조에는 적합하지 않다고 볼 수 있다.
따라서 본 논문은 이러한 문제점들을 보완하기 위하여 3-Roll Mill System을 통해 분산과정을 거치게 되면 액상형태의 발열페이스트를 생
성할 수 있으며 탄소나노튜브의 변화에 따른 인장강도, 전기 전도성 및
열전도성을 직접 분산 처리하는 방법을 적용하였고, 제작된 시편에 대하
여 극지해양구조물 거주구역에 설치되는 일체식 화장실 바닥면에 적용하
고자 시간대별 온도변화와 온도 상승 시 전기 소모량을 측정하여 분석한
결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
1. 탄소나노튜브(CNT) 시료에 대한 외관 검사를 실시한 결과 크랙이
나, 변색, 변형, 부식 등의 외관 변화는 발견할 수 없었으며 열효율과 구
조 등을 분석 및 고찰하였을 때, 적합한 재질인 것으로 판단되었다.
2. 저온 챔버에 시편을 넣고 결선 및 예비동작을 확인하고 저온 챔버
온도를 0℃로 설정하였으며, 저온 챔버 내 온도가 0℃로 안전화 후 시편
표면 온도조절기를 통해 발열동작, 시편 표면온도가 22℃도달 후 180분
간 동작을 유지 전체 온도 데이터를 저장, 시험 종료 시까지 평균온도를
유지하였을 때 성능 면에서 가장 적합하다는 것을 알 수 있었다.
3. 케이블 열선 방식보다 탄소나노튜브의 면상발열체가 기준 온도에서
소비전력과 최고온도를 비교 분석한 결과, 동일 발열면적으로 환산했을
때 탄소나노튜브가 소비전력이 약 47% 절감되는 것을 알 수 있었다.
4. 표면저항 분석은 시료에 전류를 보내면 두 지점간의 전압을 측정하
고 옴의 범칙에 따라 저항을 측정하였으며, 저항은 선 저항이기 때문에
보정계수를 적용하면 면 저항으로 환산됨을 알 수 있었다.
5. 면상발열체를 제작하여 일체식 화장실 바닥재에 설치하여 발열 테
스트, 온도분포를 실험하여 분석한 결과, 열선이 설치된 화장실보다 성능
이 우수함을 확인하였다.
목차
Ⅰ. 서론 ············································································································· 11. 연구의 목적 ······························································································· 12. 연구의 방법 및 범위 ··············································································· 33. 논문의 구성 ······························································································· 7Ⅱ. 탄소나노튜브의 개념과 적용 ····························································· 91. 탄소나노튜브의 개념 ··············································································· 92. 탄소나노튜브의 구조 ··············································································· 93. 탄소나노튜브의 합성방법 ····································································· 204. 탄소나노튜브 소재의 중간재 기술 ····················································· 305. 탄소나노튜브를 이용한 극지해양구조물 ··········································· 446. 극지해양구조물의 해양산업규격 적용 ··············································· 54Ⅲ. 실험장치 및 방법 ················································································· 581. 실험장치 ··································································································· 582. 실험방법 ····································································································· 60Ⅳ. 결과 및 고찰 ·························································································· 791. 온도특성 ································································································· 792. 표면저항 ··································································································· 873. 성능특성 ··································································································· 88Ⅴ. 결론 ············································································································ 93참고문헌 ········································································································ 94Abstract ········································································································ 97
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