고온 머플로 퍼니스는 최대 1000°C의 극한 열을 유지할 수 있는 정밀하게 제어된 열 환경을 조성하여 용융염 에너지 저장 조건을 재현합니다. 구체적으로, 9~15시간 동안 지속적인 가열을 유지함으로써 초합금과 공융 용융염(예: 질산나트륨 및 질산칼륨) 간의 상호 작용 연구를 가능하게 합니다.
머플로 퍼니스는 집광 태양열 발전(CSP) 시스템의 중요한 대리 역할을 하여 재료의 기계적 특성에 대한 고온 산화, 탄화 및 고온 부식의 영향을 분리합니다.
CSP 환경 시뮬레이션
정밀한 열 조절
집광 태양열 발전 시스템의 공격적인 환경을 정확하게 모방하기 위해 머플로 퍼니스는 약 1000°C에 도달하고 안정화되어야 합니다.
이 높은 열 상한선은 초합금을 작동 한계까지 밀어붙이는 데 필요합니다.
시간적 일관성
실제 에너지 저장에는 순간적인 급증뿐만 아니라 지속적인 열 노출이 포함됩니다.
머플로 퍼니스는 9~15시간 동안 지속적인 가열을 제공합니다.
이러한 지속적인 노출은 재료가 즉각적인 열 충격 반응이 아닌 시간에 따라 어떻게 열화되는지 관찰하는 데 중요합니다.
재료 상호 작용 및 열화
용융염 매체
퍼니스 환경은 용융염으로 채워진 용기를 수용하도록 설계되었습니다.
일반적으로 질산나트륨 및 질산칼륨과 같은 혼합물이 포함됩니다.
이러한 염은 에너지 저장 매체 역할을 하며, 이들과 용기 재료 간의 상호 작용이 실험의 초점입니다.
주요 메커니즘 평가
이러한 조건의 주요 목표는 특정 열화 메커니즘을 유발하고 평가하는 것입니다.
연구원들은 산소가 합금 표면과 반응하는 고온 산화를 찾습니다.
또한 에너지 저장 인프라에 사용되는 초합금의 기계적 무결성을 심각하게 손상시킬 수 있는 탄화 및 고온 부식도 평가합니다.
정확도를 위한 중요한 사전 요구 사항
진공 전처리 필요성
머플로 퍼니스는 고온 시뮬레이션을 처리하지만 자체적으로 초기 오염 물질을 효과적으로 제거할 수는 없습니다.
주요 실험 전에 시료 준비를 위해 별도의 실험실 진공 퍼니스가 종종 필요합니다.
오염 물질 제거
시료와 용기는 진공 환경(10⁻⁶ Torr와 같은 고진공 수준에 도달)에서 400°C로 사전 가열됩니다.
이 "베이킹" 공정은 금속 표면에 흡착된 수분과 잔류 가스를 제거합니다.
이 단계를 거치지 않으면 잔류 산소가 머플로 퍼니스에서 즉각적이고 심각한 산화 부식을 유발하여 실험 결과를 왜곡할 수 있습니다.
실험에 대한 올바른 선택
용융염 에너지 저장 재료에 대한 신뢰할 수 있는 데이터를 얻으려면 시료 준비와 환경 시뮬레이션을 구분해야 합니다.
- 주요 초점이 CSP 작동 조건 재현이라면: 현실적인 열화를 유도하기 위해 9~15시간 동안 1000°C를 유지하기 위해 고온 머플로 퍼니스를 사용하십시오.
- 주요 초점이 데이터 오염 방지라면: 용융염 환경에 들어가기 전에 시료를 탈기하기 위해 400°C까지 사전 가열하기 위해 진공 퍼니스를 사용하십시오.
사전 처리 진공 환경과 머플로 퍼니스의 열 안정성을 엄격하게 제어함으로써 재료 성능 데이터의 유효성을 보장합니다.
요약표:
| 실험 조건 | 사양/값 | 시뮬레이션에서의 역할 |
|---|---|---|
| 온도 범위 | 최대 1000°C | 집광 태양열 발전(CSP) 작동 열 재현 |
| 시간 지속 | 9~15시간 | 장기 재료 열화 및 산화 연구 촉진 |
| 염 환경 | 공융(예: NaNO3, KNO3) | 실제 에너지 저장 및 열 전달 매체 모방 |
| 대상 메커니즘 | 산화 및 고온 부식 | 초합금의 기계적 무결성 평가 |
| 사전 처리 | 진공 @ 400°C | 실험 결과 왜곡 방지를 위한 필수 탈기 |
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참고문헌
- M. Kamatchi Hariharan, Kannan Suresh. Study on mechanical properties of Inconel 625 and Incoloy 800H with nitrate based molten salts. DOI: 10.5937/zasmat2204477h
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