집광형 태양열 발전(CSP)은 열 에너지 저장 장치(TES)와 재래식 열 엔진을 사용하여 필요에 따라 에너지를 공급한다는 점에서 다른 재생 가능 에너지원과 구별됩니다. 그러나 경쟁력 있는 LCOE(levelized cost of energy)를 달성하기 위해서는 CSP 시스템 비용을 줄여야 합니다.
열 교환기로서 여러 삼중 주기 최소 표면(TPMS) 및 주기적 절점 표면에 대한 최근 연구에서 Schwarz-D TPMS 표면이 우수한 열 전달 특성을 가지고 있음을 보여주었습니다. 그룹 IV-VI 전이 금속 탄화물, 붕소화물 및 합성물은 가장 일반적인 초고온 세라믹(UHTC) 재료입니다. 적층 제조가 도입되기 전에는 TPMS 장치를 제작하기가 어려웠습니다.
세라믹 TPMS 구조를 제조하는 이전 방법과 비교할 때 접착 제트 적층 제조는 유망하고 확장 가능한 세라믹 성형 방법으로 발전하고 있습니다. 접착 제트 인쇄는 반응성 침투와 함께 UHTC 열 교환기 플레이트를 제조하는 데 사용되었지만 높은 상대 밀도로 소결된 UHTC TPMS 구조를 제조하는 데 사용되지 않았습니다. 나노물질 소결에서 얻은 교훈은 성형 중 낮은 원밀도가 항상 문제가 되는 것은 아니며 우수한 균일성을 달성하는 것이 더 중요하다는 것을 시사합니다.
이 연구에서 저자는 비어 있는 후보 물질을 소결하고 인쇄하여 UHTC-TPMS 구조의 접착제 스프레이 첨가제 제조의 가능성을 입증했습니다. 이론상 상대 밀도가 92% 이상인 구성 요소가 생성되었으며, 이는 TPMS의 일부이기도 합니다.
목표 밀도는 소결의 중간 단계에서 최종 단계로의 전환을 나타내며, 이는 복잡한 Near-net 형태를 최대 밀도로 소결하고 소결 HIP 기술을 사용하여 가스 투과를 억제하는 데 필요합니다. 데모 TPMS 부품의 목적은 테스트 표본에서 얻은 인쇄 및 소결 매개변수가 열교환기 설계에 사용되는 복잡한 형상에 적용 가능한지 확인하는 것이었습니다.
팀은 9 cm 3 입방체 TPMS 조각을 인쇄하고 뒤틀리거나 깨지지 않고 소결했습니다. CSP 열 교환기의 용융 염화물 염에서 동급 최고의 성능을 달성하기 위한 설계 토폴로지, 재료 및 제조 발전이 제시됩니다.
연구원들은 ZrB2-MoSi2- 기반 UHTC-TPMS 셀을 구축하기 위해 바인더 제트 적층 제조와 소결의 조합을 사용하는 방법에 대해 논의합니다. 우수한 처리 특성과 품질 때문에 ZrB2-MoSi2는 의도적으로 UHTC-TPMS 열 교환기의 타당성을 입증하기 위해 이 응용 분야에 가장 적합한 UHTC 재료가 결정될 때까지 유효하지 않은 후보로 선택되었습니다.
접착 스프레이 첨가제 제조가 UHTC-TPMS 구조를 인쇄하고 소결하는 데 사용될 수 있음을 보여주었습니다. 왜곡을 효과적으로 제한하기 위해서는 공간 제한 전략이 필요함을 알 수 있었다. 기존의 UHTC 공정에서 사용되는 것과 동일한 크기인 약 2-3m의 d50을 가진 기존의 분말 공급원료를 사용할 수 있었습니다. 이러한 재료는 92-98퍼센트의 이론적 상대 밀도로 소결되며, 이는 열 교환기 유체가 벽을 통과하는 것을 방지하기에 충분하여 두 영역을 분리하고 더 높은 밀도가 필요할 때 열 등방압을 허용합니다.