Journal of the Institute of Convergence Signal Processing (융합신호처리학회논문지)

The Korea Institute of Convergence Signal Processing (한국융합신호처리학회)
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An Experimental Study on Electrical Energy Generation Based on Phase Change Materials for Application of Underwater Unmanned Vehicles

수중 무인 이동체 적용을 위한 상변화물질 기반의 전기 에너지 생성에 대한 실험적 연구

  • Yeon-Chul Ha (The Korea Ship and Offshore Research Institute, Pusan National University)
  • 하연철 (부산대학교 선박해양플랜트기술연구원)
  • Received : 2022.12.02
  • Accepted : 2022.12.20
  • Published : 2022.12.31
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Abstract

This study is an experimental study on how to use phase change materials(PCM) to generate electrical energy for long-term operation of underwater unmanned vehicles. The electrical energy generation method is a volume change and a pressure change that occur as a phase change material changes to a solid or liquid state according to temperature, and the change in pressure creates a flow of fluid to create electrical energy. Polyethylene glycol was used as a phase change material considering the temperature of the ocean. In addition, an electrical energy generating device that converts volume change into pressure at low temperature (1℃~2℃) in solid state and high temperature (21℃~25℃) in liquid state was fabricated. As a result of the experiment, the pressure change according to the phase change rapidly changed between 1 hour and 2 hours, and maintained a pressure of about 24MPa after 4 hours. Through this, it was confirmed that it can be used as a power source for underwater unmanned vehicles using phase change materials and temperature differences. In addition, it was found that a more improved design should be made in order to apply the phase change material to an underwater unmanned vehicle.

본 연구는 수중 무인 이동체의 장기 운용을 위한 전기 에너지의 생성을 위하여 상변화물질(PCM)을 활용하는 방안에 대한 실험적 연구이다. 상변화물질이 온도에 따라 고체와 액체의 상태로 변하면서 발생하는 부피의 변화가 한정된 공간에서 고압으로 변환되어 이를 통해 유체의 흐름을 만들어 발전하는 방식이다. 상변화물질로 해양의 온도를 고려하여 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)을 사용하였으며, 고체상태인 저온(1℃~2℃)과 액체 상태인 고온(21℃~25℃)에서 부피 변화를 압력으로 변환 시켜주는 전기 에너지 생성 장치를 제작하여 전기 에너지 생성 실험을 수행하였다. 실험 결과, 상(Phase)변화에 따른 압력 변화는 1시간에서 2시간 사이에 급격히 발생하였으며, 4시간 이후에는 약 24MPa 정도의 압력을 유지하였다. 이를 통해 상변화물질과 온도 차를 이용하여 수중 무인 이동체의 전원으로 활용할 수 있음을 확인하였고, 이를 적용하기 위해서는 좀 더 개선된 설계가 이루어져야 함을 알 수 있었다.

Keywords

Acknowledgement

이 과제는 부산대학교 기본연구지원사업(2년)에 의하여 연구되었음

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