최근들어 에너지 고갈로 인해 에너지 저장 및 대체 에너지에 대한 관심이 점차 높아 지고 있다. 이로 인해 상변화 물질을 이용한 에너지 저장 및 이동에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. 본 연구에서는 SPG막(Shirasu porous glass membrane)을 통한 막유화법을 이용하여 상변화 물질인 파라핀계 루비덤$^{(R)}$ (RT-21과 RT-24)을 분산상으로 하여 단분산성 마이크로 입자를 제조하고, 외부를 실리카로 코팅하여 열정 안정성을 향상시키고 열적 특성을 조사하였다. 단분산성 루비덤$^{(R)}$ 입자의 제조를 위해 분산상 압력, 유화제 농도, 루비덤$^{(R)}$과 실리카의 비율을 변수로 하여 평균 입자 크기 $7-8{\mu}m$를 얻었다. Differential scanning calorimetry (DSC)와 Thermogravimetry analysis (TGA)를 이용하여 열적 안정성과 잠열 등의 열적 특성을 조사하였고, Particle size analyzer (PSA), Scanning electron microscopy(SEM), optical microscopy를 이용하여 입자 분포와 캡슐화 유무를 확인하였다. 또한, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR)를 통하여 정성분석을 시행하였다. 결과적으로, 막유화법을 이용하여 얻은 실리카 코팅된 단분산성 루비덤$^{(R)}$ 입자는 향상된 열적 안정성을 보였으며, 순수한 루비덤$^{(R)}$의 80% 이상의 잠열을 유지하는 것을 보여 기존의 상변화 물질의 상안정성을 보완하여 열저장성 기능성 벽지와 건축물, 인테리어 제품에 사용 가능함을 알 수 있었다.
본 연구는 가열방법에 따른 소고기 등심과 갈비의 이화학적 및 관능적 품질특성을 파악하기 위해 구이용 잠열재 처리 이중팬과 잠열재 처리하지 않은 이중팬을 제작하였고 이를 기존 사용하는 가열방법인 팬구이, 삶기, 전기그릴, 찌기, 오븐구이 및 숯불구이와 비교하였다. 소고기 등심과 갈비의 가열시간을 측정한 결과 55.5분, 25.7분으로 오븐구이 처리구에서 가장 길게 나타났다. 가열감량은 숯불구이 처리구에서 등심과 갈비 각각 40.49%, 27.98%로 가장 높은 결과를 보였다(p<0.05). 일반성분을 측정한 결과 조단백질은 등심의 경우 전기그릴 처리구에서 29.3%로 가장 높았고 갈비는 28.6%로 이중팬구이 처리구에서 가장 높았다. 조지방 함량은 등심의 경우 이중팬구이 처리구에서 20.3%, 갈비는 잠열재 처리구에서 21.9%로 가장 높게 나타났다(p<0.05). 전단력은 등심의 경우 이중팬구이 처리구에서 $9.14kg/cm^2$, 갈비는 찌기 처리구에서 $7.03kg/cm^2$으로 가장 낮았다. 9점 척도 관능평가 결과 다즙성의 경우 등심은 잠열재 처리구에서 7.67점으로 유의적으로 점수가 높았고 갈비는 팬구이와 전기그릴 처리구에서 7.00점으로 가장 높게 나타났다. 전반적인 기호도는 등심은 잠열재 처리구에서 7.11점, 갈비는 전기그릴 처리구에서 7.13점으로 높은 기호도를 나타내었다. 따라서 다양한 가열기구를 이용하여 소고기 등심과 갈비를 가열하였을 때 조리방법에 따라 이화학적 및 관능적 특성에 차이가 있었음을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 수정된 T-history 법을 사용하여 백신 또는 의약품들의 수송 시 냉매로 사용될 수 있는 $0{\sim}15^{\circ}C$의 상전이 온도를 갖는 유기 상전이 소재들과 이중 두 물질의 혼합물들의 열용량, 잠열, 비열과 같은 열 물성을 측정하였다. 순수한 파라핀들을 측정한 결과, 각 물질들의 상전이 온도를 고려하여 최적의 냉각 속도를 유지하며 측정을 하는 것이 열물성의 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었고, 특히 혼합물의 열 물성 측정에 적용할 경우, 수정된 T-history 법의 사용은 기존의 DSC 분석에 사용하는 시료의 양이 소량이므로 유발될 수 있는 결과의 부정확성 등의 문제점을 해결하는데 기여할 수 있음을 알 수 있었다.
본 연구는 상변화물질로써 용융점온도가 $62^{\circ}C$인 파라핀($C_{28}H_{58}$)과 용융점온도가 $79^{\circ}C$인 피로인산나트륨($Na_4P_2O_7{\cdot}10H_2O$)을 사용하여 축열 및 방열과정 시 잠열축열조내에서 각 상변화물질의 시간경과에 따른 온도특성 및 열전달현상을 실험적으로 규명한 것으로 각 상변화물질의 온도분포와 축열량 및 방열량을 계산하고 이를 비교, 검토한 것이다. 파라핀의 경우 축열과정초기에 자연대류 열전달현상으로 인하여 온도가 서서히 증가하는 반면 피로인산나트륨의 경우는 전도 열전달 현상의 지배적인 영향으로 인하여 축열과정 초기에 온도가 급격히 증가하는 형태로 나타났다. 또한 축열 및 방열과정 시 파라핀의 경우 tube의 상하부벽면에서의 온도변화와 중심부의 온도변화가 큰 차이를 보였으나 피로인산나트륨의 경우 tube의 상하부 벽면에서의 온도와 중심부에서의 온도는 큰 차이를 나타내지 않았다. 그리고 축열과정 시 동일질량에 대한 각 상변화물질의 축열량은 파라핀보다 피로인산나트륨이 약 16%정도 많은 것으로 나타났다.
본 연구는 용융된 파라핀을 채운 수직원관 내의 상변화물질의 초기온도와 수직원관의 벽면온도를 변화시켰을때 관 내에서 일어나는 열전달현상을 다루었다. 자연대류의 효과는 초기과열된 액상영역 내에서 응고초기 짧은 시간에 걸쳐 일어났고, 그 후 전도열전달이 paraffin 전 영역을 지배하였다. 실험에서 관찰한 응고 형태는 상부표면에서 밀도 증가에 의한 수축공간이 발생하였으며, 그 공간의 크기는 냉각이 진행됨에 따라 증가하였다. 자연대류가 끝나자. 상경계면 상에서 수지상 결정과 mush-zone이 발견되었다. 액상 paraffin의 초기과열은 실험 전반부의 응고질량과 응고두께를 감소시키는 경향을 보였으며, 초기액상과열도와 벽면 과냉도가 큰 경우에 크게 나타났다.
In this study, basic design data which were required for development of highly efficient ice storage system with low temperature latent heat were experimentally obtained. The ice storage system considered in this study was the one that has been widly used in the developed country and called the ice-on-coil type. Using the system, the ice storage performance for various design parameters which were the flow direction and the inlet temperature of the secondary fluid was tested. In addition, the timewise variation of the interface profiles between the solid and the liquid were visualized, and the heat transfer characteristics of the Phase Change Material(PCM) in the ice storage tank were Investigated. During the freezing processes in the ice storage tank with several vertical tubes, decrease of the heat transfer area and the heat resistance of the ice layer made the increasing rate of ice packing factor(IPF) less. The total freezing energy for the upward flow of the secondary fluid was higher than that for the downward flow. The average ice storage efficiency for the upward flow of the secondary fluid was higher than that for the downward flow.
The present study has been conducted for manufacturing MPCM (microencapsulated phase change material) slurry with in-situ polymerization and proving their applicabilities for tooling system. The surface of MPCM is composed of melamine, while tetradecane, paraffin wax, is centered in the MPCM. The produced capsules are observed by the optical microscope and SEM for superficial shapes. Their thermal properties are measured by DSC. Their size distributions are observed by FA particle analyzer. A narrow size distribution from 1 to 10 ${\mu}{\textrm}{m}$ with 5 ${\mu}{\textrm}{m}$ of average diameter was observed. Melting temperature was 6.7$^{\circ}C$. The durability of MPCM was tested with various types of pump such as centrifugal, peristaltic, and mono pumps. During 10000 cycles the fraction of broken capsules was smaller than 6% for the centrifugal and peristaltic pumps, while bigger value of 8% for the mono pump. A cooling system, which adopted MPCM slurry as a media for transporting cold thermal energy, was designed to investigate the performance of the MPCM. The discharging times of 10 and 20 wt% MPCM slurry were lasted up to 105 and 285 minutes longer, respectively, than the water cooling system.
본 연구에서는 돼지고기 삼겹살과 목살의 가열처리방법에 따른 새로 개발된 PCM 처리와 이중팬을 제작하여 사용하였으며, 기존의 가열조리방법과 비교하여 이화학적 특성과 관능특성을 비교하였다. 돼지고기 삼겹살과 목살의 수분함량은 찌기처리구에서 60.2%, 67.2%로 높게 나타났으며, 조지방은 삼겹살은 숯불처리구에서 33.2%, 목살은 전기그릴처리구에서 16.0%로 가장 높았다(p<0.05). 조단백질의 경우, 삼겹살은 스팀처리구가 18.4%로 높았고, 삶기처리구는 15.4%로 유의적으로 낮았다. 또한, 목살은 전기그릴처리구에서 25.2%로 유의적으로 높게 나타났다(p<0.05). 보수력과 가장 관계가 깊은 가열감량은 삼겹살과 목살 모두에서 숯불구이처리구 40.18%, 36.98%로 유의적으로 높았고, 전단력에서 삼겹살은 오븐처리구에서 $2.76kg/cm^2$으로 목살은 이중 팬처리구에서 $3.67kg/cm^2$으로 가장 낮았다(p<0.05). 육색 시험결과 L값은 삶기처리구에서 65.16, 59.72로 가장 높았고(p<0.05) b 값의 경우, 삼겹살은 삶기처리구에서 2.32로 가장 낮았다(p<0.05). 관능평가 결과 전체적인 기호도 항목에서 삼겹살의 경우, 전기그릴처리구에서 7.56점으로 높았다. 목살은 팬구이처리구에서 7.22점으로 가장 높았으며, 반면, 삶기처리구에서 5.88점으로 가장 낮았다(p<0.05).
망초를 이용한 저온 잠열축열시스템에서 핀을 설치한 전열관에서 방열과정중의 열전달 특성을 살펴보았다. 잠열물질의 과냉각과 상분리를 방지하기위해 3.0 wt% $Na_2$B$_4$O$_{7}$10$H_2O$와 2.2 wt% acrylic acid sodium sulfate가 조핵제 및 증점제로 사용되었다. 축열조는 높이가 530 mm, 직경이 74 mm이고 열전달관은 높이가 480 mm, 직경이 13.5 mm인 이중관으로 되어있으며 열전달 유체로는 물을 사용하였다. 축열재로부터 열을 치수하는 방열과정에서 열회수율은 열전달 유체의 유입온도와 유량에 크게 의존하였다. 핀이 설치되지 않은 전열관과의 비교실험을 통하여 핀에 의한 열전달 촉진은 얇은 핀의 경우에는 열전달계수의 증가가 미미하였지만 두꺼운 핀을 사용한 경우에는 같은 조업조건에서 열전달계수가 약 60% 정도 증가하였다. 실험적으로 결정된 총괄 열전달계수는 핀이 없는 경우에는 약 150-260 w/$m^2$K이었고 두꺼운 핀을 사용한 전열관에서는 230-530 W/$m^2$K정도였다. 총괄 열전달계수의 크기와 핀에 의한 전열면적을 기준으로 한 핀의 효율은 두꺼운 핀의 경우에는 약 0.26, 얇은 핀의 경우에는 0.05 정도로 계산되었다.다.
본 연구는 저온 유통 시스템을 구축하기 위해 이동식 저온 컨테이너에서 잠열재, 내부온도의 유지특성과 운영조건별 사과의 내부 품온을 살펴보았으며, 그 결과를 요약하면 축냉식 저온유통 체계에서 다목적용 농산물 유통에 적합하도록 $0{\sim}5^{\circ}C$, $5{\sim}10^{\circ}C$, $10{\sim}15^{\circ}C$ 3가지 온도대역별 잠열재를 개발하였다. $0{\sim}5^{\circ}C$ 잠열재$(K_1)$는 $C_{14}H_{30}$과 Sodium polyacrylate, $5{\sim}10^{\circ}C$ 잠열재$(K_2)$는 $C_{14}H_{30}$, $C_{18}H_{38}$, Sodium polyacrylate, $10{\sim}15^{\circ}C$ 잠열재$(K_3)$는 $C_{14}H_{30}$, $C_{18}H_{38}$, Sodium polyacrylate를 혼합하여 제조하여 잠열재로 사용한 결과 이동식 저온 컨테이너의 내부온도 유지특성은 $K_1$ 잠열재는 보냉 온도유지가 21시간 이상으로 유지되는 결과를 얻을 수 있었다. $K_2$의 경우 보냉 온도유지가 18시간 이상으로 유지되는 결과를 얻을 수 있었다. $K_3$의 경우 모든 잠열재에서 61시간 이상으로 $10{\sim}15^{\circ}C$ 내부온도 유지특성을 나타내었다. 사과 내부 품온 변화는 잠열재 온도 $0^{\circ}C$에서 고내온도 $5^{\circ}C$에 도달할 때까지의 이동식 저온 컨테이너에서 잠열재 보냉 유지시간은 $K_1$, $K_2$, $K_3$ 처리구에서 20시간 이상으로 유지되는 것으로 나타났으며, 사과의 내부 품온 변화는 자연대류 방식의 경우 5시간 후에 표면과 중심온도가 각각 $15^{\circ}C$, $16^{\circ}C$로 나타났으나 강제대류방식은 한 시간 후에 모든 측정지점에서 $7^{\circ}C$의 품온을 보였으며, 보냉 온도유지시간을 15시간 이상유지 하는 것으로 나타나 자연대류 방식의 이동식 저온 유통체계보다는 강제 대류식 유통체계가 우수한 깃으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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