빙축열시스템용 유화용액 축열재의 유동 및 온도특성 = Flow and Temperature Characteristics of Emulsified Liquid for Ice Storage Systems
열에너지를 저장하는 축열 시스템은 공조설비 등에 이용되고 있는 유용한 방법의 하나이다. 이는 여름철 주간 전력의 피크컷(peak cut), 열원기기의 용량 축소, 열원기기 고장시의 대응 등을 목적으로 채용하는 경우가 많으며, 에너지 절약 및 유지비 절감 등의 가능성도 있다. 축열시스템은 크게 현열형(sensible heat type)과 잠열형(latent heat type)으로 나눌 수 있다. 전자는 온도차에 의한 방법으로 냉수, 온수, 건물 구조체, 암석 등이 있으며, 후자는 상변화를 이용한 것으로 얼음이나 잠열 축열재(유치화합물, 파라핀 등)가 여기에 해당된다. 물을 축열재로하는 시스템은 화학적으로 안정하고, 자원이 풍부한 등 여러가지 장점을 가지고 있지만 설비가 커지고, 축열조에서의 열손실이 큰 점 등의 결점이 있다. 한편 빙축열은 물이 얼음으로 상변화할때의 잠열을 이용한 것으로 이 잠열은 현열에 비해 약 80배 정도로 커 적은 체적으로도 효율적인 냉열저장이 가능하다. 또한 축열조의 소형화와 단열의 간편성 때문에 방열손실에 대해 유리하며, 일정온도의 열을 용이하게 이용할 수 있는 장점도 있다. 그러나, 빙축열시스템은 물을 냉각하여 얼음을 생성하는 축냉과정에서 과냉각이 발생하면 일정온도의 열에너지를 고효율로 축적할 수 있는 잠열 축열재로서의 장점을 잃게 된다.
따라서, 본 연구에서는 방축열시스템에 있어 최대의 결점인 과냉각에 의한 냉각온도의 저하로 소요전력의 증가와 얼음의 성장에 따른 열저항의 증대를 극복하기 위한 한 방법으로써 유동성을 가진 얼음의 이용을 고려하였다. 이 방법은 기름, 물, 계면활성제에 의한 다성분 혼합용액을 유화(乳化)냉각하는 것으로 과냉각이나 열저항에 의한 소요전력의 증대를 막을 뿐만 아니라, 혼합유체를 직접 유통시키기 때문에 고효율의 새로운 축열재 개발을 기대할 수 있다. 이와 같은 관점에서 다성분 혼합용액의 냉각에 의한 유동성이 있는 얼음의 생성 및 온도특성에 관한 실험을 통하여 빙축열시스템용 축열재 개발의 가능성을 제시하였다.
A fundamental study on ice formation and its temperature characteristics in ice storage system was performed experimentally. In case of ice formation, failing of cooling temperature due to supercooling causes the inereasement of electricity consumption and thermal resistance which restrains the growth of ice. For these reasons, we took the ice with movement into consideration by using the mixture which contains oil, water, and surfactant. From the experimental results, it is possible to make use of the latent heat of mixture because the freezing phenomenon of mixture was almost alike in movement and solidification point maintenance time in comparison with water. Especially, the addition of ethyleneglycol brought the movement into the mixture. On the other hand, this made no use of the latent heat of mixture.
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