상변화 물질

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상변화 물질

상변화물질(PCM, Phase change material)은 물질의 상태가 변화하면서 많은 열을 흡수 또는 방출할 수 있는 물질을 의미한다. 주로 잠열을 이용하며, 축열 물질이라고 불리기도 한다.

목차

 [숨기기] 

• 1 PCM의 종류
• 2 PCM의 적용
  • 2.1 PCM 이용한 냉난방 시스템
  • 2.2 자동차 공회전제한장치
• 3 PCM 생산
• 4 PCM의 성능 분석

PCM의 종류[편집]

PCM은 파라핀(Paraffin)과 같은 유기물질, 수화물과 같은 무기물질, 자연에서 얻을 수 있는 식물성 물질로 분류할 수 있다.

유기물질의 예로는 탄소와 수소로 이루어진 하이드로카본 계열의 테트라데칸 ,옥타데칸,노나데칸 등의 물질이 있으며, 무기물질의 예로는 수화물형태의 염화칼슘등이 있다.

미국 항공우주국(NASA)의 연구에 의하면 실질적으로 적용 가능한 PCM은 100~200여 종으로 보고되고 있다.

물도 0°C 에서 변화하는 상변화 물질로 정의될 수 있다.

물을 예로 들면, 고체인 얼음은 액체상태의 물로 녹으며 상변화과정을 거치는데 이때 얼음은 녹으면서 주위로부터 많은 양의 열에너지를 흡수하여 저장하게되며 주위온도는 낮아지게 된다. 반대로 영하의 날씨에도 얼음으로 뒤덮힌 물속에서 물고기가 살 수 있는 이유는 물이 고체상태의 얼음으로 변하면서 많은 양의 잠열 에너지를 방출하기 때문이다.

PCM의 적용[편집]

PCM은 오주 비행선과 우주인을 외부온도 변화로부터 보호하기 위해 개발된 기술이며, 현재는 건물의 내장재 및 단열재, 기능성 침구, 디지털 기기의 방열재, 스키복 등에 적용되고 있다.

PCM 이용한 냉난방 시스템[편집]

상온용(5°C 축열) PCM을 이용한 축열시스템은 빙축열 대비 냉동기의 상온 운전이 가능하여, 동일 축열량을 저장할 경우 운전비 절감이 가능하다.

냉난방 겸용 잠열축열죠 개발과 이를 히트펌프와 연계하는 시스템 개발

자동차 공회전제한장치[편집]

자동차 공회전제한장치(ISG, Idle Stop and Go)는 차량 운행 중 냉열을 축열하여 신호대기와 같은 상황에서 팬 동력만으로 냉방을 제공하고 엔진을 정지하는 장치이다. 기존 냉방장치 가동을 위해 엔진을 가동했어야하나, ISG를 통해 7% 이상의 연료 사용을 절감할 수 있다.

PCM 생산[편집]

• 일본 Nikko 석유화학

PCM의 성능 분석[편집]

상변화물질의 성능은 실험적 연구, 이론적 연구, 수치적 연구를 통해 분석할 수 있다. 실험적 연구를 제외한 이론적 연구와 수치적 연구에서는 해석이 어렵기 때문에 물리적 현상을 단순화 시킨다.

상변화 과정에서 PCM의 액상과 고상의 밀도차이로 인해, 캡슐 바닥면에 PCM의 고상이 가라앉거나 뜨는 현상이 관찰된다. 가라앉은 고상은 융해과정이 끝날 때 까지 캡슐 바닥면에 밀접해 있으나 캡슐 바닥면과 고상 사이의 유체의 압력에 밀려 캡슐 바닥면과 완전히 접촉되지 않고 살짝 떠 있게 된다. 이 때 캡슐 바닥면과 고상 사이의 유체를 통해 열전도 현상이 활발히 진행된다. 고상이 캡슐 바닥에 가라앚지 않았을 때보다 상변화 속도가 수십 퍼센트 더 빨라진다. 이러한 현상을 PCM의 밀도 변화를 고려한 unconstrained melting 효과라고 한다. 축열조의 전체적 시스템을 이론적·수치적으로 정확히 예측하기 위해 구현해야할 중요한 물리적 현상이다.

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2014. 10. 27 작성