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문제 정의
- 따라서 본 연구의 목적은 저에너지형 축냉식 저온유통체계 를 확립하기위하여 유동유체 및 형태별 잠열재를 이용한 온 도대별 단위물질 PCM을 선정하고 그 제조 조건 및 특성을 분석하여 농산수산물 유통 온도영역대의 PCM을 개발을 하 고자 하였다.
- 본 연구는 국내산 농축산물의 신선도 유지 및 에너지 절약 을 위하여 저온유통 온도대별 PCM 개발을 통한 축냉식 저온 유통 시스템을 개발하고자 하였다. 주요 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- Ethanol 잠열재의 제조 조건은 3, 5, 7, 10, 25, 50%로 혼합 하여 400 m£, 300 m£, 150 1戒로 제조하였으며, sodium polyacrylate, ethanol, paraffhr등의 잠열재 중 고내에서 잠열온도가 5, 10, 15℃에서 수, 배송하기위해 5°(# 조핵제, 10℃는 파라핀계열인 #조핵게, 15℃는 파라핀계열 인 +조핵제 등으로 잠열재를 제조한 후 슬러리 농도 K, (10, 15, 20%), K2(20, 25, 30%), K3(10, 15, 20%)의 마이 크로캡슐화 하여 밀도 영향을 최소화하고 엉킴 방지를 위해 크기를 15 # 로 제조하였고, Ki, K2, K3로 명명하였다.
- 온도 분포도와 잠열재 온도유지 특성을 측정하고 분석하기 위한 측정 지점을 택배형은 상, 중, 하와 측면부로 구분하였으며, 이동식은 상부 2지점, 중간 3지점, 하부 1지점을 구분하여 측정한 위치를 선정하였고, 이때 측정지점에서 측정위치 가 임의로 변화되는 것을 최소화 하기위해 안정장치를 설치 하였고, 센서는 오차범위를 최소화 하기위해 동일 측정 점에 동일 센서를 사용하였으며 사용 전에 보정작업을 통해 오차 를 최소화 하였다. 미립 잠열재의 캡슐형태, 응집정도 등의 표면 특성은 Micro World 현미경으로 관찰 하였고, 미립 잠 열재의 열적 특성분석은 실험에서 사용한 잠열재별 시차주사 열량분석기를 사용하여 측정하였으며, 형상은 SEM을 사용하여 분석하였으며, 분석장치는 그림 2와 3에 나타내었다.
- 농산물의 수.배송에 필요한 5, 10, 15℃의 상 변화 특성이 가능한 물질을 1차적으로 표 2와 같이 선정하였으며, 최소 150여회의 동결.해빙을 반복해서 실험을 수행한 후 제조하여 특성을 분석하였다.
- 온도 분포도와 잠열재 온도유지 특성을 측정하고 분석하기 위한 측정 지점을 택배형은 상, 중, 하와 측면부로 구분하였으며, 이동식은 상부 2지점, 중간 3지점, 하부 1지점을 구분하여 측정한 위치를 선정하였고, 이때 측정지점에서 측정위치 가 임의로 변화되는 것을 최소화 하기위해 안정장치를 설치 하였고, 센서는 오차범위를 최소화 하기위해 동일 측정 점에 동일 센서를 사용하였으며 사용 전에 보정작업을 통해 오차 를 최소화 하였다. 미립 잠열재의 캡슐형태, 응집정도 등의 표면 특성은 Micro World 현미경으로 관찰 하였고, 미립 잠 열재의 열적 특성분석은 실험에서 사용한 잠열재별 시차주사 열량분석기를 사용하여 측정하였으며, 형상은 SEM을 사용하여 분석하였으며, 분석장치는 그림 2와 3에 나타내었다.
- 잠열재의 제조공정은 In-situ 중화법을 통하여 파라핀 계열(Cm)을 내부 물질로 하고, 외부에 멜라닌 수 지를 벽 물질로 하는 마이크로캡슐을 제조하였다. 온도대별 PCM 특성시험은 각각의 PCM 빙점과 융해점을 측정하여 축 냉온도 0℃, -3℃, -5℃, 방열온도 20℃, 25℃, 잠열온도 0~5℃, 5~ 10℃, 10~15℃ 수준으로 선정한 후 특성을 각각 비교 분석하였다.
- 15로 나타났다. 온도즉정은 0.3 mm>g copper-constantan 열전대와 다점용 Hydra data acquisition(2625A, Fluke, USA) 장치를 사용하였彳. 잠열재의 제조공정은 In-situ 중화법을 통하여 파라핀 계열(Cm)을 내부 물질로 하고, 외부에 멜라닌 수 지를 벽 물질로 하는 마이크로캡슐을 제조하였다.
- 축냉 물질로는 현재 국내 유통에서 잠열재로 사용중인 water, sodium polyacrylate, ethanol, paraffin 등이 있다. 이 중 water 및 ethanole 잠열재 개발을 위해 비교구로 사용하였고, 파라 핀계 축냉 물질은 Cu, Ci8 등을 사용하였으며, 0~5, 5~10, 10~15℃ 잠열온도특성의 잠열재를 개발하기위해 water, sodium polyacrylate, ethanol, paraffin 의 융점, 융해열, 밀도 비열, 점도 비중 등의 표 1과 같은 특성을 갖는 다양한 잠열 재를 선정하여 총 100여회 제조, 축냉, 방열 등의 기초 실험을 수행하였다. 농산물의 수.
- 잠열재 제조 및 선정은 water, sodium polyacrylate, ethanol, 파라핀 계열 등의 특성을 분석하여 선정하였고 단위 잠열재 를 시멘팅 공법으로 물과 조핵제, 잠열재 등으로 혼합 제조하였다. 제조한 잠열재를 다양한 방법과 조건으로 실험한 결과 0~5℃, 5~10℃, 10~ 15℃의 잠열 온도를 유지할 수 있는 잠열재 K), Ka, K3 잠열재를 개발하였다.
- 3 mm>g copper-constantan 열전대와 다점용 Hydra data acquisition(2625A, Fluke, USA) 장치를 사용하였彳. 잠열재의 제조공정은 In-situ 중화법을 통하여 파라핀 계열(Cm)을 내부 물질로 하고, 외부에 멜라닌 수 지를 벽 물질로 하는 마이크로캡슐을 제조하였다. 온도대별 PCM 특성시험은 각각의 PCM 빙점과 융해점을 측정하여 축 냉온도 0℃, -3℃, -5℃, 방열온도 20℃, 25℃, 잠열온도 0~5℃, 5~ 10℃, 10~15℃ 수준으로 선정한 후 특성을 각각 비교 분석하였다.
- 잠열재 제조 및 선정은 water, sodium polyacrylate, ethanol, 파라핀 계열 등의 특성을 분석하여 선정하였고 단위 잠열재 를 시멘팅 공법으로 물과 조핵제, 잠열재 등으로 혼합 제조하였다. 제조한 잠열재를 다양한 방법과 조건으로 실험한 결과 0~5℃, 5~10℃, 10~ 15℃의 잠열 온도를 유지할 수 있는 잠열재 K), Ka, K3 잠열재를 개발하였다. #은 모든 처리구에서 잠열 온도유지특성을 나타났고, K2, K3는 방열 온도 5, 12, 17℃ 와 수.
- 배송에 필요한 5, 10, 15℃의 상 변화 특성이 가능한 물질을 1차적으로 표 2와 같이 선정하였으며, 최소 150여회의 동결.해빙을 반복해서 실험을 수행한 후 제조하여 특성을 분석하였다.
대상 데이터
- 1 mm, 용기는Styrofoam(동성 이피스, 한 국), Icebox(아이스비, 한국), 수.배송 Cabinet(리우스, 한국) 등을 사용하였으며, 잠열재는 Sodium polyacrylate, Ethanol, Paraffin계열 등을 구입.제조하여 사용하였다.
- 본 실험에 사용된 짐열재의 5℃ 의 Sodium polyacrylate+조 핵제, 10℃는 C“+소핵제, 15℃는 CI4+G8+조핵제 등으로 제 조하였으며, 이때 Cm, C*의 크기는 15 ㎛, 비중은 내부 0.80, 외부 1.15로 나타났다. 온도즉정은 0.
성능/효과
- 그림 5는 ethanol의 상변화 특성을 나타낸 것으로 죽냉온도 -20℃, 방열온도 27℃ 에서 ethanol 3, %가 잠열온도 -1, 0℃ 에서 잠열온도유지시간이 240, 300분으로 나타났으며, 7, 10, 25, 50%는 잠열 온도가 상변화 시점부터 상승하는 것으로 나타났다. ethanol 3, 5% 중 잠열 온도특성이 비교적 우수한 5%를 선정하여 용량별로 실험한 결과 상변화 온도유지시간이 55, 45, 20분으로 유의적인 차이가 없었다
- 그림 11은 방열온도가 5, 12, 17℃ 일 때 스치로폼 용기를 이용하여, Ki, K2, K3의 잠열온도특성을 나타낸 것으로 Ki의 경우 방열 온도 5℃일 때 모든 처리구에서 17시간 이상으로 잠열 온도를 유지하였으며, K2의 경우 방열온도 12℃ 에서 7 시간, Ka는 방열온도 17℃일 때 6시간 이상으로 각각 나타났다. 그림 12는 방열온도가 5, 12, 17℃ 일 때 아이스박스 용기 를 이용하여 Ki, K2, K3의 잠열온도특성을 나타낸 것으로 Ki 의 경우 방열온도 5 ℃ 일 때 모든 처리구에서 17시간 이상으로 잠열온도를 유지하였으며, K2의 경우 방열온도 12℃ 에서 Kz(20%), K2(25%), K«30%)가 각각 6, 9, 11시간으로 &(30%)가 잠열 특성이 우수한 것으로 나타났으며, 跖는 방 열온도 17℃ 일 때 K3(10%), K3(20%), #(15%)가 각각 12, 8, 7시간으로 K3(10%)7} 우수한 것을 알 수 있었다.
- 표 3은 선행 실험결과로 온도대별 잠열재를 개발하기위해 수. 배송 보냉고에 CM(w・t 30%)를 총 충진량에 30%를 제조 하여 축냉온도 0, -3℃, 잠열온도 10℃, 외기온도 20℃의 조건에서 잠열재의 빙점은 5, 2℃, 융해점은 5~10℃일 때 잠 열 온도유지시간은 14, 22시간으로 나타났으며, 따라서 본 실 험에서 요구되는 잠열온도특성을 가지는 잠열재 개발이 가능 하였다. 형태별 비교시험에 있어 슬러리 처리구가 분말처리 구보다 잠열 특성이 우수한 것으로 나타났다.
- 이는 분말 형태의 잠열재를 슬러리화 시키면 미립자들이 결합현상이 일어나 면서 잠열량이 감소하는 것으로 판단되며, 분말형태는 모든 조건별 처리에서도 잠열 특성이 효과적으로 관찰되지 않았다. 택배형 용기를 이용하여 축냉 및 방열 실험결과 Cl4(w-t 30%)에 충진량 30%가 잠열 가능성이 있음을 알 수 있었다.
- 배송 보냉고에 CM(w・t 30%)를 총 충진량에 30%를 제조 하여 축냉온도 0, -3℃, 잠열온도 10℃, 외기온도 20℃의 조건에서 잠열재의 빙점은 5, 2℃, 융해점은 5~10℃일 때 잠 열 온도유지시간은 14, 22시간으로 나타났으며, 따라서 본 실 험에서 요구되는 잠열온도특성을 가지는 잠열재 개발이 가능 하였다. 형태별 비교시험에 있어 슬러리 처리구가 분말처리 구보다 잠열 특성이 우수한 것으로 나타났다. 이는 분말 형태의 잠열재를 슬러리화 시키면 미립자들이 결합현상이 일어나 면서 잠열량이 감소하는 것으로 판단되며, 분말형태는 모든 조건별 처리에서도 잠열 특성이 효과적으로 관찰되지 않았다.
후속연구
- 산지에서의 예냉, 저장 및 수송 기능과 소비지에서의 배송 기능까지를 모두 구현할 수 있는 단위 시스템을 개발하고 저 에너지형 저온유통 체계를 구축함으로써 농산물의 품질유지 를 용이하게 하고, 기존의 유통과정에 큰 변화 없이 유통체계 의 효율성을 극대화 할 수 있을 것이다. 현존하는 열저장 및 수송시스템에서 보다 효율적인 저에너지형 열저장 물질을 이 용하기 위한 관련 연구로는 저온 상변화 물질의 축열특성(송 1994)연구와 미립 잠열재를 이용한 축열특성에 관한 연구(이 2000)7} 있으나 농산물의 수확 후 소비지까지를 연계하여 시스템을 연구한 사례가 거의 없는 실정이다.
- 따라서 이러한 문제의 해결 방안으로 효율적인 냉.온열 저 장을 위한 새로운 축냉열 물질 개발뿐만 아니라 취급의 용이 성을 위해 생산, 유통, 회수과정에서 편리함, 간편함, 경제성 이 갖추어질 수 있는 연구가 필요하다. 대표적인 잠열재 제조 방법은 아이스슬러리, 마이크로 에멀젼, 액체수화물 슬러리, 마이크로캡슐 등이며, 아이스슬러리는 가장 대표적인 잠열형 열 유체기술로서 생성된 얼음을 ㎛~mm 단위의 미세한 조 각으로 제조하여 물과 혼합한 형태이고 슬러리를 사용하는 기술이다.
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