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문제 정의
- 본 연구에서는 농산물 유통에서 취급과 수송이 용이하면서 별도의 열 공급 없이 이동과 수송이 가능한 이동식 저온 컨테이너를 제작하여 자연대류와 강제대류 냉각 순환 방식으로 농산물 유통에 필요한 잠열재, 고내 그리고 사과 품 온 등 온도 변화 및 특성을 구명하고자 하였다.
제안 방법
- Fig. 1은 이동식 저온 컨테이너의 상변화 특성을 분석하기 위한 개략도로써 고내 온도를 각각 3, 8, 10℃로 일정하게 유지하여 실험을 수행하였으며, 온도 설정은 지금까지 실용화되고 있는 ICE-pack의 축냉 기간보다 더 길게 연장하기 위해서 NaOH함량을 단계별로 증가한 송등(9)의 방법에 준하여 잠열재 제조 후 방열운전 중에 측정이 요구되는 위치를 고내 상부, 하부, 측면, 중앙 및 잠열재 내부에 열전대(T-type)를 설치하여 30초 주기로 측정하였다. 실험은 Kb k2, k3 잠열재를 사용하였고, 축냉은 -10℃에서 잠열재가 -3〜0℃가 될 때까지 축냉하였다.
- 저장한 후 실험에 사용하였다. K)잠열재가 이동식 저온 컨테이너에서 축냉 -10℃ 조건으로 0℃까지 축냉하여 5℃ 로 고내 온도를 설정한 후 사과 반경을 2등분하여 대과는 깊이 40 mm와 표면 2 mm, 중과는 깊이 30 mm와 표면 2 mm 시료내부에 온도센서인 열전대(Thermocouple, T type)를 2개씩 삽입하여 온도를 측정하였다.
- Table 1은 본 실험에서 사용한 이동식 저온 컨테이너의 사양으로 외기 온도 35℃에서 12시간 이상 유지할 수 있도록 소비되는 축 냉 량 0.7 RT(1RT=13, 890.88 kJ)로 환산하여 설계하였으며, 설정 가능한 온도는 -10〜 15℃이다). 제어방식은 온도 및 시간을 조합하는 방식으로 설계하였다.
- 3333px;">1-3, K2 2, K2-3, K3-1, K3-2, K3-3의 종 9가지의 처리구로 구분하여 제조하였다. 각 물질을 구성하는 물질의 배합은 K1 은 설정온도 0~5℃ 에서 온도 구간이 유지되도록 C14H30과 Sodium polyaciylate로 제조하였고, K2는 설정 온도 5〜10 ℃ 에서 온도 구간이 유지되도록 C14H30, C18H38 그리고 Sodium polyaciylate로 제조하였다. 또한 K3은 설정 온도 10-15℃ 에서 온도 구간이 유지되도록 C14H30, C18H38 그리고 Sodium polyaciylate로 제조하였다.
- 고내온도 방열 온도를 13 ℃로 유지시키면서 내부와 잠열 재가 상변화 온도인 15℃에 도달할 때까지 잠열재, 고내온도 좌측, 우측 하부 중앙지점의 상변화 시간에 따른 온도를 측정하였고, 그 결과 값을 Table 3에 나타내었다. Table 4는 K3의 결과로써 총방열시간이 70시간 일 때 10~15℃까지의 잠열재보냉 온도 유지는 좌측 65, 48, 37시간, 우측 66, 47, 37시간, 중앙 66, 47, 36시간, 하부는 65, 47, 36시간으로 나타났으며, 특히, Ke 은 65시간 동안 보냉 온도 시간을 유지하는 것으로 분석되어 본 연구에서 제작한 이동식 저온 컨테이너와 함께 효과적인 결과를 얻을 수 있었다.
- 충 냉 팩은 잠열재를 활용할 수 있도록 축냉 모듈에 직접 교환하는 방식을 채택하였다. 또한 외부의 잠열방출과 현열 유입을 최소화하기 위해서 이동식 저온 컨테이너 내부에서 잠열 재 팩을 교체할 수 있도록 제작하였다.
- 온도 변하를 측정하였다. 방냉시 송풍의 영향을 분석하기 위해서 상부에 냉기 흡입 및 방출 순환 팬을 설치하여, 자연대류 및 강제대류 방식으로 실험을 수행하였다.
- 잠열재 제조 후 방열운전 중에 측정이 요구되는 위치를 고내 상부, 하부, 측면, 중앙 및 잠열재 내부에 열전대(T-type)를 설치하여 30초 주기로 측정하였다. 실험은 Kb k2, k3 잠열재를 사용하였고, 축냉은 -10℃에서 잠열재가 -3〜0℃가 될 때까지 축냉하였다.
- 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 0〜5℃, 5〜 10℃, 10-15℃ 3가지 온도대역별 잠열재를 개발하였다. 0〜5 ℃ 잠열재(K1)는 C14H30과 Sodium polyacrylate, 5~10℃ 잠열재(K2)는 C14H30, C18H38, Sodium polyacrylate, 10-15 ℃ 잠열재(K3)는 C14H30 , C18H38, Sodium polyacrylate를 혼합하여 제조하여 잠열재로 사용한 결과이동식 저온 컨테이너의 내부온도 유지특성은 K1 잠열재는보냉 온도유지가 21시간 이상으로 유지되는 결과를 얻을 수 있었다.
- 효과가 가장 우수한 것으로 보고하였다 (1). 서로 다른 상변화 온도를 가지는 상변화 물질을 사용한 죽냉 모듈의 열 성능에 관하여 보고하였으며(2), 잠열재를 열매체로 하는 실제 냉방설비의 운전 특성을 평가하기 위해서 냉방장치는 800 X 800X100 ㎜3로 축냉 용기 8개를 내부에 장착한 5X6X3.5 m3 규모의 실험용 컨테이너를 제작하여 실험한 결과를 나타내었다 (3), 축냉식 냉동탑 차와 일반 냉동차로 비교 실험하였으며, 측정 방법은 일반식과 축냉식 냉동차 간의 구조차이로 인하여 측정 부위나 측정지점이 차이가 있다 (4). 축냉식 수송 겸용 냉동/냉장고를 수송되지 않는 동안 심야 열원을 이용하여 잠열재를 상변화시켜 냉열을 저장하면서 농산물을 차량에 적재하고, 수송하는 동안 수송겸용 냉동/냉장고 상부에 설치된 축냉기로부터 상부의 공기가 자연적으로 하강하여 수송 겸용 냉동/냉장고 내부를 냉각하는 방식으로 잠열재 적용 연구를 수행하였다 (5).
- 잠열재를 제조한 후 폴리에칠렌 (PE) 팩에 700 cm3, 1000 cm3씩 충전하고 밀봉하였다. 실험 용기인 스치로폼 박스는 총용량 0.004 m3에 17.5% 인 잠 열재 팩 한 개를 넣고 아이스박스에는 총용량 0.008 m3에 17.5%인 두 개를 넣어 용적 대비 동일한 충전용량으로 실험을 수행하였다.
- 이동식 저온 컨테이너의 상변화 특성을 분석하기 위해 서 잠열 재를 항온기 20℃에서 잠열을 완전 방출시키고, 이동식 저온 컨테이너의 고내 온도를 각각 3, 8, 10℃로 일정하게 유지하여 실험을 수행하였으며, 실험 측정은 저장장치에 실시간으로 저장하였다. 방열운전 중에 측정이 요구되는 위치를 고내 상부, 하부, 측면, 중앙 및 잠열재 내부에 열전대(T-type)를 설치하여 30초 주기로 측정하였다.
- 이동식 저온 컨테이너의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 저장 중공기 유동 및 잠열재의 상변화 특성을 구명(10, 11) 하기 위하여 잠열재 방냉 실험과 이동식 저온 컨테이너 내부의 온도 변하를 측정하였다. 방냉시 송풍의 영향을 분석하기 위해서 상부에 냉기 흡입 및 방출 순환 팬을 설치하여, 자연대류 및 강제대류 방식으로 실험을 수행하였다.
- 88 kJ)로 환산하여 설계하였으며, 설정 가능한 온도는 -10〜 15℃이다). 제어방식은 온도 및 시간을 조합하는 방식으로 설계하였다. 충 냉 팩은 잠열재를 활용할 수 있도록 축냉 모듈에 직접 교환하는 방식을 채택하였다.
- 5 m3 규모의 실험용 컨테이너를 제작하여 실험한 결과를 나타내었다 (3), 축냉식 냉동탑 차와 일반 냉동차로 비교 실험하였으며, 측정 방법은 일반식과 축냉식 냉동차 간의 구조차이로 인하여 측정 부위나 측정지점이 차이가 있다 (4). 축냉식 수송 겸용 냉동/냉장고를 수송되지 않는 동안 심야 열원을 이용하여 잠열재를 상변화시켜 냉열을 저장하면서 농산물을 차량에 적재하고, 수송하는 동안 수송겸용 냉동/냉장고 상부에 설치된 축냉기로부터 상부의 공기가 자연적으로 하강하여 수송 겸용 냉동/냉장고 내부를 냉각하는 방식으로 잠열재 적용 연구를 수행하였다 (5).
- 실험은 Kb k2, k3 잠열재를 사용하였고, 축냉은 -10℃에서 잠열재가 -3〜0℃가 될 때까지 축냉하였다. 축냉이 완료된 후에 이동식 저온 컨테이너 내부와 잠열재 온도가 설정한 온도에도 달할 때까지 시간을 측정하였다.
대상 데이터
- 각 물질을 구성하는 물질의 배합은 K1 은 설정온도 0~5℃ 에서 온도 구간이 유지되도록 C14H30과 Sodium polyaciylate로 제조하였고, K2는 설정 온도 5〜10 ℃ 에서 온도 구간이 유지되도록 C14H30, C18H38 그리고 Sodium polyaciylate로 제조하였다. 또한 K3은 설정 온도 10-15℃ 에서 온도 구간이 유지되도록 C14H30, C18H38 그리고 Sodium polyaciylate로 제조하였다. 잠열재를 제조한 후 폴리에칠렌 (PE) 팩에 700 cm3, 1000 cm3씩 충전하고 밀봉하였다.
- 본 실험에서는 경북 영주 능금영농조합에서 수확된 부사 품종을 대과, 중과를 구입하여 항온기에 저장한 후 시료로 사용하였으며, 잠열재로서 신 등(6)의 물, 망초(Na2SO4), 파라핀 계열물질 등을 사용하였으며, 이 등(7)은 5.8℃에서 상변화를 일으키는 tetradeccane을 내부물질로 사용하였다. 본 연구에서는 단위 축열물질인 물(Water), 고 흡수성 수지 (Sodium polyacrylate), 에탄올(Ethanol), 파라핀(Paiaffin) 계 등을 사용하였으며(8), 이중 물 및 에탄올은 잠열재 실험을 위해 비교구로 사용하였고, 고 흡수성 수지 와 테트라데칸 (tetradecane)의 C]4, Ci8 등을 주물질로 사용하였다.
- 8℃에서 상변화를 일으키는 tetradeccane을 내부물질로 사용하였다. 본 연구에서는 단위 축열물질인 물(Water), 고 흡수성 수지 (Sodium polyacrylate), 에탄올(Ethanol), 파라핀(Paiaffin) 계 등을 사용하였으며(8), 이중 물 및 에탄올은 잠열재 실험을 위해 비교구로 사용하였고, 고 흡수성 수지 와 테트라데칸 (tetradecane)의 C]4, Ci8 등을 주물질로 사용하였다. 실험에 사용한 재료는 C14H30 (wt 30%, J&C 마이크로케미컬, 한국) 과 C18H38 (wt 30%, J&C 마이크로케미컬, 한국)을 사용하여 농산물 유통에 적합하도록 K1-1, K1-2, K 본 연구에서는 단위 축열물질인 물(Water), 고 흡수성 수지 (Sodium polyacrylate), 에탄올(Ethanol), 파라핀(Paiaffin) 계 등을 사용하였으며(8), 이중 물 및 에탄올은 잠열재 실험을 위해 비교구로 사용하였고, 고 흡수성 수지 와 테트라데칸 (tetradecane)의 C]4, Ci8 등을 주물질로 사용하였다. 실험에 사용한 재료는 C14H30 (wt 30%, J&C 마이크로케미컬, 한국) 과 C18H38 (wt 30%, J&C 마이크로케미컬, 한국)을 사용하여 농산물 유통에 적합하도록 K1-1, K1-2, K1-3, K2 2, K2-3, K3-1, K3-2, K3-3의 종 9가지의 처리구로 구분하여 제조하였다. 각 물질을 구성하는 물질의 배합은 K1 은 설정온도 0~5℃ 에서 온도 구간이 유지되도록 C14H30과 Sodium polyaciylate로 제조하였고, K2는 설정 온도 5〜10 ℃ 에서 온도 구간이 유지되도록 C14H30, C18H38 그리고 Sodium polyaciylate로 제조하였다.
- 1은 이동식 저온 컨테이너의 상변화 특성을 분석하기 위한 개략도로써 고내 온도를 각각 3, 8, 10℃로 일정하게 유지하여 실험을 수행하였으며, 온도 설정은 지금까지 실용화되고 있는 ICE-pack의 축냉 기간보다 더 길게 연장하기 위해서 NaOH함량을 단계별로 증가한 송등(9)의 방법에 준하여 잠열재 제조 후 방열운전 중에 측정이 요구되는 위치를 고내 상부, 하부, 측면, 중앙 및 잠열재 내부에 열전대(T-type)를 설치하여 30초 주기로 측정하였다. 실험은 Kb k2, k3 잠열재를 사용하였고, 축냉은 -10℃에서 잠열재가 -3〜0℃가 될 때까지 축냉하였다. 축냉이 완료된 후에 이동식 저온 컨테이너 내부와 잠열재 온도가 설정한 온도에도 달할 때까지 시간을 측정하였다.
- 방열운전 중에 측정이 요구되는 위치를 고내 상부, 하부, 측면, 중앙 및 잠열재 내부에 열전대(T-type)를 설치하여 30초 주기로 측정하였다. 실험은 Ki, K2, IG 잠열재를 사용하였고, 축냉은 -1(TC에서 잠열재가 -3 〜0℃가 될 때까지 축냉하였다. 축냉이 완료된 후에 이동식 저온 컨테이너 내부와 잠열재 온도가 설정한 온도에도 달할 때까지 시간을 측정하였다.
- 또한 K3은 설정 온도 10-15℃ 에서 온도 구간이 유지되도록 C14H30, C18H38 그리고 Sodium polyaciylate로 제조하였다. 잠열재를 제조한 후 폴리에칠렌 (PE) 팩에 700 cm3, 1000 cm3씩 충전하고 밀봉하였다. 실험 용기인 스치로폼 박스는 총용량 0.
성능/효과
- 개발하였다. 0〜5 ℃ 잠열재(K1)는 C14H30과 Sodium polyacrylate, 5~10℃ 잠열재(K2)는 C14H30, C18H38, Sodium polyacrylate, 10-15 ℃ 잠열재(K3)는 C14H30 , C18H38, Sodium polyacrylate를 혼합하여 제조하여 잠열재로 사용한 결과이동식 저온 컨테이너의 내부온도 유지특성은 K1 잠열재는보냉 온도유지가 21시간 이상으로 유지되는 결과를 얻을 수 있었다. K2의 경우 보냉 온도유지가 18시간 이상으로 유지되는 결과를 얻을 수 있었다.
- Table 4는 K3의 결과로써 총방열시간이 70시간 일 때 10~15℃까지의 잠열재보냉 온도 유지는 좌측 65, 48, 37시간, 우측 66, 47, 37시간, 중앙 66, 47, 36시간, 하부는 65, 47, 36시간으로 나타났으며, 특히, Ke 은 65시간 동안 보냉 온도 시간을 유지하는 것으로 분석되어 본 연구에서 제작한 이동식 저온 컨테이너와 함께 효과적인 결과를 얻을 수 있었다.
- 결과적으로 축냉 장치 및 잠열재 위치를 상부와 측면방식인 자연대류 방식보다 하부 방식 인 강제대류방식에 의한 시스템 구축이 매우 효과적인 것으로 나타났다.
- K3의 경우 모든 잠열재에서 61시간 이상으로 10~15℃ 내부온도 유지특성을 나타내었다. 사과 내부품온 변화는 잠열재 온도 이에서 고내온도 5℃ 에 도달할 때까지의 이동식 저온 컨테이너에서 잠열재보냉 유지시간은 Ki, K2, K3 처리구에서 20시간 이상으로 유지되는 것으로 나타났으며, 사과의 내부품온 변화는 자연대류 방식의 경우 5시간 후에 표면과 중심 온도가 각각 15℃ , 16℃ 로 나타났으나 강제대류 방식은 한 시간 후에 모든 측정지점에서 7℃ 의 품온을 보였으며, 보냉 온도 유지 시간을 15시간 이상유지 하는 것으로 나타나 자연대류 방식의 이동식 저온 유통체계보다는 강제 대류식 유통체계가 우수한 것으로 나타났다.
- 유지되는 결과를 얻을 수 있었다. 특히, K1-1은 보냉 온도유지시간이 23시간 이상으로 보냉 온도유지가 가장 효과적인 것으로 나타났으며, 고내 온도를 8℃로 유지시키면서 내부 및 잠열재가 상변화 온도인 10℃에 도달할 때까지 잠열재, 고내온도 좌측, 우측, 하부, 중앙 지점 의상 변화 시간에 따른 온도를 측정한 결과, K2 잠열재는 보 냉온도 유지 가 21시 간 이 상으로 유지 되는 결과를 얻을 수 있었다. 특히, 은보냉 온도유지시간이 18시간 이상으로보냉 온도유지가 가장 효과적인 것으로 나타났다.
- 특히, K1-1은 보냉 온도유지시간이 23시간 이상으로 보냉 온도유지가 가장 효과적인 것으로 나타났으며, 고내 온도를 8℃로 유지시키면서 내부 및 잠열재가 상변화 온도인 10℃에 도달할 때까지 잠열재, 고내온도 좌측, 우측, 하부, 중앙 지점 의상 변화 시간에 따른 온도를 측정한 결과, K2 잠열재는 보 냉온도 유지 가 21시 간 이 상으로 유지 되는 결과를 얻을 수 있었다. 특히, 은보냉 온도유지시간이 18시간 이상으로보냉 온도유지가 가장 효과적인 것으로 나타났다.
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