초록 ▼

○ 연구결과
한국의 실정에 적합한 저온유통시스템의 구축을 위하여 이동형 예냉․수송․저장컨테이너와 저비용형 축냉시스템을 결합한 한국형의 통합형 축냉식 저온유통시스템을 개발하였으며, 본 연구로부터 도출된 결과를 요약하면 다음과 같다.
-통합형 저온유통 컨테이어에 사용할 축냉재(PCM)를 개발하기 위하여 0℃～-10℃ 사이의 PCM 후보물질을 선정하고, 선정된 축냉재의 잠열량, 열전도도, 과냉각도등의 열물성특성치를 측정․분석하여 최종적으로 상변화 온도가 -4～-4.5℃, 잠열량이 287.53J/g이면서 인체에 무해하고 인화성과

○ 연구결과
한국의 실정에 적합한 저온유통시스템의 구축을 위하여 이동형 예냉․수송․저장컨테이너와 저비용형 축냉시스템을 결합한 한국형의 통합형 축냉식 저온유통시스템을 개발하였으며, 본 연구로부터 도출된 결과를 요약하면 다음과 같다.
-통합형 저온유통 컨테이어에 사용할 축냉재(PCM)를 개발하기 위하여 0℃～-10℃ 사이의 PCM 후보물질을 선정하고, 선정된 축냉재의 잠열량, 열전도도, 과냉각도등의 열물성특성치를 측정․분석하여 최종적으로 상변화 온도가 -4～-4.5℃, 잠열량이 287.53J/g이면서 인체에 무해하고 인화성과 금속반응성이 없는 축냉재를 개발하였다.
-개발된 축냉재를 이용하여 간접식 열교환 모듈을 개발하여 축냉 및 방냉 특성을 분석하였고, 예냉, 저장, 수송에 적용할 수 있도록 열교환 모듈의 작동을 최적상태로 조절하기 위한 제어알고리즘을 개발하였다.
-개발된 축냉재를 이용하여 축냉 캡슐을 개발하고 이를 이용한 공기식 열교환 모듈을 개발하여 축열 및 방열 특성을 분석하였으며 이용효율을 최적화하기 위한 조건을 제시하였다.
-개발된 축냉재, 축냉 캡슐 및 공기식 열교환모듈을 사용하여 예냉․저장․수송 겸용의 축냉식컨테이너를 개발하였고, 개발된 저온유통 컨테이너의 열전달계수와 예냉․저장․수송시의 온도조절 성능을 일반 냉장수송 컨테이너와 비교하여 분석하였다.
․개발된 축냉식 저온유통 컨테이너의 열전달계수는 0.38kcal/h.㎡℃로서 KS규격에서 정한 1급보냉 컨테이너의 기준 열전달계수인 0.4kcal/h.㎡℃ 보다 우수하였다.
․예냉 공기온도를 5℃로 설정하였을 때 축냉식 저온유통 컨테이너의 내부온도는 4～8℃의 범위로 유지되어 예냉이 가능하였으나, 일반 저온수송 컨테이너에서는 -2～27℃ 까지 변화되어예냉작업이 불가능하였다.
․저온수송을 하기위해 설정온도를 5℃로 하였을 때 축냉식 저온유통 컨테이너의 내부온도는 4.7～6.8℃의 범위로 정밀하게 조절되었으나, 일반 저온수송 컨테이너에서는 -1～14℃까지 변화되어 효율적인 저온수송이 곤란한 것으로 나타났다.
-개발된 저온유통 컨테이너를 딸기, 파프리카, 복숭아 산지유통센터에 투입하여 품질유지 효과를 분석하였다.
․딸기를 본 연구에서 개발한 축냉식 컨테이너로 수집․예냉․저온저장 했을 때 수확 6일 후의 중량감모율이 2.2%, 부패율이 15.3%를 나타내었으나 관행의 상온처리에서는 수확 2일 후에 중량감모율이 2.5%, 부패율이 91%에 달하였다.
․ 컨테이너로 수집․예냉․저온저장 했을 때 수확 6일
후의 중량감모율이 4.3%, 부패율이 2.0%를 나타내었으나 관행의 상온처리에서는 수확 6일후에 중량감모율이 7.0%, 부패율이 23.9%에 달하였다.
․복숭아를 본 연구에서 개발한 축냉식 컨테이너로 수집․예냉․저온저장 했을 때 수확 6일후의 중량감모율이 2.9%, 부패율이 14.6%를 나타내었으나 관행의 상온처리에서는 수확 6일후에 중량감모율이 7.8%, 부패율이 54.2%에 달하였다.
-본 연구에서 개발한 축냉식 컨테이너를 하루에 10시간 씩 사용할 경우에 일반 저온수송 컨테이너를 사용할 때에 비하여 년 1,760만원의 유류비를 절감시킬 수 있었고 년 210,000ℓ의 매연발생을 절감시킬 수 있었다.
-일반의 저온수송 컨테이너를 본 연구에서 개발한 축냉식 컨테이너로 개조하는데 3,000만원의 비용이 추가로 소요되지만 별도의 예냉시설을 설치하지 않아도 되므로 추가비용을 상각시킬 수 있어 운영비용이 저렴한 한국형 저온유통체계 구축이 가능한 것으로 판단되었다.

Abstract ▼

In this study, an integrated thermal storage cold-chain system which is suitable in the Korea actual condition, was developed with combining the mobile precooling, transporting, and storing container with a low-cost thermal storage system.
To satisfy the research purpose, the situation of agricul

In this study, an integrated thermal storage cold-chain system which is suitable in the Korea actual condition, was developed with combining the mobile precooling, transporting, and storing container with a low-cost thermal storage system.
To satisfy the research purpose, the situation of agricultural products cold-chain system at Korea was analyzed and provides some suggestions for the improvement. Also, Phase Change Material(PCM) was developed for the thermal storage cold-chain system and this physical condition was analyzed. The thermal storage capsule was developed with developed PCM, and this heat storage and heat recovery characteristics were investigated, and heat exchange module using PCM was developed and analyzed. Using developed heat exchange module with thermal storage, a thermal cold-chain container which can precool, store and transport at low temperature was developed and investigated the insulation efficiency and temperature control performance for precooling and low-temperature transportation. Those are compared with typical refrigerated container. The temperature control and quality maintenance effect by developed cold-chain container were compared with strawberry, paprika, and peach. For the economical analysis, a comparative study was done using energy consumption and the amount of exhaust gas. Using CFD simulation method, several factors for optimum design of cold-chain container were investigated.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 13
• 목차 ... 16
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 21
• 제1절 연구개발의 목적 ... 21
• 제2절 연구의 필요성 ... 22
• 1. 기술적 측면 ... 22
• 2. 경제·산업적 측면 ... 22
• 3. 사회·문화적 측면 ... 23
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 24
• 제1절 국내현황 ... 24
• 제2절 국외현황 ... 25
• 제3장 농산물 저온유통 현황 및 개선방안 분석 ... 31
• 제1절 온·습도 환경이 농산물 품질에 미치는 영향 ... 31
• 1. 온도환경 ... 31
• 가. 생리활성과 온도 ... 31
• 나. 대사제어, 생리 장해와 온도 ... 33
• 2. 습도환경 ... 36
• 가. 습도와 증산작용 ... 36
• 나. 온도와 증산작용 ... 36
• 다. 바람과 증산작용 ... 36
• 라. 햇빛과 증산작용 ... 38
• 마. 기압과 증산작용 ... 38
• 바. 작물별 증산특성 ... 39
• 3. 농산물 저장을 위한 적정 환경조건 ... 39
• 제2절 온·습도환경에 따른 농산물의 신선도 예측 ... 41
• 1. 냉동식품과 원예산물의 신선도 ... 41
• 2. 원예산물의 신선도 보존기간 예측 ... 41
• 가. 중량감소 예측 모형 ... 42
• 나. 신선도 예측을 위한 데이터 분석 ... 42
• 다. 신선도 보존기간의 예측 ... 46
• 제3절 농산물의 저온유통 실태와 개선방안 ... 48
• 1. 생산지 저온유통시설 현황 ... 48
• 가. 보급 현황 ... 48
• 나. 저온저장고 가동현황 ... 48
• 다. 예냉시설 가동현황 ... 49
• 라. 저온수송 현황 ... 49
• 마. 산지 저온유통시설의 경영효과 ... 50
• 바. 저온유통 체계 ... 52
• 2. 소비지 저온유통시선 현황 ... 53
• 가. 공영도매시장 ... 53
• 나. 대형유통업체 ... 54
• 3. 저온유통시스템 개선방향 ... 54
• 가. 일관 저온유통체계의 구축 ... 54
• 나. 저온유통 장비의 습도유지 기능 강화 ... 56
• 다. 저온유통에 적합한 포장상자 규격 제정 ... 59
• 제4장 축냉재 및 열교환모듈 개발 ... 61
• 제1절 축냉재 개발 및 선정 ... 61
• 1. 축냉재의 개요 ... 61
• 가. 에너지이용합리화 기술과 잠열재의 관계 ... 61
• 나. 잠열재(PCM)의 정의 ... 61
• 다. PCM의 조건 ... 66
• 라. PCM의 종류 및 특징 ... 67
• 2. 농산물 냉장용 축냉재(PCM) 선정 ... 70
• 가. 후보 PMC의 열물성 분석 ... 71
• 나. 후보 PMC의 부식 특성 분석 ... 78
• 다. 최종 PMC 선정 및 수명주기(내구성 및 신뢰성) 시험 ... 81
• 제2절 열교환 모듈 설계·제작 ... 82
• 1. 열교환모듈 설계 ... 82
• 가. 설계시 전제조건 ... 82
• 나. 부하설계 및 장비선정 ... 83
• 다. PCM 열교환모듈 설계 ... 84
• 2. 성능시험 ... 90
• 가. 시험장치 ... 90
• 나. 측정부위 및 계측·제어장치 ... 90
• 3. 결과 및 고찰 ... 96
• 가. 축냉운전 ... 96
• 나. 방냉운전 ... 96
• 다. 예냉운전 ... 97
• 라. PCM 충진량 확인 ... 97
• 제3절 PCM 열교환모듈 시스템 상세 설계·제작 ... 99
• 1. PCM 열교환모듈 시스템 상세 설계·제작 ... 99
• 가. 설계개요 ... 99
• 나. 시스템 용량선정 및 상세설계 ... 100
• 2. 운전모드 ... 103
• 3. 최적운전 제어 ... 105
• 4. 성능시험 ... 108
• 가. 시험장치 ... 108
• 나. 시험조건 ... 109
• 5. 시험결과 ... 110
• 가. 축냉모드 운전 ... 110
• 나. 냉방모드 운전 ... 112
• 다. 축냉/저장 동시운전 ... 113
• 라. 예냉모드 운전 ... 116
• 제5장 통합형 저온유통 컨테이너 개발 ... 119
• 제1절 서언 ... 119
• 제2절 연구사 ... 121
• 1. 상변화물질을 이용한 축냉시스템 ... 121
• 2. 축냉식 냉장(동) 컨테이너 ... 123
• 3. 냉장 컨테이너 내의 냉기류 및 온도분포 해석 ... 125
• 제3절 PCM 축냉 캡슐 및 공기식 열교환 모듈 개발 ... 128
• 1. PCM 축냉 캡슐의 제작 ... 128
• 2. 공기식 열교환 모듈 개발 ... 130
• 3. PCM 축냉 캡슐의 축·방열 특성 시험 ... 131
• 4. 공기식 열교환모듈의 축·방냉 특성시험 ... 134
• 5. 결과 및 고찰 ... 135
• 가. PCM 캡슐의 축열 및 방열 특성 ... 135
• 나. 공기식 열교환 모듈의 축·방냉 특성 ... 162
• 6. 요약 및 결론 ... 166
• 제4절 축냉식 저온유통 컨테이너 개발 및 성능시험 ... 167
• 1. 축냉식 저온유통 컨테이너 제작 ... 167
• 2. 축냉식 저온유통 컨테이너의 보냉성능시험 ... 175
• 3. 축냉식 저온유통 컨테이너의 온도조절 성능시험 ... 176
• 4. 축냉식 저온유통 컨테이너의 효과시험 ... 176
• 5. 결과 및 고찰 ... 177
• 가. 축냉식 저온유통 컨테이너의 보냉성능 ... 177
• 나. 축냉식 저온유통 컨테이너의 온도조절 성능 ... 178
• 다. 축냉식 저온유통 컨테이너의 효과시험 ... 181
• 라. 전력소모량, 연료소모량, 배기가스 배출량 및 경제성 ... 184
• 6. 요약 및 결론 ... 185
• 제5절 축냉식 컨테이너의 전산유체역학적 최적화설계 ... 186
• 1. 이론적 배경 및 해석 모델 ... 186
• 가. 전산유체역학 ... 186
• 나. 지배방정식 ... 189
• 다. 시뮬레이션 모델 ... 194
• 2. 재료 및 방법 ... 200
• 가. PIV 실험장치 및 방법 ... 200
• 나. 온도측정 장치 및 방법 ... 201
• 3. 결과 및 고찰 ... 204
• 가. 시뮬레이션 모델의 검증 ... 204
• 나. 수치해석적 설계 ... 211
• 4. 요약 및 결론 ... 275
• 제6장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 276
• 제1절 목표 달성도 ... 276
• 제2절 과제별 연구개발 목표 달성도 ... 278
• 1. 통합형 축냉식 저온유통 컨테이너 개발 ... 278
• 2. 통합형 축냉식 저온유통시스템을 위한 PCM및 PCM 열교환 모듈시스템 개발 ... 278
• 3. 통합형 축냉식 저온유통컨테이너 이용에 따른 유통품질 분석 ... 278
• 제3절 관련분야에의 기여도 ... 279
• 제7장 연구개발결과의 활용계획 ... 281
• 제1절 현장보급 방안 ... 281
• 제2절 산업화 및 기술이전 계획 방안 ... 281
• 제3절 논문발표, 홍보, 교육 등 ... 281
• 제8장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 283
• 제1절 International Congress of Refrigeration ... 283
• 제2절 동경 국제물류전 ... 310
• 제9장 참고문헌 ... 316
• 끝페이지 ... 320