초록 ▼

□ 연구내용
○ (최종목표) 나노 진공단열재와 열저장 함침소재의 다중 구조를 이용한 열제어 복합 패널 개발
1) (나노 진공단열재) 기상합성 나노입자의 진공 소결 공정 최적화 연구
- 아크 플라즈마를 이용한 나노입자제조 장치 설계 및 제작 완료
- 플라즈마 토치 이용한 입자 제조 조건 확립
- 아크 플라즈마를 이용한 제조입자 결과
: 나노입자 제조 ( d_p < d_p.LV ) (플라즈마 발생 조건에 따른 한계입경수립)
: 구형입자 제조 ( d_p.LV

□ 연구내용
○ (최종목표) 나노 진공단열재와 열저장 함침소재의 다중 구조를 이용한 열제어 복합 패널 개발
1) (나노 진공단열재) 기상합성 나노입자의 진공 소결 공정 최적화 연구
- 아크 플라즈마를 이용한 나노입자제조 장치 설계 및 제작 완료
- 플라즈마 토치 이용한 입자 제조 조건 확립
- 아크 플라즈마를 이용한 제조입자 결과
: 나노입자 제조 ( d_p < d_p.LV ) (플라즈마 발생 조건에 따른 한계입경수립)
: 구형입자 제조 ( d_p.LV < d_p < d_p.LM )
: 비구형 입자 제조 ( d_p.LM < d_p )
- Aerodynamic focusing lens 설계 및 실험조건을 통한 나노입자 포커싱 연구
: 다단 진공챔버의 각단에서 유량에 따른 압력제어 최적화
: Screw feeder를 이용한 입자 주입방법 최적화
: 입자 주입 후 포커싱 된 나노입자 Filter 포집
: Aerodynamic lens hole diameter에 따른 나노입자 필터 포집
- 나노입자 입경별, 압력별 내구성 평가 및 물성평가, 진공단열재 열전도도 특성 분석
- 해석 결과
: 각 스테이지 에서의 압력 변화 및 입자크기에 따른 포커싱 효율
- 실험결과
: Aerodynamic focusing lens의 lens diameter에 따른 각 단에서 압력 결과
: Powder 주입 후 포커싱 입자 필터 포집 결과

2) (열저장 함침소재) 용액함침을 이용한 다공성 무기소재기반 잠열소재 개발
- 다공성 실리카 내부의 non-freezable layer 두께 측정법
: 용매를 이용하여 PCM 함침량을 조절하여 새로운 T_nl을 측정하는 방법을 고안
: non-freezable layer 두께는 SBA-15은 0.55, LSBA-15은 0.53 nm로 거의 같은 수치를 얻음
- 잠열 복합소재의 잠열 피크 온도 특성 조절과 잠열 회수율 향상
: 1-옥타데카노익 에시드(C18-OOH)와 1-옥타데칸올(C18-OH)을 hexagonal mesoporous silica에 각각 함침하여 Tnl 특성의 변화를 확인
: C18-OOH와 C18-OH의 녹는점은 각각 69.5, 58.7℃로 측정되지만 함침된 각 소재의 경우 대략 15~20℃의 녹는점 감소가 확인됨
: 잠열 회수율(Hr)의 경우 C18-OOH 함침소재는 최대 51.7%, C18-OH는 최대 35.3%로 측정되며 이는 -OH 작용기의 T_nl 값이 상대적으로 크기 때문임
: Trimethylchlorosilane으로 LSBA-15의 표면을 처리하였으며 처리된 M-LSBA-15에 C18-OOH과 C18-OH를 20~40%의 범위로 함침하였음
: M-LSBA/C18-OOH의 경우 잠열피크가 54.8~55.3℃ 범위에서 나타나며, M-LSBA 18-OH는 49.7~50.7℃ 범위로 나타남
: 잠열 회수율(Hr)의 경우 C18-OOH 함침소재는 최대 75.7%, C18-OH는 최대 74.2로 측정되며 이는 hydrophilic한 PCM 물질도 70% 넘는 잠열 회수율을 보임
- 100L 반응기를 이용한 잠열 복합소재의 제조
: 잠열 복합체의 대량 생산을 위해 100L 급 반응기를 이용하여 잠열 복합소재를 제조하였음
: 옥타데칸(15 kg)을 petroleum ether(50 L)에 녹인 후 용액을 강하게 교반하며 15 kg의 SS-Sil 240을 서서히 넣고 혼합하였음

3) (복합패널 성능시험) 복합패널 시험장치 설계 및 요소부품 제작

○ 복합패널 시험장치 설계 및 제작
- 복합패널 성능평가를 위해 300 mm 급 단열재, 축열재 삽입 가능한 챔버 설계 및 제작
- 복합패널 시험을 위한 시험장치 제어 방안 및 순서도 작성
- 실·내외 환경을 모사하기 위해 고·저온 항온수조를 활용
- 챔버 내 낮과 밤의 환경을 주기적으로 모사하기 위해 시험장치 제어
- 자동화 시험을 위한 알고리즘 개발

□ 연구개발 성과
○ 정성적 성과
- 아크 플라즈마 토치 이용 나노입자 제조장치 개발
- 나노입자 저압 포커싱 소결장치 개발
- 부하변동형 복합 패널 성능시험 장치 개발
- 다공성 실리카 내부 함침 공정 개발
- 잠열 피크온도 조절, 잠열 회수율 향상 기술 개발
- 대용량 제조를 위한 공정기술 개발

○ 정량적 성과
- SCI 2편 (우수 SCI 1편), 국내특허출원 1건, 기술료 20백만원
(SCI 논문 : 2018년 2차년도 계정으로(PEO18130) 2019년에 게재된 1건 포함)

○ 기술스펙 달성 성과

□ 기술적 우수성
○ 외피재 없는 나노진공단열재를 위한 나노입자발생 및 단열재 기술 확보
- 나노진공단열재 핵심구조 및 제조 공정 해석을 통한 가능성 입증
- 20 nm 이하급 나노입자발생, 포커싱 장치 등 설계 및 제작기술 확보
○ 용액 함침 공정을 통한 함침량 및 잠열량 극대화 기술 확보
- 캡슐형, 진공 함침법에 비교하여 최대 잠열량 약 15% 향상, 잠열량 회수 70% 급 달성
- 대용량 설비 이용 잠열재 상용화 설계 검증
○ 잠열재 개발 중 노하우 기술 조기이전 (상용화 준비를 위한 검증)
- 연구개발 중, 잠열재 기술 및 모듈 기술 관련 노하우 기술이전 완료
- 기술료 : 45백만원 달성 (2차년 25백만원, 3차년 20백만원))

□ 성과활용 계획
○ 나노진공단열재, 함침소재 등 특허 확보 후 기술이전 추진
- 미래형 단열재 및 함침형 열저장 물질 원천 소재 개발을 통해 미래 유망 소재 선점
- 저탄소형 고효율 단열재 및 다양한 산업분야에 응용되는 PCM 기술 개발을 통해 국가 중대형 연구개발 사업 발굴 및 기업 기술이전 추진
: 단열재, PCM 소재 및 모듈 등 관련 기업 노하우 기술이전 일부 진행.
→ 상용화를 위한 검증 진행, 특허 등록 완료 후 기술이전 추진 예정

(출처 : 기관주요사업 연구 요약서 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기관주요사업 연구보고서 ... 3
• 기관주요사업 연구 요약서 ... 4
• 목차 ... 12
• 제 1 장 개 요 ... 13
• 제 1 절 연구개발 목표 ... 13
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 13
• 제 3 절 당해연도 연구개발 범위 ... 15
• 제 2 장 연구수행 내용 및 결과 ... 17
• 제 1 절 연구개발 추진 체계 ... 17
• 제 2 절 당해연도 연구개발 결과 ... 20
• 제 3 절 당해연도 연구개발 결과 ... 44
• 제 3 장 연구성과 활용 시나리오 ... 46
• 제 1 절 연구성과 활용 시나리오 ... 46
• 제 4 장 참고문헌 ... 47
• 끝페이지 ... 50