This study delves into the potential application of whisker carbon nanotube (w-CNT) in terms of electrical heating performance, with a particular emphasis on its significance in high-efficiency electrothermal conversion applications. Meanwhile, a comparative study was conducted on traditional carbon nanotubes (T1 and T3) with different aspect ratios. A uniform and dense carbon nanotube paper (BP) was prepared using a vacuum filtration method, including single-layer (T1, T3 and w-CNT BP), double-layer gradient composite (T1/T3-g, w-CNT/T3-g), and mixed composite (T1/T3-m and w-CNT/T3-m). The thickness of each type of BP is approximately 100 μm. The results demonstrated that electrical conductivity and electrical heating performance of single-layer BPs follow the order of T1 > T3 > w-CNT. While, mixed composite BPs are superior to double-layer gradient composite BPs in electrical conductivity and thermal performance. Notably, w-CNT/T3-m BP exhibits excellent electrothermal performance. Under an applied voltage of 5 V, the surface temperature of w-CNT/T3-m BP reaches 190 ℃. When the voltage is increased to 6 V, the surface temperature rises by 150℃ within 10 s, reaching a steady-state temperature of 318 ℃. This excellent electrothermal performance can be attributed to the introduction of w-CNT, which has a perfect and defect free structure according to Raman analysis. In-depth analysis using X-ray diffraction (XRD) indicated a more complete and higher degree of crystallinity in the w-CNT structure. In summary, this study not only provides experimental and theoretical basis for the application of high-performance electrothermal materials based on carbon nanotubes, but also foreshadows their broad application prospects in the field of macroscopic materials.

The present study investigates the impact of freeze–thaw deterioration on the electrical properties and electric-heating capabilities of cement mortar incorporating with carbon nanotubes (CNT) and carbon fibers (CF). Mortar samples, containing 0.5 wt.% CNT and 0.1 wt.% CF relative to the mass of cement, were prepared and subjected to freeze–thaw tests for up to 300 cycles. The electrical properties and electric-heating capability were evaluated every 30 freeze–thaw cycles, and the physicochemical characteristics of the samples were analyzed using X-ray diffraction and mercury intrusion porosimetry. The results indicate a decline in both electrical conductivity and heat-generation capability as the freeze–thaw cycles progress. Furthermore, changes in the pore structure of the mortar samples during the freeze–thaw cycles contributed to damage in the conductive network formed by CNT and CF, resulting in decreased electrical conductivity and heat-generation capabilities of the mortar samples.

In order to investigate the applicability of ohmic heating in the blanching and heat sterilization process of vegetable foods, various electrical properties and heating characteristics were studied using intact potato. The electrical conductivity of potato with cell structure was 0.025 S/m, which was lower than that of starch and protein gel, and was increased linearly with increasing temperature. The temperature of ohmic heating was sharply increased from 8 min at 60 V, reaching 90°C after 10 min. The temperature rise was rapid at 60°C which was due to the increase of current flow by structural change related to the gelatinization of starch. The increase of temperature was faster when the frequency was increased, such as from 500 Hz to 1000 Hz. When potato was heated by ohmic heating at 60- 90 V and 40-120 Hz, rapid and uniform heat generation was possible. Thus, commercial utilization of ohmic heating can be applied for various types of vegetable foodstuff with ohmic heating was observed.

Carbon composites for flexible fiber heating element were examined to improve the electrical conductivity in this study. Carbon composites using carbon black, denka black, super-c, super-p with/without CNF or dispersant such as BCS03 and Sikament-nn were prepared. Carbon composite slurry was coated on plane film and yarns(cotton, polyester) and the performances of prepared heating materials were investigated by checking electrical surface resistance, adhesion strength. The plane heating element using carbon black under natural drying condition(25℃) had better physical properties such as surface resistance(185.3 Ohm/sq) and adhesion strength(above 90%) than those of other carbon composite heating elements. From these results, polyester heating element coated by carbon black showed better electrical line resistance(33.2 kOhm/cm) than cotton heating element. Then, it was found that polyester heating element coated by carbon black with CNF(3 wt%) and BCS03(1 wt%) appeared best properties(0.604 kOhm/cm).

본 연구는 피복자재와 전기발열체에 의한 포도 유목의 휴면기와 수액이동기 꽃눈 피해를 경감하기 위하여 수행하였다. 1. 저온 환경제어시스템에서 보온력 차이는 볏짚 +부직포 > 부직포 > 볏짚 > 무피복 순으로 높았으며, 볏짚 +부직포 2중피복에서 온도 저하 지연 효과가 가장 좋았으나, 12시간 처리에서는 피복자재별 보온력 차이가 거의 없었다. 2. 휴면기 꽃눈 피해는 캠벨얼리와 MBA가 비슷하였으며, 거봉에서 높았고, 무피복 > 볏짚 > 부직포 > 볏짚 +부직포 순으로 낮았다. 볏짚 +부직포는 −20℃ 6시간 저온처리부터 꽃눈 피해가 발생하여 보온 효과가 높았다. 3. 수액이동기 –10℃ 저온처리에서 꽃눈 피해는 휴면기와 비슷한 경향이었으며, 품종 간에는 차이가 없었으며, 휴면이타파된 수액이동기 저온에서 꽃눈 피해가 더 크다. 4. 전기발열체 +부직포는 −5℃ 3시간 처리에서 휴면기 –20℃에서 −4.8℃, 수액이동기는 −10℃에서 −4.3℃ 주간부 내부온도가 유지되어 방한에 효과적이었다. 5. 짚 +부직포은 휴면기에는 꽃눈 피해가 발생하는데 지연 효과가 있으나 수액이동기에는 효과가 적었으며, −5℃ 설정 전기발열체 +부직포에서는 꽃눈 피해가 발생하지 않았다.

본 연구에서는 동절기 시설원예용 하우스의 열환경, 난방방식별 에너지 소비 특성, 하우스내 열이동 프로세스자 난방효율에 대해서 중점적으로 검토하였다. 동절기 하우스의 벽체, 지붕을 통해 손실되는 관류열량을 정량적으로 계산하므로서, 하우스의 단열계획 및 난방에너지 절약을 유도할 수 있는 기초데이터를 제시하였다. 난방방식별 실내외 온도차와 에너지 소비량과의 관계를 정량적으로 도출하므로서, 쾌적성, 경제성을 고려한 최적의 하우스 난방방식 선정과 난방기 운용의 효율화를 유도하기 위한 기초자료를 제시하였다 난방방식별 실내외 온도차와 에너지 소비량과의 관계로부터 도출된 결과는 심야전력 난방이 온풍난방에 비해 난방효율이 현저히 높은 것으로 나타났다. 덕트 주변의 수평 및 연직방향으로 다수의 열전대를 설치하여 온풍 난방시 덕트주변의 작물에 미칠 수 있는 고온피해 발생 가능성을 검토하였으나, 약 1℃이내의 비교적 균일한 온도가 계측되므로서, 온풍에 의한 주변작물의 고온피해는 관측되지 않았다. 덕트 길이방향으로 일정간격마다 덕트내부에 열전대를 설치하여 덕트길이에 따른 온도하강 추이를 검토한 결과, 덕트 단위길이당 0.5~0.8℃의 온도강하가 계측되었다.

본 연구에서는 실측을 통해 시설원예용 하우스의 난방방식별 온도분포 특성 및 하우스내 열환경을 상세하게 검토하였다. 하우스내 복사환경지표인 흑구온도는 주간의 경우 실내기준 온도보다 7℃ 이상 높게 나타났으나, 야간에는 실내기준온도 와 동일한 온도로 나타났다. 심야전력 전기히터식 난방의 경우, 시간대별 온도변화는 약 3℃이내의 비교적 균일한 분포를 나타내고 있으나, 연직방향으로는 약 8℃ 정도의 비교적 큰 상하온도 분포를 나타내었다. 이것은 방열기의 설치위치 및 방열방식의 부적절함에서 기인한 것으로서, 연직방향 온도분포 경감을 위한 체계적인 검토와 일몰 후 심야전력 공급개시 이전 시간대의 실온 저하를 억제하기 위한 적절한 대책이 수립되어야 할 것이다. 온풍 난방의 경우, 하우스내 모든 위치에서 1 2℃전후의 우려할 만한 큰 폭의 온도변화가 계측되었다. 이러한 온풍난방의 문제점을 개선하기 위해서는 실온변화가 하우스내 작물생육에 미치는 영향 및 실온 변화폭을 줄이기 위한 체계적인 검토가 이루어져야 할 것이다. 무가온 하우스내 열환경은 저온의 외기조건하에서도 야간 실내기준온도는 5℃ 이상을 유지하고 있으므로, 제주지역의 경우 별도의 난방장치 없이 무가온 하우스에서 저온성 작물의 재배가 가능할 것으로 판단된다. 하우스 실내측 상부에 보온커텐을 설치하여 하우스내 공간을 상하로 분할하는 것은 상하온도 균일화 및 난방효율 향상에 기여하고 있음이 확인되었다. 본 연구를 통해 수집된 난방방식별 하우스내 열환경에 관한상세한 실험데이터는 시설원예용 하우스의 난방방식 선정 및 하우스 설계를 위한 기초자료로 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.