최근 지구온난화로 인해 발생하는 폭우 및 강설과 같은 비정상적인 기상 패턴으로 인해 도로 표면 결빙(블랙 아이스)으로 인 한 사고와 인명 피해가 증가하고 있으며, 이는 주요 문제로 대두되고 있습니다. 이러한 문제를 완화하기 위해 본 연구에서는 열저장 능력을 갖춘 상변화 물질(PCM)을 시멘트 복합재료에 포함시켰습니다. PCM은 상변화 과정에서 열에너지를 흡수, 저장 및 방출할 수 있어 온도 변동으로 인한 결빙을 최소화할 수 있습니다. PCM은 먼저 미세 캡슐화된 후 시멘트 복합재료에 강화되어 기계적 및 열적 성능 검증 연구가 수행되었습니다. 또한, 열전달 효율과 기계적 특성을 향상시키기 위해 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 실리카 퓸이 추 가되었습니다. 미세 캡슐화된 PCM의 열 성능은 열 거동을 측정하기 위한 재료 실험을 통해 검증되었습니다. 이후, 제조된 시멘트 복 합재의 기계적 및 열적 성능 테스트가 그 효과를 평가하기 위해 수행되었습니다. 이러한 테스트 동안 일정 온도와 습도 챔버를 사용한 열 주기 테스트가 열 성능을 검증하기 위해 수행되었습니다. 기계적 성능 실험에서는 CNT와 실리카 퓸의 포함이 미세 캡슐화된 PCM 의 포함으로 인한 강도 저하를 완화하는 것을 확인하였습니다. 더욱이, 열 주기 테스트를 통해 고효율 열저장 시멘트 복합재가 결빙 조건에서도 영하의 온도를 유지할 수 있음을 보여주었으며, 이는 효율적인 열저장 성능을 입증하였습니다.

The Alkali-Metal Thermal to Electric Converter (AMTEC) can be used as a next-generation power generation technology related with a large thermal energy storage. In particular, this technology is expected for the higher efficiency by a cascade power generation with the thermoelectric generator(TEG), and the temperature distribution becomes a very important design parameter in this case. In this study, the temperature distribution of the AMTEC unit was analyzed through CFD analysis, and design points were discussed based on the results.

본 논문은 에너지를 실시간으로 저장할 수 있는 저장장치 중 열에너지 저장 콘크리트를 대상으로 재료의 미세구조와 물성(열전도 도)의 상관관계를 분석하는 연구를 수행하였다. 에너지 저장 콘크리트의 열전도 성능을 증가시키기 위해 혼화재인 그라파이트 (graphite)를 사용하였다. 그라파이트가 시멘트 질량의 10%와 15%를 치환한 시편과 일반 콘크리트(OPC) 시편을 제작하여 그라파이 트의 혼입에 따른 미세구조 변화 및 열전도도의 영향을 마이크로 스케일에서 분석하였다. 마이크로-CT를 활용하여 OPC와 그라파이 트를 사용한 콘크리트의 공극률을 비교하였으며, 확률함수를 사용하여 미세구조 특성을 정량화하였다. 미세구조 특성 차이가 열전도 도에 미치는 영향을 확인하기 위해 3차원 가상 시편을 제작하여 열해석을 수행하였으며, 이를 열평판법을 사용하여 측정한 열전도도 실험 결과와 비교하였다. 열해석 수행 시 그라파이트 재료가 지닌 열전도도 성능을 반영하기 위하여 해석 결과와 실험 결과를 기반으 로 고체상의 열전도도를 역해석을 통해 계산하였으며, 그라파이트가 시편의 열전도도에 미치는 영향에 대해 분석하였다.

Recently, uncertainty of demand and supply for energy has expanded as energy market change rapidly. Rapid accumulation storing of cold heat is a method for decreasing the gap between demand and supply of time, quantity and quality of heat energy. It is stored rapidly when electric power is on. And cold heat energy in heat is phase change material (PCM) heat storage is used when electric power is off. Porous media for cold heat is PCM. The present study has been conducted for improving performance of cold heat storage in refrigerator using characteristics on laten heat and phase change of PCM. This study provide basic data to improve performance of cold heat using characteristic of PCM. Also, this study predicts and measures specific points in PCM heat storage during process of phase change.

본 연구는 공기열원 히트펌프 온실에서 환기에 의해 배출되는 에너지 즉 잉여 태양에너지 및 태양열 집열기를 이용하여 축열량 및 이들 에너지를 이용한 온실의 난방효과를 실험적으로 검토하였다. 태양열 집열기의 경우, 실험기간동안 누계 수평면 일사량의 최대, 평균 및 최솟값은 각각 52.2, 22.9 및 3.2 MJ․m-2이었고, 총 일사량은 869.8 MJ․m-2 정도였다. 그리고 집열량의 최대, 평균 및 최솟값은 각각 38,118.2, 22,545.9 및 2,622.1 kcal 정도였고, 총 집열량은 856,742.6 kcal 정도인 것으로 나타났다. 잉여 태양에너지의 경우, 여러 가지 요인에 의해서 온실로부터 회수되는 열량은 다르지만, 온실로부터 회수된 총 잉여 태양에너지는 375,946.7 kcal 정도인 것으로 나타났다. 히트펌프의 경우, 설정온도를 고려하지 않고 축열된 총 축열량은 17,519,085.3 kcal이고, 이 때 소비된 소비전력량은 7,169.6 kWh정도이었고, 시스템의 성능계수는 2.84정도이었다. 그리고 온실로 공급된 난방에너지는 최저 외기온과 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났으며, 실험기간동안 총 난방에너지는 9,554,541.9 kcal로서 시간당으로 환산하면 평균 6,653.1 kcal․h-1정도인 것으로 나타났다. 특히 실제 히트펌프에 의해 축열된 량의 54.5%정도만 이용하는 것으로 나타나 난방시스템의 개선이 필요할 것으로 판단되었다. 실험기간동안 태양열 집열기, 잉여 태양에너지 및 히트펌프에 의한 축열량을 난방에너지로 100.0% 이용할 경우, 탄소배출량은 각각 259.7, 116.9 및 5,403.5 kgCO2정도 절감시킬 수 있을 것으로 나타났다.

A 2D axisymmetric numerical analysis was performed to study the characteristics of charge process inside solar thermal storage tank. The porosity and heat transfer coefficient of filler material as well as inlet velocity of heat transfer fluid are selected as simulation parameters. The porosity is varied as 0.2, 0.5, and 0.8 to account for the effect of filler granule geometry. Two levels of the heat transfer coefficient is adopted to assess the heat transfer between heat transfer fluid and filler material. The inlet velocity is varied as 0.00278, 0.0278, and 0.278m/s. As both of the porosity and the heat transfer coefficient increase, the discrepancy of the temperature distributions between the filler and heat transfer fluid decreases. As the inlet velocity increases, the penetration depth of the heat transfer fluid increases proportionally.

A 2D axisymmetric numerical analysis was performed to study the characteristics of charge process inside solar thermal storage tank. The interfacial area density and inertial resistance of filler material are selected as simulation parameters. The interfacial area density is varied as 800, 2000, and 4000 1/m. The inertial resistance is varied as 1, 3, and 5 1/m. When the interfacial area density increases from 800 to 4000 1/m, the discrepancy of the temperature distributions between the filler and heat transfer fluid decreases. As inertial resistance increases from 1 to 5, both of the temperature and fluid flow pattern changes considerably.

The thermal and mechanical properties of fiber-reinforced cement-based composite for solar thermal energy storage were investigated in this paper. The effect of the addition of different cement-based materials to Ordinary Portland cement on the thermal and mechanical characteristics of fiber-reinforced composite was investigated. Experiments were performed to measure mechanical properties including compressive strength before and after thermal cycling and split tensile strength, and to measure thermal properties including thermal conductivity and specific heat. Test results showed that the residual compressive strength of mixtures with OPC and slag was greatest among cement-based composite. Thermal conductivity of mixtures including graphite was greater than that of any other mixtures, indicating favor of graphite for improving thermal transfer in terms of charging and discharging in thermal energy storage system. The addition of CSA or zirconium increased specific heat of fiber-reinforced cement-based composite. Test results of this study could be actually used for the design of thermal energy storage system in concentrating solar power plants.

The mechanical and thermal properties of high temperature aluminate cementitious thermal storage material were investigated in this paper. Alumina cement was used as basic binder and the effect of the replacement of fly ash, silica fume, calcium sulfo aluminate and graphite for alumina cement was investigated.