Abstract
In this research, Octacosane($C_{28}H_{58}$) and Sodium Acetate Trihydrate($CH_3COONa{\cdot}3H_2O$) were selected as latent heat storage materials to store off-peak electricity or waste heat of an industrial plant. Experimental analyses were performed in terms of the variation of phase change temperature and latent heat, phase change stability for the long term utilization. The results were as follows. 1. The phase change temperatures of industrial grade Octacosane and Sodium Acetate Trihydrate were $60.7^{\circ}C$ and $57.4^{\circ}C$, the latent heat were 60.6kcal/kg and 51.1kcal/kg respectively. 2. The latent heat quantity of Octacosane was decreased with the increasing number of phase change cycles. It decreased from 60.6kcal/kg to 47.2kcal/kg upto 200 cycles and then no variation was observed after 200 cycles. 3. To prevent the supercooling of Sodium Acetate Trihydrate, the nucleating agent, Sodium Pyrophosphate Decahydrate of 3 wt% was added, and then the supercooling temperature (Tm-Tsc) was decreased from $25.7^{\circ}C$ to $1^{\circ}C$. The phase separation was disappeared by the addition of CMC-Na of 3 wt% as a thickener. It was found that the optimal quantity of nucleating agent and thickener was 4wt% considering the stability of SAT as a latent heat storage material. 4. The phase change temperature of Sodium Acetate Trihydrate($CH_3COONa{\cdot}3H_2O$) was adjusted from 57.4 to $46.2^{\circ}C$ by the addition of UREA. And then the latent heat quantity was decreased from 51.1 to 38.3kcal/kg. 5. When the heat storage capacities between the sensible and latent heat storage materials were analyzed and compared in heating process from 30 to $90^{\circ}C$, the heat storage capacity of Octacosane was 2.45 times larger than water and 12.5 times than granite at $60.7^{\circ}C$, and the heat storage capacity of Sodium Acetate Trihydrate was 2.53 times larger than water and 12.91 times than granite at $57.4^{\circ}C$.
본 연구에서는 심야전력 및 폐열의 회수이용을 위한 잠열축열재를 개발하기 위하여, 상변화 온도가 $50{\sim}80^{\circ}C$의 범위에 있는 상변화 물질중 잠열량이 크고, 물성안정이 비교적 용이한 Octacosane($C_{28}H_{58}$)과 Sodium Acetate Trihydrate($CH_3COONa{\cdot}3H_2O$)를 선택하여 상변화 온도의 변화특성과 물성안정방법 그리고 잠열특성을 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 공업용 수준 Octacosane과 Sodium Acetate Trihydrate의 상변화 온도는 각각 $60.7^{\circ}C,\;57.4^{\circ}C$로서 시약용 수준에 비하여 Octacosane은 $1.1^{\circ}C$, Sodium Acetate Trihydrate는 $0.6^{\circ}C$ 낮았으며, 잠열량에 있어서는 Octacosane은 60.6kcal/kg으로 시약용 수준과 비슷한 값을 보였으나, Sodium Acetate Trihydrate는 51.1kcal/kg으로 시약용 수준에 비하여 5.4% 작은 값을 나타내었다. 2. Octacosane의 상변화 사이를 증가에 따른 잠열량을 분석한 결과, 초기에는 60.6kcal/kg이었으나, 시약용의 증가와 더불어 점차로 감소하여 200cycle에서 47.2kcal/kg이 되었고, 그 이후에는 거의 일정한 값을 유지하고 있는 것으로 보아 더 이상의 잠열량 감소는 없을 것으로 판단된다. 3. Sodium Acetate Trihydrate의 과냉현상을 제어하기 위한 조핵제로서 SPD(Sodium Pyrophosphate Decahydrate)를 3wt 이상 첨가하여 $25.7^{\circ}C$의 과냉도를 $1^{\circ}C$ 미만으로 줄였고, 증점제로서 CMC-Na를 3wt% 이상 첨가하여 상분리 현상을 해결하였으며, 안전성을 고려한 조핵제 및 중점제의 적정 첨가량은 4wt%였다. 4. UREA($NH_2CONH_2$)를 첨가하여 Sodium Acetate Trihydrate($CH_3COONa{\cdot}3H_2O$)의 상변화 온도를 $57.4^{\circ}C$에서 $46.2^{\circ}C$까지 다양하게 변화시켜 이용온도 수준에 적합한 잠열축열재를 선택할 수 있도록 하였으며, UREA 함량에 따른 잠열량을 분석한 결과 UREA의 함량이 증가함에 따라 잠열량이 점차로 감소하여 10wt%의 UREA를 첨가하였을 경우에는 38.3kcal/kg였으며, UREA의 함량이 20wt%까지 증가하는 동안 더 이상의 잠열량 감소는 없었다. 5. $30^{\circ}C$에서 $90^{\circ}C$까지의 가열과정에서 현열재인 물, 그리고 돌(화강암)과 잠열축열재의 축열량을 비교 분석한 결과, Octacosane은 상변화 온도 $60{\sim}70^{\circ}C$에서의 축열량이 물의 2.45배, 돌의 12.5배였으며, S.A.T.(Sodium Acetate Trihydrate)는 상변화 온도 $57.4^{\circ}C$에서의 축열량이 물보다 2.53배, 돌보다는 12.91배 큰 것으로 나타났다.