- 잠열(Latent heat)이란?
- 어떤 물질이 상전이될 때 즉, 고체에서 액체(또는 액체에서 고체), 액체에서 기체 (또는 기체에서 액체)가 될 때 열을 흡수하거나 방출하게 되는데 이러한 열을 잠열이라 한다. 이 잠열은 현열(sensible heat), 즉 상전이가 일어나지 않은 상태에서 온도변화에 따라 흡수(또는 방출)하는 열보다 매우 크다. 물의 경우 섭씨 0도 얼음(고체)에서 물(액체)로 바뀔 때 1 g당 80 cal(335J)의 열을 흡수한다. 이러한 열은 같은양의 섭씨 0도의 물을 80도까지 올릴 때 필요한 열량과 같다. 잠열의 큰 열흡수/방출 효과를 이용하여 에너지를 저장하거나 온도를 일정하게 유지시키는 목적으로 사용할 수 있다. 상전이 온도 및 잠열량 등은 그 물질의 고유한 특성이어서, 물질마다 다르다. 사용 목적에 따라 적당한 물질을 선택할 경우 일상생활에 유용하게 쓰일 수 있다.
- 잠열저장물질(Phase Change Materials, PCMs)의 종류 및 특성
*- PCM 고정화 및 미세캡슐화
- 잠열의 특성을 잘 이용할 경우 적은 부피에 많은 열을 저장할 수 있다. 각 물질마다 상전이 온도가 다르기 때문에 이를 이용하면 다양한 온도에서 열을 흡수 저장할 수 있다.
- 그러나 에너지 저장을 위해 잠열이 크고 일정한 온도에서 상전이가 되는 물질(잠열저장물질)을 이용할 경우에는 고체와 액체 상태를 오가기 때문에 액체의 경우 일정한 형태가 없으며 유동성을 갖게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점으로 인하여 잠열저장물질을 실생활 등에 사용하기 힘들었다.
- 이 문제점을 해결하기 위해 잠열저장물질을 코팅, 캡슐화하는 신기술이 개발되기 시작하였다. 잠열저장물질을 미세캡슐화할 경우 잠열저장물질을 쉽게 모듈화할 수 있으며, 광범위하게 응용될 수 있으며, 열전달 면적을 넓혀주는 효과가 있어 효율적인 단열 및 냉난방 시스템의 구축이 가능하다.
*[ Heatsaver - SLC series ]
- 보온/보냉 기능성 건축자재, 타일, 기능성 도료 등
[ Heatsaver - SLC series ]
- 저온 : 공장용 또는 심야전력이용 빙냉식 에어콘 가정용 냉장고 등의 열저장 재료
- 중온 : 기능성 의류, 군용 텐트, 반도체 온도조절용
- 고온 : 보온 바닥재, 잠열저장 축열조, 콘크리트 및 wallboard에 의한 가정, 빌딩 냉난방용, 태양열을 이용한 스팀터어빈에 응용
[ Heatsaverⓡ - PMMA ]
- 잠열저장물질을 캡슐화한 제품으로 1 - 10 micron 크기의 구형 PMMA microsphere 고분자내에 PCM을 encapsulation시켜 고정화한다. 접촉면적이 넓고 75%이상의 높은 함량으로 PCM을 고정화시킴으로서 보다 작은 부피 내에 에너지를 효율적으로 저장할 수 있으며, 상변화에 따른 부피변화가 없다. 1000회 이상의 상변화 테스트를 통해 안정성을 검증. 다양한 PCM을 고정화시킬 수 있다.
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*[ Heatsaver - SLC series ]
- 잠열저장물질을 캡슐화한 제품으로 70% 정도의 PCM을 함유하고 있으며, 열에 안정하고 PCM의 상변화에 따른 부피변화가 없다. 용도에 따라서 또는 요구되는 물성에 따라 n-paraffin 및 무기염 수화물 등 다양한 PCM을 고정화시킬 수 있다.
*[ 기능성 직물/섬유 ]
- PCM과 섬유/직물을 접목시켜 고부가가치의 기능성 의류 등을 생산할 수 있다. 이를 위해서는 PCM이 액체 상태에서도 일정한 형태를 유지할 수 있도록 외부를 코팅하여 고정화시켜야 한다. 일정한 온도에서 상변화가 일어나는 잠열저장물질을 고정화하여 직물에 코팅시키게 되면 얇으면서도 우수한 방온 또는 방한 기능을 갖추게 된다. 일반적으로 여름용 의류일 경우 27-35도 사이에 상변화가 일어나는 PCM을 겨울용일 경우 20도 내외에서 상변화가 일어나는 물질을 선택하여 고정화시키게 된다.
[ PCM 보온 바닥재 ]
- 국내 가정에서 가장 널리 사용되는 난방 시스템은 보일러에 의한 난방이다. 보일러에 의해 가열된 물이 배열된 파이프를 순환하며 자갈, 시멘트, 및 바닥재를 통해 열이 공급되어 실내의 온도를 높이게 된다. 보일러의 온수 온도는 초가을에는 50도이고 초봄 늦가을에는 70도이며 겨울에는 85도이다. 이렇게 주위의 온도보다 매우 높은 온도로 공급되는 온수에 의해 난방이 되기 때문에 주위로의 열손실이 많아지게 된다. 또한 자갈, 시멘트 및 바닥재는 일반적으로 열용량이 낮아 효과적으로 열을 흡수할 수 없다. PCM을 바닥재의 표층에 적용할 경우 공급되는 상전이 온도보다 높은 온도의 온수가 공급될 경우 열을 흡수하였다가 보일러의 가동이 중단되어 온도가 낮아지게 되면 열을 방출하여 실내의 온도가 원하는 온도 범위에서 오래 지속될 수 있도록 하며 에너지 비용을 절감시킨다.
열 흐름의 양자 역학적 성질(자기장으로 열 흐름 조절)
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화학,화공
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2005.04.19 16:26
물리 법칙을 매우 작은 수준에 적용한 양자 역학의 업적 중 하나는 전자와 같은 원자 이하의 입자에 의해 보여진 파동 성질이다. 두 경로에 위치한 전자는 파동 성질을 이용하고, 두 경로의 조건에 따라 자기 자신과 간섭하게 되어 목적지에서의 발견 확률을 높이거나 낮춘다.
이는 전자가 외부 자기장에 의해 변화되는 두 경로를 따라 이동하는 아로노프-봄 효과(Aharonov-Bohm effect)이다. 자기장을 변화시킴으로써 전자의 건설적 혹은 파괴적 간섭은 전기 흐름의 증가 혹은 감소로 나타난다. 최근 전자가 열과 전하를 이동한다는 사실을 이용하여 노스웨스턴 대학교(Northwestern University) 물리학자는 열 전도가 유사하게 조절될 수 있다는 증명하였다. 연구 결과는 4월 22일자 Physical Review Letters지에 게재될 것이다.
노스웨스턴의 웨인버그 예술과학대학(Northwestern's Weinberg College of Arts and Sciences) 물리학 교수인 Venkat Chandrasekhar와 대학원생 Zhigang Jiang은 하나의 정상 금속 경로와 하나의 초전도 경로를 갖는 나노장치인 안드리프 간섭계(Andreev interferometer)를 통한 열 흐름의 증가 혹은 감소에 자기장이 이용될 수 있다는 것을 증명하였다. 비록 이러한 장치에서 전자의 양자 간섭은 열 흐름 변화로 표현되지만 간섭계를 통한 전하의 흐름은 영이다. 최근에 연구진은 이러한 현상을 실험적으로 관찰하였다.
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