상변화물질을 활용한 열에너지저장 수직형 단일관 열교환기 과도모델 개발 (A Study on the Transient Model Development of a Vertical-Type Single Tube Heat Exchanger for Thermal Energy Storage Using Phase Change Materials)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 B / 47권 / 8호 / 395 ~ 405페이지
· 저자명 : 이후경, 한승원, 박동호, 정효재

초록

본 연구는 상변화물질을 이용한 잠열저장시스템의 1차원 과도상태 모델 개발을 목적으로 한다. 최종적으로 설계되는 열저장 시스템은 수직형 shell-and-tube 단일관의 다수개 집합으로 이루어져 있어, 단일튜브 열교환기의 유효한 모델을 개발하는 것은 중요하다. 열교환기 형상은 shell 측에 핀이 없는 상태로 상변화물질을 채우고 내부 동축 tube 측에 열전달 유체가 흐르는 형태로써, 실험 결과를 기반으로 1차원 모델개발의 접근방법과 타당성을 논의하였다. 축열 실험 시 녹는점이 67°C인 상변화물질은 내부 상분리 현상에 따른 물질 거동에 의해 명확한 등온선을 보이지 않았지만, 방열 시 비교적 명확한 등온선을 보였다. 상변화물질의 낮은 열전도율(1.6 W/m·K)로 인해 축·방열 시간은 각각 약 34시간, 11시간 소요되었고, 이는 모델에서도 잘 반영되어 나타났다. 해석적으로는 열저장 물질의 축열 시 수직관 내에서 대류, 부력 등에 의한 물리적인 움직임을 고려하지 않고 전도 열전달만을 고려한 공정해석 결과이기 때문에 정확한 현상 모사에 한계점이 발견되어, 추후 이에 대한 보완이 필요할 것으로 생각된다.

영어초록

This study aims to develop a one-dimensional transient model of a latent heat storage system using phase change materials (PCMs). The final heat exchanger would be configurated with multiple sets of vertical shell-and-tube type single tubes; therefore, an effective single tube model had to be developed. The PCM was filled without fins on the shell side, and a heat transfer fluid (HTF) flowed through the inner coaxial tube. In the experiment, the PCM with a melting temperature of 67°C during heat storage did not show a clear isotherm owing to the PCM movement by the internal phenomenon, but showed a relatively clear isotherm during heat release. Owing to the low thermal conductivity (1.6 W/m·K) of the PCM, the charging and discharging times were approximately 34 h and 11 h, respectively, that was well reflected in the model. The current model considered only the conduction heat transfer of the PCM and had limitations in accurately simulating the charging process. Hence, a supplementary research is required.

참고자료

· 없음