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- 저자 : 조병남(Byeongnam Jo) (검색결과 37 건)
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조병남(Byeongnam Jo),이대형(Daehyeong Lee),이재준(Jaejun Lee) 대한설비공학회 2020 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2020 No.6
Molten salts are widely used for high temperature thermal energy storage applications such as concentrating solar power (CSP) plants, because of their low vapor pressure, high thermal stability, and low cost. However, their corrosive feature prevents the usage in various fields. In this study, molten salt microcapsules were synthesized on the basis of the water limited sol-gel method, in which potassium nitrate (KNO₃) and sodium nitrate (NaNO₃) were encapsulated in silica (SiO₂) shells. Two different encapsulation techniques were applied for each of salts. For the KNO₃ microcapsules, a surfactant was used whereas no surfactant was used for the microencapsulation of the NaNO₃. For the characterizations of the molten salt microcapsules synthesized in this study, a differential scanning calorimetry and scanning electron microscope (SEM) were employed to measure thermal properties of the microcapsules, to estimate the encapsulation ratio and to examine the morphological characteristics of the microcapsules. In results, high encapsulation ratio up to 89 % was obtained for both microcapsules. Additionally, the nominal sizes of the KNO₃ and NaNO₃ microcapsules were observed to be 15 and 8 ㎜, respectively, based on SEM images.
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조병남(Byeongnam Jo),이재준(Jaejun Lee) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
상변화물질의 잠열을 이용한 열저장은 높은 저장 밀도로 주목받고 있으나, 현열 저장에 비해 저장 비용이 비싸 그 사용이 제한되고 있다.<sup>(1)</sup> 집광형 태양열발전에서 열저장 물질로 사용되는 용융염은 우수한 열적 특성을 갖고 있으나 고온에서 부식의 문제를 갖고 있다. 또한 일몰 이후, 온도 하락에 따른 용융염의 결정화 문제는 다양한 용융염의 사용을 제한한다. 본 연구에서는 고온 열저장을 위한 용융염 마이크로 캡슐을 합성하였다. 질산나트륨을 잠열 저장을 위한 코어 물질로 사용하였고, 실리카와 티타니아를 용융염을 캡슐화하기 위한 쉘(shell)로 사용하였다. 합성된 질산나트륨 마이크로 캡슐의 열물성(녹는점, 잠열)을 시차주사열량계(DSC)를 이용하여 240~360 ℃ 범위에서 측정하였다. DSC 열 사이클을 4 회 반복하고 측정된 열흐름 곡선을 비교하여 용융염 마이크로 캡슐의 열신뢰성을 조사하였다. 측정된 잠열을 비교하여 캡슐화율을 계산하였고, 실리카 쉘과 티타니아 쉘에 대해 각각 90%와 87%의 높은 캡슐화율을 얻었다. 실리카와 티타니아 모두 반복되는 열 사이클에 대해 우수한 열신뢰성을 보여주었다. 실리카쉘을 사용한 경우, 녹는점이 순수 질산나트륨에 비해 감소하는 경향을 확인하였지만, 무시할 수 있는 수준이었다. 주사전자현미경을 이용하여 DSC 분석 후의 용융염 마이크로 캡슐을 형상을 확인할 결과, 티타니아를 쉘로 사용한 경우 파손된 용융염 캡슐을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 실리카가티타니아 보다 고온 열저장을 위한 용융염 마이크로 캡슐의 쉘로 적절함을 알 수 있었다. Phase change materials (PCM) have paid great attention for thermal energy storage (TES) owing to their high TES density, but the high storage cost limits their applications.<sup>(1)</sup> Molten salts widely used as TES medium in concentrating solar power plants have excellent thermal properties but also have high corrosive characteristics at elevated temperatures. In addition, the crystallization issue induced by temperature decrease after sunset hinders to use various molten salts or their mixtures. In this study, a molten salt was microencapsulated via the water-limited surfactant free sol-gel method.<sup>(2)</sup> Sodium nitrate (NaNO<SUB>3</SUB>) molten salt was employed as a core for latent heat storage. Silica (SiO<SUB>2</SUB>) and titania (TiO<SUB>2</SUB>) were synthesized to encapsulate the NaNO<SUB>3</SUB> without using any surfactants. Thermal properties (latent heat for melting and melting temperature) of the synthesized NaNO<SUB>3</SUB> microcapsules were measured using differential scanning calorimetry (DSC) between 240 and 360 ℃. The DSC thermal cycles were repeated 4 times to examine the thermal reliability of the microcapsules by comparing the heat flow curves. The encapsulation ratio calculated by the ratio of the latent heat between the microcapsule and pure NaNO<SUB>3</SUB> was obtained to be 90 and 87 % for SiO<SUB>2</SUB> and TiO<SUB>2</SUB> shells, respectively. Regarding the thermal reliability of the microcapsules, the heat flow curves of both NaNO<SUB>3</SUB>@TiO<SUB>2</SUB> and NaNO<SUB>3</SUB>@SiO<SUB>2</SUB> capsules were almost identical to that of the pure NaNO<SUB>3</SUB>, even though the threshold temperature of melting of the NaNO<SUB>3</SUB>@SiO<SUB>2</SUB> sample was slightly lower than the pure salt. This small change in the melting temperature of the NaNO<SUB>3</SUB>@SiO<SUB>2</SUB> is attributed to the pre-melting effect.<sup>(3)</sup> In scanning electron microscopy (SEM) analysis, however, it was found that some of the NaNO<SUB>3</SUB>@TiO<SUB>2</SUB> microcapsules are broken and the molten salt core salt are leaked out. According to our experimental investigation, the SiO<SUB>2</SUB> shell is more appropriate to encapsulate the molten salt for high temperature thermal energy storage.
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조병남(Byeongnam Jo),정선진(Seonjin Jeong) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
용융염은 집광형 태양열 발전에서 열에너지 저장 물질로 사용되고 있다. 용융염의 열 저장 용량을 향상시키기 위해 용융염에 나노 입자를 분산시켜 나노 유체를 합성하여 비열을 증가시키고자 하였다.<sup>(1)</sup> 지난 10 년간 수행된 많은 관련 연구에서는 나노 입자의 농도, 종류, 모양, 크기, 분산의 균일성이 비열 향상에 미치는 영향을 조사하였다.<sup>(2)</sup> 그러나 본 연구는 용매, 즉 용융염의 영향을 중요하게 생각한다. 대부분의 연구에서 용융염 이원 혼합물, 예를 들어 질산나트륨과 질산칼륨의 질산염 이원 혼합물과 탄산 리튬과 탄산칼륨의 혼합물인 탄산염 이원 혼합물을 용매로 사용하였고, 이러한 용융염 혼합물의 비열은 용융염의 조성에 따라 급격히 변화하는 것으로 알려졌다. 또한 용융염 나노 유체의 비열 향상은 동일한 용융염과 나노 입자에서도 상이한 결과를 보여주고 있어, 용융염 용매가 비열 향상에 주는 영향에 대한 주의 깊은 연구가 요구된다. 따라서 본 연구에서는 질산염 이원 혼합물의 조성 변화를 통해 비열 향상에 미치는 용매의 효과를 조사하였으며, 비열 향상 결과를 단일 용융염 나노 유체의 결과와 비교하여 분석하였다. Molten salts have been used as thermal energy storage (TES) medium in concentrated solar power (CSP) plants. In order for enhancing the TES capacity of the salts, the specific heat of the molten salts was enhanced by doping with nanoparticles, namely synthesizing molten salt-based nanofluid.<sup>(1)</sup> In lots of relevant studies performed in the last decade, the effects of nanoparticle concentrations, types, shapes, sizes, and dispersion homogeneity on the specific heat were examined using various nanoparticles such as silica (SiO<SUB>2</SUB>), alumina (Al<sub>2</sub>O<SUB>3</SUB>), carbon nanotubes.<sup>(2)</sup> However, this study focuses on the solvent materials which are the molten salts. In most of the studies, binary eutectic salts such as a nitrate eutectic (NaNO<SUB>3</SUB> and KNO<SUB>3</SUB>) and a carbonate eutectic (Li<sub>2</sub>CO<SUB>3</SUB> and K<SUB>2</SUB>CO<SUB>3</SUB>) were employed as a solvent, and the specific heat of the binary eutectic varied by chemical compositions.(2) Moreover, the specific heat enhancements are not identical once using the same salt and nanoparticles. In this study, the effects of the solvent salt on the specific heat were investigated by changing chemical composition of the nitrate salt mixtures. In addition, the results of the nanofluids were compared to those of single salt-based nanofluids.
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나노유체의 임계열유속 및 비등특성에 미치는 나노입자 크기의 영향
조병남(Byeongnam Jo),강준원(Junone Kang),유재석(Jaisuk Yoo),김현정(Hyun-jung Kim) 대한기계학회 2006 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2006 No.11
The characteristics of boiling heat transfer and critical heat flux (CHF) behavior of nano-fluids were studied by using various sized silver and alumina nanoparticles. The diameter of nanoparticles was from 2 ㎚ to 250 ㎚ for silver and from 20㎚ to 40㎚ for alumina. Pool boiling characteristics and CHF enhancement of nano-fluids with different sized nanoparticles were compared with those of pure water and each nano-fluids. The experiment was performed at atmospheric pressure and the temperature of the pool was maintained constantly by using a flat immersed heater. The concentration of nano-fluids was uniform in all experiments as 0.01g/liter. The results showed that the measured boiling curves were shifted to the right. It demonstrated that the occurrence of nucleate boiling regime in nano-fluids retarded, compared with that of pure water. Also, in nano-fluids, the boiling curves showed that CHF of nano-fluids is significantly enhanced and represented the effect of particle size on boiling characteristics.
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