흡착식 냉동 및 열 펌프 응용 분야의 코팅 열 교환기를 위한 새로운 준비 방법

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 8004(2022) 이 기사 인용

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흡착식 냉동 시스템과 열 펌프는 여전히 기존 압축 시스템에 비해 시장 점유율이 상대적으로 낮습니다. (값비싼 전기 작업 대신) 값싼 열로 전력을 공급한다는 큰 이점에도 불구하고 흡착 원리를 기반으로 한 시스템의 구현은 소수의 특정 응용 분야로 제한되어 있습니다. 해결해야 할 주요 단점은 흡착제의 낮은 열전도율과 낮은 안정성으로 인해 비력이 감소한다는 것입니다. 상업용 흡착식 냉각 시스템의 최신 기술은 냉각 능력을 최적화하기 위해 코팅된 핀형 열 교환기를 기반으로 한 흡착제에 의존합니다. 코팅 두께의 감소는 물질 전달 임피던스의 감소로 이어지며 전도성 구조의 표면 대 부피 비율의 증가는 효율을 감소시키지 않고 전력을 증가시킨다는 것은 잘 알려진 결과입니다. 이 작업에 사용된 금속 섬유는 2500~50,000m2/m3 범위의 비표면적 비율을 제공할 수 있습니다. 코팅 생산을 위해 금속 섬유를 포함한 금속 표면에 매우 얇지만 안정적인 염수화물 코팅을 준비하는 세 가지 방법이 있습니다. 높은 비동력을 갖는 열교환기가 처음으로 발표되었습니다. 코팅과 기판 사이에 더 강한 결합을 생성하기 위해 알루미늄 아노다이징을 기반으로 한 표면 처리가 선택되었습니다. 생성된 표면의 미세 구조를 주사 전자 현미경으로 분석했습니다. 원하는 종의 존재를 확인하기 위해 감쇠전반사율-푸리에 변환 적외선 및 에너지 분산 X선 분광법이 분석에 사용되었습니다. 수화물을 형성하는 능력은 동시 열중량 분석(TGA)/시차 열중량 분석(DTG)을 통해 검증되었습니다. MgSO4 코팅에서는 0.07g(물)/g(복합체) 이상의 질량 차이가 검출되었으며, 이는 약 60°C 온도에서 탈수 징후를 보였으며 재수화 후 반복성을 나타냈습니다. 또한 100°C 미만에서 약 0.02g/g의 질량 차이를 보이는 SrCl2 및 ZnSO4에 대해서도 긍정적인 결과가 얻어졌습니다. 코팅의 안정성과 접착력을 높이기 위해 하이드록시에틸 셀룰로오스가 첨가제로 선택되었습니다. 제품의 흡착 특성은 동시 TGA-DTG로 평가되었으며, 접착성은 ISO2409에 설명된 테스트를 기반으로 한 절차를 통해 특성화되었습니다. CaCl2 코팅은 흡착 용량을 유지하면서 훨씬 향상된 일관성과 접착성을 나타냈으며, 100°C 미만의 온도에서 약 0.1g/g의 질량 차이를 나타냈습니다. 또한 MgSO4는 수화물 형성 능력을 유지하여 100°C 이하에서 0.04g/g 이상의 질량 차이를 나타냅니다. 마지막으로 코팅된 금속섬유를 조사하였다. 결과는 Al2(SO4)3로 코팅된 섬유 구조의 유효 열전도율이 순수 Al2(SO4)3 블록에 비해 최대 4.7배 더 높을 수 있음을 보여줍니다. 추구된 코팅의 적용 범위를 시각적으로 조사하고 단면의 현미경 이미징을 통해 내부 구조를 평가했습니다. 약 50μm의 Al2(SO4)3 코팅이 생성되었지만 일반적으로 공정은 보다 균일한 분포를 달성하기 위해 최적화가 필요합니다.

흡착 시스템은 기존 압축 열 펌프 또는 냉동 시스템에 대한 환경 친화적인 대안을 제시하기 때문에 지난 수십 년 동안 많은 관심을 받아 왔습니다. 쾌적도 기준과 평균 지구 온도가 상승함에 따라 흡착 시스템은 가까운 미래에 화석 연료에 대한 의존도를 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 게다가, 흡착식 냉동이나 히트펌프 분야의 개선은 열에너지 저장 분야로 이전될 수 있으며, 이는 1차 에너지를 효율적으로 사용하기 위한 용량의 추가적인 증가를 의미합니다. 흡착식 열 펌프 및 냉동 시스템의 주요 장점은 품질이 낮은 열로 처리할 수 있다는 것입니다. 따라서 태양에너지나 폐열과 같은 저온원에 적합합니다. 에너지 저장 응용 분야와 관련하여 흡착은 현열 또는 잠열 저장에 비해 장기 응용 분야에서 에너지 밀도가 높고 에너지 소실이 낮다는 장점이 있습니다.