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아이스슬러리의 유동과 열전달 특성

전문가 제언: ○ 아이스슬러리는 직경이 수 ㎛ 이상에서 1㎜ 이하의 크기(현재까지 사용된 실적이 있는 크기는 0.05㎜∼1㎜)를 가진 미세한 얼음입자가 섞여있는 고/액의 2상유체(2-phase fluid)로서 물 또는 수용액 중에 물이 동결한 작은 얼음입자가 섞여있는 상태이다. 아이스슬러리는 축열재와 2차 냉매에 요구되는 매우 우수한 성질(유동성이 높고 축열밀도가 크며 열교환성능이 좋은 등)을 갖고 있다. 한편 이 용어가 최근에 정착되기 이전에는 액체얼음(liquid ice), 셔벗아이스(sherbet ice), 슬러리아이스(slurry ice) 등 다양한 명칭으로 표현되었다.

○ 대용량의 아이스슬러리 제조는 주로 제빙용 열교환기에서 생성된 얼음을 연속적 혹은 간헐적으로 이송하여 축랭(cold storage)하는 방법을 이용한다. 물(혹은 수용액)을 일단 냉각부에 순환시킴으로써 과냉각(supercooling) 상태가 되게 한 후 과냉각상태를 해소시키는 방법으로 아이스슬러리를 연속 생성시킨다. 생성된 셔벗형태의 얼음을 만들어 축랭한 후 0℃에 가까운 냉수를 고효율로 공급할 수 있다.

○ 아이스슬러리는 제조 시에 얼음에 의한 열저항이 적고 생성된 얼음은 셔벗형태를 이루기 때문에 해빙특성이 우수하여 고부하에서도 안정적으로 냉수를 공급할 수 있다. 또한 아이스슬러리는 층류유동 조건에서 뉴톤유체와 다른 유동특성을 나타내며 얼음 충전율의 증가와 더불어 압력손실 및 열전달계수가 증가한다. 또한 이의 고유특성을 나타내면서도 난류영역에서는 단상류와 그다지 큰 차이를 나타내지 않는다.

○ 우리나라에서도 한국에너지연구원, 한국식품연구원 등에서 아이스슬러리에 대한 활용 연구가 시행되고 있으나 유동이나 열전달에 관련된 기본 이론에 관한 연구는 이뤄지지 않고 있다. 아이스슬러리를 유체의 장점을 극대화시켜 활용하기 위해서는 본고에서 소개한 이의 유동과 열전달특성을 이해할 필요가 있다. 따라서 우리나라의 활용 연구에 본고의 기본 이론을 참고할 가치가 있을 것으로 판단된다.

저자: KUMANO H.
자료유형: 니즈학술정보