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목차

표제지=0,1,1

제출문=0,2,1

에너지·자원기술개발사업 최종보고서 초록/노승탁=0,3,1

요약문=i,4,5

목차=vi,9,2

표목차=viii,11,1

그림목차=ix,12,8

제1장 서론=1,20,1

제1절 연구 배경=1,20,2

제2절 연구 목적=2,21,1

제3절 연구개발의 내용 및 범위=2,21,1

1. 목표=2,21,1

2. 주요연구내용=3,22,2

제2장 아이스슬러리 생성 기술=5,24,1

제1절 기술 현황=5,24,1

1. 빙축열 기술의 변천 및 동향=5,24,1

2. 빙축열시스템의 분류=6,25,7

3. 현존 기술의 문제점 및 해결방안=13,32,2

제2절 수용액의 기초 열물성=15,34,1

1. 첨가제의 특징=15,34,8

2. 수용액의 동결점=23,42,4

3. 수용액의 접촉각=27,46,1

4. 수용액의 제타 포텐셜(ζ­potential)=28,47,2

제3절 아이스슬러리=30,49,1

1. 과냉각 제빙 방식=30,49,2

2. 증발판형 수용액 제빙 방식=32,51,2

3. 본 연구에서의 아이스슬러리 제빙=33,52,1

제3장 첨가제에 따른 빙부착력 실험=34,53,1

제1절 실험방법=34,53,1

1. 실험장치=34,53,4

제2절 실험결과=38,57,1

1. 농도에 따른 영향=38,57,3

2. 조성에 따른 영향=40,59,3

3. 냉각속도에 따른 영향=42,61,33

제4장 냉각면 성상에 따른 빙부착력 실험=75,94,1

제1절 실험방법=75,94,3

제2절 평균냉각열전달률=78,97,2

제3절 실험결과=79,98,18

제5장 연속 제빙 기초 실험=97,116,1

제1절 연속제빙 개요=97,116,1

1. 연속제빙의 필요성=97,116,1

2. 연속제빙장치 기술 내용=97,116,2

제2절 연속제빙장치 구성=98,117,1

1. 연속제빙장치 개략도=98,117,3

2. 열교환기=100,119,4

제3절 실헝 방법=104,123,1

1. 수용액 농도에 따른 실험=105,124,1

2. 유량변화에 따른 실험=105,124,1

3. 제빙 온도에 따른 실험=105,124,1

제4절 실험결과=106,125,6

제6장 결론=112,131,2

[참고문헌]=114,133,4

표목차

[표 2-1-1] 축냉시스템의 용량 및 형식에 따른 설치현황=5,24,1

[표 2-1-2] 제빙방식에 따른 빙축열 시스템의 분류=12,31,1

[표 2-2-1] EG 수용액의 물성표=16,35,1

[표 2-2-2] PG 수용액의 물성표=18,37,1

[표 2-2-3] 수용액의 접촉각 (0.5mL)=27,46,1

[표 3-1-1] EG SCA 수용액 실험조건=36,55,1

[표 3-1-2] PVA 첨가 수용액 실험조건=37,56,1

[표 3-1-3] Succinic Acid 첨가 수용액 실험조건=37,56,1

[표 3-1-4] EG PC HD 수용액 실험조건=37,56,1

[표 4-1-1] 코팅 재질의 특성=77,96,1

[표 4-1-2] 코팅 비커의 실험조건=77,96,1

[표 5-2-1] PVC 물성=101,120,1

[표 5-2-2] 수용액 및 브라인 물성=101,120,1

[표 5-3-1] 수용액 농도 변화=105,124,1

그림목차

[그림 2-1-1] 부동단백질 첨가 수용액 결빙 시 빙 형태=7,26,1

[그림 2-1-2] 스크레이퍼식 수용액 제빙장치[일본 Takenaka사]=8,27,1

[그림 2-1-3] 생성된 아이스슬러리[Ethanol 4mass%, SCA 3mass%]=9,28,1

[그림 2-1-4] 판형 얼음 및 제빙장치=10,29,1

[그림 2-2-1] EG의 화학 구조식=15,34,1

[그림 2-2-2] PG의 화학 구조식=17,36,1

[그림 2-2-3] SCA의 수용액 내에서의 분자 배치도=19,38,1

[그림 2-2-4] PVA의 화학 구조식=20,39,1

[그림 2-2-5] LAS의 분자구조식=21,40,1

[그림 2-2-6] Succinic Acid의 화학 구조식=22,41,1

[그림 2-2-7] 1,6 HD의 화학구조식=22,41,1

[그림 2-2-8] 1,6 HD의 분자구조식=22,41,1

[그림 2-2-9] EC x SCA 3 mass% 수용액의 농도에 따른 동결점 변화=23,42,1

[그림 2-2-10] EG 3 SCA x mass% 수용액의 농도에 따른 동결점 변화=24,43,1

[그림 2-2-11] PG x SCA x mass% 수용액의 농도에 따른 동결점 변화=25,44,1

[그림 2-2-12] PC-silanol와 ethanol-silanol 수용액의 농도에 따른 동결점 변화=26,45,1

[그림 2-2-13] 액적의 접촉각 측정=27,46,1

[그림 2-2-14] 제타포텐셜 측정장비(Otsuka Co., Ltd.／ELS-8000 series)=28,47,1

[그림 2-2-15] (a)EG, (b)SCA 7 mass% 수용액의 제타포텐셜=29,48,1

[그림 2-3-1] 과냉각 현상 및 빙 생성=30,49,1

[그림 2-3-2] 계면활성제의 역할=31,50,1

[그림 2-3-3] 증발판형 수용액 빙축열시스템=32,51,1

[그림 2-3-4] 에틸렌글리콜 수용액 제빙으로부터 얻은 아이스슬러리=32,51,1

[그림 2-3-5] 시간 경과에 따른 아이스슬러리 얼음입자의 촬영모습=33,52,2

[그림 3-1-1] Batch 형 실험장치도=35,54,1

[그림 3-2-1] EG 0_SCA 4[mass%]수용액, 과냉도 2K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=43,62,1

[그림 3-2-2] EG 0_SCA 42K -7.5℃제빙 후 비커 및 슬러리 사진=43,62,1

[그림 3-2-3] EG 0_SCA 5[mass%] 수용액, 과냉도 2K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른온도와동력 그래프=44,63,1

[그림 3-2-4] EG 0_SCA 7[mass%] 수용액, 과냉도 2K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=45,64,1

[그림 3-2-5] EG 0_SCA 7, 2K, -7.5℃ 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=45,64,1

[그림 3-2-6] EG 1_SCA 3[mass%] 수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에따른온도와동력그래프=46,65,1

[그림 3-2-7] EG 1_SCA 3[mass%] 수용액, 과냉도 2K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=46,65,1

[그림 3-2-8] EG 1_SCA 3[mass%] 수용액, 과냉도 2K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=47,66,1

[그림 3-2-9] EG 1_SCA 3, 4K, -7.5'E 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=47,66,1

[그림 3-2-10] EG 1_SCA 3[mass%] 수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -9.0℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=48,67,1

[그림 3-2-11] EG 1_SCA 3, 1K, -9.0℃ 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=48,67,1

[그림 3-2-12] EG 3_SCA 1[mass%] 수용액, 과냉도 2K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력그래프=49,68,1

[그림 3-2-13] EG 3_SCA 1, 2K, -7.5℃ 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=49,68,1

[그림 3-2-14] EG 4_SCA 0[mass%1 수용액, 과냉도 2K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=50,69,1

[그림 3-2-15] EG 4_SCA 3[mass%] 수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=51,70,1

[그림 3-2-16] EG 4_SCA 3, If, -9.0℃ 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=51,70,1

[그림 3-2-17] EG 4_SCA 3[mass%] 수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -5.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력그래프=52,71,1

[그림 3-2-18] EG 4_SCA 3, 1K, -5.5℃ 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=52,71,1

[그림 3-2-19] EG 4_SCA 4[mass%] 수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -6.0℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=53,72,1

[그림 3-2-20] EG 4_SCA 3, 1K, -6.0℃ 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=53,72,1

[그림 3-2-21] EG 4 SCA 3[mass%] 수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=54,73,1

[그림 3-2-22] EG 4_SCA 3, 1K, -7.5℃ 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=54,73,1

[그림 3-2-23] EG 4 _SCA 3[mass%] 수용액, 과냉도 2K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=55,74,1

[그림 3-2-24] SUS 비커 이용, EG 4 _ SCA 3[mass%] 수용액, 과냉도 4K, 냉각온도 -7.5℃조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=56,75,1

[그림 3-2-25] EG 4_SCA 3, 4K, -7.5℃ 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=56,75,1

[그림 3-2-26] EG 4_SCA 3[mass%] 수용액, 과냉도 4K, 냉각온도 -9.0℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=57,76,1

[그림 3-2-27] EG 7_SCA 0[mass%] 수용액, 과냉도 3K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=58,77,1

[그림 3-2-28] EG 7_SCA 0, 3K, -7.5℃ 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=58,77,1

[그림 3-2-29] EG 7_SCA 3[mass%] 수용액, 과냉도 3K, 냉각온도-7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=59,78,1

[그림 3-2-30] EG 7_SCA 3, 3K, -7.5℃ 제빙 후 슬러리입자 사진=59,78,1

[그림 3-2-31] EG 7_SCA 3[mass%] 수용액, 과냉도 2K, 냉각온도 -5.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=60,79,1

[그림 3-2-32] EG 7 SCA 3 It -5.5℃ 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=60,79,1

[그림 3-2-33] EG 7_SCA 3[mass%] 수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -9.0℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=61,80,1

[그림 3-2-34] EG 7_SCA 3, If, -9.0℃ 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=61,80,1

[그림 3-2-35] EG 4_LAS 3[mass%] 수용액, 과냉도 4K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력그래프=62,81,1

[그림 3-2-36] EG 4_LAS 3제빙 후 비커 및 슬러리 사진=62,81,1

[그림 3-2-37] EG 0_PVA[F17a] 7[mass%] 수용액, 과냉도 6K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=63,82,1

[그림 3-2-38] EG 0_PVA[F17a] 7 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=63,82,1

[그림 3-2-39] EG 6_PVA[F17a] 7[mass%] 수용액, 과냉도 2K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=64,83,1

[그림 3-2-40] EG 6_PVA[F17a] 7 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=64,83,1

[그림 3-2-41] EG 7_PVA[F17a] 7[mass%] 수용액, 과냉도 2K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=65,84,1

[그림 3-2-42] EG 6_PVA[F17] 7[mass%] 수용액, 과냉도 3K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=66,85,1

[그림 3-2-43] EG 6_PVA[F17] 7 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=66,85,1

[그림 3-2-44] EG 6_PVA[FO5a] 7[mass%]수용액, 과냉도 2K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른온도와 동력 그래프=67,86,1

[그림 3-2-45] EG 6_PVA[f05a] 7 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=67,86,1

[그림 3-2-46] SCA 7_PVA[Fl7a] 7[mass%]수용액, 과냉도 3K, 냉각온도 -7 5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른온도와동력 그래프=68,87,1

[그림 3-2-47] SCA 7_PVA[Fl7a] 7 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=68,87,1

[그림 3-2-48] EG 1_PEG 1.5_Succinic Acid T.S[mass%] 수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=69,88,1

[그림 3-2-49] EG 1_PEG 1.5_Succinic Acid 1.5, 1K, -7.5℃=69,88,1

[그림 3-2-50] EG 3_PEG 1.5_Succinic Acid 1.5 [mass%]수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=70,89,1

[그림 3-2-51] EG 3_PEG 1.5_Succinic Acid 1.5 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=70,89,1

[그림 3-2-52] PG 7[mass%] 수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=71,90,1

[그림 3-2-53] PG 7, 1K, -7.5℃ 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=71,90,1

[그림 3-2-54] PG 7, 1K, -7 5℃ 제빙 후 슬러리입자 사진=71,90,1

[그림 3-2-55] EG 4_HD 3[mass%] 수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=72,91,1

[그림 3-2-56] EG 4_HD 3, 1K, -7.5℃ 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=72,91,1

[그림 3-2-57] EG 4_HD 3, 1K, -7.5℃ 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=72,91,1

[그림 3-2-58] PG 4_HD 3[mass%] 수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=73,92,1

[그림 3-2-59] PG 4_HD 3 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=73,92,1

[그림 3-2-60] PG 4_HD 3 제빙 후 슬러리입자 사진=73,92,1

[그림 3-2-61] EG 4_PG 1.5_HD 1.5[mass%B 수용액, 과냉도 3K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=74,93,1

[그림 4-1-1] 코팅비커의 내부모습=76,95,1

[그림 4-2-1] PE코팅 비커 이용. EG 7_SCA 0[mass%]수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=81,100,1

[그림 4-2-2] PE - EG 7_SCA 0 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=81,100,1

[그림 4-2-3] PE코팅 비커 이용, EG 4_SCA 3[mass%] 수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=82,101,1

[그림 4-2-4] PE - EG 4_SCA 3 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=82,101,1

[그림 4-2-5] PE코팅 비커 이용, EG 4_PC 1 5_HD 1.5[mass%1 수용액, 과냉도 3K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=83,102,1

[그림 4-2-6] PE - EG4_PGI.S_HDI.5 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=83,102,1

[그림 4-2-7] PFA코팅 비커 이용, EG 7_SCA 0[mass%]수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른온도와 동력 그래프=84,103,1

[그림 4-2-8] PFA코팅 비커 이용, EG 4_SCA 3[mass%]수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=85,104,1

[그림 4-2-9] PFA - EG 4_SCA 3 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=85,104,1

[그림 4-2-10] PFA코팅 비커 이용, EG 4_PG 1.5_HD 1.5[mass%]수용액, 과냉도 3K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=86,105,1

[그림 4-2-11] PFA - EC4_PGI .S_HDI 5 제빙 후 비커 및 슬러리 사진=86,105,1

[그림 4-2-12] PTFE코팅 비커 이용, EG 7_SCA 0[mass%]수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=87,106,1

[그림 4-2-13] PTFE코팅 비커 이용, EG 4_SCA 3[mass%1수용액, 과냉도 1K, 냉각온도 -7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=88,107,1

[그림 4-2-14] PTFE코팅 비커 이용, EG 4_PC 1.5_HD 1.5[mass%] 수용액, 과냉도 3K, 냉각온도-7.5℃ 조건에서 교반 냉각 실험과정동안 시간에 따른 온도와 동력 그래프=89,108,1

[그림 4-2-15] 냉각벽면에서 비부착 사진[PTFE 비커에서 냉각면과 바닥면]=89,108,1

[그림 4-2-16] 시간에 대한 열전달률의 변화[EG 7 mass%]=90,109,1

[그림 4-2-17] 냉각열전달률과 교반동력과의 관계[SUS_EG 7]=91,110,1

[그림 4-2-18] 냉각열전달률과 교반동력과의 관계[PE_EG 7]=91,110,1

[그림 4-2-19] 냉각열전달률과 교반동력과의 관계[PFA_EG 7]=92,111,1

[그림 4-2-20] 냉각열전달률과 교반동력과의 관계[PTFE_EG 7]=92,111,1

[그림 4-2-21] 냉각열전달률과 교반동력과의 관계[SUS_EG4_SCA3]=93,112,1

[그림 4-2-22] 냉각열전달률과 교반동력과의 관계[PE_EG4_SCA3]=93,112,1

[그림 4-2-23] 냉각열전달률과 교반동력과의 관계[PFA_EG4_SCA3]=94,113,1

[그림 4-2-24] 냉각열전달률과 교반동력과의 관계[PTFE_EG 4_SCA 3]=94,113,1

[그림 4-2-25] 냉각열전달률과 교반동력과의 관계[SUS_EG 4_PG 1.5_HD 1.5]=95,114,1

[그림 4-2-26] 냉각열전달률과 교반동력과의 관계[PE_EG 4_PG 1.5_HD 1.5]=95,114,1

[그림 4-2-27] 냉각열전달률과 교반동력과의 관계[PFA_EG 4_PG 1.5_HD 1.5]=96,115,1

[그림 4-2-28] 냉각열전달률과 교반동력과의 관계[PTEF_EG4_PG1.5_HD1.5]=96,115,1

[그림 5-2-1] 연속제빙장치 개략도=99,118,1

[그림 5-2-2] 연속제빙 장치 사진=99,118,1

[그림 5-2-3] 온도 및 유량 제어부=99,118,1

[그림 5-2-4] 배관 및 펌프 사진=100,119,1

[그림 5-2-5] 배관 이음매 및 밸브 사진=100,119,1

[그림 5-2-6] 축열조 사진=100,119,1

[그림 5-2-7] 저온 열교환기 도면=103,122,1

[그림 5-2-8] 열교환기 사진=103,122,1

[그림 5-4-1] 냉각 온도 -8.9℃, 수용액 입구온도 -3.0℃, 5LPM=106,125,1

[그림 5-4-2] 냉각 온도 -8.9℃, 수용액 입구온도 -2.5℃, 5LPM=107,126,1

[그림 5-4-3] 제빙 30분후 축열조 내부 사진=107,126,1

[그림 5-4-4] 냉각 온도 -8.9'E, 수용액 입구온도 -2.0℃, 14LPM=108,127,1

[그림 5-4-5] 관폐색 직후 축열조 내부 사진=108,127,1

[그림 5-4-6] 냉각 온도 -8.9℃, 수용액 입구온도 -1.5℃, 14LPM=109,128,1

[그림 5-4-7] 냉각 온도 -8.9℃, 수용액 입구온도 -3.0℃, 10LPM=110,129,1

[그림 5-4-8] 제빙 시작 1시간 후 아이스슬러리의 사진=111,130,1

[그림 5-4-9] 디지털 현미경으로 관측한 아이스슬러리 입자 사진=111,130,1

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