도로 제설·방빙용 친환경 써모사이폰 연구

Abstract

겨울철 도로 위 적설을 제거하고, 결빙을 방지하는 것은 매우 중요하다. 하지 만 염화 칼슘 또는 열선과 같은 기존에 사용중인 제설 방법은 환경 오염, 도 로 및 차량의 부식 촉진, 화재 발생 등의 한계가 존재한다. 지열 써모사이폰 을 활용하여 지열을 열원으로 사용하는 제설 및 방빙에 관한 연구가 진행되었지만, 지열 써모사이폰에서 일반적으로 사용하는 암모니아와 같은 작동유 체는 누출 시 독성으로 인한 인명 피해를 유발할 우려가 있다. 또한 R-134a와 같은 작동 유체는 지구 온난화를 촉진하는 문제를 포함한다. 본 연구에서는 이러한 한계를 갖는 기존 작동 유체를 대체하는 물질로 아세톤을 선정하였다. 이후 랩 스케일의 지열 써모사이폰 실험 장치를 제작하여 응축부의 열유속 을 측정하였으며, 이를 2019 ASHRAE 핸드북을 이용해 계산한 제설에 필요 한 열유속 값과 비교하여 아세톤을 작동 유체로 하는 지열 써모사이폰이 도 로 위 적설을 제거하고 결빙을 방지하는데 효과적임을 확인하였다. 실험은 작동 유체의 충진율과 증발부에 공급하는 열유속을 변경하며 진행하였으며, 작동유체의 충진율이 75% 이상에서 지열 써모사이폰이 최적의 열성능을 나 타내는 것을 확인하였다. 이후 랩 스케일의 제설 가시화 장치를 제작하였으며, 지열 써모사이폰이 도로 위 적설을 제거하는데 필요한 시간과 지열 써모사이폰을 적용할 수 있는 도로의 종류를 판단하였다. 또한 지열 써모사이폰 증발부에 나사산을 가공한 표면 개질을 통해 지열 써모사이폰의 열성능이 향상되는 것을 확인하였다.