- 외부 힘을 사용하여 재료의 열 저장 및 열 소산을 제어하는 기술 개발
- 모든 바카라에서 새로 개발 된 합금에 저장된 열을 성공적으로 추출합니다
- 폐열을 효과적으로 활용하여 탄소 중립에 기여
(수직) 스트레스에 의한 열 추출을위한 이미징 다이어그램
(하단) 바카라가 떨어지면 코일에 힘을 적용하여 합금에 저장된 열을 제거 할 수 있습니다
National Research Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) (이하 "AIST"라고 불림), 최고 연구원 Nakayama Hiroyuki, 최고 연구원 Fujita Maya, 팀 책임자 및 Kishigi Yoshiaki의 최고 연구원tini시리즈위상 변환 합금를 사용함으로써 과거에는 열 저장 및 열 소산이 불가능한 바카라 범위에서 작동 할 수있는 열 저장 재료를 생산하는 방법을 개발했습니다 외부 힘을 적용함으로써,이 합금은 주변 바카라에 관계없이 저장된 열을 추출 할 수있었습니다
이 기술의 세부 사항은 2023 년 3 월 9 일 일본 금속 협회의 봄 강의 회의에서 발표 될 예정입니다 (일본 시간)
열 저장 재료는 공장과 장비에서 생성 된 폐 열을 활용함에 따라 주목을 받고 있습니다 특히, 폐열을 저장할뿐만 아니라 필요할 때 열을 제거해야합니다 예를 들어, 밤 바카라가 떨어지는 낮에는 저장된 열을 사용하는 데 사용할 수 있습니다 그러나, 기존의 열 저장 물질은 물 및 파라핀과 같은 상 변화 동안 용융 및 고화를 포함한다실험실 열이후 바카라가 주변 바카라에 있지 않으면 일반적으로 재료의 열 흡수 및 소산이 사용됩니다 또한, 열 흡수와 열 소산 바카라 사이에는 유의 한 차이가 없었으며, 열이 저장 될 때와 동일한 바카라에 도달하면 열이 소산되므로, 사용할 수있는 바카라 범위는 공간과 시간에 의해 제한된다 대조적으로, 고체에서위상 변태스트레스와 같은 외부 필드에서 위상 변환 바카라를 제어 할 수있는 재료를 개발해 왔습니다 의도 할 때마다 열을 추출합니다 열 저장 재료가 금속으로 만들어지면 다른 열 저장 재료보다 형성하기가 더 쉽고 열 응답이 더 빠르다는 점에서 우수합니다
aist is tini 시스템Martensite 합금에 중점을두고, 우리는 열 저장 재료로 응용 프로그램을 개발했습니다 지금까지 물과 얼음과 같은 액체와 고체 사이의 위상 변화는 열 저장 재료로 사용되었습니다 그러나 적용에 맞게 작동 바카라를 변경하기는 어렵고, 열 흡수와 소산 사이의 바카라 차이는 작으므로, 고온에서 저장 되더라도 즉시 방출되며 실제로 사용하려는 저온에서 유지할 수 없습니다 반면에, Tini 합금이 가열되면, 결정 구조는 저온 단계에서 고온 상으로 변하면서도 여전히 고체입니다 또한, 인간 힘의 수준 (수십 kg의 무게를 높이는 물체를 들어 올리는 힘)과 동일한 응력을 적용함으로써 고온 상이 저온 상으로 변형 될 수있다 위상 형질 전환은 잠열으로 인한 자발적인 흡수 및 소산을 포함하므로 열 저장에 사용할 수 있습니다 그러나 지금까지 Tini 합금은 실질적인 사용에 필요한 큰 잠열을 달성하지 못했습니다 또한, 열 흡수와 열 소산 사이의 바카라 차이를 제어 할 수 없었습니다
이번에는 열 저장 용량을 증가시키기 위해 다른 조성물이있는 합금에서 열 소산 및 열 흡수의 바카라가 합금 내부에서 사용됩니다잔류 응력또한 흡수와 소산 사이의 바카라 차이를 조정할 수 있습니다 결과적으로, 기존의 고체 액체 상 변화를 사용할 때, 흡수 및 소산 바카라에는 거의 차이가 없지만,이 개발에서는 20 ° C 이상의 차이를 만들 수있는 새로운 합금을 개발하여 이러한 바카라 사이에 열을 저장할 수 있습니다 또한, 약 수백 MPA의 인장 응력을 적용함으로써 (약 1mm의 직경을 가진 약 수십 kg의 물체를 들어 올리는 힘), 결과 합금은 상 변환에 의해 열을 소산 할 수 있었고, 합금 내부의 열을 성공적으로 추출 하였다 예를 들어, 단면 감소 속도가 35% 이상 될 때까지 15 mm 직경 합금 와이어콜드 롤링대기에서 400 ° C에서 600 ° C 사이의 바카라에서 1 시간이되기 위해서는어닐링 치료나는 그것을했다 합금에서 열 흡수 및 열 발생의 거동을 조사했습니다차동 스캐닝 열량계 (DSC)에 대한 결과 이 결과는 가열이 발생할 때 가열이 발생할 때 고온 단계로의 변환 종료 바카라 (▲)가 처리되지 않은 재료에 비해 냉각이 변했을 때 저온 상으로의 변형 시동 바카라 (▼)가 또한 증가했음을 보여줍니다 바카라 차이도 증가했음을 보여줍니다 냉각 중 저온 상으로의 전환 중 열량이 피크 면적으로부터 계산되는 경우, 각 샘플에 대해 20-24 J/g (약 130-150 J/CM3) 및 저온 상으로 변환되는 바카라가 20 ° C ~ 45 ° C의 범위로 조정 된 샘플이 목표량의 열 저장량으로 달성되었음을 확인했습니다
그림 1 콜드 롤링 후 각 바카라에서 대기에서 1 시간 동안 열처리를받은 샘플의 DSC 곡선
가열 될 때 (▼ : T3) 가열 될 때 (▼ : T3) 고온 위상으로의 변환 종료 바카라는 가열되지 않은 재료에 비해 가열 될 때 (▲ : T2)가 변경 될 때 바카라를 낮은 바카라 위상으로 시작합니다
그림 2에서, 작동 바카라 (400 ℃에서 1 시간 동안 열 처리)로 조정 된 샘플을 약 60 ℃로 가열하고 저장 하였다 결과는 샘플 챔버를 13 ° C로 냉각시킨 후 실온보다 낮은 후 샘플 바카라가 챔버와 일치하는 것으로 확인한 다음 힘을 가해 열을 제거합니다 하중에 120 N에 도달했을 때 (약 12-13kg의 물체를 약 1mm 직경의 와이어로, 약 150 MPa에 해당하는 힘), 샘플의 바카라는 13 ℃에서 22 ° C로 상승했다 이 실험에서, 힘이 가해지는 속도가 느려지고, 열 소비시 (시간 : 0 초)에서 약 22 ° C로 시편의 바카라 상승을 추정하기 위해 외부 요인 (예 : 인장 지그 및 환경으로의 열 탈출)을 고려한 것이 추정되었다 또한, 열 처리 된 샘플을 500 ℃에서 1 시간 동안 80 ℃로 상승한 후, 샘플 챔버는 42 ℃로 감소되었고, 샘플 바카라가 챔버와 일치하는 환경에서 동일한 시험을 수행하고, 48 ℃로 증가 된 샘플 바카라가 확인되었다 이 시점에서, 열 소산이 시작된 시점에서 샘플의 바카라 상승은 38 ℃로 외삽하여 추정되었다 다시 말해, 이번에 개발 된 상 변형 열 저장 합금에 저장된 열은 재료의 바카라가 20 ° C 이상 감소되는 저온 환경에서도 유지되며, 작은 힘 (120 N)으로 열을 효율적으로 추출 할 수 있음이 입증되었습니다 위의 결과는 예를 들어, 전기 자동차에서, 피크 작동 중에 가열되는 모터에서 고온으로 가열되는 모터에서 배기 열이 저장 될 수 있고, 정지시기와 같은 저온 환경에서 저장된 열은 배터리 시동과 같은 열이 필요한 지역에 작은 힘을 공급할 수 있다는 사실로 이어집니다
그림 2 : 콜드 롤링 후 400 ° C에서 열처리를받은 합금에 인장 변형이 적용될 때의 샘플 바카라 변화
샘플을 일시적으로 60 ° C로 가열하여 열을 저장 한 다음 (가열시 변환 말기 바카라는 42 ° C 였음) 13 ° C로 냉각시켰다
우리는 합금 설계 및 가공 열처리를 계속 최적화하여 작동 바카라를 목적에 맞게 조정할 수 있습니다 또한, 우리는 열 저장 부재를 모듈 식 모양으로 바꾸고 응력 작동에 효과적인 프리덤링 형태를 사용하고 코일 및 얇은 플레이트와 같은 다양한 모양으로 가공하여 멤버로 전환 할 수 있도록하는 것을 목표로합니다