나노-PCM 태양열 건조 시스템 성능 평가

본 연구는 태양열 건조 시스템에 파라핀 왁스 상변화 물질(PCM)과 산화아연 나노입자 강화 파라핀 왁스(ZnO-PCM)를 통합하여 감자칩 건조 성능을 비교 분석했습니다. 기존 연구들이 PCM과 나노-PCM 시스템을 개별적으로 평가한 것과 달리, 본 연구는 동일한 기상 조건에서 두 시스템의 건조 역학, 열 및 물질 전달, 열역학적 성능, 그리고 제품 품질에 미치는 상대적 영향을 체계적으로 정량화했습니다. 실험은 세 가지 모드(PCM 없음, PCM 적용, ZnO-PCM 적용)로 진행되었습니다. 21시간 건조 후 초기 수분 함량 80-88%는 PCM 없음, PCM 적용, ZnO-PCM 적용 시스템에서 각각 11-12%, 9-10%, 6-8%로 감소했습니다. 최대 건조 효율은 PCM 없음 시스템의 34%에서 ZnO-PCM 시스템에서 42%로 증가했습니다. ZnO-PCM 시스템은 효과적인 수분 확산 계수를 8.5 × 10⁻¹⁰ m²/s까지 향상시켰고, 열전달 계수는 12-28 W/m²K로 증가했습니다. 활성화 에너지는 21.5-30.5 kJ/mol 범위였으며, 수분 활성도는 0.98에서 0.32-0.45로 감소했습니다. ZnO-PCM 시스템은 가장 낮은 총 색상 차이(ΔE 23.50)를 보여 우수한 색상 유지력을 나타냈으며, 주사전자현미경(SEM) 분석 결과 미세 구조 보존 또한 우수했습니다. 종합적으로, ZnO-PCM의 통합은 열에너지 저장, 열 및 물질 전달, 건조 역학, 그리고 제품 품질을 크게 향상시켰습니다. 이러한 결과는 나노-PCM 기반 열에너지 저장이 태양열 건조 응용 분야에서 높은 잠재력을 가지고 있음을 입증합니다.