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발열체 중 가격 경쟁력의 우수성으로 대부분 금속성 발열체가 적용되고 있으나, 단선 및 화재 위험성과 같은 근본적인 한계가 존재한다. 선상 발열체의 대체 기술로 대면적 구조물에 적용이 용이한 면상발열체 개발이 활발히 진행되고 있다. 하지만, 일반적으로 나노소재 기반의 고분자 면상발열체는 모재의 낮은 유리전이온도로 인해 발열체의 가용 온도가 낮은 한계가 있다. 따라서, 가용 온도를 향상키기고 대면적 구조물에도 적용이 용이한 탄소섬유를 이용한 발열필름이 개발된 바 있다. 본 연구에서는, 동절기 설빙 피해 예방을 위한 철도차량에의 적용성 평가를 위해 선행 연구를 통해 개발된 발열필름의 발열 성능 인자 연구를 수행하였다. 이를 위해, 알루미늄 평판에 부착된 발열필름의 인가전력 및 열전도 거리 변화에 따른 발열 성능과 균일도 분석을 수행하였다. 실험 결과, 인가전력이 증가함에 따라 발열 성능은 선형적으로 상승하고, 열전도 거리가 증가함에 따라 선형적으로 발열 온도가 감소하였다. 또한, 발열필름에 대한 열화상 이미지분석을 통해 발열필름과 대상체 사이의 공극에서 기인한 국부적인 과 발열 현상을 확인하였다.
Metallic exothermic materials that exhibit remarkable cost competitiveness are most commonly applied to various sites. However, fundamental limits are observed, such as breakage and fire risk. To overcome these problems, surface heating elements are being actively developed owing to their advantages of ease of application to large structures. Generally, surface heating elements based on nanomaterials exhibit limitations with respect to allowable temperatures because of the low glass transition temperature of matrices. Hence, exothermic films with enhanced allowable temperature and ease of application to large structures are being developed using carbon fibers. To evaluate the applicability of the films to railway vehicles, a parametric study was conducted on the exothermic performance using a previously developed exothermic film. To this end, a uniformity analysis was conducted and exothermic performance was evaluated in terms of the input electric power and heat-conduction distance; for the analysis, the film was attached to an aluminum plate. The analysis results demonstrate that the exothermic performance and input electric power exhibited a linear correlation, and the maximum exothermic temperature decreased linearly as the heat conduction distance increased. Additionally, local overheat induced by a gap between the object and film was obtained by analyzing infrared images.
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Exothermic Films, Exothermic Performance, Parametric Study, Exothermic Uniformity, Railway Vehicles
