ARC(Aiabatic Accelerating Rate Calorimeter)는 화학 반응의 열 폭주 (thermal runaway) 현상을 연구하는 데 사용되는 고감도 장비입니다. 화학 물질의 자가 발열 과정 중에 열 손실이 억제되는 단열 환경을 유도하여 화학물질에 의한 온도 및 압력 변화를 측정함으로써 반응열과 같은 열적 매개변수 및 동역학적 매개변수(활성화 에너지 및 반응 속도 등)를 평가할 수 있습니다. ARC의 핵심 가치는 화학 공정의 열적 위험성을 정량화하여 공정 안전 설계 및 사고 예방에 필수적인 데이터를 제공합니다.

- 작동원리

ARC의 핵심적인 단열 원리는 시료의 온도를 동적으로 tracking하고 시료의 주변 온도를 실시간으로 조절하여 시료와 외부 환경 간의 열교환이 없도록 하는 것(단열 조건)에 있습니다. 시료가 열분해 또는 화학 반응으로 인해 열을 방출하면 ARC는 즉시 시료 주변 온도를 동시에 상승시켜 시료와 환경 간의 온도 차이를 제거하여 (ΔT≈0) 열이 방출될 수 없는 극한 조건을 유도함으로써, 즉 열축적을 톻해 시료가 발열하는 실질적인 동적 거동을 측정합니다.

- 특징

• 높은 감도: 매우 낮은 온도 상승속도(0.005°C/min)까지 감지하여 잠재적 위험을 조기에 경고합니다.
• 고효율 단열 알고리즘: 잦은 교정이 필요치 않으며, 열 보상 오프셋 값을 지능적으로 신속하게 계산하여 고효율 테스트를 가능하게 합니다.
• 다양한 시료의 측정: 액체 뿐만 아니라, 고체와 혼합물 시료의 테스트가 가능합니다.
• 높은 안전성: 온도 및 압력 기반의 다양한 안전 보호 장치 외에도 50g 수준의 TNT 폭발에도 견딜 수 있는 방폭 챔버를 제공함으로써 안전한 실험이 보장됩니다.
• 현실적인 시나리오 시뮬레이션: 단열 조건은 산업 현장의 폭주 상황과 매우 유사하여 엔지니어링 지침에 더욱 유용한 데이터를 제공합니다.
• 독자적인 고압 모듈: 고온, 고압, 대기압 및 산소 응축 환경을 모사하여 재료의 열 안정성을 검사할 수 있으며, GC-MS와 함께 사용하여 대량의 성분을 실시간으로 검출할 수 있습니다.

- 주요사양

• 온도 범위: -30~550℃
• 온도 분해능: 0.001℃
• 온도 안정성: ±0.01℃/min
• 검출 감도: 0.005℃/min
• 압력 범위: 0~200bar
• 최대 트랙킹 속도: 20℃/min (고속 트랙킹 모듈 사용 시 100℃/min)
• 히터: 내장형 히터 8개, 독립적인 온도 컨트롤 영역 3개, Radiant heater 1개 장착
• 유효 열량계 크기 (지름 × 깊이): 9cm × 10cm
• 작동 모드: Heat-Wait-Seek, 등온 (isothermal), 프로그램 선형 온도 상승 등
• 방폭형 외함 장착
• 선택 사양:  저온 모듈, 교반 모듈, 시료 첨가 모듈, 가스 포집 모듈, 고속 트랙킹 모듈, 고압 모듈

- Application

l 열 안정성 및 분해 메커니즘 연구: 열분해 초기 온도(T_onset), 가열 속도(dT/dt), 압력 상승 속도(dP/dt) 및 기타 주요 파라미터

l 열 위험의 정량적 평가: 단열 온도 상승(ΔT_ad), 최고 온도(TMR), 최대 반응 속도 시간(Time-Maximum Reaction Rate, TMR_ad),

l 반응 속도론 (Reaction Kinetics) 연구: 활성화 에너지(Apparant Activation Energy, Ea), Pre-Exponential Factor (A) 및 Kinetic parameter

l Formulation Screening 및 Optimization: 다양한 제형의 열적 거동을 테스트함으로써 열 안정성이 높고 위험성이 낮은 최적의 제형을 신속하게 선별할 수 있습니다. 

l 저장 수명 예측 및 등급 분류 연구: ARC는 등온 노화 테스트 (isothermal aging test)를 통해 고온에서 재료의 에이징 과정을 가속화하고 단열 조건에서 열적 거동 변화를 모니터링할 수 있습니다.