• Journal of Biosystems Engineering
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• v.10 no.1
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• pp.24-38
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• 1985

경사진 밀폐 공간에서 마주 보는 두 벽면의 온도 차로 인하여 발생되는 자연 대류 현상은 여러 공학 분야에서 볼 수 있는 중요한 열전달 현상으로서, 최근 들어 평판형 태양열 집열기를 설계하려는 사람들에게 많은 관심의 대상이 되고 있다. 평판형 태양열 집열기의 경우 덮개판으로 부터의 대류 열손실을 감소시킴으로서 집열 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 사용목적에 따라 소형 집열기를 제작할 수 있어 경제적으로 유리하게 될 것이다. 밀폐된 공간에서 최초에 정지 상태에 있는 얇은 유체층을 하부에서 가열시켜 주면 열팽창 현상이 일어나고, 이것에 의한 부력이 점도나 열전도도 등의 안정화 요인을 극복할 수 있을 정도로 커지면 System이 불안정하게 되어 자연 대류 현상이 수반되며 이 때문에 열전달율이 급격히 증가하게 된다. 이러한 현상의 지배 방정식은 연립 비선형 편미분 방정식으로 특수한 경계 조건외에는 일반적으로 해석적 해를 구하기가 어렵기 때문에 실험적 연구가 많이 실시되어 왔고 이들 결과의 대부분은 전반적인 열전달 특성치만을 구하는데 집중되어 왔다. 본 연구에서는 수치 해석법의 하나인 유한 차분법을 도입하여 이차원으로 가정한 경사진 평판형 밀폐 공간에서의 자연 대류 현상의 지배 방정식을 유한 차분화시켜, $$2.74{\times}10^3\leq_-Gr\leq_-2.0{\times}10^6$$, Pr=0.73, $$15^{\circ}\leq_-a\leq_-150^{\circ}$$, 종횡비는 1, 2, 3, 5, 9에 대하여 정상 상태에서의 해를 구하면서 수치적으로 실험하였다. 본 연구에서 얻어진 결론을 요약하면 다음과 같다. (1) 해석적으로 구하기 어려운 경사진 밀폐 공간에서 자연대류현상의 지배 방정식을 유한 차분법으로 해결할 수 있으며, 대류항과 확산항을 따로 고려한 유한차분법이 효과적임을 확인하였다. (2) 저온과 고온 벽면에서의 온도를 각각 균일하게 놓고 단변으로 이루어진 벽면은 완전히 절연되어 있는 경우에 대하여 수치해를 구한결과, 이전의 해석적 및 실험적 결과와 일치하였으며, 시간의 경과에 따른 온도 및 유선의 변화를 현상학적으로 관찰할 수 있었다. (3) 평균 열전달 계수에 미치는 경사각의 효과를 살펴본 결과 종횡비가 1 인 경우 경사각이 $45^{\circ}$에서, 종횡비가 2, 3, 5, 9인 경우 경사각이 $60^{\circ}$에서 각각 평균 열전달 계수 최대치가 나타났다. (4) Ra수(Rayleigh number) 가 증가될수록, 경사각에 상관없이 평균 열전달 계수도 증가되었다. 한편 Ra수 및 경사각의 변화에 따라 종횡비가 증가될수록 평균 열전달 계수는 경사각이 $90^{\circ}$인 경우를 제외하고는 감소됨을 볼 수 있었다. 경사각이 $90^{\circ}$인 경우, 평균 열전달 계수는 종횡비가 2 인 곳에서 최대치를 얻을 수 있었으며, 종횡비가 계속 증가될수록 평균 열전달 계수는 점차 감소되어짐을 볼 수 있었다.

• Journal of the Korean Solar Energy Society
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• v.27 no.4
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• pp.113-120
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• 2007

The 5kWt dish solar collector is designed and the preliminary performance test for this is carried out. The diameter of the parabolic dish is 3.2 m, and its focal length is 2 m. It consists of 10 small reflectors which have their own curvatures, and the effective reflecting area is $5.9\;m^2$, and the rim angle of the dish is $43.85^{\circ}$. The reflectivity of reflectors is 0.95, and the thermal capacity of the system is about 5 kW thermal. The aperture diameter of the cylindrical-shape receiver which is made of stainless steel is 100 mm, and the height is 210 mm. A quartz window is installed at the receiver aperture to minimize the convective heat loss and prevent air leakage. In order to increase the heat transfer area, porous materials (nickel-alloy) are inserted into the receiver. Air flows into the upper part of the receiver which is the opposite side of the aperture. After the air flows through the inside of the receiver, that goes out of the receiver through 3 exits which are located near the aperture. The volumetric flow rates of air are varied from 600 to 1200 L/min. The results show that the system efficiency and receiver efficiency increase as the volume flow rate increases.

• Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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• v.20 no.1
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• pp.35-41
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• 2008

The radiative heat loss from a receiver of a dish solar collector is numerically investigated. The dish solar collector considered in this paper consists of a receiver and multi-faceted mirrors. In order to investigate the performance comparison of dish solar collectors, six different mirror arrays and four different receivers are considered. A parabolic- shaped perfect mirror of which diameter is 1.40 m is considered as the reference for the mirror arrays. The other mirror arrays which consist of twelve identical parabolic-shaped mirror facets of which diameter are 0.405 m are suggested for comparison. Their reflecting areas, which are 1.545 $m^{2}$, are the same. Four different receiver shapes are a conical, a dome, a cylindrical, and a unicorn type. The radiative properties of the mirror surfaces and the receiver surfaces may vary the thermal performance of the dish solar collector so that various surface properties are considered. In order to calculate the radiative heat loss in the receiver, two kinds of methods are used. The Net Radiation Method that is based on the radiation heat balance on the surface is used to calculate the radiation heat transfer rate from the inside surface of the receiver to the environment. The Monte-Carlo Method that is the statistical approach is adopted to predict the radiation heat transfer rate from the reflector to the receiver. The collector efficiency is defined as the results of the optical efficiency and the receiver efficiency. Based on the calculation, the unicorn type has the best performance in receiver shapes and the STAR has the best performance in mirror arrays except the perfect mirror.

• Journal of Energy Engineering
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• v.22 no.2
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• pp.112-119
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• 2013

The thermal performance for test system with evacuated tubular solar collector is experimentally investigated to obtain the basis data for developing new type solar collector. For this purpose, the test system was designed using CATIA and then after being manufactured, the system was tested using evacuated tubular solar collector. Numerical analysis, furthermore, was performed using ANSYS Fluent V.13 for glass evacuated tubular solar collector. The results showed that as setting temperature difference(${\Delta}T$) of system was increased, total operating(working) time was almost same in all cases, even though operating count was decreased. The results of numerical analysis showed that as temperature of solar absorber in glass evacuated tubular solar collector was high, the drop-rate of temperature of center part was increased.

• Journal of the Korean Solar Energy Society
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• v.30 no.5
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• pp.69-76
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• 2010

In this study, the solar thermal and geo-source heat pump(GSHP) hybrid system for heating and cooling of Zero Energy Solar House(ZESH) was analyzed by experiment. The GSHP in this hybrid system works like as aback-up device for solar thermal system. This hybrid system was designed and installed for Zero Energy Solar House (KIER ZeSH) in Korea Institute of Energy Research. The purpose of this study is to find out that this system is optimized and operated normally for the heating load of ZeSH. The analysis was conducted as followings ; - the thermal performance of facade integrated solar collector - the on/off characteristics of solar system and GSHP - the contribution of solar thermal system. - the performance of solar thermal and ground source heat pump system respectively. - the meet of thermal load (space and water heating load). This experimental study could be useful for the optimization of this system as well as its application in house. This hybrid system could be commercialized for the green home if it is developed to a package type.

• Journal of the Korean Solar Energy Society
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• v.30 no.6
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• pp.28-33
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• 2010

Solar collectors to be applied are mainly flat-plate or vacuum tube collector which is used for hot water supply of house because of low heat value and low temperature. There are a necessity to expand applicable scope of solar collector into the industrial process heat source and air conditioner for coping with renewable energy policy of government and industrial trend. This study is to analysis the performance of PTC solar collector of concentrating type and flat-plate of non-concentrating. For this, temperature difference and heating value as insolation of air outside is measured from these two collectors mounted on 2-axial solar tracking system. It is investigated that temperature profile obtained from PTC solar collector is uniform and collecting heat per unit area is 6.8kcal/$m^2$ min which is about 3 times with compare to flat-plate collector of 2kcal/$m^2$min. Also the amount of heat to be produced from PTC solar collector is 3 Mcal/$m^2$ which is about 2 times with compare to flat-plate collector of 1.5Mcal/$m^2$ as a result of operating these two collectors during one month. Therefore, it is obtained that heat collecting performance of PTC solar collector is superior to flat-plate.

• Applied Biological Chemistry
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• v.32 no.2
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• pp.104-108
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• 1989

A 2.5 ton scale of solar energy concentration blast-grain circulation dryer (SECD) was developed in order to shorten the drying time without damaged paddy. Comparative experiments were carried out on performance, drying efficiency, consistency in moisture content, milling recovery, grade of milled rice, and energy requirement and cost against all that of in-bin drying and storage (IBDS) method. The experiments were performed using mixture of several rice varieties of Tongil type(Japonica-Indica breeding type) under the autumn weather in Korea. The circulating air temperature inside SECD was $4{\sim}5^{\circ}C$ higher than that of IBDS. The moisture content of the paddy during the drying period in SECD was uniform while substantially varied in upper, middle or bottom layer in IBDS. By SECD, 24% initial moisture content of paddy was reduced to 15% after only 3 days of drying as compared to 14 days at IBDS. The percentage of cracked kernels in upper, middle and bottom layers in IBDS was 6, 6 and 12%, respectively, whereas 7% in all layers in SECD. Both types of dryers did not significantly affect the milling recovery of dried paddy and grade of milled rice. Energy requirement of SECD(28.8Kw/2.5ton) for paddy drying was much less than that of IBDS(108Kw/2.5ton).

• Journal of the Korean Solar Energy Society
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• v.26 no.3
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• pp.17-24
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• 2006

최근에 에너지절약 차원에서 종래의 공조방식을 대신할 새로운 냉난방시스템 개발이 요구되고 있는데, 본 논문에서는 태양열 집열기를 이용하는 데시컨트 시스템 중 제습역할을 실질적으로 담당하는 제습기의 충진층 부분에서의 열 및 물질전달에 관한 일련의 해석 결과를 발표하고 있다. 제습과정에서 액체흡수제는 충진층에서 열 뿐만 아니라 물질전달을 수반하게 되는데, 이 결과 건물에 냉방 및 난방효과를 가져다 준다. 따라서 이 충진층의 최적 설계가시스템의 효율을 극대화하기 위해서는 무엇보다도 중요한데, 이를 위해서는 충진층에서의 열 및 물질전달 양상을 규명하여야 한다. 따라서 금번 실험에서는 공기와 액체흡수제와의 접촉면적을 넓히기 위해서 충진재로써 3cm(직경) ${\times}$ 3cm(높이)인 시판중인 플라스틱 재질을 사용하고, 실질적으로 40cm(너비)${\sim}$40cm(깊이)${\times}$40cm(높이)의 충진층을 직접 제작하여 실험을 행하였다. 그 결과, 공기측 열 및 물질전달 계수는 공기 온도와 밀접한 관계를 갖고 있으며, 또한 물질전달계수는 열전달계수와 같은 경향을 보이고 있음을 알 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.11a
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• pp.363-372
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• 2005

최근 고유가상황 및 에너지소비가 증대되는 사회적 분위기와 환경적 변화에 힘입어 대체에너지기술개발에 대한 절실한 대책마련이 중요시 되고있다. 기후변화협약의 발효로 환경에너지에 대한 새로운 인식의 필요로 에너지체제의 변환이 촉구되어지고 있으며 이에 따른 환경친화적 에너지자원을 이용한 신 재생에너지개발에 대한 연구개발기술이 관심을 받고 있다. 현재 사용중인 화석연료는 환경오염 및 지구의 온난화 현상 등 심각한 공해문제를 야기시키고 있는 반면에 태양에너지와 같은 청정에너지의 개발은 환경오염방지와 친환경에너지자원의 활용이라는 점에서 관심이 대상이 되고 있고 특히, 우리나라의 경우 에너지수입 의존율이 97%로 높은 상황에서 국가에너지대책을 수립하고 해외수입에너지 의존율을 최소화시키기 위하여 가히 필수적인 상황이다. 따라서, 본 실증연구사업(태양열 이용 Hybrid냉난방시스템 실증연구)은 태양열 집열기에서 생산된 저온의 $20\sim30^{\circ}C$의 승온된 양질의 열원을 히트펌프 증발기 열원으로 이용 히트펌프의 압축동력이 상대적으로 작아져 기존 히트펌프 시스템에서의 성적계수(COP)를 높여 주는 효과를 기대할 수 있고, 특히 하절기 복사량이 많은 시기에는 $50\sim60^{\circ}C$ 정도로 승온되어진 중 고온수를 직접 온수탱크로 이동시켜 필요수요처에 공급함으로써 이에 따른 에너지절감효과를 기대할 수 있다. 구축된 태양열 이용 하이브리드(Hybrid)냉난방시스템은 계절별, 설비별 특성을 적절히 활용하여 연평균 집열기 효율은 70%수준으로 유지하면서, 계절별 성적계수는 '4'수준을 목표로 하여 추진되었으며, 그간, 태양열 이용 보급분야의 실용화는 주로 건물의 급탕용 온수생산의 수준에 머물렀으나 이 단계를 극복한 건물의 냉 난방 및 급탕을 위한 태양열 및 공기열원을 활용한 하이브리드(Hybrid)냉난방 시스템 구축하였다. 아울러, 태양열 이용 하이브리드 냉난방 히트펌프 시스템 실증 실험은 유가상승과 신재생에너지에 대한 국가적 분위기 고취로 어느때 보다도 개발기술의 상용화 및 실용화적 측면의 염두와 태양열 이용 Hybrid냉난방 시스템의 효율향상과 저가화를 통해 기술의 경제성과 신뢰성을 확보하여 태양열 이용 시스템의 보급활성화를 목표로 하고 있다.

• Journal of Bio-Environment Control
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• v.5 no.1
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• pp.57-64
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• 1996

To use effectively the solar energy in greenhouse heating, a high performance solar collector should be developed. And then the size of the solar collector and thermal storage tank should be determined through the calculation of heating load. The solar collector must be set in the optimum tilt angle and direction to take daily solar radiation maximally, and the flow rate of heat transfer fluid through the solar collector should be kept in the optimum range. In this research, the performance tests of a capillary tube solar collector were performed to determine the optimum water flow rate and the results summarized as follows. 1. The regressive equations for efficiency estimations of the capillary tube solar collector in the open loop were modeled in the water flow rate of 700-l,000 $\ell$/hr. 2. The optimum water flow rate of the solar collector was estimated by the second order polynomial regression and the maximum efficiency was 80% at the water flow rate of 850 $\ell$/hr. 3. The solar thermal storage system consisted of a capillary tube solar collector and a water storage tank was tested at the water flow rate of 850 $\ell$/hr in the closed loop, and obtained the solar thermal storage efficiency of 55.2%. 4. As the capillary tube solar collector engaged in this experiment was made of non-corrosive polyolefin tubes, its weight was as light as 1/30 of the flat plate solar collector made of copper tubes. Therefore it was considered to be suitable for the greenhouse heating system.