This paper presents of thermal performance analysis by using mathematical models for a compound parabolic collector (CPC) system employing heat storage tank. The thermal performance including insolation energy, heat loss from collector system, useful energy, collector efficiency, and temperature of storage tank were theoretically investigated through a year using monthly-average meteorological data at Seoul. The simulated results showed that the CPC systems are suitable for the applications of higher temperature than flat plate collector (FPC) systems.
In this paper, the water-based Ag nanofluids are synthesized by the chemical reduction method and their extinction coefficients are measured by an in-house developed measurement device. The Ag nanofluids are manufactured by the chemical reduction method with the mixing of silver nitrate ($AgNO_3$) and sodium borohydride ($NaBH_4$) in an aqueous solution of polyvinyl pyrrolidone (PVP). The extinction coefficients of Ag nanofluids are measured by means of the in-house developed apparatus at a wavelength of 632.8nm according to the particle volume fractions. The results show that the extinction coefficient of water-based Ag nanofluids increases with the increase of nanoparticle concentrations. Finally, the temperature field and efficiency of direct absorption solar collector (DASC) are analytically estimated based on the measured extinction coefficient of water-based Ag nanofluids. The results indicate that the direct absorption solar collectors using nanofluids have the feasibility to improve the efficiency of conventional flat-plate solar collectors without using an absorber plate.
The Storage efficiency of concentric evacuated tube solar collector is tested for one year from January 1st to December 31st under the real sun condition. The testing equipment is operated continuously for three days without cooling the storage tank. Daily storage efficiency is obtained from dividing stored energy in the storage tank by solar insolation on the solar collector for each day. Daily averaged temperature of the storage tank is lowest in January and highest in August. Monthly averaged storage efficiency is also lowest in November and highest in June. Therefore, it can be said that the storage temperature and the storage efficiency are roughly proportional to outdoor temperature. Furthermore, the daily storage efficiency is reversely proportional to $(T_s-T_a)/I_c$ where $T_s$ and $T_a$ are daily averaged storage temperature and outdoor temperature from sunrise to sunset, and $I_c$ is total insolation on the solar collector for a day.
Thermal performance tests of solar thermal collectors include determination of coefficient parameters in an efficiency equation. The parameters can be estimated using regression method to minimize an objective function as sum of differences between measured efficiency data and regressed efficiency equation. However, this conventional approach doesn't consider measurement uncertainties. In this presentation, a method to determine regression parameters in the efficiency equation and uncertainties of the parameters is described with mainly mathematical expressions based on literature reviews. In the method, parameters in the equation for collector efficiency can be determined using regression analysis with a weighting factor in the objective function. The weighting factor can be uncertainties of the differences between measured and fitted efficiencies. To evaluate the approach, performance estimation of a solar collector using the efficiency equation with uncertainties is compared to the result using the conventional efficiency equation by a simulated way for a case in one of previous studies.
농가(農家) 규모에서 활용(活用)이 가능한 경제적(經濟的)이며 제작(製作)이 간편한 태양열(太陽熱) 건조장치(乾燥裝置)로 평판식(平板式)과 튜브식(式) 집열기(集熱器)를 설계 제작하고 이들의 열이용(熱利用) 효율(效率)을 비교 분석(分析)하였는데, 집열판(集熱板)으로 흑색(黑色) 도색 함석판과 흑색(黑色) 비닐 필름을 사용하였을때 이들의 열이용(熱利用)의 효율(效率)은 평판식(平板式)에서 최대 48.2%, 평균 42.8%였고, 튜브식(式)에서 최대 25.4%, 평균 22.9%였다. 평판식(平板式)과 튜브식(式) 집열기(集熱器)에서 일사량(日射量), 방향계수, 공기의 풍량(風量)을 측정(測定)하여 공기의 온도상승도(溫度上昇度)를 예측(豫測)할 수 있는 실험식(實驗式)을 구하여, 필요한 건조(乾燥) 조건에 따라 집열면적(集熱面積)및 풍량(風量)을 결정할 수 있었다. 튜브식(式) 집열기(集熱器)를 사용해 고추를 건조(乾燥)한 결과(結果) 건조조작(乾燥操作)을 수행할 수 있었으며 건조속도(乾燥速度)는 노천건조(露天乾燥)에 比(비)헤 2배에 달하였다. 따라서 튜브식(式) 집열기(集熱器)를 농가(農家) 규모에서도 태양열(太陽熱) 이용(利用) 건조(乾燥)시설로 활용할 수 있었다.
진공관형 태양열집열기의 집열성능 및 집열특성 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 1) 집열성능 실험을 통하여 진공관형 태양열집열기의 순간집열효율이 60%로 높게 나타났다. 2) 진공관형 태양열집열기의 집열특성 실험에 의해 얻어진 결론은 다음과 같다. \circled1 경사각 0$^{\circ}$일 때 집열기에 조사된 광 강도는 630W/m$^2$이었으며, 5시간 24분의 광 조사 후 초기온도에 비해 물탱크내의 물 132$\ell$를 8.1$^{\circ}C$ 상승시켰다. \circled2 경사각 $10^{\circ}$일 때 광강도는 615W/m$^2$이었으며, 5시간 24분의 광 조사 후 초기온도에 비해 물탱크내의 물의 온도를 7.3$^{\circ}C$ 상승시켰다. \circled3 경사각 20$^{\circ}$일 때 광 강도는 605W/m$^2$이었으며, 5시간 24분의 광 조사 후 초기온도에 비해 물탱크의 물 132$\ell$을 6.6$^{\circ}C$ 상승시켰다. 집열기에 대한 솔라시뮬레이터의 경사각이 작을수록 광 강도가 커 물탱크내의 물 온도를 크게 상승시키는 것으로 나타났다.
The thermal performance of air receiver with a change of flow direction for dish solar collector. This system is installed and operated in Incheon, Korea. 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. Experiments are being carried out to investigate the thermal performance variation of the receivers with several design parameters such as the shape of the receiver, the flow directions and the flow rate of air. First, air flows into the upper part of the receiver, which is the opposite side of the aperture. After the air flows through the inside receiver, that goes out of the receiver through 3 exits which are located near the aperture. Second, air flows into the backside of the receiver, Which is the forward side of the aperture. After the air flows through the inside receiver, that goes out of the receiver through 1 exit. The results show that the system efficiency and receiver efficiency increase as the volume flow rate increases as expected.
자연열(태양열)을 효율적으로 이용하기위해 1999년부터 2000년 까지 2년간 상면적이 100$m^2$인 3동의 유리온실에 각기 다른 집열시스템을 설치하였다. 즉, 집열면적과 경사도가 각각 24$m^2$, 50$^{\circ}$로서 현재 시판되고 있는 태양열 집열기(평판형, Solar hart Inc.)를 이용하는 방법, 직경과 송풍량이 각각 1m, 2.5m$^{-3}$.m$^{-2}$ .min로서 라디에이터가 부착된 2개의 유동팬을 천장부에 설치하고 천창을 밀폐한 후 온실상부의 열을 집열하는 방법, 온실의 중도리 전부를 물이 순환되는 각관 (75x45x3t, 1m 간격x10줄x온실길이 12m=120m)으로 설치하여 집열하는 방법 등으로 하였다. 각 동마다 지하에 26톤의 저수 능력을 갖는 D2000xW1500xL8600의 축열조를 설치한 후 중간을 막아 저온수조와 고온수조로 구분하였고, 수조 중간 1.5m 높이에 통수로를 내어 일정량의 물(약 15톤)이 지속적으로 순화될 수 있도록 하였다. 최저기온 9$^{\circ}C$로 설정하여 1,000$m^2$를 공간 난방할 경우 난방연료 절감율은 태양열 집열기, 유동팬 및 각관에서 각각 7%, 19%, 28%로 나타났다. 태양열 집열기를 이용하는 대부분의 농가에서는 40~50$m^2$ 정도의 집열면적을 갖는 집열기를 이용하고 있는데 이 경우 년간 난방연료 절감율은 14% 정도로서 경제성이 없으며, 유동팬도 집열효율에 비해 제작, 설치 및 유지비가 과다하게 소요되므로 경제성이 없다. 각관의 경우 관 자체의 자재비나 설치비에 추가부담이 적으면서 집열효율이 비교적 높기 때문에 관의 부식, 골조 표면적 증가에 의한 시설내 차광 증가, 중도리의 각형 구조로 인한 강도저하 등의 문제가 해결되면 집열 방법으로 고려될 수 있을 것이다.
This paper has been carried out to find the thermal efficiency and operating characteristics of heatpipe type solar collector using a glass concentric evacuated tube(CETC) during summer. In an experiment the flow rate of water in collector are 1.5l/min. Collector efficiency is $50{\sim}60%$ during time. The solar radiation appeared in a clear day is efficiency high. Efficiency curve fitted first order polynomial show that $F_{R}$$({\tau}{\alpha})$ and $F_{R}U_{L}$=1.316 is 0.601 and 1.316 respectively.
태양광 고온가스가열 장치를 위하여 후레넬렌즈면적 $0.5m^2$을 갖는 소형태양집열 및 추적시스템과 고급의 소형 밀폐형 유동층 태양광 수열기를 개발하였다. 개발된 태양광 수열기는 개방형 유동층의 단점인 SiC입자의 유출과 열사이폰효과를 개선하였다. 공기의 최대 도달온도는 1140K이며, 최대 열효율은 64%얻어졌다. 본 연구에서 개발한 태양광수열기는 기존의 평판이나 관형의 고체표면을 갖는 태양 집열기와 비교할 때 아주 고온에서 효율 좋게 작동된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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