• 태양에너지
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• 제18권3호
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• pp.15-24
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• 1998

태양열 집열기의 열손실은 크게 3가지 즉 상부 열손실, 하부 열손실, 측부 열손실로 대별되나 단열이 양호한 집열기에서는 일반적으로 측면으로의 열손실은 무시한다. 측부 열손실을 제외한 두 열손실 중에서도 상부 열손실은 집열기의 대부분의 열손실을 차지하는 지배적인 요소이다. 따라서 태양열 집열기의 집열 성능을 정확하게 파악하기 위해서는 상부 열손실 계수를 정확하게 계산할 필요가 있다. 본 연구에서 사용한 평판형 태양열 집열기(재생기)는 하계에는 제습 및 냉방을 행하고 동계에는 난방을 행하는 전천후 집열판으로 제작되었다. 따라서 장치의 전환없이 겨울에 난방용으로 사용하였을 경우의 집열 성능을 파악하기 위하여 옥외에서 실험을 하였다. 동계 기간 실험을 통하여 본 집열기의 상부 열손실 계수는 약 $3{\sim}4.5W/m^2^{\circ}C$임을 알 수 있었다. 그리고 집열표면에 선택흡수막을 입혀서 난방용으로 사용하면 주위와의 복사 열손실을 크게 줄일 수 있기 때문에 본 집열기의 집열 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.

• 에너지공학
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• 제23권4호
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• pp.189-195
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• 2014

신재생에너지 분야 중 특히 태양에너지를 이용하는 분야는 자원의 무한 및 청정성 때문에 그 사용량이 증가 추세에 있다. 우리나라에서 태양열에너지의 이용률이 전체 에너지 사용량 중 아직 미미한 실정이지만, 근래 정부의 정책적 지원에 힘입어 이 분야에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구는 태양열집열기의 형상 변화에 따른 집열효율을 조사하기 위하여 단일진공관 태양열집열기를 이용한 실험 및 이중진공관 태양열집열기와의 비교 실험을 수행하였다. 그 결과, 본 실험장치에서 히트 파이프의 최고온도의 차이로부터 태양열집열기 형상 변화에 따른 집열효율의 변화를 확인할 수 있었다. 또한 본 연구대상 태양열집열기의 히트파이프의 온도가 비교대상 태양열집열기보다 높음에도 불구하고 방열핀의 온도가 낮게 관측되었다. 이것은 본 연구대상의 태양열집열기는 히트파이프 방열부인 헤드부와 방열핀 사이의 접촉저항이 비교대상의 접촉저항보다 크다는 것을 나타내며, 집열효율을 높이기 위해서는 태양열집열기의 여러 부분의 성능개선뿐만 아니라 접촉저항에 의한 집열손실도 감소시켜야 함을 확인할 수 있었다.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.125-125
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• 2017

본 연구에서 원추형 태양열 집광기의 흡수관 표면의 흑색 도색 여부에 따른 효율분석을 수행하였다. 원추형 집광기 시스템은 열 손실 최소화 및 집광비가 우수한 $45^{\circ}$의 원추각을 갖는 원추형 집광기를 설계 및 제작하였다. 원추형 태양열 집광시스템은 열매체 축열을 위한 온도센서가 내장된 축열조와 태양에너지를 집열시키는 원추형 집광기, 유량측정을 위한 유량계, 열매체의 강제순환을 위한 펌프로 구성되어있다. 또한 지속적인 태양추적을 위해 2축 태양 추적 장치를 설치하였다. 흡수관은 원추형 집광기의 중심부에 설비되었으며, 열매체의 순환을 위해 이중 열교환기 구조로 제작되었다. 흡수관의 길이는 열 손실을 최소화하기 위하여 집광기의 높이와 동일하게 설계하였다. 원추형 집광시스템의 작동유체인 물은 펌프에 의해 흡수관과 축열조를 강제순환 하게되고, 용량이 70L인 축열조에 흡수관으로부터 흡수된 태양 복사열이 저장된다. 원추형 집광시스템의 성능실험은 청명한 날 유량 2L/min, 4L/min, 6L/min에 대해 수행되었으며, 집열효율을 계산하여 비교 및 분석하였다. 흑색으로 도색된 흡수기를 부착한 원추형 집광시스템의 집열효율은 82.25%로 나타났으며, 무 도색 흡수관을 갖는 원추형 집광시스템은 73.26%의 집열효율을 나타내었다. 따라서 본 연구를 통해 흡수관 표면의 흑색 도색이 원추형 집광시스템의 집열효율에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권9호
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• pp.799-805
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• 2013

본 논문에서는 나노유체를 사용한 평판형 집열기의 효율을 예측하기 위한 이론적인 연구를 수행하였다. 평판형 태양열 집열기 내부의 온도분포에 관한 해석적 해를 구하기 위해 무차원화된 2 차원 열 확산방정식을 풀었으며, 이 과정에서 흡광계수와 복사강도는 파장에 독립적이라고 가정하였다. 이렇게 주어진 식을 바탕으로, 물-기반 단일벽 탄소나노혼 나노유체를 작동유체로 사용할 경우 나노입자의 부피비, 열손실의 크기, 집열기의 높이에 따른 무차원 온도분포를 파악해 보았다. 마지막으로 나노유체 기반 평판형 집열기의 효율을 예측해 본 결과 일정 형상조건 이내에서 나노유체 태양열 집열기가 기존 집열기 보다 높은 효율을 가질 수 있음을 파악하였다.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제25권2호
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• pp.19-26
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• 2005

Concentric evacuated tube solar energy collector has been interested recently since government has driven to install alternative energy systems in new large building. In this paper, testing of the evacuated tube collector is conducted in outdoor during daytime by transient method. The collector thermal efficiencies are plotted in term of $(T_{in}-T_a)/Ic$, where $T_{in}$ is inlet working fluid temperature, $T_a$ is atmospheric temperature and $I_c$ is solar irradiation on the collector surface. The evacuated tube collector efficiency is ranged from 50% to 63% in real outdoor condition. In addition, the total overall heat loss coefficient is found to have an inverse variation to $(T_{in}-T_a)/I_c$ so that the coefficient becomes very high when $(T_{in}-T_a)/I_c$ is small.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제37권4호
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• pp.324-331
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• 2013

이중진공관형 집열기는 진공기술을 이용하여 흡수면에서 대류열손실을 줄일 수 있으며, 비교적 적은 온도차에서도 열수송능력과 열응답성이 빠른 이점이 있어 유용한 기기로 연구가 지속적으로 진행되고 있다. 본 연구에서는 태양열 집열기와 냉동기가 조합한 성능실험장치를 이용하여 태양열의 일사량, 유체온도의 제어조건에 따른 집열기의 동적 열성능을 파악하고, 이에 따른 항온조를 이용한 유체의 일정한 온도범위에서 냉동성능을 동시에 측정하여 열역학적 특성을 고찰하였다. 그 결과로서 집열효율의 관계식을 도출하였으며, 항온조의 출구온도 $18^{\circ}C$와 $22^{\circ}C$에서 집열기의 출구온도 $25^{\circ}C$로 설정하였을 때 항온조의 출구온도 $22^{\circ}C$ 경우가 외기온도 및 일사량이 증가함으로써 빠른 열전달특성을 보여 평균집열효율이 상승됨을 보였다. 또한 항온조의 출구온도 $18^{\circ}C$에서 냉동기의 성능계수는 6.2~7.1 정도의 결과를 얻게 되었다.

• 설비공학논문집
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• 제9권4호
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• pp.484-496
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• 1997

The fluid flow and heat transfer characteristics of conjugate forced and natural convection in the triple-glazed airflow window, where the outer air passes through a space contrived between the interior and exterior window panes, were studied numerically by a finite volume method for the elliptic form of the Navier-Stokes equations. The investigation focused on the influence of window geometry, ventilastion rate and solar energy on the temperature, velocity distribution and thermal performance of the airflow window. The comparison between the triple-glazed airflow window and the enclosed triple-glazed window was also made to evaluate the effect of buoyancy upon which the thermal performance of the window depended.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제10권1호
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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.

• 에너지공학
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• 제5권2호
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• pp.108-114
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• 1996

태양열 집열판의 효율을 증대시키기 위하여는 집열판에 조사되는 태양광의 흡수율을 높이고 복사에 의한 열손실을 감소시키는 선택적 박막을 집열판에 입히는 것이 중요한 인자이다. 본 실험에서는 이와같은 광학적 특성을 지니게 하고 동시에 전류효율이 우수한 pulsecurrent 전해법을 도입하여 실제 실용화 규모인 230 cm$\times$60 크기의 대형 기판에 선택흡수박막의 전착을 실시하였다. 도금액의 조성은 크롬산 280 g/$\ell$, propionic acid 15g/$\ell$, 그리고 제 2첨가제10g/$\ell$이었으며, 도금 대상기판으로는 구리와 알루미늄이 사용되었다. 구리 기판의 경우에는 선택흡수박막의 흡수율이 약 0.98이고 복사율은 약 0.17의 광학적 성질을 보였으며, 30$0^{\circ}C$공기 중에서 24시간동안 열처리 후에도 광학적 우수성을 지니고 있어 상품적 가치가 매우 우수하다고 판단되었다. 알루미늄 기판의 경우에는 흡수율이 약 0.97, 복사율이 0.15로서 광학적 성질은 구리 기판에 비해 다소 떨어지지만, 열전도도와 경제성을 고려하면 상품적 가치가 충분하다고 생각된다. 또한 이와 같은 대형기판을 적용하여 안정된 태양광 선택흡수박막의 성공적 제조로 공정의 단순화 및 대량생산 기술을 확보하였으며, 상용화에 돌입하게 되었다.

• 설비공학논문집
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• 제20권1호
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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.