본 축열탱크 열전달에 관한 실험적 연구는 국내에서 개발하고 있는 태양열 온수기용으로 현재 널리 이용되고 있는 탱크-코일 방식의 문제점을 해결하면서 열전달 효율이 높은 2중 축열탱크를 개발하기 위한 것이다. 2중 축열탱크의 용량은 100리터로서 수평 및 수직형으로 설치하여 실험이 가능하도록 설계.제작하였고 탱크내부의 온도는 길이방향 및 반지름 방향으로 각각 등간격으로 설치하여 측정하였고 집열매체의 입.출구온도를 동시에 측정하였다. 실험결과는 (1) 축열탱크의 형태에 관계없이 축열탱크와 열교환을 하는 열매체의 유량이 증가할수록 열전달량은 증가한다. (2) 축열탱크의 형태에 따른 탱크내부 물의 온도 상승속도는 수직형(b)인 경우가 가장 크고, 그 다음 수직형(a), 수평형의 순으로 나타났다. 따라서 이중탱크형의 축열탱크는 수평형 보다 수직형이 동일한 용량의 축열매체 온도를 신속히 상승시킬 수 있다. 아울러 열성층화에 의하여 고온의 축열매체를 이용할 경우 수직형 축열탱크가 더욱 우수한 결과를 나타낸다. (3) 축열탱크 열전달계수(UA) 값은 ( $T_{in}$ - $T_{out}$)/$\Delta$$T_{m}$ 의 크기에 좌우되며, 열전달계수를 설치방법에 따라 비교하면 수직형(b)>수직형(a)>수평형의 순서로 나타났다.다.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.17
no.4
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pp.413-418
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2011
The global warming by abuse of fossil fuel is going to become an important problem which must be solved by human beings. This research is to develop a high temperature heat storage tank with high efficiency and to investigate the performance characteristics of this tank to help these energy problem. But the researches for this area have not been enough until now and specially the researches for high temperature heat storage tank are very few. For this research, heat storage bricks were made using MgO powder and studied about the performance characteristics of high temperature heat storage tank by experimental method. Through this research, it was confirmed that MgO can be used as a heat storage material for high temperature range.
A numerical study has been performed to investigate the thermal Performance of Solar heating system with baffle type of storage tank by using the commercial code TRNSYS. As a result, the solar fraction depends strongly on the efficiency and heat loss coefficient of solar collector as well as the heating capacity of house and the water temperature supplied to the shower. In addition, the solar fraction has been basically ranked to higher level in baffle type of storage tank than typical type of single storage tank for the range of operation condition.
The benefits of thermal stratification in sensible heat storage systems has been considered and studying by several investigators. In this paper, the basic data which is hard to obtain normally through the experiment were obtainable through the computer simulation. The major objectives of the study were to assess the benefits of stratified storage in residential solar water heating application and to suggest the optimum design parameters. From the computer simulation, following results were obtained. 1. The solar load fraction increases with increasing the number of tank segments. In these simulation, the magnitude of the improvement was about 10%. 2. The solar load fraction increases when the ratio of diameter to height of the tank(H/D) increases to 3, but H/D exceed 3 then, the solar load fraction decreases. In these simulation, the magnitude of the improvement was about 3%. 3. Increasing the collector flow rate slightly improved the performance of the mixed storage system(Node=1). But, for the stratified storage system(Node=N), the solar load fraction increases with decreasing flow rate until the point is reached at which the collector outlet temperature reaches the boiloff limit of $100^{\circ}C$ over some portion of the simulation period.
In this study, we numerically investigated the thermal stratification in solar seasonal thermal storage tanks. The vertical in/out flows were unsuitable for the thermal stratification in a large scale. The effect of an aspect ratio (AR) on the thermal stratification was investigated. When AR was less than 2, water adheres and flows along the upper wall due to buoyance and the surface effect. Thereafter, hot water flows down and a large scale vortex occurs in entire tank. For high AR, jet flows ejected from the inlet pipe impinges to the opposite wall and splits. The divided flows create two vortex flows in the upper and lower regions. These different flows strongly influence temperature and thermal stratification. The thermal stratification was evaluated in terms of the thermocline thickness and degree of stratification. Compared to ARs, the maximum degree of stratification was obtained with AR of 5 having the minimum thermocline thickness.
In this study, the thermal stratification in solar seasonal thermal storage tanks was numerically simulated. The effects of the aspect ratio (AR) and inlet velocity on the thermal stratification in the diffuser type heat storage tank were investigated. The temperature distributions inside the tank were similar with velocity fields. Jet flows from opposite diffusers encountered each other at the tank center region. Thereafter, the downward flows occurred, and this flows strongly affected the thermal stratification. When AR was smaller than 2, these downward flows influenced a further distance and enhanced mixing inside the tank. Thermal stratification was evaluated by thermocline thickness and degree of stratification, and AR of 3 had the highest degree of stratification. The inlet velocity effect was expressed with the ratio (Re/Ri) of Reynolds and Richardson numbers. The second-order approximation was found for the relationship between the thermocline thickness and log Re/Ri.
The ice-thermal energy storage cooling system has been applied to relief a significant portion of the peak demand of electricity during the daytime in summer. Slurry ice type system is one kind of ice-thermal storage cooling system utilizing cheaper off-peak electricity. This study is experimented to observe an influence of experimental conditions on production characteristics of slurry ice by using reversing flow, which is putting reversing material into test section to disturb ice adhesion. At this experiment, poly propylene ball of dimeter 10 mm was used as reversing material, and ethylene glycol-water solution of 20wt% concentration was used as flow material. The experimental apparatus was constructed of the slurry ice making and storage tank(test section), the brine tank, pumps for ethylene glycol-water solution and brine circulating, a mass flow-meter, data logger for fluid temperature measuring. The experiments were carried out under various conditions, with volumetric flow rate, ball filling rate and air filling rate.
This paper deals with experimental research to increase thermal storage efficiency of hot water stored in an actual storage tank for solar application. The effect of increased energy input rate due to stratification has been discussed and illustrated through experimental data, which was taken by changing dynamic and geometric parameters. Ranges of the parameters were defined for flow rate, the ratio of diameter to height of the tank and inlet-exit water temperature difference. During the heat storage, when the flow was lower, the temperature difference was larger and the ratio of diameter to height of the tank was higher, the momentum exchange decreased. As for this experiment, when the flow rate was 8 liter/min, the temperature difference was $30^{\circ}C$ and the ratio of diameter to height of the tank was 3, the momentum exchange was minimized resulting in a good thermocline and a stable stratification. In the case of using inlet ports, if the modified Richardson number was less than 0.004, full mixing occured and so unstable stratification occured, which mean that this could not be recommended as storage through thermal stratification. Using a distributor was better than using inlet ports to form a sharp thermocline and to enhance the stratification. It was possible to get storage efficiency of 95% by using the distributor, which was higher than a storage efficiency of 85% obtained by using inlet ports in same operation condition. Furthermore, if the distributor was manufactured so that the mainpipe decreases in diameter toward the dead end to maintain constant static pressure, it might be predicted that further stable stratification and higher storage efficiency are obtainable(ie:more than 95%).
In this study, basic design data which were required for development of highly efficient ice storage system with low temperature latent heat were experimentally obtained. The ice storage system considered in this study was the one that has been widly used in the developed country and called the ice-on-coil type. Using the system, the ice storage performance for various design parameters which were the flow direction and the inlet temperature of the secondary fluid was tested. In addition, the timewise variation of the interface profiles between the solid and the liquid were visualized, and the heat transfer characteristics of the Phase Change Material(PCM) in the ice storage tank were Investigated. During the freezing processes in the ice storage tank with several vertical tubes, decrease of the heat transfer area and the heat resistance of the ice layer made the increasing rate of ice packing factor(IPF) less. The total freezing energy for the upward flow of the secondary fluid was higher than that for the downward flow. The average ice storage efficiency for the upward flow of the secondary fluid was higher than that for the downward flow.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.4
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pp.421-428
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2011
Thermal energy storage(TES) cooling system using cheaper electricity of off-peak time has been applied to relieve a significant portion of the peak demand of electricity during the daytime in summer. Slurry ice type thermal energy storage cooling system is one kind of more efficient ice-thermal energy storage cooling system than Ice-on-Coil type or Encapsulated type TES cooling system, even though, which are more popular TES system. This experimental study was carried out to observe flow pattern and formation of slurry ice in reversing flow layer to improve efficiency of heat transfer between fluid and freezing tube and to disturb ice adhesion on tube surface. The reversing flow layer was made by using reversing materials in heat exchanger section(test section) to disturb ice adhesion. At this experiment, styrofoam balls and poly propylene balls were used as reversing materials, and a 20wt% solution of ethylene glycol was used as reversing flow layer. The experimental apparatus was constructed of the test section for making/storing slurry ice, the brine tank, pumps for circulating of a 20wt% solution of ethylene glycol and brine, a flow-meter, a data logger for measuring the temperature. The experiments were carried out under various conditions, with volumetric flow rate, ball filling rate and air filling rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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