• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제36권3호
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• pp.53-61
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• 2016

Solar assisted heat pump system uses solar thermal energy as a heat source of evaporator of heat pump. So, COP can be enhanced as well as collector efficiency. For improving performance of this system, some research about hybrid solar collector that has fin-and-tube heat exchanger has been conducted. This collector can get a thermal energy from ambient air for liquid heating, so heated liquid can be used as a heat source of evaporator in heat pump even the solar radiation is not enough. In this study, numerical analysis was conducted for confirming heat gain of liquid according to fin height and pitch of fin-and-tube heat exchanger in collector. As a result, higher heat gain was obtained on lower fin height and narrow fin pitch, but the pressure drop also increased with increment of heat gain. Thus the JF factor considering both heat transfer enhancement and pressure drop was investigated and the maximum value was shown when the fin height and pitch were 40mm and 45mm. So it is considered that this installation condition has a highest heat transfer improvement when comparing with pressure drop. However heat gain of liquid at this condition was less than the other installation conditions of fin pitch on same height. Then, after establishing a proper minimum heat gain of liquid, actual production and experiment of collector will be conducted with fin height and pitch showing maximum JF factor and satisfying selected minimum heat gain of liquid on the basis of results of this study.

• 대한기계학회논문집
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• 제8권2호
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• pp.145-153
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• 1984

본 연구에서는 먼저 집열기의 열성능에 관한 가장 전형적인 Hottel-Whillier- Bliss의 모델을 사용하여 모의 실험을 수행하였다. 모의 실험에 사용한 집열기의 주 요 변수는 덮개 유리의 수(N), 집열판의 방사율(.epsilon.$_{p}$), 집열판의 흡수율(.alpha.$_{p}$T),집열기 단위 면적당의 유량(G), 집열기 단열재의 $L_{b}$/ $K_{b}$, 집열기 경사각 (S),일사량(I) 등이며 이들 집열기 변수의 대표치(typical values)를 중심으로 각 변 수의 값을 변화시켜서 여기에 따른 집열기 효율 곡선의 변화를 조사하였다. 모의 실 험결과와 비교하고, 모의 실험에 사용한 수학적 모델이 집열기의 열성능을 평가하는 데에 적합한가를 확인하고, 운전중에 인위적으로 그 값을 조절할 수 있는 운전 변수중 특히 유량(G)의 변화에 따른 집열기 효율변화와 최적유량의 범위를 동시에 실험적으로 조사하기 위하여, 액체 가열식 집열기 시험장치의 회로를 보완하여 실제 태양 아래에 서 실험을 수행하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.1-1
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• 2010

핵융합에너지는 1930년대 한스 베테에 의해 태양과 별 에너지의 근원임이 밝혀진 후 소핵 폭탄실험 성공으로 그 위력적인 에너지를 인공적으로 만들 수 있음을 세상에 드러내게 된다. 그 뒤 이 에너지의 평화적인 이용 노력이 시작되었고 1958년 스위스에서 핵융합에너지의 평화적 이용에 대한 첫 국제회의가 열리게 되면서 에너지원으로서의 연구를 통해 냉전시대의 경쟁 대상의 과학기술의 하나로 부각되면서 눈부신 성능 향상을 보여주게 되었다. 아직 여러 어려운 관문이 남아있지만 기후변화와 에너지원 고갈에 의한 새로운 에너지원에 대한 강력한 필요성이 제기되면서 ITER와 같은 대형 국제공동연구시설 건설이 시작되었고 2030년대에는 최초의 핵융합발전소를 건설하려는 꿈도 그려가고 있다. 핵융합에너지를 얻는 방식에는 여러 방법이 시도되었는데 현재는 자기장을 이용해 플라즈마를 핵융합반응이 일어나기에 충분한 시간동안 가두는 자기핵융합방식과 관성으로 플라즈마를 가두는 관성핵융합방식으로 크게 구분할 수 있다. 자기핵융합방식의 경우 플라즈마를 만들고 가열하여 핵융합반응 확률이 높은 고온으로 가열하고 그 조건을 오래 지속시키는 기술들이 필요한데 이 기술들은 오늘날의 거의 모든 극한기술들이 망라되어 적용되는데 초전도, 고주파/ 초고주파, 대전력 공급, 대형 시설 실시간 제어기술, 대규모 신호처리기술, 고온 플라즈마 진단 기술, 대규모 시스템 시뮬레이션 기술 등이 그것이다. 여기에 또한 중요한 기술의 하나로 초고진공 기술이 필요하다. 이러한 기술이 집약되고 서로 통합되어 하나의 목적을 위해 쓰여지도록 고안되고 만들어진 장치가 자기핵융합 장치이며 따라서 현대의 자기핵융합장치들은 굉장히 복잡하며 대형 시설로 지어질 수밖에 없다. 우리나라는 1970년대 말부터 소형의 플라즈마 연구시설을 시작으로 자기핵융합 연구를 시작하면서 인력 양성을 시작하였으며 가속기 등 대형 연구시설이 본격적으로 지어지던 1990년대에 세계적으로 유래가 없는 초전도 자기핵융합장치인 KSTAR장치 건설 프로젝트를 시작하게 되었다. 총 11년이 넘는 건설기간 동안 여러 학교와 연구기관, 그리고 산업체가 참여하여 성공적으로 시운전을 실시하였으며 당당히 세계적인 장치를 통한 핵융합연구 대열에 동참하게 되었다. 이를 통한 기술 개발의 결과로 국제적 공동연구장치 ITER의 건설사업에 참여하게 되었고 KSTAR와 ITER를 통해 핵융합 에너지 상용화 기술 개발을 국가적인 기술개발의 목표로 결정하고 연구개발계획을 전략적으로 세워 진행하고 있다. 이번 논문에서는 자기핵융합의 특징과 연구 동향을 통해 우리나라의 기술 수준을 조망하고 특히 진공 기술 분야와의 상호 의존적 영향 분석을 통해 공동의 발전 방향을 모색해 보려고 한다.

• 한국축산시설환경학회지
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• 제9권2호
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• pp.69-78
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• 2003

태양열을 동력원으로 하여 열에너지를 동력으로 변환, 물을 양수할 목적으로 저온 상변화물질인 펜탄을 작동물질로 하는 에너지변환장치를 제작하여 실험하였다. 장치는 각부의 크기를 그 기능과 상호작용 원리에 따라 논리에 맞게 최적 설계하였다. 장치의 제작 후 실험을 통하여 그 운전 특성을 분석하여 성능향상에 필요한 자료를 획득하고자 하였다. 작동물질인 펜탄을 가열하는 탱크 내부의 온도는 사이클 경과시간에 따라 약 $40­86^{\circ}C$ 범위에서 변동하고 있었으며, 물탱크내 온도 약 $23­24^{\circ}C$, 공기탱크 내 온도 $22­23.5^{\circ}C$ 범위에서 비교적 일정하게 유지되고 있었다. 응축기내의 온도와 냉각수출구 온도는 냉각수입구 온도수준에 따라 정의 상관관계로 변하고 있는 것을 알 수 있었으며, 또한 열 교환 능력도 냉각수 온도수준이 낮을수록 커진다는 것을 확인하였다. 물탱크 내 온도와 응축기내 온도가 상당히 차이가 나므로 물탱크와 응축기와의 연결거리를 최소화하고 연결파이프 크기를 큰 것으로 하여 내부물질이동 저항을 줄이는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 실험 중 양수량은 1.6­2.4 liter로 나타났으며, 냉각시간의 수준에 따른 물탱크내의 흡입물높이 상승은 차이를 나타내지 않았다. 응축기로부터의 냉각수 배출파이프가 연장되지 않은 경우 냉각수 유량이 5.9 liter/min 이었으나 연장파이프가 있을 때는 2.3 liter/min으로 나타났다. 이러한 현상에서 양수하는 물의 온도가 낮고 유량이 부족한 경우에는 연장파이프를 이용하는 것이 좋고, 냉각수치 양은 풍부하지만 그 온도가 낮지 않은 경우에는 연장파이프를 이용하지 않는 것이 좋다는 사실을 알 수 있다. 실험에서의 응축기내 냉각수의 최대 열교환량은 95.75 kJ/min로 나타났다. 작동물질가열탱크와 기액 분리탱크 내의 압력은 0.13­0.14 MPa.a, 물탱크와 응축기내의 압력은 약 0.11 MPa.a정도로 나타났다.

• 한국농공학회지
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• 제21권1호
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• pp.78-85
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• 1979

In order to obtain the basic data for designing optimum flat plate solar air heaters, which can be operated with relatively low temperature for drying farm products, 8 different treatment of solar air heaters were devised and tested for their heating performances and efficiencies. The results were analised and summarized as follows. 1. The primary factors, structure of air path (C), black coating materials (A) and bottom coating methods (B) showed very high significant effect of far above 1% level. With respect to the mutual multiplying effect of secondary factors, 1% level of significance was found with coating materials and methods (AB), and 5% level of significance was found with coating materials and air path structure (AC). 2. The heating performance of the air heaters with winding air path showed about twice those with straight air path. 3. The Korean black ink which is less expensive than dim oil paint showed 3-4% better heating efficiencies as the black coating material of flat plate solar air heaters. 4. The heating efficiencies of the solar air heaters whose bottoms were not black coated were 2-3% higher than those with black coated bottoms. 5. The highest heating efficiency of solar air heater among 8 different treatment was found in the plot of Korean black ink-bottom not coated-winding air path showing 29.0-34.5%

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제24권4_2호
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• pp.467-474
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• 2021

The renewable energy is known as eco-friendly energy to reduce the use of fossil fuel and decrease the environmental pollution due to exhaust gas. Targets of solar collector in domestic are usually acquisitions of hot water and hot air. System of air-heating collector is one of the technologies for obtaining hot air in cases of especially heating room and drying agricultural product. The purpose of this study is to investigate the characteristics of thermal flow such as relative pressure, velocity, outlet temperature and buoyancy effect in air-heating collector using solar heat. The flow field of air-heating collector was simulated using ANSYS-CFX program and the behaviour of hot air was evaluated with SST turbulence model. As the results, The streamline in air-heating collector showed several circular shapes in case of condition of buoyancy. Temperature difference in cross section of outlet of air-heating collector did not almost show in cases of buoyancy and small inlet velocity. Furthermore merit of air-heating collector was not observed in cases of inlet velocities. Even though it was useful to select condition of buoyancy for obtaining high temperature, however, it was confirmed that the trade off between high temperature of room and rapid injection of hot air to room could be needed through this numerical analysis.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제25권2_2호
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• pp.271-278
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• 2022

The solar energy has been widely used to reduce the fossil fuel and prevent the environmental pollution. The renewable energy including solar heat tends to spread due to carbon neutrality for main country of the world. Targets of solar collector are usually acquisitions of hot water or hot air. Especially, air-heating collector using solar heat is known as the technology for obtaining hot air. This study aims to investigate of characteristics of thermal flow when the hot air by air-heating collector using solar heat flows inside of indoor space. The thermal flow of heating indoor space was simulated using ANSYS-CFX program and thus the behaviors of hot air in indoor space were evaluated with standard k-𝜀 turbulence model. As the results, as the inlet velocity was increased, the behaviors of hot air became simple, and temperature range of 25~75℃ had almost no effect on behavior of flow. As the inlet temperature was increased, the temperature curve of indoor space from bottom to top was changed from linear to quadratic. Furthermore, it was confirmed that inlet velocity as well as inlet temperature also should be considered to heat indoor space equally by air-heating collector using solar heat.

• 대한지리학회지
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• 제38권2호
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• pp.145-155
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• 2003

본 연구에서는 온대호의 성층기 표수층의 호류형성에 영향을 미치는 요인을 분석하고 그 성인을 밝히기 위해 호소 수온의 일변화와 호류의 관계, 그리고 기상.기후 요소에 대한 관측을 실시하였다. 그 결과, 성층기에 발생하는 표수층의 호류는 태양고도와 일사량의 차이에 따라 부분적인 수온차가 발생하고, 이에 기인한 열적교환이 주요 에너지원으로 판명되었으며, 2차적으로 탁월풍에 의한 취송류가 작용하는 것으로 간주된다 한편, 수면이 냉각된 심야에는 수평적 환류보다는 연직대류가 발달하는 것으로 간주된다. 그리고 가열된 낮에는 부분적인 온도 경도차에 의해 호심을 중심으로 시계반대방향과 시계방향으로 각각 환류하는 수괴가 존재하고, 탁월풍은 수괴의 이동방향과 이동속도에 다소 영향을 미치지만, 전체적인 흐름방향에는 큰 영향을 미치지 못한 것으로 판단된다.

• 농업과학연구
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• 제9권1호
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• pp.357-370
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• 1982

태양열(太陽熱)을 이용(利用)한 곡물(穀物)의 건조(乾燥)와 저장(貯藏)을 겸할 수 있는 농가용(農家用) 태양열(太陽熱) 저장고(貯藏庫)의 개발(開發)에 필요(必要)한 기초자료(基礎資料)를 얻기 위(爲)하여 구조(構造)가 간단(簡單)하고 가격(價格)이 저렴한 콘크리트 벽체의 저장고(貯藏庫)와 그 지붕을 대신(代身)한 태양열집열기(太陽熱集熱器)를 설계(設計) 제작(製作)하여 집열기(集熱器)의 성능(性能)을 실험(實驗)에 의(依)하여 구(求)하였으며 집열기(集熱器)에서 가열(加熱)된 공기(空氣)와 상온통풍(常溫通風)에 의(依)한 벼의 건조특성(乾操特性)을 비교(比較) 분석(分析)하였다. 건조(乾操)된 곡물(穀物)의 저장시(貯藏時)에 그 온도(溫度)를 예측(豫測)할 수 있는 simulation model을 개발(開發)하여 그 적합성(適合性)을 검정(檢定)하고 저장곡물(貯藏殺物)의 각(各) 부위(部位)에 대(對)한 온도(溫度)의 변화(變化)를 분석(分析)한 결과(結果)들을 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 본(本) 실험(實驗)에 설계(設計) 제작(製作)된 태양열집열기(太陽熱集熱器)의 효율(效率)은 평균(平均) 26%였으며 총열전달계수(總熱傳達係數)는 약(約) $25kJ/hr.m^2\;^{\circ}K$였다. 2. 태양열(太陽熱)을 이용(利用)한 건조(乾燥)에서는 공시(供試)벼의 함수율(含水率) 23.5%에서 15.0%까지 건조(乾燥)시키는데 7일(日)이 소요(所要)되었으며 상온통풍건조(常溫通風乾燥)에서는 함수율(含水率) 20.0%에서 15.5%까지 건조(乾燥)시키는데 12일(日)이 소요(所要)되었다. 3. 건조소요시간(乾燥所要時間)은 태양열(太陽熱)을 이용(利用)한 건조(乾燥)가 배(倍) 정도(程度) 빠르나 하층부(下層部)의 곡물(穀物)의 과건현상(過乾現象)의 방지책(防止策)이 철저히 구명(究明)되어야 할 것이다. 4. 저장곡물(貯藏殺物)의 온도(溫度)를 예측(豫測)할 수 있는 simulation model을 finite difference method에 의(依)해 개발(開發)하였으며 검정(檢定) 결과(結果) 실측치(實測値)와 잘 일치(一致)되었다. 5. 저장곡물(貯藏殺物)의 온도(溫度) 변화(變化)는 벽체와 접촉(接觸)하고 있는 부위(部位)에서 컸으며 곡물(穀物)의 손상(損傷)도 이곳에서 심(甚)할 것으로 사료(思料)된다.

• 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.