• 태양에너지
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• 제17권3호
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• pp.23-33
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• 1997

본 연구에서는 잠열온도 조절에 관한 이론과 상변화 잠열재의 결정핵형성이론 그리고 PCM 결정화 모델을 정립하고, 농산물 저온 저장에 이용할 수 있는 냉축열 잠열재로 $H_2O$를 선정하여 NaCl을 온도 조절제로 잠열온도를 조절하였으며, 상변화 사이클에 의한 열특성 변화 추이와 물성의 안정성을 실험적으로 분석하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.69-69
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• 2011

태양열 발전 플랜트에 사용되는 중고온 범위의 축열조에 고체-액체간 상변화를 수행하는 용융염을 축열물질로 사용하면 액체상 또는 고체상만으로 된 열저장 매체에 비해 축열조의 규모를 축소함과 동시에 축열온도의 균일성 향상에 기여할 수 있다. 중온인 $250{\sim}400^{\circ}C$ 범위에서 이용 가능한 용융염으로는 질산칼륨($KNO_3$), 질산리튬($LiNO_3$)등이 있다. 그러나 이러한 용융염의 가장 큰 단점은 열전도율이 매우 낮다는 것이며, 이로 인해 요구되는 열전달률을 성취하기 위해서는 많은 열접촉면적이 필요하다는 것이다. 이러한 단점을 극복하는 방법을 도입하지 않고서는 축열시스템의 소규화를 성취하는데 큰 효과를 가져올 수 없다. 한편 열수송 성능이 탁월한 히트파이프를 사용하면 열원 및 열침과 축열물질 사이의 열전달 효율을 증가시켜 시스템의 성능 향상과 동시에 소규모화에 기여할 수 있다. 중온 범위 히트파이프의 작동유체로서 다우섬-A(Dowtherm-A)는 $150^{\circ}C$이상 $400^{\circ}C$까지의 범위에서 소수에 불과한 선택적 대안 중 하나이다. 따라서 본 연구에서는 용융염을 사용하는 중온 태양열축열조에 적용 가능한 다우섬-A 히트파이프의 성능을 파악하여 기술적 자료를 제시하고자 하였다. 열원으로는 고온 고압의 과열증기, 그리고 열침으로는 중온의 포화증기를 고려하였다. 용융염 축열조를 수직으로 관통하는 히트파이프는 하단부에서 열원 증기와 열교환 가능하며, 중앙부에서 축열물질과 열교환하고, 상단부에서는 중온 증기와 접촉할 수 있도록 배치하였다. 축열모드에서는 히트파이프의 하단부가 증발부로 작동하고, 중앙부가 응축부로 작동하여 용융염으로 열을 방출하면 용융염의 온도가 상승하고 용융점에 도달하면 액상으로의 상변화가 진행되면서 축열이 활성화된다. 축열모드에서 히트파이프의 상단부는 단열부로 작동한다. 방열과정에서는 히트파이프의 하단부가 단열된 상태이고, 중앙부는 용융염으로부터 열을 받아 증발부로 작동하며, 상단부는 중온 증기로 열을 방출하므로 응축부로 작동한다. 즉, 축열시스템의 작동모드에 따라 하나의 히트파이프에서 증발부, 응축부, 단열부의 위치가 변하게 된다. 특히, 히트파이프의 중앙 부분이 응축부에서 증발부로 전환될 때에도 작동이 보장되려면 내부 작동유체의 연속적인 재순환이 가능해야 하므로, 일반 히트파이프에서와는 달리 초기 작동액체의 충전량을 증발부 전체의 체적보다 더 많이 과충전해야 한다. 이러한 히트파이프의 성능 파악을 위한 실험에서 고려한 변수들은 열부하, 작동액체의 충전률, 작동온도 등이며, 열수송 성능의 지표로서는 유효열전도율과 열저항을 이용하였다. 중온범위에서 적정한 작동온도를 성취하기 위해 실험에서는 전압 조절기로 열부하를 조절하는 동시에 항온조로 응축부의 냉각수 입구 온도를 제어하였다. 하나의 히트파이프에 대해서 최대 1 kW까지의 열부하에서 냉각수 입구 온도를 $40^{\circ}C$에서 $80^{\circ}C$ 범위로 변화시키면 히트파이프 작동온도를 약 $250^{\circ}C$ 내외로 조절 가능하였다. 히트파이프 작동액체 충전률은 윅구조물의 공극 체적을 기준으로 372%에서 420%까지 변화 시켰다. 실험 결과를 토대로 열저항과 유효 열전도율을 각각 입력 열유속, 작동온도, 작동액체 충전률 등의 함수로 제시했다. 동일한 냉각수 온도에서는 충전률이 높을수록 히트파이프의 작동온도가 감소하였다. 열저항 값의 범위는 최소 $0.12^{\circ}C/W$에서 최대 $0.15^{\circ}C/W$까지로 나타났으며 유효 열전도율의 값은 최소 $7,703W/m{\cdot}K$에서 최대 $8,890W/m{\cdot}K$까지 변화했다. 최소 열저항은 충전률 420%인 경우에 나타났는데 이때의 작동온도는 약 $262^{\circ}C$이었다. 히트파이프의 작동한계로서 드라이아웃(dry-out)은 충전률 372%의 경우에 열부하 950 W에서 발생하였으나, 그 이상의 충전률에서는 열부하 1060 W까지 작동한계 발생이 관찰되지 않았다. 실험 결과 본 연구에서의 히트파이프는 중온 태양열 축열조에 적용되어 개당 약 1 kW의 열부하를 이송하면서 축열물질 및 축방열 대상 유동매체와 열교환을 하는데 사용하는데 충분할 것이라 판단된다.

• 태양에너지
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• 제10권3호
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• pp.3-12
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• 1990

본 실험연구에서는 탱크의 직경에 대한 높이의 비(H/D)가 3이고 유입 유량이 8LPM, 유입수의 온도와 기존 저장수와의 온도차, ${\Delta}T=30^{\circ}C$일때, 운동량교환을 최소화하여 가장 좋은 성층을 얻었고 또한 실험에서 사용한 유입구(Inlet Port)의 경우 수정 Richardson수(Modified Richardson Number), Ri가 0.004(Q=10LPM, ${\Delta}T=30^{\circ}C$) 이하의 값에서는 완전 혼합(Fully Mixing)이 발생하고 H/D가 작아질수록 혼합층의 두께($H^*/H$)가 증가하여 성층 축열에는 바람직하지 못하였다. 그리고 성층은 성층을 촉진시키기 위하여 Distributor를 사용했을 때가, Distributor를 사용하지 않은 유입구(Inlet Port)의 경우 보다 잘 형성되어 저장효율이 Distributor를 사용한 경우(Q=8LPM, ${\Delta}T=30^{\circ}C$, H/D=3)에 Distributor를 사용하지 않은 유입구(Inlet Port)의 최저효율 63%(Q=12LPM, ${\Delta}T=30^{\circ}C$, H/D=3인 경우)보다는 31% 정도, 최대효율 84%(Q=8LPM, ${\Delta}T=30^{\circ}C$, H/D=3인 경우)보다는 11% 정도 높은 95%까지 저장 효율을 증가시킬 수 있었다. 더 나아가서 단면이 균일한 원형 Distributor(A=D=Constant)의 경우에, 유량이 8LPM인 경우에 관내의 압력차가 작아 부분혼합(Partial Mixing)이 감소하여 안정된 성층을 얻을 수 있었다. 그리고, Distributor의 직경을 다음식과 같이 $$\frac{D}{D_L}=(\frac{x}{L})^{1/2}(1+\frac{fL}{2D})-\frac{fx}{2D_L}$$ 길이에 대하여 변화시켜 Distributor를 제작함으로써, 보다 안정된 열성층과 높은 열저장 효율을 얻을 수 있을 것으로 예상한다.

• 태양에너지
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• 제15권1호
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• pp.13-28
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• 1995

온돌의 효시인 화덕은 바닥에 자갈을 깔고 그 위에 진흙을 덮었으며, 주위에 큰돌을 놓아 불을 피워 돌과 흙에 열을 저장하여 이용하였으며, 이는 열저장 측면에서 주시할만한 난방법이었다. 현재의 한국식 주거용 난방시설은 연탄, 석유 및 가스 보일러를 이용한 온수순환온돌로서 전통온돌에서 사용한 돌과 흙같은 축열매체가 사용되고 있지 않다. 축열매체를 사용하고 있지 않기 때문에 온돌바닥면과 난방공간과의 온도차가 심하게 되어 쾌적도가 떨어지므로 난방열을 지속적으로 공급해야 하는 어려움이 있다. 이와 같은 현재의 난방법을 개선기 위하여, 본 연구에서는 잠열축열재와 바이오세라믹으로 구성된 온돌을 개발하였고, 그 난방특성을 실험적으로 분석하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.225.2-225.2
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• 2010

전 세계는 온실 가스의 방출을 줄이기 위하여 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 에너지를 찾기 위해 연구개발에 박차를 가하고 있다. 이러한 계속적인 연구에서, 전 세계의 국가들은 태양열, 풍력, 지열 및 수소에너지와 같이 화석연료를 대체할 다양한 가스를 조사해왔다. 대체에너지 중 수소 연료는 실제로 배출가스가 없기 때문에 가장 유망한 대안이라고 할 수 있다. 연료전지자동차용 연료로 수소를 사용하기 위해서는 저장합금, 액체 및 압축 상태로 저장할 수 있다. 이 중 세계 대부분의 자동차 메이커 들은 수소를 압축하는 방식을 채택하고 있으며, 주행거리를 확보하기 위하여 고압상태로 수소가스를 저장하는 방식을 사용한다. 수소연료전지 자동차용으로 고압의 수소를 저장할 수 있고, 자동차에 탑재할 수 있도록 가벼운 용기의 개발이 진행되고 있다. 이 중 Type3와 Type4 형태의 용기가 시범적으로 적용되고 있으며, 이러한 용기의 안전성을 확보하기 위한 기준들이 국 내외에서 개발되고 있다. 현재 국제기준 중 UN ECE의 WG.29에서 선진국들을 중심으로 수소연료전지 자동차용 용기의 안전성 평가를 위한 기준을 개발하고 있다. 본 연구에서는 ISO. 15869의 기술기준에 대한 안전성 분석과 미국의 SAE J2579의 기술 보고서에서 제시한 새로운 개념의 안전성 평가 기법을 기준으로 제정되고 있는 UN ECE WG.29의 draft초안을 비교하고, 향후 수소연료전지 자동차용 용기를 위한 국내기준의 방향을 제시하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.112.2-112.2
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• 2010

지구의 온난화로 인한 기상변화 등이 계속적으로 발생하는 가운데 전 세계는 지구 온난화의 가장 근본적인 원인인 이산화탄소의 방출을 줄이기 위한 방안을 찾기 위해 많은 노력을 하고 있다. 이에 대해 전 세계적으로 각종의 기후협약 체결, 리우선언, 도쿄의정서 등을 통해 온실가스 배출원인인 석유 등 화석에너지 배출을 억제하기 위한 활동이 행해지고 있으며, 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 새로운 에너지를 발견하기 위한 연구개발에도 박차를 가하고 있다. 이러한 계속적인 연구개발에서, 세계의 국가들은 친환경 에너지인 태양열, 풍력, 지열 및 수소에너지와 같이 화석연료를 대체할 수 있는 다양한 에너지를 조사하고 개발해왔고 현재도 가장 적합한 에너지 자원을 찾기 위하여 노력 중에 있다. 최근에, 수많은 대체에너지 중 수소 에너지는 유해배출가스가 없기 때문에 가장 유망한 대안이라고 판단되어 전 세계가 수소에너지 연구개발에 주목하고 있다. 이러한 수소에너지를 교통수단에 적용하기 위하여 전 세계적으로 안전성 및 기술 확보를 위한 기술개발과 안전기준의 확립하기 위해 노력하고 있다. 현재 기술적으로 수소를 자동차용 연료로 사용하기 위해서는 수소를 액체 상태 및 압축 상태로 저장하는 것이다. 두 가지 저장방법 중 세계 대부분의 자동차 메이커들은 수소를 압축하는 방식을 채택하고 있으며, 자동차의 주행거리를 최대한 확보하기 위하여 수소가스를 고압으로 압축한 상태로 저장하는 방식을 사용하고 있다. 이에 따라 고압의 수소를 안전하게 저장할 수 있는 고압수소용기의 개발이 필요하다. 수소연료전지 자동차에 장착이 가능한 고압으로 압축된 수소를 저장할 수 있고, 자동차에 탑재할 수 있도록 적합한 크기의 가벼운 용기의 개발이 진행되어지고 있다. 자동차용 용기는 크게 4가지 타입으로 구분지어 진다. 현재는 4가지 타입의 압축용기 중 안전성과 중량을 만족시키기 위해 Type3와 Type4 형태의 용기가 수소자동차에 시범적으로 적용되어 운용되고 있다. 또한 고압수소용기의 신뢰성과 안전성을 확보하기 위한 기준 및 코드가 국 내외에서 연구 개발되고 있다. 본 연구에서는 수소연료전지자동차에 장착되는 고압수소용기의 국제기준 동향에 따른 국내의 차량용 고압수소용기를 위한 KGS 안전기준의 개발현황과 개발방향을 제시하고자 한다.

• 태양에너지
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• 제20권4호
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• pp.25-30
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• 2000

The present study has been conducted to offer an geometrically optimal structure of a storage tank for a regenerator. In this paper, three kinds of baffle plates supposed to increase the regeneration rate and classified as "Type A($L^*$=0.25, 80(L)$\times$300(W)$\times$50 (H) [mm])", "Type B($L^*$=0.5, 150(L)$\times$300(W)$\times$50 (H) [mm])", and "Type C($L^*$=0.75, 230(L)$\times$300(W)$\times$50(H) [mm])" were suggested and tested. They were placed between the vertical C-C layers in the tank. Solution temperature and concentration were used to evaluate the regeneration rate. As a result, the regeneration rate was better in "Type C".

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1832-1836
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• 2009

우리나라 수위관측소에 설치되어 있는 수위표는 야간 시인성 부족으로 야간이나 우천시 수위관측을 수행하는데 있어 많은 어려움이 있다. 특히 유량측정 전후 수위관측이 반드시 필요하지만 야간일 경우 눈으로 확인하는 것이 쉽지 않다. 야간 수위관측시 시인성을 높이기 위해 일부 관측소에서 야광도료를 이용하거나 빛의 반사효과를 높인 수위표를 설치하는 등의 노력을 하고 있으나 그 효과는 크지 않다. 이에 본 연구에서는 야간 수위관측시 수위 식별이 어려운 문제를 해결하기 위해 첨단 소자인 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 수위표를 개발하고 동시에 전류식 수위센서를 이용하여 자동 수위측정이 가능한 수위표를 개발하였다. 이는 기존의 눈으로 확인하는 수위표와 로거에 저장되는 수위측정장치를 하나로 통합한 것이며 주야간을 가리지 않는 탁월한 시인성과 정확한 수위측정 및 수위자료의 저장이 특징이다. LED는 최근 각광받고 있는 첨단 소자로서 각종 전광판 등에 다양하게 활용되고 있으며 전력을 크게 소비하지 않는 것이 특징이다. 또한 전기장치를 수중에 설치하는 것이므로 방수를 위해 실리콘을 이용하여 완벽 방수구조를 갖추었으며 홍수시 하천 유하물에 의한 파손을 방지하기 위해 내구성을 갖춘 구조로 설계 제작하였다. LED를 이용한 수위표는 야간이나 홍수시 수위관측을 수행할 때 많은 장점이 있을 것으로 판단되며 저전력 구조로 상용전원을 이용할 수 없는 위치에서 태양열 전지판을 이용한 배터리 기반 시스템으로 구성할 수 있으므로 측정의 정확도, 활용도 측면뿐만 아니라 설치의 편리성 문제도 큰 장점을 가질 것으로 판단된다.

• 태양에너지
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• 제9권3호
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• pp.37-43
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• 1989

This paper dealt with thermal storage efficiency due to difference ($T_{\infty}-Ti$) between the mean temperature of water in the storage tank [$0.5m{\times}0.5m{\times}1.0m$] and the temperature of water flowing into the tank, flow rate of water flowing into the tank and shape of porous manifold which water flow into the tank through. As results of experiments; (1) When the flow rate was constant and the diameter of porous section decreased by 8mm, 6mm, and 4mm, the thermal storage efficiency increased. (2) When the diameter of porous section was constant and the difference ($T_{\infty}-Ti$) between the mean temperature of water in the storage tank and the temperature of water flowing into the tank increased by -30, -20, -10, 5, 10, 15 ($^{\circ}C$), the thermal storage efficiency increased. (3) When the($T_{\infty}-Ti$) was constant and the flow rate decreased by 0.8, 0.4, 0.25(LPM), the thermal storage efficiency increased. (4) When the shape of porous section was rigid, the thermal storage efficiency was the most effective, and with establishing flexible porous section or mesh, the effective thermal storage efficiency was obtained.

• 태양에너지
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• 제18권3호
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• pp.89-94
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• 1998

태양열 응용을 위한 한 방편으로 캡슐화된 PCM을 이용한 유동층 축열조에서 축열 및 방열과정에서 열전달 특성을 살펴보았다. 유동층 축열조는 원통형으로 높이는 40cm, 직경은 5.0cm 이었다. 축열물질은 무기염의 일종인 sodium acetate 였으며, 이것은 파라핀 왁스와 PMMA 로 코팅되었다. 캡슐화된 PCM의 크기는 약 $2{\sim}3mm$였으며, 용융점은 $58^{\circ}C$였다. 축열 및 방열과정시 유동층 축열조의 시간에 따른 온도분포, 순간 열저장 및 방출 속도를 측정하였으며 이로부터 유동층 축열조의 체적 열전달 계수를 도출하였다. 또한 유동층 축열조의 조업변수인 열전달 유체의 유속, 유입온도에 대한 열전달 계수의 영향도 관찰하였다.