Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.6_1
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pp.1001-1010
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2023
To solve the problem that photovoltaic panels can not harvest electrical energy at a cloudy day and night, a floating solar thermoelectric generator (FSTEG, hereafter) is studied. The FSTEG is consisted of a dome shaped Fresnel lens to condense solar energy, a thermoelectric module connected with a heat sink to keep temperature difference, a floating system simulating a wavy ocean and an electrical circuit for energy storage. The dome shaped Fresnel lens was designed to have 29 prisms and its optical performance was evaluated outdoors under natural sunlight. Four thermoelectric modules were electrically connected and its performance was evaluated. The generated energy w as stored in a Li-ion battery by using a DC-DC step-up converter. For the application of ocean environment, the FSTEG was covered by the dome shaped Fresnel lens and sealed to float in a water-filled reservoir. The harvested energy shows a potential and a method that the FSTEG is suitable for the energy generation in the ocean environment.
Recently, energy consumption for heating costs, which is 35% of smart farm energy costs, has increased, requiring energy consumption efficiency, and the importance of new and renewable energy is increasing due to concerns about the realization of electricity bills. Renewable energy belongs to hydropower, wind, and solar power, of which solar energy is a power generation technology that converts it into electrical energy, and this technology has less impact on the environment and is simple to maintain. In this study, based on the greenhouse heat storage tank and heat pump data, the factors that affect the heat storage tank are selected and a heat storage tank supply temperature prediction model is developed. It is predicted using Long Short-Term Memory (LSTM), which is effective for time series data analysis and prediction, and XGBoost model, which is superior to other ensemble learning techniques. By predicting the temperature of the heat pump heat storage tank, energy consumption may be optimized and system operation may be optimized. In addition, we intend to link it to the smart farm energy integrated operation system, such as reducing heating and cooling costs and improving the energy independence of farmers due to the use of solar power. By managing the supply of waste heat energy through the platform and deriving the maximum heating load and energy values required for crop growth by season and time, an optimal energy management plan is derived based on this.
Heliostat in the tower type solar thermal power plant is a sun tracking mirror system to reflect the solar energy to the receiver and the optical performance of it affects to the efficiency of whole power plant most significantly. Thus a solid understanding of heliostat's energy concentration characteristics is the most important step in designing of the heliostat field and the whole power plant. The work presented here is the analysis of energy concentration characteristics of heliostat used in 200kW solar thermal power plant, where the receiver located at 43m high in tower has $2{\times}2$m rectangular shape. The heliostat reflective surface is formed by 4 of $1{\times}1$m flat plate mirror facet and the mirror facet is mounted on the spherical frame. The direct normal incident radiation models in vernal equinox, summer solstice, autumnal equinox and winter solstice are first derived from the actually measured data. Then the intercept ratio, heat flux distribution and total energy collected at the receiver for the heliostats located in the various places of the heliostat field are investigated. Finally the effect of mirror facet installation error on the optical performance of the heliostat is analyzed.
A numerical investigation has been carried out for a solar system, which consists of all glass solar vacuum tubes Water is heated as it flows through the coaxial fluid conduit inserted in each tube. The space between the exterior of the fluid conduit and the glass tube is filled with antifreeze solution. This is to facilitate heat transfer from the solar heated absorber surface to water and to prevent the functional problems due to freezing in frigid weather conditions. A one-dimensional steady state model is fully described which will be used to develop three-dimensional model using STAR-CD. These models could be used efficiently in designing all-glass solar collector tubes with different geometrical parameters other than those considered in the present analysis. Results show good agreement when compared with other experimental data demonstrating the reliability of the present model.
Heliostat in the tower type solar thermal power plant is a sun tracking mirror system to reflect the solar energy to the receiver and the optical performance of it affects to the efficiency of whole power plant most significantly. Thus a proper design of structure of the heliostat reflective surface could be the most important step in the construction of such power plant. The work presented here is a design of structure of optical surface of heliostat, which will be used in 200kW solar thermal power plant. The receiver located at 43(m) high from ground in tower has $2{\times}2$(m) rectangular shape. We first developed the software tool to simulate the energy concentration characteristics of heliostat using the ray tracing technique. Then, the shape of heliostat reflective surface is designed with the consideration of heliostat's energy concentration characteristics, production cost and productivity. The designed heliostat's reflective surface has a structure formed by canting four of $1{\times}1$(m) rectangular flat plate mirror facet and the center of each mirror facet is located on the spherical surface, where the spherical surface is formulated by the mirror facet mounting frame.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.20
no.11
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pp.760-766
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2008
The characteristics of heat transfer and pressure drop of several different porous materials which can be used as inserts inside solar volumetric air receivers were experimentally investigated. Generally, porous materials were inserted into solar volumetric air receivers to increase the thermal performance. In the present work, honeycomb (diameter: 100 mm, thickness: 30 mm), laminated mesh (diameter: 100 mm, thickness: 1 mm) are considered as the inserts for the experiment. The experimental apparatus consists mainly of a cylindrical ceramic duct as a receiver and an electric heater as an energy source. This system is an intake open loop, which used as air of working fluid. The temperatures inside the ceramic tube are measured by thermocouples, which are installed at each layer of the porous materials. The pressure-drop experimental apparatus is fabricated alike the above experimental equipment. An acrylic tube is used like as the ceramic tube, which has the same specifications of the ceramic tube. The pressure drop of porous materials inserted in the acrylic tube is measured between front and rear of those by transmitter. The results show that the laminated mesh surpasses the honeycomb of heat transfer and pressure drop increase as the porous material thickness and Reynolds number.
Energy Balance Model (EBM) was used to experiment the distribution of surface equilibrium temperature which responds to external forcing associated with the surface characteristics. Surface equilibrium temperature is calculated as sum of incoming solar radiation and latitudinal transport is balanced with outgoing infrared radiation. To treat incoming solar radiation, the source of the earth energy, significantly for energy balance, the experiment for surface equilibrium temperature distribution was performed considering the energy balance with the latitudinal albedo change as well as land and sea distribution. In addition, linear albedo change experiment, arctic albedo 5%, 10%, 15% change experiments and the opposite albedo change experiments between arctic and mid-latitudes were performed using incoming solar radiation as an external forcing. Moreover, with and without ice-albedo feedback experiments were performed. Increasing of arctic albedo is blocked out the incoming solar radiation so that it induces decreasing of latitudinal heat transport. It is strengthened energy transport from low latitudes by keeping arctic low energy states. Therefore the temperature change in the mid-latitudes exhibits larger response than that of arctic due to the difference of transport. The land which has lower heat capacity than sea can be reach to equilibrium temperature shortly. Also land is more sensitive to temperature change with respects to albedo. Thus it induces the thermal difference between land and sea. As a result, the equilibrium temperature exhibits differently as the difference of albedo and heat capacity which are the one of surface characteristics. Surface equilibrium temperature decreases as albedo increase and the ratio of temperature change is large as heat capacity is small. The decreasing of surface equilibrium temperature with respects to increasing of linear albedo is accelerated by ice-albedo feedback. However local change of surface equilibrium temperature decreases non-linearly.
For efficient use of solar energy in plastic greenhouse, thermal storage system was developed. The system was constructed with the counter-flow type air-water heat exchanger using a thin polyethylene film as a medium of heat exchange parts. Experiments were carried out to investigate the heat exchange rate, optimum water flow rate, overall heat transfer coefficient, and the effectiveness of the counter-flow type air-water heat exchanger with polyethylene film bags. Mathematical model to predict air temperature leaving heat exchanger was developed. The results obtained in the present study are summarized as follows. 1. Heat exchange rate in the counter-flow type air-water heat exchanger with polyethylene film bags was compared to that of polyethylene film. Heat exchange rate was almost identical at air velocity of 0.5m/s on polyethylene film surface. But, heat exchange rate of heat exchanger with polyethylene film bag was $32{\sim}55KJ/m^2$ hr higher than that of polyethylene film at air velocity of 1.0m/s. 2. Considering the formation of uniform water film and the sufficient heat exchange rate of polyethylene film bags, optimum water flow rate in polyethylene film bags was $3.0{\sim}6.0{\ell}/m^2$ min. 3. The overall heat transfer coefficient of polyethylene film bags was found to be $35.0{\sim}130.0KJ/m^2\;hr\;^{\circ}C$ corresponding to the air velocity ranging 0.5 to 4.0 m/s on polyethylene film surface. And the overall heat transfer coefficient showed almost linearly increasing tendency to the variation of air velocity. 4. Mathematical model to predict air temperature leaving the heat exchanger was developed, resulting in a good agreement between the experimental and predicted values. But, the experimental results were a little lower than predicted. 5. Effectiveness of heat exchanger for the experiment was found to be 0.40~0.81 corresponding to the number of transfer units due to the variation of air velocity ranging 0.6 to 1.7 m/s.
Recently, alternative energy resources have emerged considerably due to the high oil prices and environment problems. Deep sea water that is one of the natural energy sources can be one of the attractive solutions to reduce the environment problems, and there are already a few examples in some developed countries. In this study, cooling system of deep sea water using heat exchangers of two hotels, located in near Haeundae Bay in Busan, have been analyzed on the quantity of electricity and gas use comparison between existing cooling system and deep seawater cooling system by using E-Quest simulation program. The results of the study showed that the Hotel A approximately saves 370 millions won per year, and the Hotel B saves 248 millions won per year. It means that the cooling system by using deep sea water has great worth to reduce the ratio of fuel sources.
In this study, the history of Korean traditional Ondol was investigated and the latent heat materials and bioceramics were selected to develop the latent heat storage-bioceramics Ondol system based on the Korean traditional Ondol(sensible heat storage type), and the thermal characteristics of Ondol were analyzed experimentally The results could be summarized as follows; 1. Korean traditional Ondol has been originated in "Whaduk" which had been utilized continuously for about $2{\times}10^6$ years from the Old Stone Age to the Bronze Age, and Korean traditional Ondol using in these days has been utilized for about 976 years from the Koryu Dynasty to the Modern Ages. 2. $Na_2SO_4{\cdot}10H_2O(SSD)$ was selected as latent heat material for the latent heat storage Ondol. 3. Ondol unit was filled with the latent heat material of 0.63 kg and the dimension of Ondol unit was $400mm{\times}400mm{\times}27mm(width{\t\imes}depth{\times}height)$. 4. The comfortable surface temperature($23{\sim}29^{\circ}C$) of the latent heat storage Ondol was lasted 5 hours at the room temperature of $16{\sim}18^{\circ}C$, whereas that of sensible heat storage Ondol was lasted only 1.0 hours in the same conditions. 5. For the thermal effect of bioceramics, the Ondol air temperature i.n case of bioceramics treatment on the pannel was higher than that of without bioceramics treatment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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