[논문]기상 조건과 축열조 용량에 따른 복합 포물형 집열기(CPC) 시스템의 열적 성능 특성에 관한 연구

임석규; 정영관; 김경훈

doi:10.7316/khnes.2019.30.1.58

기상 조건과 축열조 용량에 따른 복합 포물형 집열기(CPC) 시스템의 열적 성능 특성에 관한 연구
Study on Thermal Performance Characteristics of CPC System Depending on Weather Conditions and Capacity of Heat Storage Tank 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.30 no.1, 2019년, pp.58 - 66

임석규 (금오공과대학교 대학원) , 정영관 (금오공과대학교 기계공학과) , 김경훈 (금오공과대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Static compound parabolic collectors (CPCs) have advantages such as ease for fabrication and lower cost compared with other concentrating collectors. In this study, thermal performance analysis of CPC employing heat storage tank was carried out. The clearness index and capacity of heat storage tank are taken as the main parameters for numerical simulation. The effects of the parameters on the hourly and daily system performances ncluding the useful energy, heat loss, and collector efficiency were numerically investigated. Results showed that the system has a potential for efficient recovery of solar thermal energy.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. Schematic of CPC
그림 Fig. 2. Schematic of system
그림 Fig. 3. Plot of ambient temperature
그림 Fig. 4. Plot of total receiver insolation
표 Table 1. Basic data for simulation
그림 Fig. 5. Plot of collector plate temperature
그림 Fig. 6. Plot of heat loss at collector
그림 Fig. 7. Plot of useful energy
그림 Fig. 8. Plot of heat transfer at collector
그림 Fig. 9. Plot of collector efficiency
그림 Fig. 10. Plot of temperature in the storage tank
그림 Fig. 11. Plot of daily collector loss in the storage tank
그림 Fig. 12. Plot of daily useful energy in the storage tank
그림 Fig. 13. Plot of daily collector efficiency

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 수학적 모델링을 이용하여 축열조 용량과 청명지수의 변화에 따른 CPC 태양열 집열기의 성능 특성을 해석한다. 서울(N37.
지금까지 우리나라의 축열조를 채용한 CPC 시스템의 성능 특성에 관한 연구보고는 매우 부족한 상황이었다. 본 연구에서는 청명계수(daily clearness index, K_T)와 축열조 용량의 변화에 따른 CPC 집열기 시스템의 시간 및 일평균 열적 성능 특성을 수치적으로 해석한다. 시간에 따른 흡수판과 탱크 내부의 온도, 집열기 경사판에 들어오는 총 복사, 유용 에너지, 집열기와 축열조에서의 열손실 등의 동적 특성을 분석하고 시간에 대한 적분을 통하여 하루 동안의 유용에너지와 집열기 효율을 예측한다.

가설 설정

2) 집열기 흡수판 온도, 축열조 온도, 열손실은 오후에 그리고 유용에너지는 오전에 최대값을 가지며, 청명계수가 낮아짐에 따라 최대값의 발생시각이 지연된다.
4) 축열조 용량이 증가하면 청명게수가 높은 경우에는 일일 열손실은 감소하고 유용에너지와 집열기 효율은 증가하나 청명계수가 낮으면 반대가 된다.
일일 집열기 효율은 하루 동안 집열 기에 들어오는 총 복사량에 대한 유용에너지의 비율로 정의된다. 주어진 축열조 용량에서 일일 집열기 효율은 청명계수가 낮아질수록 감소하며 그 감소율도 커진다. 또한 일일 집열기 효율은 축열조의 용량이 커짐에 따라 증가하지만 그 증가율은 청명계수가 낮아질수록 감소한다.
본 시스템에서 축열조는 태양에너지의 저장장치로 사용된다. 해석의 편의를 위하여 축열조 내부의 유체는 완전히 혼합되어서 축열조 내부의 온도 구배는 무시할 수 있다고 가정한다. 축열조에서 에너지 평형으로부터 축열조 내부의 유체 온도 T_L은 다음과 같은 방정식으로 나타낼 수 있다¹⁸⁾.

제안 방법

본 논문은 서울을 기준으로 전형적인 날씨에 청명 계수와 축열조 용량 변화에 따른 복합 포물형 집열기(CPC) 시스템의 시간 및 일일 열적 성능 특성을 수치적 모델링으로 해석하였으며 주요 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 청명계수(daily clearness index, K_T)와 축열조 용량의 변화에 따른 CPC 집열기 시스템의 시간 및 일평균 열적 성능 특성을 수치적으로 해석한다. 시간에 따른 흡수판과 탱크 내부의 온도, 집열기 경사판에 들어오는 총 복사, 유용 에너지, 집열기와 축열조에서의 열손실 등의 동적 특성을 분석하고 시간에 대한 적분을 통하여 하루 동안의 유용에너지와 집열기 효율을 예측한다.

대상 데이터

본 논문에서는 수학적 모델링을 이용하여 축열조 용량과 청명지수의 변화에 따른 CPC 태양열 집열기의 성능 특성을 해석한다. 서울(N37.6, E127)을 대상지역으로 하며 해석에 사용된 CPC의 기본 데이터는 Table 1에 표시하였다.

이론/모형

0℃일 때 시간에 따른 대기 온도를 보여준다. 시뮬레이션을 위한 하루 동안 시간에 따른 대기 온도는 일일 최고 및 최저 온도 및 발생시간으로부터 Degelman¹⁹⁾의 대기 온도 모델을 이용하여 구하였다.

성능/효과

1) 평판형 집열기에 비하여 집열기 흡수판의 온도와 축열조 내부 온도도 높고 유용에너지도 크다.
3) 청명계수가 낮아질수록 일일 집열기 열손실와 유용에너지는 감소하며 집열기 효율은 특히 집열기 효율은 급격히 감소한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	청명지수 KT는 무엇인가?	태양에너지 시스템의 설계를 위하여 집열기 표면에 도달하는 일사량의 측정이나 계산이 필요하다. 청명지수 KT는 대기권 밖 수평면 일사량에 대한 지상 수평면 일사량의 비로 정의된다.
	집열기 시스템에서 축열조의 채용은 어떠한 역할을 하는가?	태양열 집열기는 기상 조건의 변화에 따라 에너지 수집이 불안정해질 수 있다. 집열기 시스템에서 축열 조의 채용은 수집한 태양에너지를 저장할 뿐만 아니라 태양 복사가 불충분할 때에 안정적으로 에너지를 공급해 주는 역할을 한다1). Park 등14)은 기상 조건과 축열조 용량에 따른 평판형 집열기 시스템의 동적 성능을 해석하였다.
	CPC 집열기의 장점은 무엇인가?	CPC 집열기는 고정식 또는 추적식 집광형 집열기 로서 집광을 통하여 태양 복사에너지를 집중함으로써 보다 높은 온도를 얻을 수 있다. Winston2)은 CPC 의 집열 퍼텐셜 계산 모델을 제시하였으며, Rabl3)은 CPC 모델링을 통하여 광학 및 열 속성에 대한 변수들의 영향을 수치적으로 해석하였다.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증