초록 ▼

핵심기술
극세관형 히트파이프에서 열을 흡수하여 기화되는 작동유체에 의해 액체상태의 작동유체가 유동하게 되면서 작동유체의 진동이 유도되어 경계층이 최소화되고 불규칙한 난류유동이 구현됨으로써 히트파이프 내부의 작동유체에 의한 열전달 효율이 증대
최종목표
극세관형 히트파이프를 이용한 고효율, 고온태양열집열장치 개발
1. 태양열 집열기에 적용 가능한 극세관형 히트파이프 개발
2. 극세관형 히트파이프를 적용한 태양열 집열기의 사업화 가능여부 도출
개발내용 및 결과
태양열에너지는 태양으로부터 오는 복사에너

핵심기술
극세관형 히트파이프에서 열을 흡수하여 기화되는 작동유체에 의해 액체상태의 작동유체가 유동하게 되면서 작동유체의 진동이 유도되어 경계층이 최소화되고 불규칙한 난류유동이 구현됨으로써 히트파이프 내부의 작동유체에 의한 열전달 효율이 증대
최종목표
극세관형 히트파이프를 이용한 고효율, 고온태양열집열장치 개발
1. 태양열 집열기에 적용 가능한 극세관형 히트파이프 개발
2. 극세관형 히트파이프를 적용한 태양열 집열기의 사업화 가능여부 도출
개발내용 및 결과
태양열에너지는 태양으로부터 오는 복사에너지를 열에너지로 변화시켜, 바로 이용하거나 저장했다가 필요시 사용하기 위한 시스템.
개발의 핵심은 히트파이프가 극세관의 형상으로 이루어지며, 히트파이프가 진공관에 삽입이 됨에 따라 열전달효율이 가장 높은 전도와 복사에 의해 히트파이프 내부를 유동하는 작동유체에 열전달효율이 증대되어 저밀도의 일사량에서도 높은 효율로 태양열을 집열할 수 있게되며, 히트파이프가 “U"자관 극세관 형상으로 이루어짐에 따라, 히트파이프 내 작동유체는 액,기의 상변화가 유도되어 경계층이 최소화되고 불규칙한 난류유동이 구현됨으로써, 작동유체의 효율이 증대된다.
히트파이프의 외주면은 "U"자관에 따라 정해진 형상의 집열핀을 사용하여 열전달 효율이 더욱 증대될 수 있도록 하고 있다.
극세관형 태양열집열장치의 구성은 메인관체, 집열용 파이프, 집열용 "U"자관 히트파이프, 이중진공관, Twisted tape, 집열핀으로 이루어지며, 1)메인관체는 내부통로에 의한 정해진 길이의 관형상으로 이루어지고(내부통로로 작동유체가 충진)
2)집열용 파이프는 메인관체의 내부통로를 관통하여 설치(내부로열매체가 유동)
3)극세관형 히트파이프는 내부유로를 가진 "U"자형 관체로 이루어지고, 내부유로의 양단부가 메인관체의 내부통로와 연통되도록 메인관체의 외주면을 관통하여 메인관체와 결합되며, 내부유로가 모세관현상을 발생시킬 수 있는 단면크기를 가져 내부통로의 작동유체가 내부유로로 유입되면서 태양열을 흡수하여 상변화를 일으키며 유동하게 된다.
기술개발배경
최근 고유가로 인한 에너지 비용상승과 지구온난화에 따른 이상기후로 신재생에너지에 대한 관심이 고조되고 있다.
지금 우리가 사용하는 화석에너지는 98%가 수입품으로 엄청난 비용을 지불하고 있으며, 그 보다도 더 큰 문제는 화석에너지가 내뿜는 이산화탄소는 지구온난화의 주범이다. 이로인해 다음과 같은 문제점이 발생한다.
① 환경비용이 추가되어 생산현장에서의 단기적인 비용인상이 발생 제품의 가격이 상승.
② 탄소집약적인 에너지 사용이 자제되거나, 청정이용 기술이 확대. 특히 에너지 서비스 비용이 증가.
③ 온실가스 저감기술 및 신재생에너지 기술의 역할이 더욱 중요.
(신규투자 설비에 대한 청정기술의 선택이 집중)
본 연구는 에너지 절감을 위한 극세관형 히트파이프를 이용한 고효율 태양열 집열장치에 대하여 연구개발을 하고자 한다.
적용분야
① 가정용, 사무용, 상업용 건물의 냉난방, 온수급탕 분야 이용
- 가정용 온수급탕, 난방용으로 활용
- 건물의 사무실 난방용, 온수급탕용으로 활용
② 농수산의 진공 동결건조 분야 이용
- 농수산물 온풍건조, 제습시 활용이 가능하다
③ 산업 공정열, 폐수처리 분야 이용
- 산업분야의 공정상에 필요한 열(공온수 및 스팀)을 태양열로 이용하는 것으로, 저온에서 고온까지 다양하며 하절기에도 태양열을 효과적으로 사용할 수 있다
④ 식품가공업, 섬유제조업, 제지 및 펄프공정의 건조분야 이용
- 식품가공 온수급탕용, 섬유제조, 제지 및 펄프공정의 온수용수로 사용, 또는 펄프공정 증발건조 중온수로 활용이 가능
⑤ 식품용기(병 또는 캔제품)의 세척용 온수 및 염색공정의 온수로 활용이 가능.
⑥ 흡수식 냉동기의 재열기 열원 (70℃이상)
- 일반적으로 태양열 냉방은 기존의 냉방시스템 중 열에 의해서 구동되는 것을 태양열로 대체한 것이다.
- 1중 효용 흡수식 냉동기, 제습냉방 시스템, 흡착식 냉방시스템에 활용이 가능하다.
⑦ 원예시설 난방용
- 비닐하우스 (원예, 채소, 과일 등) 온실용으로 활용이 가능

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 9
• 목 차 ... 12
• 제 1 장 서론 ... 14
• 제 1.1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 14
• 제 1.2 절 국내 •외 관련 기술의 현황 ... 17
• 제 1.3 절 기술개발 시 예상되는 기술적 •경제적 파급 효과 ... 23
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 28
• 제 2.1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 28
• 제 2.2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 28
• 제 2.3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 30
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 32
• 제 3.1 절 연구개발 최종 결과 ... 32
• 1. 충진량에 따른 태양열 집열기의 성능 특성 ... 32
• 3.1.2. 극세관형 히트파이프의 성능실험 및 결과 분석 ... 40
• 3.1.3. 태양열 집열장치 설계 및 제작 ... 41
• 제 3.2 절 태양열집열기의 형상 비교 실험 ... 46
• 3.2.1. Single heatpipe (U-type 형) ... 46
• 3.2.2. Scrap heat pipe (Smooth, Steel Scrap winding) ... 48
• 3.2.3. Double heat pipe (Double-U type 형) ... 49
• 3.2.4. 기존의 Double-U type heat pipe형에 수배관 내 Twisted wires brush 삽입 ... 51
• 제 3.3 절 태양열집열기의 최적화 실험 ... 53
• 3.3.1. U-type 태양열 집열기의 관경비교 : R-141b Φ4.2와 Φ8의 비교 ... 54
• 3.3.2. 열매체 비교(U-type) : Φ8 Acetone과 Φ8 R-141b의 비교 ... 56
• 3.3.3. 형상비교 : Acetone Φ8 와 141-b Double U자관 집열기와의 비교 ... 59
• 3.3.4. 최종비교(U-type) : 최종시작품과 기존의 집열기(리누오 파라디그마社)와의 비교 ... 61
• 3.3.5. 결 론 ... 65
• - 연구개발 추진 일정 ... 68
• - 연구개발 추진 실적 ... 73
• - 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ... 73
• 제 4 장 연구개발 추진 체계 ... 74
• - 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 74
• 제 5 장 시장 현황 및 사업화 전망 ... 76
• 제 5.1 절 시장현황 ... 76
• 제 5.2 절 사업화 전망 ... 79
• 참고문헌 ... 83
• 최종보고서 요약서 ... 85