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□ 핵심기술
히트파이프형 태양열집열기의 집열성능에 결정적인 영향을 미치는 매니폴드 열교환기에 편심형 기술이 적용된 고효율 단일진공관형 태양열집열기 개발 및 제품화 기술

□ 최종목표
◦ 진공관형 태양열집열기용 고효율 편심형 매니폴드 최적설계 및 제작기술 개발
◦ 진공관형 태양열 집열기 KS 인증 및 사업화
◦ 편심형 매니폴드 제작설비 및 공정 개발을 통한 경쟁력 확보

□ 개발내용 및 결과
◦ 개발기술 1: 편심형 매니폴드 입·출구 적용 진공관형 태양열집열기
- 매니폴드의 입·출

□ 핵심기술
히트파이프형 태양열집열기의 집열성능에 결정적인 영향을 미치는 매니폴드 열교환기에 편심형 기술이 적용된 고효율 단일진공관형 태양열집열기 개발 및 제품화 기술

□ 최종목표
◦ 진공관형 태양열집열기용 고효율 편심형 매니폴드 최적설계 및 제작기술 개발
◦ 진공관형 태양열 집열기 KS 인증 및 사업화
◦ 편심형 매니폴드 제작설비 및 공정 개발을 통한 경쟁력 확보

□ 개발내용 및 결과
◦ 개발기술 1: 편심형 매니폴드 입·출구 적용 진공관형 태양열집열기
- 매니폴드의 입·출구를 상부 최적점에 위치시킨 편심형 기술
- 열매체의 온도상승 및 연관된 작용에 의해 설비배관 내부에 발생된 기포(Air)는 태양열 집열기 뿐만 아니라 설비시스템의 성능에 유해 요인이 되며, 기존 태양열집열기의 매니폴드는 기포를 제거하기 위한 공기배출기 (Air Vent)가 설치됨
- 편심형 기술의 적용으로 상기 기포발생을 최소화하여 태양열집열기 및 설비시스템의 효율 향상을 기대할 수 있음
- 또한, CFD(Computation Fluid Dynamics)를 이용한 성능분석 시뮬레이션을 통해 열전달 성능 개선 확인
- 시제품 제작 및 성능시험 결과 상용제품 대비 개선된 성능이 확인됨
- 저가화 매니폴드 규격 변경 및 전용 보온재를 적용한 개선 집열기는 KS인증 규격승인이 완료되었으며 인증성능시험 이후 인증 제품화가 진행됨

◦ 개발기술 2: 와류발생기가 적용된 열전달 성능 개선 편심형 매니폴드
- 편심형 진공관형 태양열집열기의 매니폴드에 와류발생기 (트위스티드 테이프, Twisted Tape)를 삽입하여 입·출구부의 편심에 따른 매니폴드 내부 불균일 유동분포를 개선하고 와류발생을 통한 열전달 성능을 향상시키는 기술 적용 (국내 및 중국 특허 출원)
- 매니폴드 입구부 및 매니폴드 내부에 와류발생기가 설치된 형태의 매니폴드 시작품 제작 및 열 성능 실험장치를 구축하였으며, 성능실험 수행 결과, 실험유량 범위 내에서 최대 약 6.3 % 열전달 성능 향상 확인

◦ 개발기술 3: 매니폴드 앤드캡 전용 고주파 유도가열 용접기
- 일반적인 산화매체 용접 방식과 달리 숙련된 용접공이 별도로 필요하지 않음
- 용접기 구조물(매니폴드 거치대) 중심을 회전축으로 설치하여 입·출구 양방향 용접을 연속적으로 수행할 수 있도록 설계함
- 동(매니폴드), 황동(앤드캡) 이종 금속 용접에 적합한 앤드캡 전용 용접링을 개발하여 사용중임
- 매니폴드 앤드 캡 전용 고주파 유도가열 용접기를 개발 및 공정 적용을 통해서 진공관형 태양열집열기 제작 신뢰성 및 제품 생산성 향상

◦ 개발기술 4: 성능개선 고효율 진공관형 태양열집열기 개발
- 매니폴드에 편심형 입출구를 적용하여 매니폴드 내 기포발생을 최소화하여 기존 공기배출기를 제거하였으며, 또한 개선된 유동분포를 통한 열 성능 향상
- 와류발생기가 적용된 편심형 진공관형 태양열집열기를 제작하여 열성능 시험을 진행하였으며, 집열기 열 성능 지표인 집열량 및 평균출력이 각각 3.1 % 및 4.8 % 개선

◦ 개발기술 5: 태양열 온수·난방 시스템
- 현재 국내 태양열 사업은 설비 설치사업이 주력이며 정부 및 지자체지원 보급사업 위주로 추진됨
- 개발된 태양열집열기 전용 온수·난방 시스템을 설계하고 테스트용 설비를 케이앤에스에너지 공장에 구축하여 가동 상태를 점검함

□ 기술개발 배경
◦ 화석연료 사용으로 인한 환경오염은 국가 간 에너지 안보(energy security) 문제로 대두되고 있음
◦ 급변하는 기후변화의 대책으로 지속가능한 에너지개발(sustainable energy development)은 국제적인 이슈(issue)가 되고 있으며 신재생에너지 기술의 개발과 확산을 가속화할 필요성이 있음
◦ 한국도 선진국의 에너지대책을 발판으로 RHO(Renewable Heat Obligation, 재생열에너지공급의무화)를 대비해야 하며 그 중심에 태양열집열 기술이 있음
◦ IEA(International Energy Agency) 태양열기술 분야 비전제시
- 태양열집열기, 축열탱크와 같은 요소기술
- 온수급탕, 난방, 냉방 등의 이용기술
- 표준화, 인증시험 등의 비 기술적인(non-technological) 분야
◦ 진공관형 태양열집열기 집열성능의 핵심요소인 열교환기가 포함된 매니폴드 기술은 세계 관련 기업들이 주요 기술개발 주제임

□ 핵심개발 기술의 의의
◦ 신규개발
- 현재 매니폴드 열교환 방식 태양열집열기에서 열매체 입·출구를 상부 편심형으로 제작하여 열효율 향상을 추구하는 방법은 해당 기술이 독보적임
◦ 이전 모델의 업그레이드
- 매니폴드 주관이 원형에서 상·하부 평탄화 가공(인발)
: 편심형 입·출구 위치 고정 및 제조 편의성을 위한 가공임
- 매니폴드 가공에 의한 앤드캡 형상 변경
- 열매체 유동 활성화 방안으로 매니폴드 내부 와류발생기 설치
- 제품 전용 보온재(glass wool) 삽입
- 고주파 유도가열 용접에 의한 용접품질 향상
◦ 개발난이도
- 편심형 기술적용 진공관형 태양열집열기
: TRL 9단계 수준으로 사업화 단계(난이도 下)
- 와류발생기 적용 성능개선 매니폴드
: TRL 7단계 수준으로 시제품 신뢰성평가 단계(난이도 中)
◦ 국산화정도
- 생산, 제조 국산화: 100%
- 원재료 국산화: 23%
◦ 해외기술 도입을 통한 개발여부
- 해당사항 없음
◦ 기술수출 가능성
- 태양열 시장 주도국가로의 수출이 가능함(중국, 유렵 등)
- 한랭지역 개발추진국의 에너지산업 변화 추세에 대응함

□ 적용 분야
◦ 개발된 매니폴드 열교환기의 기존 제품에의 적용
◦ 주택용 태양열 온수·난방 시스템 적용
◦ 산업 공정열 대용량 태양열 시스템 적용
◦ 중앙집중식 태양열 지역난방 시스템 적용
◦ 태양열 해수담수화 시스템 적용

(출처 : 초록 - 3. 개발결과 요약 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 4
• 2017년 기술이전사업화 사업 주요성과 ... 14
• 목차 ... 16
• 그림목차 ... 17
• 표목차 ... 19
• 제 1 장 서론 ... 20
• 제 1 절 사업 개요 ... 20
• 제 2 절 국내·외 관련 기술의 현황 ... 24
• 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적·경제적 파급 효과 ... 25
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 27
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 27
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 28
• 제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 30
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 30
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 31
• 제 1 절 기술사업화 최종 결과 ... 31
• 1. 기술사업화 추진 일정 ... 31
• 2. 추진 실적 ... 32
• 3. 기술사업화 결과의 유형 및 무형 성과 ... 33
• 제 2 절 기술사업화 추진 체계 ... 65
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 67
• 제 4 절 고용 창출 효과 ... 71
• 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 72
• 부 록 ... 73
• 끝페이지 ... 162