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요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 서론 17
제1절 연구의 개요 17
1. 기술개발의 배경 17
가. 에너지, 환경문제와 신재생에너지 보급 17
나. 태양에너지 18
다. 고집광 태양에너지 19
2. HFSF(High-Flux Solar Furnace) 20
가. HFSF의 집광 시스템 21
나. HFSF의 화학반응 시스템 22
제2절 연구의 목표 및 내용 24
1. 연구 목표 24
가. 최종 목표 및 연차별 목표 24
나. 개발 핵심기술의 내용 및 추진 일정 26
제2장 Heliostat 및 1차 집광 시스템 29
제1절 Heliostat 보완 설계 및 제작 30
1. 기 보유 80㎡ 급 Heliostat 30
가. 설계 및 제어 30
나. 평면반사거울 설계 및 제작 32
2. 120㎡급 Heliostat 보완 설계 및 제작 35
제2절 고정형 Dish Concentrator 37
제3장 성능시험동 설계 및 구축 41
제4장 집광 성능 평가 56
제1절 집광성능 평가를 위한 Flux Mapping 장치 56
제2절 Flux Mapping 결과 58
제5장 High-Flux 열전달 실험 60
제1절 High-Flux 열전달 흡수기 해석 및 실험 개요 60
제2절 태양열 흡수기/반응기의 모델링 62
제3절 태양열 흡수기/반응기의 모델 해석 66
제4절 태양열 흡수기/반응기 수치해석 결과 70
1. 수렴성 검토 70
2. 강제순환식 열이송의 특성 모사 70
3. 히트파이프식 열이송의 특성 모사 84
4. 강제순환식과 히트파이프식 열이송의 정량적인 특성 비교 95
제5절 고온 태양열반응기 열전달용 히트파이프 실험 98
1. 고온 히트파이프 작동유체의 검토 98
2. 고온 히트파이프와 실험장치 104
3. 고온 Heat Pipe의 실험 106
제6장 결론 109
참고문헌 111
부록 : A1. HFSF용 집광시스템 상세 설계 도면 113
서지정보양식
BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET
〈표 1-1〉 개발기술의 정량적 목표 26
〈표 1-2〉 개발 대상 핵심 및 요소 기술 26
〈표 1-3〉 연구개발 추진 체계 27
〈표 1-4〉 년차별 연구개발 추진 일정 28
〈표 3-1〉 성능시험동 건물개요 41
〈표 5-1〉 The numbers of grids against grid size 70
〈표 5-2〉 Life Test of High Temperature Heat Pipe 100
〈표 5-3〉 High-Temperature Working Fluids and Operating Temperatures 100
[그림 1-1] 전세계 태양에너지 복사량 분포도 18
[그림 1-2] 집광비별 가득온도 및 효율 19
[그림 1-3] HFSF에 의한 태양연료 생산 기술 21
[그림 1-4] Solar Furnace 응용이 가능한 Power Tower 대규모 고집광 시스템 21
[그림 1-5] Parabolic 1차 집광에 기초한 소규모 Solar Furnace 집광시스템 22
[그림 1-6] 태양연료 생산을 위한(위한 위한) 온도별 응용 반응 23
[그림 1-7] 약 2,500K의 반응온도를 요구하는 금속산화물 산화/환원 반응 개념도 23
[그림 1-8] 스위스 PSI 개발 초고온 태양열 화학반응기 24
[그림 2-1] HFSF 시스템 구축을 위한 기본 집광장치(Heliostat 및 Dish Concentrator) 29
[그림 2-2] 반사면적 보완 이전 80㎡급 기보유 Heliostat 전체 조립도 31
[그림 2-3] Heliostat 추적제어시스템의 구조 32
[그림 2-4] 평면반사거울 6매씩 모듈화 조립 전경 33
[그림 2-5] 실리콘 패킹을 이용한 평면반사거울 조립 전경 34
[그림 2-6] 120㎡급 태양추적 Heliostat(1차 반사경) 보완 설계 조립도 35
[그림 2-7] 120㎡급 태양추적 Heliostat(1차 반사경) 반사경 배치도 36
[그림 2-8] HFSF용 120 ㎡급 태양추적 Heliostat(1차 반사경) 전면 36
[그림 2-9] HFSF용 120 ㎡급 태양추적 Heliostat(1차 반사경) 후면 37
[그림 2-10] 고정형 집광기 전체조립도 38
[그림 2-11] HFSF용 Dish Concentrator (Heliostat에서 태양광 조절용 블라인더를 통해 촬영) 39
[그림 2-12] HFSF용 Dish Concentrator 후면 39
[그림 2-13] HFSF용 Dish Concentrator (성능시험동 내부에서 활영) 40
[그림 3-1] HFSF 성능시험동 배치도 42
[그림 3-2] HFSF 성능시험동 1층 평면도 43
[그림 3-3] HFSF 성능시험동 2층 평면도 44
[그림 3-4] HFSF 성능시험동 3층 평면도 45
[그림 3-5] HFSF 성능시험동 지붕 평면도 46
[그림 3-6] HFSF 성능시험동 정면도 47
[그림 3-7] HFSF 성능시험동 좌 측면도 48
[그림 3-8] HFSF 성능시험동 우 측면도 49
[그림 3-9] HFSF 성능시험동 배면도 50
[그림 3-10] HFSF 성능시험동 종 단면도 51
[그림 3-11] HFSF 성능시험동 횡 단면도 52
[그림 3-12] HFSF 성능시험동 전경 53
[그림 3-13] HFSF 성능시험동 배면 53
[그림 3-14] HFSF 성능시험동 정면 54
[그림 3-15] HFSF 성능시험동 좌측면 54
[그림 3-16] HFSF 성능시험동 내부(제어 모니터링 공간) 55
[그림 3-17] HFSF 성능시험동 내부(Dish 집광장치 및 화학반응기 거치대) 55
[그림 4-1] Radiometer가 장착된 Flux Mapping 용 Target 57
[그림 4-2] 이미지 촬영을 위한 카메라에서 바라본 Flux Mapping 용 Target 57
[그림 4-3] Flux mapping 분석에 의한 fluk 분포 2차원 plot, 직달일사량값 860 W/㎡ 58
[그림 4-4] 초점부 직경별 집광 열량 비율 59
[그림 5-1] Schematic of forced convection type receiver using molten-salt... 61
[그림 5-2] Hybrid sodium heat pipe solar receiver 61
[그림 5-3] Typical Solar Receiver Types(6) 62
[그림 5-4] High-Temperature Solar Receiver Model :... 64
[그림 5-5] Details of calculation domain for individual cooling channel 65
[그림 5-6] Energy Flow at the Aperture of Solar Thermal Receiver 69
[그림 5-7] Relative error against grid size 71
[그림 5-8] Temperature distribution calculated by FLUENT in the solution domain:... 75
[그림 5-9] Radiation and Wall Temperature at the Aperture Position 76
[그림 5-10] Radiation Temperature and Wall Temperature Along the Axis 77
[그림 5-11] Axial Distribution of Inner Wall Temperature as a Function of Coolant Flow Rate 78
[그림 5-12] Axial Distribution of Receiver Inner Wall Temperature against Concentration Ratio 79
[그림 5-13] Radial Distribution of Radiation and Transmitted Heat Fluxes as Functions of Coolant Flow Rate 80
[그림 5-14] Radial Distribution of Reflected Radiation Heat Flux as a Function of Coolant Flow Rate 81
[그림 5-15] Radiation Heat Flux and Incidence Radiation Heat Flux as a Function of Axial Position and Coolant Mass Flow Rate 82
[그림 5-16] Radial Distribution of Heat Flux Components at the Receiver Inner Wall 83
[그림 5-17] Radial Temperature Distribution at the Aperture Wall (Heat Pipe Type) 87
[그림 5-18] Axial Temperature Distribution at the Receiver Inner Wall (Heat Pipe Type) 88
[그림 5-19] Inner Wall Temperature of the Receiver (Heat Pipe Type) 89
[그림 5-20] Temperature of Receiver Inner Wall against Axial Position and Concentration Ratio (Heat Pipe Type) 90
[그림 5-21] Radial Distribution of Radiation and Transmitted Heat Fluxes as a Function of Effective Thermal Conductivity (Heat Pipe Type) 91
[그림 5-22] Radial Distribution of Reflected Radiation Heat Flux as a Function of Effective Thermal Conductivity (Heat Pipe Type) 92
[그림 5-23] Axial Distribution of Radiation and Incidence Radiation Heat Fluxes as Functions of Effective Thermal Conductivity(Heat Pipe Type) 93
[그림 5-24] Comparison of Heat Fluxes against Axial Position of Receiver Inner Wall for Energy Balance (Heat Pipe Type) 94
[그림 5-25] Comparison of Axial Temperature Distributions between Forced Convection Type and Heat Pipe Type Receivers 96
[그림 5-26] Comparison of Radiation Heat Transfer Rate Against Concentration Ratio Between Forced-Circulation and Heat Pipe Type 97
[그림 5-27] Operating Temperature Range for Various Heat Pipe Working Fluid 99
[그림 5-38] Specific Heat of Liquid Metal Working Fluid 101
[그림 5-29] Vapor Pressure of Liquid Metal Working Fluid 102
[그림 5-30] Figure of Merit of Liquid Metal Working Fluid 103
[그림 5-31] Thermocouple location and Heat Pipe Dimension 104
[그림 5-32] Experimental Set-up 105
[그림 5-33] Photos of Heat Pipe Steady-State Operation(O.D. 1/2" STS) 105
[그림 5-34] Heat Pipe Wall Temperature as a Function of Time and Thermal Load(124% Fill Charge Ratio, 5 deg of Tilt Angle) 107
[그림 5-35] Heat Pipe Wall Temperature as a Function of Time and Thermal Load(151% Fill Charge Ratio, 5 deg of Tilt Angle) 108
[그림 6-1] 연구개발 분야별 연구자원 활용 및 협력 계획 110