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작동유체가 양방향성 태양열 열다이오드의 열성능에 미치는 영향 평가

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Academic year: 2021

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(6)
(7)

iv

(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)

xii

(16)
(17)

1

구 분

1990

2001

2002

2010

2015

2020

2025

연평균(′

02~′

25)

(18)
(19)

3

(20)

Ÿ

Ÿ

Ÿ

(21)

5

(22)

구 분

년

2004

년 전망 목표

2010

(

)

2010 :

2004

비율

(

)

신BAU

신정책

원유열량등가 천 ( toe) 발전설비용량 (MW) 원유열량등가 천 ( toe) 발전설비용량 (MW) 원유열량등가 천 ( toe) 발전설비용량 (MW)

(23)
(24)
(25)

9

에너지원

년

1997

2002

년

2006

년

2008

년

~ 2012

년

단위

[Mtoe]

단위

[Mtoe]

증가량

단위

[Mtoe]

증가량

단위

[Mtoe]

증가량

(26)
(27)

11

구분

한국

덴마크

프랑스

미국

독일

일본

58.4

12.7

9

7

4.4

2.1

1.8

1.4

0.9

2.2

0

10

20

30

40

50

60

70

중

국

E

U

터

키

일

본

이

스

라

엘

브

라

질

미

국

호

주

인

도

기

타

%

(28)
(29)

13

제

1

단계

(2003~2006)

제 단계

2

(2006~2009)

제 단계

1

(2009~2012)

단위 천 ( : toe)

분야

2003

년

2011

년

공급량

비중(%)

공급량

비중(%)

(30)

단위 천 년 ( : toe/ )

구

분

확인잠재량

자원잠재량

(

)

가용자원량

이용가능량

(

)

비

고

(31)

15

(32)
(33)

17

단위 일 ( :kcal/㎡/ )

지역명

월

별

연평균

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

(34)
(35)
(36)
(37)
(38)

구 분

태양열건물

자연형

(

)

저온용 설비형

(

)

중온용 산업용

(

)

고온용 발전용

(

)

F

(39)

23

(40)
(41)
(42)

자연형 태양열

시스템

열에너지 획득 방식

장 점

단 점

Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ

(43)
(44)
(45)
(46)
(47)
(48)
(49)
(50)







 





 





    



  

   

 

 





 

∞







 





 

∞

 

 



  



(51)

35

∞

 

≈

∞







 





  

∞

  







 





 







 





  

∞

  











  



 



(52)
(53)
(54)
(55)

39





   



 

  

 

(56)

 



 

 

  

 

    

 

 



∞



  

     

 



  

   

(57)

41

  

 

 

  

  





 

  

 

 



 

   



 

 

 

  

 

  

  

  

 

 

(58)

 

 

 

  

 

       

(59)

43

(60)





 





(61)
(62)
(63)
(64)
(65)
(66)
(67)
(68)
(69)
(70)
(71)

55

(72)
(73)
(74)
(75)
(76)
(77)
(78)
(79)

63

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 0 10 20 30 40 50 60 70 absorber plate

inside of absorber assembly working fluid 1 (outlet) working fluid 1 (inlet) radiator plate ambient

T

e

m

p

er

at

u

re

(

O

C

)

Time(min.)

CP

(80)
(81)

65

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 70 parallel 45O 60O 90O (a) -10 0 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 70 (b) -10 0 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 70 Time(min.) Time(min.) Time(min.) T em pe ra tu re ( OC ) T em pe ra tu re ( OC ) T em pe ra tu re ( OC ) (d) (c) T em p er at ur e( OC ) Time(min.) -10 0 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 70 parallel 45O 60O 90O parallel 45O 60O 90O parallel 45O 60O 90O

(82)

0 20 40 60 80 100 120 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30

Working Fluid : Water diff. outlet/inlet(absorber1) diff. outlet/inlet(radiator) diff. absorber/radiator plate

T

em

p

er

at

ur

e(

O

C

)

Time(min.)

(83)

67

0 10 20 30 40 50 60 70 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00

V

el

o

ci

ty

(c

m

/s

ec

)

Time(min.)

0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 70

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

1000W/m2 840W/m2 700W/m2 670W/m2 570W/m2 490W/m2

(84)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 0 10 20 30 40 50 60 70

T

e

m

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

absorber plate working fluid 1 (outlet) working fluid 1 (inlet) ambient

(85)

69

0 20 40 60 80 0 20 40 60 80 100

Time(min.)

T

em

p

er

at

ur

e

(

O

C

)

absorber plate

inside of absorber assembly absorber pipe -outlet absorber pipe -inlet radiator plate radiator pipe -outlet radiator pipe -inlet ambient

(86)

0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 70 absorber plate

inside of absorber assembly working fluid 1 (outlet) working fluid 1 (inlet) radiator plate ambient

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

(87)

71

0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 30

Working Fluid : Ethanol diff. outlet/inlet(absorber) diff. outlet/inlet(radiator) diff. absorber/radiator plate

T

em

pe

ra

tu

re

(

o

C

)

Time(min)

0 20 40 60 0 10 20 30 40 50 60 70

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

1000W/m2 840W/m2 700W/m2 670W/m2 570W/m2 490W/m2

(88)

0 10 20 30 40 50 60 70 absorber plate

inside of absorber assembly working fluid 1 (outlet) working fluid 1 (inlet) radiator plate ambient

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

(a)

(89)

73

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 -10 0 10 20 30

Working Fluid : Acetone diff. outlet/inlet(absorber) diff. outlet/inlet(radiayor) diff. absorber/radiator plate

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

(a)

(90)
(91)

75

0

20

40

60

80

100

120

0

20

40

60

80

100

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min)

absorber plate

inside of absorber assembly working fluid 1 (outlet) working fluid 1 (inlet) radiator plate ambient 0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 30

Working Fluid : 0.65 cSt Silicon-oil diff. outlet/inlet(absorber) diff. outlet/inlet(radiator) diff. absorber/radiator plate

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

(92)

0 20 40 60 0 10 20 30 40 50 60 70

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

Working Fluid : 0.65cSt Silicon-oil p

45O

60O

(93)

77

-10 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 70 1000W/m2 840W/m2 700W/m2 670W/m2 570W/m2 490W/m2

T

e

m

p

er

a

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

(94)

0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100

T

em

pe

rt

ur

e(

o

C

)

Time(min)

absorber plate

inside of absorber assembly working fluid 1 (outlet) working fluid 1 (inlet) radiator plate ambient 0 10 20 30 40 50 60

Working Fluid : 10cSt Silicon-oil diff. outlet/inlet(absorber) diff. outlet/inlet(radiator)

T

e

m

pe

rt

ur

e

(

o

C

)

(95)

79

-10 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 70 80

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

Working Fluid : 10cSt Silicon-oil p

45O

60O

(96)

-10 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 70 80

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

1000W/m2 840W/m2 700W/m2 670W/m2 570W/m2 490W/m2

(97)

81

0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 120

T

e

m

pe

ra

tu

re

(

o

C

)

Time(min)

absorber plate

inside of absorber assembly working fluid 1 (outlet) working fluid 1 (inlet) radiator plate ambient

(98)

0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80

100 Working Fluid : 100cSt Silicon-oil diff. outlet/inlet(absorber1) diff. outlet/inlet(radiator) diff. absorber/radiator plate

T

em

pe

ra

tu

re

(

o

C

)

Time(min)

0 20 40 60 80 100 120

T

e

m

p

e

ra

tu

re

(

O

C

)

Working Fluid : 100cSt Silicon-oil p

45O

60O

(99)

83

-10 0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100

T

em

p

er

at

u

re

(

O

C

)

Time(min.)

1000W/m2 840W/m2 700W/m2 670W/m2 570W/m2 490W/m2

  



∞

(100)

0 10 20 30 40 50 60 70 0 20 40 60 80 100 120

Temperature(

O

C)

0.65cSt 10cSt 100cSt

K

in

em

at

ic

V

is

co

si

ty

,

n(

m

m

2

/s

)

0 10 20 30 40 50 60 70 1 10 100 1000 10000 100000 1000000

G

ra

sh

o

f N

u

m

b

er

, G

r

0.65cSt 10cSt 100cSt

(101)

85

(102)

0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 70 absorber plate

inside of absorber assembly working fluid 1 (outlet) working fluid 1 (inlet) radiator plate ambient

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 70

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

absorber plate

inside of absorber assembly working fluid 1 (outlet) working fluid 1 (inlet) radiator plate ambient

(103)

87

0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 70

T

em

p

er

a

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

absorber plate

inside of absorber assembly working fluid 1 (outlet) working fluid 1 (inlet) radiator plate ambient 0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40

T

em

p

er

a

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

diff. outlet/inlet(absorber) diff. outlet/inlet(radiator) diff. absorber/radiator plate

(104)

0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 diff. outlet/inlet(absorber) diff. outlet/inlet(radiator) diff. absorber/radiator plate

T

e

m

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 diff. outlet/inlet(absorber) diff. outlet/inlet(radiator) diff. absorber/radiator plate

T

e

m

p

er

a

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

(105)

89

0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 70 water mixed(water 20:ethanol 80) mixed(water 50:ethanol 50) mixed(water 80:ethanol 20) ethanol

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 70 water mixed(water 20:ethanol 80) mixed(water 50:ethanol 50) mixed(water 80:ethanol 20) ethanol

T

e

m

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

(106)
(107)

91

0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 70 water mixed(water 20:ethanol 80) mixed(water 50:ethanol 50) mixed(water 80:ethanol 20) ethanol

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 70 water mixed(water 20:ethanol 80) mixed(water 50:ethanol 50) mixed(water 80:ethanol 20) ethanol

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

(108)
(109)

93

0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 water mixed(water 20:ethanol 80) mixed(water 50:ethanol 50) mixed(water 80:ethanol 20) ethanol

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 water mixed(water 20:ethanol 80) mixed(water 50:ethanol 50) mixed(water 80:ethanol 20) ethanol

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

(110)

0 10 20 30 40 50 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.0010 0.0012 0.0014 0.0016

Temperature(

O

C)

T

he

rm

al

E

xp

an

si

on

C

oe

ff.

(

b

at

T

in ) Water Acetone Ethanol 0.65cSt Silicon-oil 10cSt Silicon-oil 100cSt Silicon-oil

(111)

95

0 10 20 30 40 50 60 70 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.0010 0.0012 0.0014 0.0016

T

h

e

rm

al

E

xp

a

ns

io

n

C

o

ef

f.

(

b

a

t T

ou t

)

Temperature(

O

C)

Water Acetone Ethanol 0.65cSt Silicon-oil 10cSt Silicon-oil 100cSt Silicon-oil 0 10 20 30 40 50 60 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.0010 0.0012 0.0014 0.0016

T

h

er

m

a

l E

xp

an

si

o

n

C

o

e

ff.

(

b

a

t (

T

in

+

T

ou t

)/

2

)

Water Acetone Ethanol 0.65cSt Silicon-oil 10cSt Silicon-oil 100cSt Silicon-oil

Temperature(

O

C)

(112)
(113)

97

식

표현

Maxwell



   

      

  

n :

형상계수

원형

원기둥

(

=3,

=6)

:

부피비

  

   

  

  

열전도도 비

:

:

나노입자

:

유체



;

나노유체

Hamilton and Crosser



 

          

        

Jeffry



    



 



 





  

  

Lu-Lin



     

Davis



   

      

  

  

)

(114)

(115)

99

 

 

  





 

 

 









 







  





 

  

 



(116)



 



 Al2O3 부피비[%]

 [g/㎤]

  [g]

 [g]

 [g]

 [㎤]

    [g]

  [g]

  [g/㎤] 0.01 0.999 45.81 19.68 26.13 26.16 45.83 26.15 0.999765 0.02 0.999 53.525 22.65 30.875 30.90 53.59 30.94 1.001103 0.03 0.999 45.81 19.68 26.13 26.16 45.88 26.2 1.001676 0.1 0.999 53.525 22.65 30.875 30.91 53.61 30.96 1.00175 0.2 0.999 53.525 22.65 30.875 30.91 53.78 31.13 1.007359

 





 

  



(117)

101



      



     

 측정시간 [sec] 점도비





측정 Einstein 모델 Brinkman 모델 Brownian Motion 모델 Effect

Pak and Cho 모델 물 3.22 1.06 Al2O3 부피비[%] 0.01 3.23 1.004717 1.025 1.025444 1.025617 1.391634 0.02 3.32 1.033962 1.05 1.051804 1.052468 1.784336 0.03 3.47 1.081132 1.075 1.079122 1.080553 2.178105 0.1 4.9 1.54717 1.25 1.301349 1.3117 4.96439 0.2 5.0 1.566038 1.5 1.746928 1.7468 9.03556

(118)

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

m

nf

/

m

f

Volume Fraction[%]

Water+Al2O3(30nm) Experiment Data Einstein Model Brinkman Model

Brownian Motion Effect Model Pak and Cho Model

[g/ ]

㎤

[kJ/kg K]

․

[

㎡

/sec]

[W/m K]

․

  

 

 





(119)

103

부피비

측정 점도비

유효 부피비

)

(120)

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 65 70 75 80 85 90 95 100

Hamilton and Crosser Model

k

nf

/k

f

Volume Fraction[%]

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 65 70 75 80 85 90 95 100

(b)

(a)

Hamilton and Crosser Model

k

nf

/k

f

Effective Volume Fraction[%]









 





 









(121)

105

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 1 2 3

h

nf

/h

f

Volume Fraction[%]

Al

2

O

3

+ Water Particle Diameter=30nm Einsein's Model Brinkman's Model Brown Motion Effect Model Pak and Cho Model

 





∞



 

  



 





∞



(122)







 







   

  

 

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.000 0.004 0.008 0.012 0.016 0.020

Volume Fraction[%]

Al2O3 + Water Particle Diameter=30nm Experiment Einsein's Model Pak and Cho Modell

R

a

nf

/

R

(123)

107

0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 70

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

Al2O3 Volume Fraction[%] 0.01 0.02 0.03 0.1 0.2 DI Water

(124)

0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 70

T

em

pe

ra

tu

re

(

O

C

)

Time(min.)

Al2O3 Volume Fraction[%] 0.01 0.02 0.03 0.1 0.2 DI Water

(125)
(126)
(127)
(128)
(129)
(130)
(131)
(132)
(133)
(134)
(135)
(136)
(137)
(138)
(139)
(140)
(141)
(142)
(143)

127

참으로 오랜 시간이 걸려 이 자리에 올 수 있었습니다 박사학위논문을 낼 수

.

있도록 관심과 도움을 주신 모든 분들께 감사의 마음을 전합니다 이제는 뒤돌아

.

보며 열심히 살아왔구나 하고 스스로 말 할 수 있을 것 같습니다.

박사과정과 논문을 쓰는 동안 심적으로 힘이 되어주신 이윤준 교수님 박사학

,

위를 못하고 돌아온 나이든 제자를 보시며 저보다 더 답답하고 걱정하셨으리라

생각됩니다 정말 감사드립니다 항상 조용히 지켜봐주시며 격려와 걱정을 해주

.

.

신 이헌주 교수님 실험하는데 방향을 제시해 주시고 많은 조언을 아끼지 않으셨

,

던 천원기 교수님과 김남진 교수님을 비롯한 학과 교수님들과

Kuan Chen

박사

님께 깊이 감사를 드립니다 그리고 학위과정동안 어려움을 함께 고민하고 격려

.

를 해주신 홍경희 선생님과 송성준 선생님께도 고마움을 전합니다.

지난 박사과정동안 선배들과 특히 후배들에게 미안한 마음이 많았었는데 이

제 마음의 무게를 내려놓을 수 있을 것 같습니다 용수선배 원우선배 제한선배

.

,

,

,

원일선배 그리고 경진 준호 지훈 상범 계홍 정선 인혁 성애 그리고 실험실

,

,

,

,

,

,

,

후배들 일일이 나열하기 힘들지만 걱정과 할 수 있다는 용기를 준 모두에게 고

맙다는 마음을 전합니다.

미영아 경애야 항상 곁에서 어려움과 기쁨을 함께 하며 힘이 되어줘 정말 고

맙다.

마지막으로 오랫동안 막내딸이 잘되기를 기다리며 노심초사하신 어머니 지금

,

까지 한 번도 고맙습니다라는 말을 드린 적이 없었는데 이제서야 어머니 고맙습

“

니다 하고 말씀 드립니다 그리고 언제나 따뜻함과 인내로 감싸준 언니 오빠들

”

.

과 우리 조카들에게 고마움 마음과 부족하지만 이 논문을 드립니다.

항상 후회없는 삶을 살려고 노력해 왔지만 뒤를 돌아볼 수 없었던 시간이 많

았습니다 이제 이 결실을 통해 앞을 향해 후회없고 뒤를 돌아볼 수 있는 삶이

.

되도록 노력해 나가겠습니다 다시한번 주위의 모든 분들께 감사의 마음을 전합

.

니다.

참조

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