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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 홍희기
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 경희대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수9
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기후변화협약의 발효와 지구온난화의 영향으로 친환경 대체 에너지의 중요성이 강조되고 있다. 기존의 열에너지 생산은 대부분 화석연료에 의존했으나 변환 형태가 열에너지인 태양열시스템은 이를 일부 대체할 수 있는 에너지원으로 주목받고 있다. 그뿐만 아니라 경제성 및 활용도가 높아 신재생에너지 분야에서도 경쟁력을 갖춘 분야로 평가된다. 태양열 시장은 전 세계적으로 꾸준히 성장하고 있으며 산업공정 및 발전 분야로 이용 범위가 확대되고 있다. 국내에서도 태양열시스템의 효율을 높이기 위해 지속적인 연구가 진행되고 있다.
현재 국내에 보급되어 있는 태양열시스템은 집열기 상부에 축열조가 밀착된 구조의 자연형과, 열교환기를 가지고 있는 설비형으로 나눌 수 있다. 그중 설비형은 집열매체 순환 측인 1차 배관과 축열매체 순환 측인 2차 배관으로 분리되기 때문에 시스템의 규모가 커지며, 시공이 복잡해지고 비용이 상승한다. 또한 태양열시스템을 이루는 주요 요소(집열부, 축열부, 이용부)가 모두 배관으로 연결되어 있어 일반 사용자가 다루기에 어려움이 많다. 이러한 문제점은 태양열시스템의 잦은 고장과 즉각적인 A/S 미비로 태양열시스템 보급의 걸림돌이 된다.
이에 따라 고장의 근원인 복잡한 시스템을 간단하게 구성하기 위해 축열조에 열교환코일이 내장된 형태의 시스템이 연구되었다. 선행연구에서는 하부가열형 축열조보다 온수 이용 측면에서 효율적인 상하부가열형 축열조를 제작하여 실증실험을 수행하였다. 이때 삼방향 밸브와 솔레노이드 밸브를 이용하여 상부가열형 축열조에 수반되는 온도역전현상을 방지하고, 일사가 좋지 않을 때도 집열운전 시간을 늘려 최대한의 집열열량을 획득하여 시스템 효율을 향상시키는 방안에 대해 고찰하였다. 하지만 삼방밸브의 경우 배관이 길어지는 단점으로 인해 제작이 어렵고, 설치시 시공자들의 연결 실수나 빈번한 고장으로 문제가 자주 발생했다.
따라서 본 연구에서는 솔레노이드밸브를 이용한 변유량 제어 조건을 일부 추가하여 태양열시스템의 효율적인 거동과 효율 증대를 목표로 하였다. 즉, 일정 조건을 만족할 때 솔레노이드밸브를 제어하여 저유량 모드로 운전하는 것이다. 이는 삼방향 밸브를 이용한 유로변경이 아닌, 유량 제어만으로 온도역전현상 방지와 낮은 일사조건에서의 집열운전 연장을 가능하게 하였다.
본 연구에서 제안한 Mode 6은 삼방향 밸브로 온도역전현상을 방지할 수 있다는 기존의 발상에서 벗어나 솔레노이드밸브를 활용해 동일한 효과를 얻을 수 있었다. 더불어 일출 및 일몰시 빈번한 펌프 on/off 현상이 발생하지 않았고, 이때 저유량 모드로 1시간가량 집열운전시간이 늘어남에 따라 효율이 증가하는 양상을 보였다. 결과적으로 시스템의 안정적인 거동과 더불어 효율 향상이라는 결과를 얻은 것이다.
현재 국내에 보급되어 있는 태양열시스템은 집열기 상부에 축열조가 밀착된 구조의 자연형과, 열교환기를 가지고 있는 설비형으로 나눌 수 있다. 그중 설비형은 집열매체 순환 측인 1차 배관과 축열매체 순환 측인 2차 배관으로 분리되기 때문에 시스템의 규모가 커지며, 시공이 복잡해지고 비용이 상승한다. 또한 태양열시스템을 이루는 주요 요소(집열부, 축열부, 이용부)가 모두 배관으로 연결되어 있어 일반 사용자가 다루기에 어려움이 많다. 이러한 문제점은 태양열시스템의 잦은 고장과 즉각적인 A/S 미비로 태양열시스템 보급의 걸림돌이 된다.
이에 따라 고장의 근원인 복잡한 시스템을 간단하게 구성하기 위해 축열조에 열교환코일이 내장된 형태의 시스템이 연구되었다. 선행연구에서는 하부가열형 축열조보다 온수 이용 측면에서 효율적인 상하부가열형 축열조를 제작하여 실증실험을 수행하였다. 이때 삼방향 밸브와 솔레노이드 밸브를 이용하여 상부가열형 축열조에 수반되는 온도역전현상을 방지하고, 일사가 좋지 않을 때도 집열운전 시간을 늘려 최대한의 집열열량을 획득하여 시스템 효율을 향상시키는 방안에 대해 고찰하였다. 하지만 삼방밸브의 경우 배관이 길어지는 단점으로 인해 제작이 어렵고, 설치시 시공자들의 연결 실수나 빈번한 고장으로 문제가 자주 발생했다.
따라서 본 연구에서는 솔레노이드밸브를 이용한 변유량 제어 조건을 일부 추가하여 태양열시스템의 효율적인 거동과 효율 증대를 목표로 하였다. 즉, 일정 조건을 만족할 때 솔레노이드밸브를 제어하여 저유량 모드로 운전하는 것이다. 이는 삼방향 밸브를 이용한 유로변경이 아닌, 유량 제어만으로 온도역전현상 방지와 낮은 일사조건에서의 집열운전 연장을 가능하게 하였다.
본 연구에서 제안한 Mode 6은 삼방향 밸브로 온도역전현상을 방지할 수 있다는 기존의 발상에서 벗어나 솔레노이드밸브를 활용해 동일한 효과를 얻을 수 있었다. 더불어 일출 및 일몰시 빈번한 펌프 on/off 현상이 발생하지 않았고, 이때 저유량 모드로 1시간가량 집열운전시간이 늘어남에 따라 효율이 증가하는 양상을 보였다. 결과적으로 시스템의 안정적인 거동과 더불어 효율 향상이라는 결과를 얻은 것이다.
목차
제 1 장 서 론 11.1 연구배경 11.2 선행연구 31.3 선행연구의 문제점 7제 2 장 실험장치 및 방법 92.1 해결방안 92.2 실험장치 112.3 실험방법 19제 3 장 결과 및 분석 213.1 변유량 제어 실험결과 213.2 실증실험 결과 및 분석 28제 4 장 결론 및 제언 29참 고 문 헌 30부 록 32ABSTRACT 43
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