Metal-metal oxide (M-M oxide) cermet solar selective coatings with a double cermet layer film structure were deposited on the Al-deposited glass substrate by using a directed current (DC) magnetron sputtering technology. M oxide (CrO and ZrO) was used as the ceramic component in the cermets, and Cr and Zr used as the metallic components. In addition, black Cr (Cr-$Cr_2O_3$ cermet) solar selective coatings were deposited on the Ni-plated Cu substrate by using a electroplating method for comparison. The thermal stability tests were carried out for performance evaluation of solar coatings. Reflectance measurements were used to evaluate both solar absorptance(${\alpha}$) and thermal emittance (${\epsilon}$) of the solar coatings before and after thermal testing by using a spectrometer. Optical properties of optimized cermet solar coatings were ${\alpha}{\simeq}0.94-0.96$ and ${\epsilon}{\simeq}0.1$ ($100^{\circ}C$). The results of thermal stability test of M-M oxide solar coatings showed that the Cr-CrO cermet solar selective coatings were more stable than the Zr-ZrO cermet selective coatings at temperature of both $400^{\circ}C$ in air and $450^{\circ}C$ in vacuum. The black Cr solar selective coatings were degraded in air at temperature of $400^{\circ}C$. The main optical degradation modes of these coatings were diffusion of metal atoms, and oxidation.
An, Eoung-Jin;Park, Sung-Seek;Park, Yoon-Chul;Kim, Jong-Yoon;Kim, Nam-Jin
Journal of the Korean Solar Energy Society
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v.32
no.4
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pp.9-16
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2012
Nanofluids using Carbon Nanotubes have a excellent thermal characteristic. In this study, for increasing the efficiency of solar collector, the thermal conductivity and viscosity of Ethanol-Oxidized Multi-walled Carbon Nanofluids were measured. Nanofluids were manufactured by ultra-sonic dispersing Oxidized Multi-walled Carbon Nanotubes(OMWCNTs) in ethanol at the rates of 0.0005 ~ 0.1 vol%. The thermal conductivity and viscosity of manufactured nanofluids were measured at the low temperature($10^{\circ}C$), the room temperature($25^{\circ}C$) and the high temperature($70^{\circ}C$). For measuring thermal conductivity and viscosity, we used transient hot-wire method and rotational digital viscometer, respectively. As a result, under given temperature conditions, thermal conductivity of the 0.1 vol% nanofluids improved 33.74% ($10^{\circ}C$), 33.14% ($25^{\circ}C$) and 32.36% ($70^{\circ}C$), and its viscosity increased by 37.93% ($10^{\circ}C$), 31.92% ($25^{\circ}C$) and 29.42% ($70^{\circ}C$) than the base fluids.
Research about hybrid solar air-water heater that can make heated air and hot water was conducted as a part of improving efficiency of solar thermal energy. At this experiment, ability of making heating air and hot water was investigated and compared with traditional solar air heater and flat plate solar collector for hot water when air or liquid was heated respectively. Comparing hybrid solar air-water heater that used in this experiment to other solar air heater studied already, it has a lower efficiency at same mass flow rate. Air channel structure, fin's shape and arrangement in the air channel result in these difference then the ability of air heating need to be improved with changing these thing. In case of making hot water, performance was shown as similar with traditional system although the air channels were established beneath absorbing plate. But the heat loss coefficient was shown higher value by installing of air channel. Also the performance of hot water making was shown lower value at same liquid mass flow rate with traditional flat plate solar collector for hot water. So the necessity of performance improvement at lower mass flow rate of each heating medium can be confirmed.
Kim, Chul-Sook;Cho, Ji-Hyun;Kim, Dong-Yeon;Seo, Tae-Beom
Journal of the Korean Solar Energy Society
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v.33
no.2
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pp.93-100
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2013
Two-step thermochemical cycle using ferrite-oxide($Fe_2O_4$) device was investigated. The $H_2O$(g) was converted into $H_2$ in the first experiment which was performed using a dish type solar thermal system. However the experiment was lasted only for 2 cycles because the metal oxide device was sintered and broken down. Another problem was that the reaction was taken place mainly on a side of the metal oxide device. The m-$ZrO_2$, which was widely known as a material preventing sintering, was applied on the metal oxide device. The ferrite loading rate and the thickness of the metal oxide device were increased from 10.67wt% to 20wt% and from 10mm to 15mm, respectively. The chemical reactor having two inlets was designed in order to supply the reactants uniformly to the metal oxide device. The second-experiment was lasted for 5 cycles, which was for 6 hours. The total amount of the $H_2$ production was 861.30ml. And cerium oxide($CeO_2$) device was used for increasing $H_2$ production rate. $CeO_2$ device had low thermal resistance, however, more $H_2$ production rate than $Fe_2O_4$ device.
Two-step thermochemical cycle using ferrite-oxide($Fe_3O_4$) device was investigated. The $H_2O$(g) was converted into $H_2$ in the first experiment which was performed using a dish type solar thermal system. However the experiment was lasted only for 2 cycles because the metal oxide device was sintered and broken down. Another problem was that the reaction was taken place mainly on a side of the metal oxide device. The $m-ZrO_2$, which was widely known as a material preventing sintering, was applied on the metal oxide device. The ferrite loading rate and the thickness of the metal oxide device were increased from 10.67wt% to 20wt% and from 10mm to 15mm, respectively. The chemical reactor having two inlets was designed in order to supply the reactants uniformly to the metal oxide device. The second-experiment was lasted for 5 cycles, which was for 6 hours. The total amount of the $H_2$ production was 861.30mL.
An experimental study was conducted to analyze performance of a heating system with variation of control logic of the system. The system uses a solar as heat source and composed with heat pump that uses R-22 as working fluid. The difference between the developed system and the commercially available heating system is working fluid. The solar assisted heating system which was widely distributed in the market uses water as a working fluid. It could be freezing in case of the temperature drops down under freezing point. The anti-freezing fluids such as methyl-alcohol or ethylene-glycol are mixed with the water to protect the freezing phenomena. However, the system developed in this study uses a refrigerant as a working fluid. It makes the system to run under zero degree temperature conditions. Another difference of the developed system compare with commercial available one is auxiliary heating method. The developed system has removed an auxiliary electric heater that has been used in conventional solar assisted heating system. Instead of the auxiliary electric heater, an air source heat exchanger which generally used as an evaporator of a heat pump was adapted as a backup heating device of the developed system. As results, an efficiency of the developed system is higher than a solar assisted heat pump with auxiliary electric heater. The merit of the developed system is on the performance increment when the system operates at a lower solar energy climate conditions. In case of the developed system operates at a normal condition, COP of the solar collector driven heat pump is higher than the air source heat exchanger driven heat pump's.
Interests on renewable energy are increased due to oil price and environmental problems aroused from the fossil energy usage. In this study, performances of a solar assisted hybrid heat pump system are analyzed by experimental method. The developed system could runs at two types of operating mode. When the storage temperature is higher than the set temperature, the stored hot water in storage tank is supplied to the load directly. On the other hand, when the storage temperature lower than the set temperature, the water inside of the storage tank is used as heat source of the heat pump. In this study, the system control temperature for the alternation of the operating mode is set to $40^{\circ}C$ of the storage tank outlet. As results, it is founded that the COP of the developed heat pump system shows between 3.0 and 3.5. It is resonable performance for the heating system with a renewable energy as secondary heat source. The solar collect used in this study could supplies heat to the storage tank at over 400 W/m2 solar intensity. If the irradiation is lower than the 400 W/m2, the circulation pump stored and it could not supply heat to the storage tank. It is found that the difference temperature between the outlet of the storage tank and collector is $3^{\circ}C$. Even though, the extended study should be conducted to get a optimum performance of the developed system with various operating condition and control strategies.
The benefits of thermal stratification in sensible heat storage systems has been considered and studying by several investigators. In this paper, the basic data which is hard to obtain normally through the experiment were obtainable through the computer simulation. The major objectives of the study were to assess the benefits of stratified storage in residential solar water heating application and to suggest the optimum design parameters. From the computer simulation, following results were obtained. 1. The solar load fraction increases with increasing the number of tank segments. In these simulation, the magnitude of the improvement was about 10%. 2. The solar load fraction increases when the ratio of diameter to height of the tank(H/D) increases to 3, but H/D exceed 3 then, the solar load fraction decreases. In these simulation, the magnitude of the improvement was about 3%. 3. Increasing the collector flow rate slightly improved the performance of the mixed storage system(Node=1). But, for the stratified storage system(Node=N), the solar load fraction increases with decreasing flow rate until the point is reached at which the collector outlet temperature reaches the boiloff limit of $100^{\circ}C$ over some portion of the simulation period.
Steam reforming of methane in the high temperature solar chemical reactor bas advantage in its heating method. Using concentrated solar energy as a heating source of the reforming reaction can reduce the $CO_2$ emission by 20% compared to hydrocarbon fuel. In this paper, the simulation result of methane-steam reforming on a high temperature solar chemical reactor(SCR) using Fluent 6.3.26 is presented. The high temperature SCR is designed for the Inha Dish-1, a Dish type solar concentrator installed in Songdo city. Basic SCR performance factors are referred to the former researches of the same laboratory. Inside the SCR porous metal is used for a receiver/reactor. The porous metal is carved like a dome shape on the incident side to increase the heat transfer. Also, ring-disc set of baffle is inserted in the porous metal region to increase the path length. Numerical and physical models are also used from the former researches. Methane and steam is mixed with the same mole fraction and injected into the SCR. The simulation is performed for a various inlet mass flow rate of the methane-steam mixture gas. The result shows that the average reactor temperature and the conversion rate change appreciably by the inlet mass flow rate of 0.0005 kg/s.
Seo, Ho-Young;Kim, Jong-Kyu;Lee, Sang-Nam;Kang, Yong-Heack
한국태양에너지학회:학술대회논문집
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2009.11a
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pp.62-67
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2009
This paper describes the characteristics of scroll type stirling engine receiver. Scroll type stirling engine operated scroll compressor and expander instead of piston. Pass dimension of the receiver was $14(W){\times}14(H)$ mm and total pass length was 5,049 mm. External dimension of the receiver was $300{\times}300mm$. The experimental facility consisted of parabolic dish concentrator, compressor to supply air, triplex air filter, and flowmeter. In this study, basic experimental conditions were set at a inlet pressure of 5 bar and volume flow rate of $25m^3/hr$. As a result, air temperature in receiver at each measuring position of point 1, 2, 3 were $241^{\circ}C$, $465^{\circ}C$, and $542^{\circ}C$ respectively at inlet pressure of 5.5 bar and volume flow rate of $24.6m^3/hr$. As DNI increasing, heat transfer coefficient of the receiver changed from $695W/m^2K$ to $827W/m^2K$. Average heat transfer coefficient of receiver in the experiment was $798W/m^2K$. In addition, receiver efficiency became about 83%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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