The current study presents experimental research on a parabolic trough collector with tube and cavity receivers. The primary concentrating parabolic reflector is designed for an aperture area of 2×2 m2 with mirror-polished stainless steel sheet reflectors. The cavity receiver consists of a compound parabolic secondary reflector and a copper tube. Both the conventional tube receiver and the cavity receiver tube are coated with black powder. The experiments are carried out to compare the efficiency of the cavity receiver with the tube receiver for fluid temperature rise, thermal efficiency, and overall losses. The experiments showed significantly higher fluid temperature rise and overall efficiency and lower thermal losses for the cavity receiver compared to the tube receiver within the parameters explored in this study.
A Dish type solar concentrating system consists of a parabolic concentrator and a cavity receiver. In order to achieve high temperatures from solar energy, it is essential to efficiently reflect the solar rays in the concentrator and to minimize thermal losses in the cavity receiver. Improving the economical efficiency of a solar power system required the stirling unit to be operated continuously. For continuous operation of the stilting unit, the receiver must be continuously provided with thermal energy from solar as well as additional combustion heat. It is possible for a hybrid solar receiver system equipped with an additional combustion to be operated 24 hrs/day. A hybrid solar receiver was designed and manufactured for a total thermal load of 35 kW in the operating temperature range $700^{\circ}C$ to $800^{\circ}C$. The hybrid receiver system was tested in gas-only mode by gas-fired heat to investigate thermal characteristics at inclination angle varying from 0 deg to 30 deg(cavity facing down) and the aperture to cavity diameter ratios of 0(closed cavity) and 1.0(open cavity). This paper has been conducted to measure temperature distribution in cavity surface and to analyze thermal resistances, and the evaporation and condensation heat transfer coefficient in all cases(open and closed cavity).
In order to analyze the performance comparison of dish solar collector with mirror arrays and receiver shapes, the radiative heat flux distribution inside the cavity receiver is numerically investigated. The solar irradiation reflected by dish solar collector is traced using the Monte-Carlo method. Five different dish solar collectors and three different cavity receivers are considered. A parabolic-shaped perfect mirror of which diameter is 1.5 m is considered as a reference dish solar collector and four different arrays of twelve identical parabolic-shaped mirror facets of which diameter are 0.4 m are used. Their reflecting areas, which are $1.5\;m^2$, are the same. Three different cavity receiver shapes are dome, conical, and cylindrical. In addition, the radiative properties of the concentrating surfaces can vary the thermal performance of the cavity receiver so that variation of the surface reflectivity of each mirror is considered. Based on the calculation, the design information of dish solar collector for producing the electric power can be obtained. The results show that the dome type has the best performance in receiver shapes and the 2AND4 INLINE has the best performance in mirror arrays except perfect mirror.
In order to investigate forced convection heat transfer due to the wind from the inner surface of a cavity receiver for a parabolic dish type solar energy collecting system, a two-dimensional rectangular cavity receiver is prepared and installed in a wind tunnel. The convection heat transfer coefficient of the inner surface of the receiver is dependent on the direction and the velocity of the wind. The attack angle of the cavity and the air velocity in the tunnel are controlled in a wide range so that the effects of the attack angle and the wind velocity on the heat transfer coefficient can be studied. The skirt is installed at the aperture of the cavity in order to reduce convective heat loss. The effects of the length and the installation angle of the skirt on convection heat transfer of the cavity are tested. It is found that convection heat loss can be significantly reduced by installing the skirt. Also, it is known that heat transfer from the cavity can be minimized if the angle of the skirt is $90^{\circ}$ to the outer surface of the cavity.
Experimental data are presented which describe heat losses of cavity type receiver in wind tunnel. Experiments are conducted at various conditions such as the heater temperature in cavity changes from 300, 400, and 500 oC, wind speed in tunnel from 2 to 8 m/s, and four different tilt angle of 30, 50, 70, 90o. The power consumption including temperature, voltage and current for each experimental conditions are measured and stored in data logger at everyone second interval. The experimental results show that heat losses increase with increasing wind speed and with tilt angle. However, heat losses for the tilt angle of 70 and 90o is almost same at each heater temperature. In addition, the effects of natural convection in combined convection heat losses vary in according to the tilt angle.
본 논문은 공동공진기(cavity resonator)와 스트립라인(stripline) 구조를 이용하여 전력을 전송할 수 있도록 구현한 무접점 전력 전송 장치에 관한 것이다. 전력 전송 시 송수신기가 밀착된 상태에서 구현되는 무접점 전력 전송 방식으로, 외부에 도체 단자가 없어 송수신기가 전기적으로 분리되며, 전력 송수신에 필요한 수신부의 크기를 최소화할 수 있다. 공진기용 공동(cavity)의 윗면 도체판에 입력 포트 및 출력 포트용 슬롯(slot)을 구성하고, 그 위에 스트립라인 구조를 이용하여 입력 포트와 출력 포트를 형성한 공동공진기에서, 출력 포트의 일부를 분리하여 탈착 가능하도록 전력수신부를 형성하고, 이 전력수신부를 제외한 나머지 부분 즉, 스트립라인-슬롯 결합(coupling)된 입력 포트, 공동공진기, 출력 포트용 슬롯 등은 모두 전력송신부에 포함시킴으로 전력 전송 장치를 송수신기로 분리하여 제작할 수 있다. 이 송수신기를 결합시키면 마치 하나의 공진기 내에서 입력 포트에서 출력 포트로 전력이 전달되는 형태가 된다. 제작된 무접점 전력 전송 장치의 중심 주파수는 5.782 GHz이며, 이때 측정된 $S_{21}$값은 -1.07 dB로 나타나 약 78 %의 높은 전력 전송율을 갖는 것을 확인하였다.
Heat losses from receivers for a dish-type solar energy collecting system are numerically investigated. The analytical method for predicting conductive heat loss from a cavity receiver is used. The Stine and McDonald Model is used to estimate convective heat loss. Two kinds of techniques for the radiation analysis are used. The Net Radiation Method that is based on the radiation heat balance on the surface is used to calculate the radiation heat transfer rate from the inside surface of the cavity receiver to the environment. The Monte-Carlo Method that is the statistical approach is adopted to predict the radiation heat transfer rate from the reflector to the receiver. Based on the heat loss analysis, the performance of two different receivers for multifaceted parabolic solar collectors with several flat facets can be estimated, and the optimal facet size is obtained.
Convective heat loss from solar tower receiver is experimentally investigated in wind tunnel with tilt angles and operating conditions. In order to simulate the receiver, an electric heater, which is made of aluminum (width : 100 mm, height : 100mm) is used and installed in the wind tunnel. The convective heat loss from the receiver is dependent on the direction and the velocity of the wind and the surface temperature of the receiver. The tilt angle and surface temperature of the receiver are varied from 0o (cavity facing straight down) and 90o(cavity aligned horizontally) and from $150^{\circ}C$ to $250^{\circ}C$, respectively. Also, the wind speed is changed from 0 to 4m/s. The convective heat loss is obtained by measuring consumed power to the heater to maintain the desired surface temperature. It is concluded that Nusselt number increases with increasing wind speed for all cases. Especially, it is showed that Nusselt number can be maximized when the tilt angle is 30o.
In dish concentrating system, natural convection heat loss occurs in cavity receiver. Heat loss mechanisms of conduction, convection, and radiation can reduce the system efficiency. To obtain the high efficiency, the receiver is to absorb the maximum of solar energy and transfer to the working fluid with maximum of heat losses. The convection heat loss is an important factor to determine the system performance. Numerical analysis of the convection heat loss of receiver was carried out for varing inclinaton angle from 0$^{\cdot}$ to 70$^{\cdot}$ with temperature range from 400$^{\cdot}C$ to 600$^{\cdot}C$ using the commercial software package, Fluent 6.0. The result of numerical analysis was comparable with convection heat loss model of solar receiver.
To improve economic of solar power generation, stirling engine is required continuous operation and the receiver has to be provided with an additional combustion system. The hybrid receiver with a specially adapted combustion system is possible to 24 hr/day operation by solar and gas-fired. The inner cavity and external wall serve as absorber surfaces using collected irradiation and heat transfer surfaces for the gas heat flow, respectively. The hybrid receiver was designed and fabricated for the dish/stirling system. The analytical method for pridicting natural convective heat loss from receiver is used. The Koenig and Marvin model is used to estimate convection heat loss and heat transfer coefficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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