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Apr 11, 2023

물을 이용한 태양 포물선 집열기의 실험적 연구

과학 보고서 13권,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7398(2023) 이 기사 인용

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제한된 실험 작업은 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT), 즉 낮은 부피 농도에서 태양 포물선 수집기의 계면활성제를 포함하는 물 나노유체에 대한 것이었습니다. 대용량 농축 나노유체에서 압력 강하는 작동 유체의 점도 증가와 나노입자 비용 증가로 인해 더 많이 발생했습니다. 그러므로 경제적이지 않습니다. 이 보고서는 태양 포물선형 집열기 응용 분야에서 효과적인 열 전달을 확립하기 위해 저용량 농축 MWCNT-물 나노유체에 SDBS(Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate) 계면활성제를 사용하려고 시도했습니다. 안정적인 MWCNT-물 나노유체는 0.0158, 0.0238, 0.0317 부피 농도로 제조되었다. 실험은 ASHRAE Standards를 기준으로 6, 6.5, 7 L/min 유량으로 10:00부터 16:00까지 진행되었습니다. 작동 유체의 유속이 7L/min일 때 작동 유체와 흡수관 사이의 온도 차이가 최소가 되면 열 전달이 더 좋아집니다. 물 속 MWCNT의 증가된 부피 농도는 물과 MWCNT 나노입자 사이의 표면적 상호작용을 향상시킵니다. 그 결과 7L/min 유속으로 0.0317vol%의 최대 태양열 포물선형 집열기 효율이 나오며 증류수보다 10~11% 더 높습니다.

에너지 수요의 증가와 지구 온난화, 화석 연료의 유해 배출과 같은 문제로 인해 재생 가능 에너지원으로 전환하게 되었습니다. 태양에너지는 현재의 에너지 수요를 충족시킬 수 있는 유망한 선택 중 하나였습니다. 태양 에너지는 태양열 집열기와 광전지에서 파생될 수 있습니다. 태양광 전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하며 태양열 집열기는 고온 응용 분야에 사용됩니다. 포물선형 집열기는 150~400°C1에서 작동하는 선형 집광기형 태양열 집열기입니다. 포물선형 컬렉터는 태양복사를 반사하고 포물선 모양을 갖는 미러 또는 컬렉터와 미러로부터 방사선을 수신하고 미러의 초점 위치에 위치하는 흡수관 또는 수신관으로 구성됩니다. 흡수관은 열을 작동 매체로 전달합니다. 이 가열된 유체는 산업 및 발전 분야에 활용됩니다. 수용기 튜브와 작업 매체를 수정하면 포물선형 수집기의 열 전달이 향상됩니다. 리시버 튜브 수정이란 리시버 튜브의 재질 변경, 리시버 튜브에 열 코팅 적용, 리시버 튜브 디자인 수정, 리시버 튜브 내부 표면 변경, 리시버 튜브 외부 표면에 효과적인 유리 커버 추가를 의미합니다. 리시버 튜브에는 더 높은 열 전도성 재료가 선택되었습니다. 작동유체의 발전은 기본유체에 나노입자를 도입함으로써 달성될 수 있는데, 이러한 유체를 나노유체라고 한다. 나노유체에서 나노입자의 역할은 작동유체의 열전도율을 높여 열 전달을 향상시키는 것입니다. 따라서 더 높은 열전도율의 나노입자가 나노유체에 사용됩니다. 많은 연구자들이 나노유체의 부피 농도, 부피 유량, 흡수체 튜브 재료가 태양 포물선형 집열기의 성능에 미치는 영향에 대해 연구해 왔습니다. 기상 조건과 태양 복사 강도의 영향도 고려됩니다. 위에 나열된 매개변수에 대해 자세한 문헌 검토가 수행되었으며 이에 대해서는 아래에서 설명합니다. 기능성 유체로서 0.2 및 0.3 부피% CNT-오일의 부피 분율을 사용하여 수용기 튜브의 다양한 코팅 및 재료에 대해 실험을 수행했습니다. 흡수체 튜브의 광학 및 열 성능을 확인하기 위해 포물선형 컬렉터를 사용하여 실험을 수행했습니다. 그들은 검정색 크롬 도금 진공 구리 튜브가 좋은 결과를 가져온다는 것을 발견했습니다2. 실험 작업은 구리 흡수 튜브에 20-40 nm CNT 나노 입자를 코팅하여 수행되었습니다.