KR102586302B1 - 태양광 패널에 적용하기 위한 냉각 유닛 및 이의 용도 - Google Patents
태양광 패널에 적용하기 위한 냉각 유닛 및 이의 용도 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 태양광 패널에 적용하기 위한 냉각 유닛 및 이의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 냉각 유닛은 다공성물질 및 다공성물질에 적용된 고체결정층 간의 가역적인 용매 흡착 및/또는 탈착 과정을 통해 주위의 온도를 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 냉각 유닛이 태양광 패널에 적용될 경우 구축 비용이 낮고 유지보수가 필요 없으며 구동에 에너지 소모가 필요 없음에도 불구하고 태양광 패널에 대한 냉각 성능이 월등히 뛰어나다.
본 발명의 냉각 유닛은 다공성물질 및 다공성물질에 적용된 고체결정층 간의 가역적인 용매 흡착 및/또는 탈착 과정을 통해 주위의 온도를 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 냉각 유닛이 태양광 패널에 적용될 경우 구축 비용이 낮고 유지보수가 필요 없으며 구동에 에너지 소모가 필요 없음에도 불구하고 태양광 패널에 대한 냉각 성능이 월등히 뛰어나다.
Description
본 발명은 태양광 패널에 적용하기 위한 냉각 유닛 및 이의 용도에 관한 것이다.
전체 에너지 소비 중 건물이 차지하는 비율은 30-50%로 가장 큰 수준이며, 이산화탄소 배출량도 상응하게 지배적이다. 건물 부문의 에너지 소비패턴을 개선하기 위해 제로에너지빌딩이 개발되었으며, 신재생에너지를 생산하여 건물 에너지 부하의 일부를 충당한다. 신재생에너지원 중 건물에 가장 많이 사용되는 것은 태양에너지이며, 태양전지를 이용하여 전기의 형태로 수확한다. 대부분의 태양전지는 온도에 민감하여, 복사열로 인해 온도가 상승하면 효율이 급격하게 감소한다.
이로 인해 태양전지의 온도를 일정하게 유지하고 안정적인 발전을 수행하기 위해 냉각수단이 개발되었으며 대표적으로 공기 자연대류, 공기 강제대류, 액체 냉각, 상변화물질(PCM; phase change material), 히트 파이프, 열전냉각(Thermoelectric cooling)이 주로 사용되어 왔다.
공기 자연대류의 경우 패널의 온도가 상승하면 밀도 차로 인해 공기의 유동이 생겨 냉각된다. 냉각에 소모되는 에너지는 없으나 냉각효과가 미미하다. 공기 강제 대류의 경우 팬(fan) 등을 이용하여 공기를 순환시키는 방식으로, 구동력(driving force)공급에 에너지가 소모되고 소음이 발생하지만 자연대류보다는 냉각효과가 뛰어나다. 액체 냉각의 경우 액체를 PV 패널에 순환시켜 냉각하는 것으로 냉각 성능이 가장 뛰어나지만, 에너지 소모가 크고 경제성이 낮다. 일정온도에서 상변화하는 물질을 PV 패널에 부착하고, 복사열이 상변화에 소모되기 때문에 패널의 온도상승을 저지하는 상변화물질 적용 방식의 경우, 물질의 가격이 비싸고, 독성을 가지거나, 태양 전지를 부식시키거나, 인화를 유발시키는 등의 문제점이 존재한다. 히트 파이프 방식은 가열되면 히트파이프 내에서 냉매가 대류하면서 열을 전달하는 방식으로 저렴하지만, 열전달 성능이 낮고 외기조건에 영향을 크게 받는다. 열전냉각 방식은 전기가 공급되면 온도차가 생기는 원리로 냉각하는 방식으로, 구축비용과 에너지 소모가 크다는 점에서 상용화되지 못하였다는 난점이 존재한다.
정리하자면, 태양광 패널의 효율을 향상시키려면 냉각유닛을 결합한 형태로 사용하여야 하지만, 종래 널리 알려진 냉각기술은 효율적으로 열을 제거할 수 없거나 경제성이 낮다는 등의 단점이 존재하여 종래의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 태양광 패널의 냉각 기술이 요구되는 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한
본 발명의 일 실시예는
태양광 패널에 적용하기 위한 냉각 유닛으로서,
상기 냉각 유닛은 다공성층; 및
다공성 층의 일면에 적용된 고체결정층을 포함하고,
상기 다공성층은 용매에 의해 포화되고,
상기 용매는 고체결정층과 용해시 흡열반응이 진행되는 것인, 태양광 패널에 적용하기 위한 냉각 유닛을 제공한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한
본 발명의 다른 일 실시예는
상기 냉각 유닛이 후면에 적용된 태양광 패널로서,
냉각 유닛이 적용될 때 다공성층이 태양광 패널과 맞닿는 것인, 태양광 패널을 제공한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한
본 발명의 또 다른 일 실시예는
다공성층이 후면에 적용된 태양광 패널로서,
상기 다공성층은 태양광 패널과 맞닿는 다공성층의 일면의 반대면에 고체결정층이 적용되고,
상기 다공성층은 용매에 의해 포화되고,
상기 용매는 고체결정층과 용해시 흡열반응이 진행되는 것인, 태양광 패널을 제공한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각 유닛은 태양광 패널에 적용하기 위한 냉각 유닛으로서,
상기 냉각 유닛은 다공성층; 및
다공성 층의 일면에 적용된 고체결정층을 포함하고,
상기 다공성층은 용매에 의해 포화되고,
상기 용매는 고체결정층과 용해시 흡열반응이 진행되는 것일 수 있다.
상기 냉각유닛의 태양광 패널 냉각 원리를 하기에 상세히 설명한다.
상기 냉각유닛에 포함되는 용매를 포화(saturation)시켜 놓고, 흡열 반응을 유도하는 고체결정층 결정을 표면에 적용한다. 다공성물질은 대체로 낮은 온도에서 많은 양의 용매를 흡착하고, 고온에서는 용매를 탈착하는 성질을 가지고 있다. 반면 고체결정층을 이루는 물질의 용해도는 온도가 상승함에 따라 증가한다.
따라서, 태양 광량이 증가하는 낮에는 다공성층에 용매가 포화되어 있으며, 고체결정층이 다공성층의 표면에 적용되어 있는 상태일 때, 복사열이 공급되면 태양광 패널의 온도가 상승하고, 이는 다공성층에 포화된 용매의 탈착을 유도한다. 이 때, 복사열이 용매를 탈착시키는 데에 사용하여 패널의 온도상승이 저지된다. 발생한 액체는 고체결정층을 일부 용해시키고, 흡열하며 주위의 온도를 떨어뜨린다. 온도가 상승하면 다공성물질은 액체를 탈착시키고, 액체의 용제에 대한 용해도는 높아져 흡열반응이 유도된다.
반면, 태양광의 공급이 없는 밤에는 온도가 낮아짐에 따라 용매의 용해도가 낮아져 용해된 고체결정층을 이루는 물질이 고체 결정으로 석출된다. 다공성층은 액체를 다시 흡착하며 쿨링유닛을 다시 사용할 수 있어 가역적인 냉각이 가능하다.
상기 구동원리에 의해 다공성층은 대체로 낮은 온도에서 많은 양의 용매를 흡착하고, 고온에서는 용매를 탈착하는 성질을 갖는 다공성 물질을 활용하는 것이 바람직하다. 상기 다공성층을 이루는 다공성 물질의 일 예시로, 제올라이트 구조체, 금속 유기 골격 구조체(MOF), 이소레티큘러 MOF(IRMOF) 구조체, UiO, 제올라이트-이미다졸레이트 골격체(ZiF) 등이 사용될 수 있다.
보다 상세한 상기 다공성층을 이루는 물질의 예시는 하기와 같다:
제올라이트 13X, 제올라이트 5A, 제올라이트 3A, 제올라이트 Y, SAPO-34, SSZ-14, MOF-5, MOF-74, MOF-99, MOF-177, MOF-235, MOF-253, IRMOF-1, IRMOF-16, UiO-66, UiO-67, UiO-68, MiL-53, MiL-88, MiL-100, MiL-101, LiC-1, ZIF-8 및 ZIF-90으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상이나 이에 제한되는 것은 아니며, 본 냉각 유닛에 사용되기에 적절한 임의의 다공성 물질이 사용되어도 무방하다.
상기 고체결정층은 수산화바륨, 염화암모늄, 염화티오닐, 염화칼륨 및 탄산나트륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어진 것일 수 있으나 어느 하나 이상이나 이에 제한되는 것은 아니며, 본 냉각 유닛에 사용되기에 적절한 임의의 물질이 고체결정층을 이루어도 무방하다.
상기 고체결정층이 수산화바륨으로 이루어질 때, 용매는 염화암모늄이고,
고체결정층이 염화암모늄, 염화칼륨 또는 이들의 조합으로 이루어질 때, 용매는 물이고,
고체결정층이 염화티오닐로 이루어질 때, 용매는 황산코발트7수화물이고
고체결정층이 탄산나트륨으로 이루어질 때, 용매는 에타노산인 것일 수 있으나, 용매가 이에 한정되는 것은 아니며, 구동원리에 부합하는 임의의 다른 용매가 사용될 수 있다.
상기 다공성층에 포화된 용매는
태양광 패널의 온도 상승에 의해 다공성층으로부터 탈착된 후 고체결정층을 용해하는 것일 수 있다.
상기 다공성층은 0.1 내지 2 mm의 두께로 적용된 형태를 갖는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 용매는 다공성층의 질량의 0.18 내지 0.21배로 첨가되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 보다 바람직한 용매의 첨가량의 일예시는 다공성층의 질량의 0.191배로 첨가하는 것이다. 용매량이 상기 범위에 미달하는 경우 다공성층 또는 고체결정층으로부터 용매의 탈착이 용이하지 아니하여 흡열반응이 필요한 만큼 일어나지 않을 수 있으며, 용매량이 상기범위를 초과하는 경우에도 다공성층 또는 고체결정층이 포화되어 용매의 흡착 또는 탈착이 용이하지 아니할 수 있다.
상기 고체결정층은 용매 질량의 4.5 내지 5.4배가 되도록 적용되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 보다 바람직한 고체결정층의 질량의 일예시는 용매 질량의 4.5 내지 5.4배로 적용하는 것이다.
상기 냉각 유닛이 적용될 수 있는 태양광 패널은 태양광 패널의 물리적 구조가 허락하는, 통상의 기술자들에게 널리 알려진 임의의 태양광 패널이 사용될 수 있으며, 본 발명에서 사용된 어떠한 용어도 냉각 유닛이 적용될 수 있는 태양광 패널의 범주를 제한하지 아니한다.
뿐만 아니라, 상기 냉각 유닛의 태양광 패널에 대한 적용 방식이나 고체결정층의 다공성층에 대한 적용 방식은 코팅, 도포, 접착 등 태양광 패널에 대한 냉각 유닛의 성능을 보장하기 위해 이 분야 통상의 기술자들이 사용할 수 있는 임의의 적용 방식이 제한없이 사용될 수 있다.
본 발명에서는 또한 상기 냉각 유닛이 후면에 적용된 태양광 패널로서, 각 유닛이 적용될 때 다공성층이 태양광 패널과 맞닿는 것인, 태양광 패널을 제공한다.
상기 냉각 유닛이 후면에 적용된 태양광 패널의 구체적인 구조의 일 예시를 도 1에 나타내었다. 태양광 패널이 태양광을 받는 데에 방해가 되지 않도록 태양광을 받는 태양광 패널의 후면에 다공성층이 적용되었다. 각 유닛이 태양광 패널에 적용될 때 다공성층이 태양광 패널과 맞닿도록 적용되었다.
한편, 본 발명에서는 상기 냉각유닛이 적용된 태양광 패널의 일 실시예로서
다공성층이 후면에 적용된 태양광 패널로서,
상기 다공성층은 태양광 패널과 맞닿는 다공성층의 일면의 반대면에 고체결정층이 적용되고,
상기 다공성층은 용매에 의해 포화되고,
상기 용매는 고체결정층과 용해시 흡열반응이 진행되는 것인, 태양광 패널을 제공한다. 상기 냉각 유닛을 표현하기 위해 사용된 용어와 중복된 용어는 특별한 언급이 없는 한 동일하게 정의되거나 같은 의미를 갖는다.
상기 다공성층은 제올라이트 13X, 제올라이트 5A, 제올라이트 3A, 제올라이트 Y, SAPO-34, SSZ-14, MOF-5, MOF-74, MOF-99, MOF-177, MOF-235, MOF-253, IRMOF-1, IRMOF-16, UiO-66, UiO-67, UiO-68, MiL-53, MiL-88, MiL-100, MiL-101, LiC-1, ZIF-8 및 ZIF-90으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상이나 이에 제한되는 것은 아니며, 본 냉각 유닛에 사용되기에 적절한 임의의 다공성 층이 사용되어도 무방하다.
상기 고체결정층은 수산화바륨, 염화암모늄, 염화티오닐, 염화칼륨 및 탄산나트륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어진 것일 수 있으나 어느 하나 이상이나 이에 제한되는 것은 아니며, 본 냉각 유닛에 사용되기에 적절한 임의의 물질이 고체결정층을 이루어도 무방하다.
상기 고체결정층이 수산화바륨으로 이루어질 때, 용매는 염화암모늄이고,
고체결정층이 염화암모늄, 염화칼륨 또는 이들의 조합으로 이루어질 때, 용매는 물이고,
고체결정층이 염화티오닐로 이루어질 때, 용매는 황산코발트7수화물이고
고체결정층이 탄산나트륨으로 이루어질 때, 용매는 에타노산인 것일 수 있으나, 용매가 이에 한정되는 것은 아니며, 구동원리에 부합하는 임의의 다른 용매가 사용될 수 있다.
상기 다공성층에 포화된 용매는
태양광 패널의 온도 상승에 의해 다공성층으로부터 탈착된 후 고체결정층을 용해시키거나,
태양광 패널의 온도 하락시에 용해된 고체결정층이 재결정화된 후 용매가 다공성층과 흡착하는 것일 수 있다.
동시에, 상기 다공성층에 포화된 용매는
태양광 패널의 온도 상승에 의해 다공성층으로부터 탈착된 후 고체결정층을 용해시키고,
태양광 패널의 온도 하락시에 용해된 고체결정층이 재결정화된 후 용매가 다공성층과 흡착하는 것일 수 있다.
상기 다공성층은 2 mm 미만의 두께로 적용된 형태를 갖는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 용매는 다공성층의 질량의 0.191배로 첨가하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 고체결정층은 용매 질량의 4.93배로 적용되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 냉각 유닛은 다공성물질 및 다공성물질에 적용된 고체결정층 간의 가역적인 용매 흡착 및/또는 탈착 과정을 통해 주위의 온도를 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 냉각 유닛은 구축비용이 낮고 유지보수가 필요 없으며 구동에 에너지 소모가 필요 없음에도 불구하고 냉각성능이 월등히 뛰어나다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 냉각 유닛이 후면에 적용된 태양광 패널의 구체적인 구조의 일 예시를 나타낸 개략도이다.
도 2는 온도에 따른 제올라이트 13X의 용매 흡수 능력을 비교한 것이다.
도 3은 냉각능력을 분석하기 위해 사용된 실험 장치의 모식도를 나타낸 것이다.
도 4는 물이 포화된 제올라이트 13X에 열을 가했을 때의 현상을 분석한 결과이다.
도 5는 질산암모늄 결정과 물을 분산시킨 형태에서의 냉각성능을 검토한 것이다.
도 6은 물이 포화된 제올라이트 13X에 열을 가했을 때의 온도 변화를 나타낸 것이다.
도 7은 질산암모늄 결정과 물을 분산시킨 형태에서의 온도 변화를 나타낸 것이다.
도 8은 실시예 1에서 제조한 본 발명의 냉각 유닛에서의 온도 변화를 나타낸 것이다.
도 9는 실시예 1의 냉각 유닛의 가역적인 냉각 성능을 분석한 것이다.
도 10은 온도 변화에 따른 용매 이동 과정을 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 온도에 따른 제올라이트 13X의 용매 흡수 능력을 비교한 것이다.
도 3은 냉각능력을 분석하기 위해 사용된 실험 장치의 모식도를 나타낸 것이다.
도 4는 물이 포화된 제올라이트 13X에 열을 가했을 때의 현상을 분석한 결과이다.
도 5는 질산암모늄 결정과 물을 분산시킨 형태에서의 냉각성능을 검토한 것이다.
도 6은 물이 포화된 제올라이트 13X에 열을 가했을 때의 온도 변화를 나타낸 것이다.
도 7은 질산암모늄 결정과 물을 분산시킨 형태에서의 온도 변화를 나타낸 것이다.
도 8은 실시예 1에서 제조한 본 발명의 냉각 유닛에서의 온도 변화를 나타낸 것이다.
도 9는 실시예 1의 냉각 유닛의 가역적인 냉각 성능을 분석한 것이다.
도 10은 온도 변화에 따른 용매 이동 과정을 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
실시예
실시예 1. 태양광 패널에 적용하기 위한 냉각 유닛의 제작
태양광 패널에 적용하기 위한 냉각 유닛을 제작하였다. 다공성물질로는 제올라이트 13X, 흡열 용제-용매 쌍으로는 NH4NO3 및 H2O를 사용하였다. 제올라이트 13X는 20 °C에서 물 흡착 성능이 10 mmol/g에 달하고, 70 °C 에서의 흡착성능은 3 mmol/g 수준이었다. 반면 이론적으로 NH4NO3의 용해도는 20 °C 에서 1 g, 70 °C 에서 5 g 수준이었다. 이론적인 흡착 성능과 용해 과정에서의 형성 엔탈피를 고려하여 이론적 용해도와 흡열량이 현저히 뛰어날 것으로 예측되는 투입량을 계산하였다.
구체적으로, 제올라이트 13X 23.46g에 대하여 물 4.48g을 투입하여 포화시킨 후, 일면에 NH4NO3 22.05g을 결정화하여 고체결정층을 형성시켰다. 이때 투입된 제올라이트 13X: H2O: NH4NO3의 질량비는 1:0.191:0.94 였다.
실시예 2. 온도 변화에 따른 다공성 물질의 용매 흡착능력 분석
다공성물질의 액체 흡착-탈착, 용제의 용해현상은 가역적인 과정이다. 따라서, 상기 실시예 1에서 제조한 냉각 유닛의 경우, 온도가 상승하면 제올라이트 13X에서 용매가 탈착되고, 탈착된 용매는 NH4NO3를 용해시켜 흡열하며 주위의 온도를 낮출 것으로 기대하였다. 온도 변화에 따른 다공성 물질의 용매 흡착능력을 분석하기 위해, 온도별로 용매 흡수 과정 분석기 (Micromertics, Flex)를 이용하여 제올라이트 13X의 H2O 흡착성능을 측정하고 그 결과를 도 2에 나타내었다. 분석 결과 상대압과 무관하게 40°C에서 물의 흡착량은 20°C의 물의 흡착량보다 감소하였음을 확인하였다.
실시예 3. 다공성층의 냉각능력 분석
상기 실시예 1의 냉각 유닛에서 고체결정층을 도포하지 않아 물이 포화된 다공성층만 존재하는 상태에서 이를 가열판(알루미늄판, 100 mm * 100 mm 및 두께 10 mm) 위에 올려둔 후 열을 가하였다. 구체적으로, 가열판으로서 에 50W에 일정한 열을 가하였으며 가열판 측면은 모두 단열이 되도록 설계하였다. 온도계는 가열판에 부착하여 온도를 측정하였다. 상세한 실험 장치의 구조를 도 3에 나타내었으며, 상기 온도 변화를 분석한 결과를 도 4에 나타내었다. 가열판의 온도는 200 °C 로 유지되었으며, 일정한 열을 가했을 때 제올라이트 13X의 물이 재생되는 현상을 관찰할 수 있었다. 물이 완전히 재생된 하단부 영역은 열흡수가 불가능하여 가열판과 온도(150 °C)가 유사한 것을 확인하였다. 반면 물이 재생되는 영역에서는 온도(약 30 °C)를 낮게 유지하여, 물 탈착을 이용한 냉각이 구현되었음을 확인하였다.
실시예 3. 고체결정층의 냉각능력 분석
상기 실시예 2에서와 동일한 실험조건으로 물을 분산시킨 질산암모늄 고체결정층을 가열판 위에 올려둔 후 열을 가했을 때의 현상을 분석한 결과를 도 5에 나타내었다. 가열판에서 일정한 열이 공급되면, 하단부에서는 온도가 상승하여 질산암모늄이 용해되었다. 이 과정에서 흡열에너지가 발생하여 주위의 온도를 낮추었 다. 반응기 내부 온도는 30 °C 정도에서 유지되었으며 흡열반응을 이용한 냉각이 실현가능함을 확인하였다.
실시예 4. 잠열냉각 및 흡열냉각 성능 평가
상기 실시예 2를 통해 확인한 제올라이트 13X와 물을 이용한 냉각 효과는 잠열냉각이었고, 상기 실시예 3을 통해 확인한 질산암모늄과 물을 이용한 냉각 효과는 흡열 냉각이었다. 보다 상세한 분석을 위해 실시예 2와 실시예 3에서 시간에 따른 온도변화를 각각 도 6 및 도 7에 나타내었으며, 가열판 상단에 제올라이트 13X, 질산암모늄 및 물을 모두 적용하였을 때의 시간에 따른 온도변화를 도 8에 나타내었다.
도 6에서의 온도의 변동(fluctuation)은 반복 실험에도 불구하고 관찰되어 잠열 냉각에 따른 것으로 추정되었다. 도 7에서의 흡열 반응을 이용한 냉각방식의 경우 45 °C 근방에서 온도가 1-2°C 가량 급격하게 떨어지는 현상이 발생하는데, 이는 특정 온도에서 용해의 변이점임을 추론할 수 있었다. 한편, 도 8에서는 흡열냉각과 잠열냉각이 모두 이루어짐에 따라 시간당 온도 변화의 기울기가 가장 낮음을 확인하였다.
실시예 1의 냉각 유닛에 적용되는 냉각 효과는 자연대류, 강제대류, 잠열냉각, 흡열냉각이 존재할 수 있으며, 구체적인 냉각 효과에 대한 설명을 하기 표 1에 설명하였다.
| 자연대류 | 가열판 위에 어떠한 처리도 하지 않고, 온도 상승에 따른 공기의 밀도차에 의한 유동 냉각 방식 |
| 강제대류 | 가열판 위에 팬(400 rpm)으로 공기 흐름을 가했을 때의 냉각 방식 |
| 잠열냉각 | 가열판 위에 제올라이트 13X만 코팅하였을 때 냉각 효과 |
| 흡열냉각 | 가열판 위에 NH4NO3/H2O를 도포하였을 때 냉각 효과 |
실시예 1에서 제조한 본 발명의 냉각 유닛은 열에너지 공급밀도가 태양에너지보다 훨씬 높은 상태에서 실험하였음에도, 시간당 온도 상승 기울기가 훨씬 낮은 모습을 확인할 수 있었는데, 이는 냉각유닛의 열방출 능력이 훨씬 뛰어났기 때문인 것으로 보인다. 자연대류, 강제대류, 잠열냉각, 흡열냉각이 모두 적용되기 때문인 것으로 추론된다.
시간당 온도 상승폭으로 그 외 경우를 계산해 본 결과 [질산암모늄/물을 이용한 흡열 냉각] > [제올라이트 13X/물을 이용한 잠열 냉각] > [강제 대류 냉각] > [자연 대류 냉각] 순으로 냉각효과가 있음을 확인할 수 있었다.
실시예 5. 냉각 유닛의 가역적 냉각 성능 효과 분석
실시예 1의 냉각 유닛의 가역적인 냉각 성능을 분석하기 위하여 가열판의 온도를 50 °C로 가열하였다가 상온으로 냉각시키기를 반복하여 냉각 유닛의 온도 변화 기울기를 측정하고 그 결과를 도 9에 나타내었다. 그 결과 반복 실험에도 불구하고 동일한 냉각 성능을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 제올라이트 13X 상면에서 질산암모늄을 도포시켰을 때 형성된 결정층을 도 10에 나타내었다. 50 °C에서 제올라이트 13X로부터 물이 탈착되고, 물이 질산암모늄을 용해시키는 모습을 육안으로 확인할 수 있었다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구 범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (13)
- 태양광 패널에 적용하기 위한 냉각 유닛으로서,
상기 냉각 유닛은 다공성층; 및
다공성 층의 일면에 적용된 고체결정층을 포함하고,
상기 다공성층은 용매에 의해 포화되고,
상기 용매는 고체결정층과 용해시 흡열반응이 진행되고,
상기 다공성층에 포화된 용매는 상기 태양광 패널의 온도 상승에 의해 상기 다공성층으로부터 탈착된 후 상기 고체결정층을 용해시키고,
상기 태양광 패널의 온도 하락에 의해 태양광 패널의 온도 상승시에 상기 고체결정층과 혼합된 상기 용매가 상기 고체결정층으로부터 탈착된 후 상기 다공성층에 흡착되어, 가역적인 용매 흡착/탈착을 수행하는 것인, 태양광 패널에 적용하기 위한 냉각 유닛.
- 제1항에 있어서,
상기 다공성층은 제올라이트 13X, 제올라이트 5A, 제올라이트 3A, 제올라이트 Y, SAPO-34, SSZ-14, MOF-5, MOF-74, MOF-99, MOF-177, MOF-235, MOF-253, IRMOF-1, IRMOF-16, UiO-66, UiO-67, UiO-68, MiL-53, MiL-88, MiL-100, MiL-101, LiC-1, ZIF-8 및 ZIF-90으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어진 것인, 태양광 패널에 적용하기 위한 냉각 유닛.
- 제1항에 있어서,
상기 고체결정층은 수산화바륨, 염화암모늄, 염화티오닐, 염화칼륨, 질산암모늄 및 탄산나트륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어진 것인, 태양광 패널에 적용하기 위한 냉각 유닛.
- 제3항에 있어서,
고체결정층이 수산화바륨으로 이루어질 때, 용매는 염화암모늄이고,
고체결정층이 염화암모늄, 염화칼륨, 및 질산암모늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어질 때, 용매는 물이고,
고체결정층이 염화티오닐로 이루어질 때, 용매는 황산코발트7수화물이고
고체결정층이 탄산나트륨으로 이루어질 때, 용매는 에타노산인 것인, 태양광 패널에 적용하기 위한 냉각 유닛.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 다공성층은 0.1 내지 2.0 mm의 두께를 갖는 것인, 태양광 패널에 적용하기 위한 냉각 유닛.
- 제1항 내지 제4항 및 제6항 중 어느 한 항의 냉각 유닛이 후면에 적용된 태양광 패널로서,
냉각 유닛이 적용될 때 다공성층이 태양광 패널의 후면에 적용되는 것인, 태양광 패널.
- 다공성층이 후면에 적용된 태양광 패널로서,
상기 다공성층은 태양광 패널의 후면에 적용되는 다공성층의 일면의 반대면에 고체결정층이 적용되고,
상기 다공성층은 용매에 의해 포화되고,
상기 용매는 고체결정층과 용해시 흡열반응이 진행되고,
상기 다공성층에 포화된 용매는 상기 태양광 패널의 온도 상승에 의해 상기 다공성층으로부터 탈착된 후 상기 고체결정층을 용해시키고,
상기 태양광 패널의 온도 하락에 의해 태양광 패널의 온도 상승시에 상기 고체결정층과 혼합된 상기 용매가 상기 고체결정층으로부터 탈착된 후 상기 다공성층에 흡착되어, 가역적인 용매 흡착/탈착을 수행하는 것인, 태양광 패널.
- 제8항에 있어서,
상기 다공성층은 제올라이트 13X, 제올라이트 5A, 제올라이트 3A, 제올라이트 Y, SAPO-34, SSZ-14, MOF-5, MOF-74, MOF-99, MOF-177, MOF-235, MOF-253, IRMOF-1, IRMOF-16, UiO-66, UiO-67, UiO-68, MiL-53, MiL-88, MiL-100, MiL-101, LiC-1, ZIF-8 및 ZIF-90으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어진 것인, 태양광 패널:
- 제8항에 있어서,
상기 고체결정층은 수산화바륨, 염화암모늄, 염화티오닐, 염화칼륨, 질산암모늄 및 탄산나트륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어진 것인, 태양광 패널.
- 제10항에 있어서,
고체결정층이 수산화바륨으로 이루어질 때, 용매는 염화암모늄이고,
고체결정층이 염화암모늄, 염화칼륨, 및 질산암모늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어질 때, 용매는 물이고,
고체결정층이 염화티오닐로 이루어질 때, 용매는 황산코발트7수화물이고
고체결정층이 탄산나트륨으로 이루어질 때, 용매는 에타노산인 것인, 태양광 패널.
- 삭제
- 제8항에 있어서,
상기 다공성층은 0.1 내지 2.0 mm의 두께를 갖는 것인, 태양광 패널.
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