히트파이프 복합 태양열 시스템 수치 해석

본 연구는 히트파이프 기반 태양열 시스템의 열 성능을 향상시키기 위한 수치 해석을 수행했다. 특히, 그래핀 나노플레이트(GNP)가 혼합된 파라핀 기반 상변화 물질(PCM)을 시스템에 통합하여 열 저장 및 열 전달 과정을 최적화하는 데 중점을 두었다. 열 손실을 줄이기 위해 진공층을 추가하고, 진공층 내 복사 에너지 전달을 모델링했다. 시스템 성능 개선을 위해 GNP와 내부 핀 구조를 결합하여 파라핀의 용융 과정을 가속화했다. 또한, 다공성 금속 폼을 삽입하여 전도성 경로를 추가함으로써 열 저장 용량을 증대시키고 전체 열 전달 속도를 높였다. 진공 단열은 PCM의 액상 분율을 증가시키며, 이 효과는 용융 과정이 진행될수록 더욱 두드러졌다. PCM 내 핀은 열 침투를 강화하여 상변화 중 더 높은 액상 분율을 유도했다. 다공성 금속 폼, 특히 고다공성 폼의 사용은 용융을 더욱 가속화했다. 동시에, GNP 분산액의 상변화 특성이 크게 향상되어 빠른 열 흡수 및 용융이 가능해졌다. 이러한 결과는 히트파이프 기반 태양열 시스템의 열 성능을 극대화하고 에너지 효율을 높이는 데 기여할 수 있는 효과적인 설계 전략을 제시한다. 본 연구에서 제안된 복합 재료 및 구조는 차세대 고효율 태양열 에너지 저장 시스템 개발에 중요한 기반이 될 것으로 기대된다.