KR20240050701A - 고온용 히트파이프용 냉각기 및 이를 포함하는 열성능 시험장비 - Google Patents

고온용 히트파이프용 냉각기 및 이를 포함하는 열성능 시험장비 Download PDF

Info

Publication number
KR20240050701A
KR20240050701A KR1020220130402A KR20220130402A KR20240050701A KR 20240050701 A KR20240050701 A KR 20240050701A KR 1020220130402 A KR1020220130402 A KR 1020220130402A KR 20220130402 A KR20220130402 A KR 20220130402A KR 20240050701 A KR20240050701 A KR 20240050701A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
cooler
condensation
heating
heater
Prior art date
Application number
KR1020220130402A
Other languages
English (en)
Inventor
김호식
박병하
김찬수
Original Assignee
한국원자력연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국원자력연구원 filed Critical 한국원자력연구원
Priority to KR1020220130402A priority Critical patent/KR20240050701A/ko
Publication of KR20240050701A publication Critical patent/KR20240050701A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G01M99/002—Thermal testing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2200/00—Prediction; Simulation; Testing
    • F28F2200/005—Testing heat pipes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

본 발명은 고온용 히트파이프용 냉각기 및 이를 포함하는 열성능 시험장비에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기상의 열매를 액상으로 냉각시키는 응축부를 수용하는 몸체; 상기 몸체를 감싸며, 외부로부터 유입되는 기상의 유체가 상기 응축부와 열교환되도록 상기 기상의 유체가 유동되는 유동통로가 형성되는 유동통로관; 및 상기 응축부와 상기 몸체 사이에 배치되며, 상기 몸체보다 낮은 열전도도를 가지는 충진부를 포함하는, 고온용 히트파이프용 냉각기 및 이를 포함하는 열성능 시험장비가 제공될 수 있다.

Description

고온용 히트파이프용 냉각기 및 이를 포함하는 열성능 시험장비{COOLER FOR HIGH TEMPERATURE HEAT PIPE AND APPARATUS FOR THERMAL PERFORMANCE TEST INCLUDING THE SAME}
본 발명은 고온용 히트파이프용 냉각기 및 이를 포함하는 열성능 시험장비에 대한 발명이다.
일반적으로 고온용 히트파이프의 열성능평가는 히트파이프의 응축부를 물냉각기 또는 가스냉각기로 냉각하거나 자연냉각방식으로 냉각한 후, 응축부의 열제거율을 측정하여 히트파이프 내부에서의 열매의 열이송능력을 평가하였다.
그러나, 물냉각기의 경우 냉각효율이 높은 대신 저압 조건에서는 비등에 의한 과도한 열 제거로 히트파이프가 정상운전에 도달하기 전에 히트파이프의 응축부가 과냉되어 음속한계(sonic limitation)가 발생되는 문제점이 있다.
또한, 공기, 질소, 헬륨가스 등으로 히트파이프의 응축부를 냉각하는 가스냉각기 중 가스가 응축부와 직접적으로 접촉되는 직접 냉각 방식의 경우, 히트파이프 표면의 고온의 운전온도로 인해 가스냉각기와 히트파이프의 표면을 밀폐하기가 어렵고, 밀폐된 부분에서 열전달 또는 열손실이 발생하여 히트파이프의 정확한 열성능평가가 이루어지지 않는 문제점이 있다.
또한, 히트파이프의 응축부를 냉각하는 가스냉각기 중 응축부를 냉각하는 가스와 히트파이프의 응축부 사이에 냉각기가 배치되는 간접 냉각 방식의 경우, 가스냉각기와 히트파이프 표면이 접촉된 상태로 열교환이 이루어져 접촉저항을 예측하기 어렵고, 히트파이프 표면에 온도센서를 연결하는 것이 어려운 문제점이 있다.
또한, 물냉각기 및 가스냉각기는 모두 저온의 냉각 유체를 사용할 경우, 응축부의 과도한 열 제거로 음속한계가 발생되는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 냉각기에 유입되는 유체의 온도를 고온으로 높이기 위한 별도의 고용량의 예열기가 설치되어야 하는 문제점도 있다.
또한, 자연냉각의 경우 히트파이프 표면을 개방하여 복사열전달 등을 통해 자연냉각하는 방식이다. 이러한 자연냉각 방식은 간단하게 수행될 수 있으나 정밀한 열성능 평가가 어렵다는 단점이 있다.
또한, 일반적인 히트파이프의 열성능을 평가하는 장치는, 히트파이프의 기동운전을 위해 증발부에 열을 공급하여 히트파이프 내부의 열매를 증발부부터 응축부까지 순차적으로 가열하는 방식을 사용한다. 그러나 이러한 방식은 증발부를 통한 열 공급과 응축부를 통한 열 제거의 균형을 맞추기가 어려워 응축부의 과냉에 의한 음속한계가 발생하기 쉬운 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예들은 상기와 같은 배경에 착안하여 발명된 것으로서, 기동운전이 시작되기 전, 가열기로 가열로 내를 타겟온도범위가 되도록 가열하여, 히트파이프를 타겟온도범위가 되도록 가열시킴으로써 히트파이프에서 음속한계가 발생되는 것이 방지될 수 있는 열성능 시험장비를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예들은, 기동운전이 시작된 후, 가열기로 가열로 내를 타겟온도범위가 되도록 가열함으로써, 히터로부터 발생되는 열이 손실되는 것을 방지하고, 단열부의 표면으로부터 열이 손실되는 것을 방지하고, 외부공기가 냉각기로 유입될 때 냉각기 표면에서 발생될 수 있는 열손실이 방지될 수 있는 열성능 시험장비를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기상의 열매를 액상으로 냉각시키는 응축부를 수용하는 몸체; 상기 몸체를 감싸며, 외부로부터 유입되는 기상의 유체가 상기 응축부와 열교환되도록 상기 기상의 유체가 유동되는 유동통로가 형성되는 유동통로관; 및 상기 응축부와 상기 몸체 사이에 배치되며, 상기 몸체보다 낮은 열전도도를 가지는 충진부를 포함하는, 고온용 히트파이프용 냉각기가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예들은 기동운전이 시작되기 전, 가열기의 제1 가열부, 제2 가열부 및 제3 가열부로 가열로 내를 타겟온도범위가 되도록 가열하여, 히트파이프의 증발부, 단열부 및 응축부를 타겟온도범위가 되도록 가열시킴으로써 히트파이프에서 음속한계가 발생되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 기동운전이 시작된 후, 제1 가열부로 가열로 내를 타겟온도범위가 되도록 가열함으로써, 히터가 히트파이프의 증발부를 가열시키는데 있어서 히터로부터 발생되는 열이 손실되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 기동운전이 시작된 후, 제2 가열부로 가열로 내를 타겟온도범위가 되도록 가열함으로써, 단열부의 표면으로부터 열이 손실되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 기동운전이 시작된 후, 제3 가열부로 가열로 내를 타겟온도범위가 되도록 가열함으로써, 냉각기의 유입채널을 통해 외부공기가 냉각기로 유입될 때 냉각기 표면에서 발생될 수 있는 열손실이 방지될 수 있다.
또한, 냉각기의 충진부에 의해 히트파이프 응축부의 표면과 유입채널을 통해 유동통로에 유입되는 외부공기 간의 온도 구배가 상대적으로 증가될 수 있다. 이에 히트파이프 응축부의 표면과 유동통로로 유입되는 외부공기 간의 급속한 열교환에 의해 응축부가 과냉되어 발생될 수 있는 음속한계가 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열성능 시험장비에 대한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열성능 시험장비의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열성능 시험장비의 냉각기의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열성능 시험장비의 히트파이프에 온도센서가 연결된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열성능 시험장비의 히트파이프에 온도센서가 연결된 모습 및 충진부의 모습을 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '지지', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 지지, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고온용 히트파이프용 열성능 시험장비(1)(이하 열성능 시험장비(1)라 한다)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에서 열성능 시험장비(1)는 히트파이프(300)의 열이송능력을 측정할 수 있다. 이러한 열성능 시험장비(1)는 가열로(100), 가열기(200), 열매(미도시), 히트파이프(300), 히터(400), 냉각기(500), 제어기(600), 온도센서(700) 및 고정부(800)를 포함할 수 있다.
가열로(100)는 가열기(200), 히트파이프(300), 히터(400) 및 냉각기(500)를 수용할 수 있다. 이러한 가열로(100)는 가열기(200)에 의해 발생되는 열이 외부로 손실되는 것이 방지되도록 밀폐된 구조로 형성될 수 있다. 가열로(100)는 길이방향으로 연장되는 케이스 형상을 가질 수 있다. 가열로(100)의 일측 단부에는 히터(400)의 후술할 발열체(410)가 관통될 수 있다. 가열로(100)의 타측 단부에는 냉각기(500)의 후술할 배출채널(560)이 관통될 수 있다. 또한, 가열로(100)의 일측면에는 냉각기(500)의 유입채널(550)이 관통될 수 있다.
가열로(100) 내부에는 단열블록(110)이 채워질 수 있다. 이러한 단열블록(110)은 소정의 내벽이 형성되는 원통의 형상으로 형성될 수 있다. 단열블록(110)의 내벽에는 가열기(200)가 삽입 배치될 수 있다. 또한 단열블록(110)의 내벽 내측에는 히터(400), 히트파이프(300) 및 냉각기(500)가 배치될 수 있는 수용공간이 형성될 수 있다. 한편, 히터(400)의 히팅블록(410)의 외주면과 단열블록(110) 사이에는 상대적으로 작은 소정의 공간이 형성될 수 있다. 또한, 히트파이프(300) 단열부(320)의 외주면과 단열블록(110) 사이에는 상대적으로 큰 소정의 공간이 형성될 수 있다. 한편, 히터(400)의 후술할 히팅블록(420)의 일측, 냉각기(500)의 몸체(510)의 타측 및 히트파이프(300) 단열부(320)가 배치된 냉각기(500)의 몸체(510)의 일측 부분은 단열블록(110)이 채워지도록 형성될 수 있다.
가열기(200)는 가열로(100) 내를 가열시킬 수 있다. 예를 들어, 가열기(200)는 기동운전을 시작하기 전과 후, 가열로(100) 내를 가열시켜 히터(400), 냉각기(500) 및 히트파이프(300)을 가열시킬 수 있다. 본 명세서에서 기동운전이란, 히트파이프(300)의 열성능을 측정하기 위하여 히터(400)로 히트파이프(300)의 후술할 증발부(310)를 가열시키고, 히트파이프(300)의 응축부(330)를 감싸는 냉각기(500)에 유체(외부공기)를 유입시키는 절차를 말한다. 가열기(200)는 제어기(600)와 연결되어 출력이 제어될 수 있다. 이러한 가열기(200)는 제1 가열부(210), 제2 가열부(220) 및 제3 가열부(230)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 가열부(210), 제2 가열부(220) 및 제3 가열부(230)는 제어기(600)에 의해 독립적으로 출력이 제어될 수 있다.
제1 가열부(210)는 가열로(100) 내를 가열시킴으로써 히터(400) 및 히트파이프(300)의 증발부(310)를 가열시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 가열부(210)는 기동운전이 시작되기 전, 히터(400) 및 히트파이프(300)의 증발부(310)를 타겟온도범위를 만족하도록 가열시킬 수 있다. 이에, 히트파이프(300)의 증발부(310)가 타겟온도범위로 가열되어 히트파이프(300)에서 음속한계(sonic limitation)가 발생되는 것이 방지될 수 있다. 본 명세서에서 음속한계는 열매의 유속이 음속 제한에 걸려 증발부(310)로부터 단열부(320) 및 응축부(330)로 열 이송이 제한되는 것을 말한다. 예를 들어, 히트파이프(300)의 온도가 소정의 온도 이하인 경우(일 예로 500도 이하), 음속한계에 해당하는 열출력값이 매우 낮아져 히트파이프(300)의 열 이송 능력이 현저히 떨어질 수 있다. 또한, 본 명세서에서 타겟온도범위는 600도 내지 700도일 수 있다. 또한, 제1 가열부(210)는 기동운전이 시작된 후에도, 히터(400)의 환경온도를 타겟온도범위를 만족하도록 가열시킬 수 있다. 본 명세서에서 히터(400)의 환경온도란 히터(400)의 히팅블록(410)의 외주면과 단열블록(110) 사이에 형성되는 소정의 공간을 의미할 수 있다. 이에, 히터(400)가 히트파이프(300)의 증발부(310)를 가열시키는데 있어서 히터(400)로부터 발생되는 열이 손실되는 것을 방지될 수 있다.
이러한, 제1 가열부(210)는 가열로(100) 내에서 히터(400)로부터 소정거리로 이격 배치될 수 있다. 또한, 제1 가열부(210)는 복수 개로 제공될 수 있으며, 복수 개의 제1 가열부(210)는 히터(400)를 둘러싸도록 히터(400)의 반경방향 외측으로 소정거리로 이격 배치될 수 있다.
제2 가열부(220)는 가열로(100) 내를 가열시킴으로써 히트파이프(300)의 단열부(320)를 가열시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 가열부(220)는 기동운전이 시작되기 전, 단열부(320)를 타겟온도범위를 만족하도록 가열시킬 수 있다. 이에, 단열부(320)가 타겟온도범위로 가열되어 히트파이프(300)에서 음속한계가 발생되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 제2 가열부(220)는 기동운전이 시작된 후에도, 단열부(320)의 환경온도를 타겟온도범위를 만족하도록 가열시킬 수 있다. 본 명세서에서 단열부(320)의 환경온도란 단열부(320)의 외주면과 단열블록(110) 사이에 형성되는 소정의 공간을 의미할 수 있다. 이에, 단열부(320)의 표면으로부터 열이 손실되는 것이 방지될 수 있다.
이러한 제2 가열부(220)는 가열로(100) 내에서 단열부(320)로부터 소정거리로 이격 배치될 수 있다. 또한, 제2 가열부(220)는 복수 개로 제공될 수 있으며, 복수 개의 제2 가열부(220)는 단열부(320)를 둘러싸도록 단열부(320)의 반경방향 외측으로 소정거리 이격 배치될 수 있다.
제3 가열부(230)는 가열로(100) 내를 가열시킴으로써 냉각기(500) 및 히트파이프(300)의 응축부(330)를 가열시킬 수 있다. 예를 들어, 제3 가열부(230)는 기동운전이 시작되기 전, 냉각기(500) 및 히트파이프(300)의 응축부(330)를 타겟온도범위를 만족하도록 가열시킬 수 있다. 이에, 히트파이프(300)의 응축부(330)가 타겟온도범위로 가열되어 히트파이프(300)에서 음속한계가 발생되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 제3 가열부(230)는 기동운전이 시작된 후에도, 냉각기(500)의 환경온도를 타겟온도범위를 만족하도록 가열시킬 수 있다. 본 명세서에서 냉각기(500)의 환경온도란 냉각기(500)의 외주면과 단열블록(110) 사이에 형성되는 소정의 공간을 의미할 수 있다. 이에, 냉각기(500)의 후술할 유입채널(550)을 통해 외부공기가 냉각기(500)로 유입될 때 냉각기(500) 표면에서 발생될 수 있는 열손실이 방지될 수 있다.
이러한, 제3 가열부(230)는 가열로(100) 내에서 냉각기(500)로부터 소정거리로 이격 배치될 수 있다. 또한, 제3 가열부(230)는 복수 개로 제공될 수 있으며, 복수 개의 제3 가열부(230)는 냉각기를 둘러싸도록 냉각기(500)의 반경방향 외측으로 소정거리로 이격 배치될 수 있다.
열매는 히트파이프(300) 내에서 유동되며 액상과 기상 사이에서 상변화하는 열전달 매체일 수 있다. 열매는 증발부(310) 내에서 히터(400)의 열과 열교환되어 액상에서 기상으로 증발될 수 있다. 기상으로 증발된 열매는 단열부(320)를 통해 응축부(330)로 유동될 수 있다. 또한 열매는 응축부(330) 내에서 냉각기(500)의 외부공기와 열교환되어 기상에서 액상으로 응축될 수 있다. 이러한 열매는 소듐(sodium)을 포함할 수 있다.
히트파이프(heat pipe, 300)는 내부에서 열매가 상변화하며 유동될 수 있다. 히트파이프(300)는 길이방향으로 연장될 수 있다. 이러한 히트파이프(300)는 증발부(310), 단열부(320) 및 응축부(330)를 포함할 수 있다.
증발부(310)는 액상의 열매를 히터(400)의 열과 열교환하여 기상으로 증발시킬 수 있다. 이러한 증발부(310)는 기동운전이 시작되기 전, 제1 가열부(210)에 의해 히터(400)와 함께 타겟온도범위로 가열될 수 있다. 또한 증발부(310)는 기동운전이 시작된 후, 히터(400)에 의해 가열될 수 있다.
단열부(320)는 기상으로 증발된 열매가 응축부(330)로 유동되는 통로를 제공할 수 있다. 이러한 단열부(320)는 기동운전이 시작되기 전과 후, 제2 가열부(220)에 의해 타겟온도범위로 가열될 수 있다.
응축부(330)는 기상의 열매를 냉각기(500)의 외부공기와 열교환하여 액상으로 응축시킬 수 있다. 이러한 응축부(330)는 기동운전이 시작되기 전, 제3 가열부(230)에 의해 냉각기(500)와 함께 타겟온도범위로 가열될 수 있다. 또한 응축부(330)는 기동운전이 시작된 후, 냉각기(500)에 의해 냉각될 수 있다.
한편, 히트파이프(300)는 내부에 배치되는 윅구조(wick structure, 미도시)를 포함할 수 있다. 이러한 윅구조는 히트파이프(300)의 내주면에 접촉될 수 있으며, 히트파이프(300)의 길이방향을 따라 연장될 수 있다. 또한 윅구조는 히트파이프(300)의 연장방향과 직교되는 방향의 길이인 소정의 두께를 가지는 환형 구조일 수 있다. 윅구조는 복수 개의 금속 와이어가 서로 교차 배열된 형태(일 예로 꼬아진 형태)로 형성될 수 있다.
윅구조는 상대적으로 미세한 구조로 형성될 수 있으며, 이러한 미세구조로 인해 응축부(330)에서 응축된 액상의 열매를 증발부(310)로 이송하는데 필요한 모세관력(capillary force)을 제공할 수 있다. 윅구조의 내벽 내측에 형성되는 공간에서는 증발부(310)에서 증발된 기상의 열매가 증발부(310)로부터 응축부(330)로 유동되는 경로가 제공될 수 있다. 또한, 윅구조의 내부에서는 응축부(330)에서 응축된 액상의 열매가 응축부(330)로부터 증발부(310)로 유동되는 경로가 제공될 수 있다.
히터(400)는 히트파이프(300)의 증발부(310)를 가열시킬 수 있다. 히터(400)는 증발부(310)를 가열시키도록 증발부(310)를 감싸는 형태로 배치될 수 있다. 이러한 히터(400)는 발열체(410) 및 히팅블록(420)을 포함할 수 있다.
발열체(410)는 열을 발생시킬 수 있다. 이러한 발열체(410)는 히팅블록(420)의 내벽에 삽입되며, 발열됨으로써 히팅블록(420)을 통해 히트파이프(300)의 증발부(310)를 가열시킬 수 있다. 히팅블록(420)은 히트파이프(300)의 증발부(310)를 감쌀 수 있다. 히팅블록(420)의 내벽에는 발열체(410)가 삽입 배치되며, 히팅블록(420)은 발열체(410)의 열을 증발부(310)에 전달하게 된다.
히터(400)는 기동운전이 시작되기 전, 제1 가열부(210)에 의해 타겟온도범위로 가열될 수 있다. 히터(400)가 타겟온도범위로 가열되면서 히터(400)가 둘러싸는 히트파이프(300)의 증발부(310)도 타겟온도범위로 가열될 수 있다. 또한, 히터(400)는 기동운전이 시작된 후, 히트파이프(300)의 증발부(310)를 가열하여 히트파이프(300) 전체에 열을 공급할 수 있다.
냉각기(500)는 히트파이프(300)의 응축부(330)를 냉각시킬 수 있다. 이러한 냉각기(500)는 응축부(330)를 냉각시키도록 응축부(330)를 감싸는 형태로 배치될 수 있다. 이러한 냉각기(500)는 몸체(510), 유동통로관(520), 충진부(530), 단열부재(540), 유입채널(550), 배출채널(560) 및 마개(570)를 포함할 수 있다.
몸체(510)는 히트파이프(300)의 응축부(330)를 수용할 수 있다. 이러한 몸체(510)는 냉각기(500)의 외관을 형성할 수 있다. 몸체(510)는 내면이 응축부(330)와 소정거리로 이격 배치되도록 응축부(330)의 단면 지름보다 큰 지름을 가지도록 형성될 수 있다.
유동통로관(520)은 몸체(510)의 외주면을 감싸도록 일방향으로 연장될 수 있다. 이러한 유동통로관(520)에는 몸체(510)의 외주면과 접하는 유동통로(521)가 형성될 수 있다. 유동통로(521)는 유입채널(550)을 통해 유입되는 기상의 유체(일 예로 외부공기)가 응축부(330)와 열교환되도록 외부공기가 유동되는 경로를 제공할 수 있다. 유입채널(550)을 통해 유동통로(521)로 유입된 외부공기는 응축부(330)와 열교환되어 배출채널(560)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
충진부(530)는 히트파이프(300)의 응축부(330)와 냉각기(500)의 몸체(510) 사이에 배치되며 응축부(330)와 유동통로(521)에서 유동되는 기상의 유체(외부공기) 간의 급속한 열교환을 방지시킬 수 있다. 충진부(530)는 히트파이프(300)의 응축부(330)와 냉각기(500)의 몸체(510) 사이에 소정의 공간의 형태로 형성될 수 있다. 충진부(530)의 소정의 공간에는 금속 소재의 몸체(510)보다 낮은 열전도도를 가지는 Al2O3 및 SiO2 중 어느 하나 이상의 분말이 채워질 수 있다. 또한, 충진부(530)는 금속 소재의 응축부(330)보다 낮은 열전도도를 가지는 Al2O3 및 SiO2 중 어느 하나 이상의 분말로 형성될 수도 있다.
충진부(530)는 금속 보다 낮은 열전도를 가지므로, 충진부(530)에 의해 히트파이프(300) 응축부(330)의 표면과 유입채널(550)을 통해 유동통로(521)에 유입되는 외부공기 간의 온도 구배(temperature gradient)가 상대적으로 증가될 수 있다. 이에 히트파이프(300) 응축부(330)의 표면과 유동통로(521)로 유입되는 외부공기 간의 급속한 열교환에 의해 응축부(330)가 과냉되는 음속한계가 방지될 수 있다.
충진부(530)의 내면은 히트파이프(300)의 응축부(330)의 외주면에 접촉하고, 충진부(530)의 외면은 몸체(510)의 내주면에 접촉할 수 있다. 충진부(530)는 응축부(330)의 연장방향과 직교되는 방향의 길이인 소정의 두께를 가질 수 있다. 본 명세서에서 충진부(530)의 두께는 응축부(330)의 외주면과 몸체(510)의 내주면 사이의 응축부(330)의 연장방향과 직교되는 방향의 길이를 의미할 수 있다. 이러한 충진부(530)의 두께는 유동통로관(520)의 내주면과 몸체(510)의 외주면 간의 거리보다 클 수 있다. 다시 말해 충진부(530)의 두께는 유동통로(521)의 두께보다 클 수 있다. 또한, 충진부(530)의 두께는 히트파이프(300) 응축부(330)의 직경보다 작을 수 있다. 예를 들어, 충진부(530)의 두께는, 2mm 이상 50mm 이하일 수 있다.
도 4를 참조하면, 충진부(530)에는 히트파이프(300)의 응축부(335100)의 외주면 외측으로 복수 개의 그루브(groove, 531)가 형성될 수 있다. 이러한 그루브(531)에는 히트파이프(300)의 응축부(330)에 접촉되는 온도센서(700)를 응축부(330)에 연결하는 고정부(800)가 배치될 수 있다. 이와 같이 충진부(530)에 그루브(531)가 형성됨으로써 온도센서(700)를 고정부(800)를 이용하여 응축부(330)에 연결시키는 것이 용이할 수 있다.
단열부재(540)는 응축부(330), 충진부(530) 및 유동통로(521)의 외부공기 간의 열교환 과정에서 의도치 못한 경로로의 열 전달 및 열 손실을 방지시킬 수 있다. 이러한 단열부재(540)는 충진부(530)보다 낮은 열전도도를 가질 수 있다. 이에, 응축부(330), 충진부(530) 및 유동통로(521)의 외부공기 간의 열교환 과정에서 의도치 못한 경로로의 열 전달 및 열 손실이 방지될 수 있다. 이러한 단열부재(540)는 복수 개로 제공될 있으며, 몸체(510) 내에서 충진부(530)의 양측에 배치될 수 있다.
유입채널(550)은 외부의 기상의 유체(외부공기)가 유동통로관(520)의 유동통로(521)로 유입되는 경로를 제공할 수 있다. 이러한 유입채널(550)은 히트파이프(300)의 단열부(320)에 인접한 유동통로관(520)의 일측(도 3의 좌측)에 유동통로(521)와 연통되도록 연결될 수 있다. 또한, 유입채널(550)은 가열로(100)의 일측면을 관통하도록 연장될 수 있다.
배출채널(560)은 유동통로(521)로 유입되어 응축부(330)와 열교환된 외부공기가 외부로 배출되는 경로를 제공할 수 있다. 이러한 배출채널(560)은 유동통로관(520)의 타측(도 3의 우측)에 유동통로(521)와 연통되도록 연결될 수 있다. 또한 배출채널(560)은 가열로(100)의 타측 단부를 관통하도록 연장될 수 있다.
마개(570)는 단열부재(540)가 몸체(510) 외부로 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 마개(570)는 복수 개로 제공될 수 있다. 마개(570)의 일부는 단열부재(540)의 일측을 지지하고, 마개(570)의 다른 일부는 몸체(510)의 외주면 끝단에 지지될 수 있다.
제어기(600)는 가열기(200)와 연결되어 기동운전이 시작되기 전과 후 온도센서(700)에 의해 측정된 가열로(100)의 환경온도가 타겟온도범위에 도달하도록 가열기(200)의 출력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(600)는 제1 가열부(210), 제2 가열부(220) 및 제3 가열부(230)의 출력을 독립적으로 제어할 수 있다. 또한, 제어기(600)는 제1 가열부(210), 제2 가열부(220) 및 제3 가열부(230)의 출력을 독립적으로 제어하기 위한 복수 개의 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어기(600)는 제1 가열부(210)의 출력을 제어하는 제1 제어부, 제2 가열부(220)의 출력을 제어하는 제2 제어부 및 제3 가열부(230)의 출력을 제어하는 제3 제어부를 포함할 수 있다.
한편, 이러한 제어기(600)는 마이크로프로세서를 포함하는 연산 장치, 메모리 등에 의해 구현될 수 있으며, 그 구현 방식은 당업자에게 자명한 사항이므로 자세한 설명은 생략한다.
온도센서(700)는 히트파이프(300)에 접촉되어 히트파이프(300) 표면의 온도를 감지할 수 있다. 온도센서(700)는 복수 개로 제공될 수 있다. 복수 개의 온도센서(700)는 히트파이프(300)의 증발부(310) 표면, 단열부(320)의 표면 및 응축부(330)의 표면에 접촉될 수 있다. 이러한 복수 개의 온도센서(700)는 복수 개의 고정부(800)에 의해 히트파이프(300)에 연결될 수 있다.
고정부(800)는 복수 개의 온도센서(700)를 히트파이프(300)에 연결시킬 수 있다. 이러한 고정부(800)는 클램프 및 용접부를 포함할 수 있다.
클램프(clamp)는 복수 개로 제공되며, 복수 개의 클램프는 복수 개의 온도센서(700)를 히트파이프(300)의 증발부(310)의 표면, 단열부(320)의 표면 및 응축부(330)의 표면에 접촉되도록 고정시킬 수 있다. 이러한 클램프는 히트파이프(300)의 표면을 감싸도록 링 형태로 형성될 수 있다.
용접부는 온도센서(700)와 히트파이프(300)의 증발부(310) 표면, 단열부(320)의 표면 및 응축부(330)의 표면이 용접 결합되는 부분일 수 있다. 다시 말해, 온도센서(700)는 히트파이프(300)와 용접 결합될 수 있다.
한편, 복수 개의 고정부(800) 중 응축부(330)에 접촉되는 온도센서(700)를 연결시키는 고정부(800)는 충진부(530)의 그루브(531)에 배치될 수 있다. 이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 가지는 열성능 시험장비(1)의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
기동운전이 시작되기 전, 제어기(600)는 가열기(200)를 제어하여 가열로(100) 내 전체를 가열시킨다. 예를 들어, 제1 가열부(210)에 의해 가열로(100) 내부가 가열되어 히터(400) 및 히트파이프(300)의 증발부(310)가 타겟온도범위가 되도록 가열될 수 있다. 또한 제2 가열부(220)에 의해 히트파이프(300)의 단열부(320)가 타겟온도범위가 되도록 가열될 수 있다. 또한 제3 가열부(230)에 의해 가열로(100) 내부가 가열되어 냉각기(500) 및 히트파이프(300)의 응축부(330)가 타겟온도범위가 되도록 가열될 수 있다.
기동운전이 시작된 후, 제어기(600)는 가열기(200)를 제어하여 가열로(100) 내를 가열시킨다. 예를 들어, 제1 가열부(210), 제2 가열부(220) 및 제3 가열부(230)로 가열로(100) 내 전체를 가열시킨다. 다시 말해, 히터(400)로 히트파이프(300)의 증발부(310)을 가열하여 기동운전을 시작하고, 기동운전이 시작된 후에도 제어기(600)는 가열기(200)를 제어하여 가열로(100) 내의 온도가 타겟온도범위가 되도록 가열로(100) 내를 가열시킬 수 있다.
이후, 온도센서(700)로 히트파이프(300)의 단열부(320)의 표면 및 응축부(330)의 표면의 온도를 측정하여 히트파이프(300)가 정상적으로 작동하는지 여부를 판단한다. 그리고, 유입채널(550)로 유입되는 외부공기와 배출채널(560)에서 배출되는 외부공기의 유량, 온도 및 압력을 측정하여, 히트파이프(300)의 열성능을 판단한다.
이와 같이, 기동운전이 시작되기 전, 가열기(200)의 제1 가열부(210), 제2 가열부(220) 및 제3 가열부(230)로 가열로(100) 내를 타겟온도범위가 되도록 가열하여 히트파이프(300)의 증발부(310), 단열부(320) 및 응축부(330)를 타겟온도범위가 되도록 가열시키고, 기동운전이 시작된 이후에도 가열로(100) 내를 가열하여 히트파이프(300)에서 음속한계가 발생되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 기동운전이 시작된 후, 제1 가열부(210)로 가열로(100) 내를 타겟온도범위가 되도록 가열함으로써, 히터(400)가 히트파이프(300)의 증발부(310)를 가열시키는데 있어서 히터(400)로부터 발생되는 열이 손실되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 기동운전이 시작된 후, 제2 가열부(220)로 가열로(100) 내를 타겟온도범위가 되도록 가열함으로써, 단열부(320)의 표면으로부터 열이 손실되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 기동운전이 시작된 후, 제3 가열부(230)로 가열로(100) 내를 타겟온도범위가 되도록 가열함으로써, 냉각기(500)의 유입채널(550)을 통해 외부공기가 냉각기(500)로 유입될 때 냉각기(500) 표면에서 발생될 수 있는 열손실이 방지될 수 있다.
또한, 냉각기(500)의 충진부(530)는 금속 보다 낮은 열전도를 가지므로, 충진부(530)에 의해 히트파이프(300) 응축부(330)의 표면과 유입채널(550)을 통해 유동통로(521)에 유입되는 외부공기 간의 온도 구배가 상대적으로 증가될 수 있다. 이에 히트파이프(300) 응축부(330)의 표면과 유동통로(521)로 유입되는 외부공기 간의 급속한 열교환에 의해 응축부(330)가 과냉되어 발생될 수 있는 음속한계가 방지될 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1: 열성능 시험장비 100: 가열로
110: 단열블록 200: 가열기
210: 제1 가열부 220: 제2 가열부
230: 제3 가열부 300: 히트파이프
310: 증발부 320: 단열부
330: 응축부 400: 히터
410: 발열체 420: 히팅블록
500: 냉각기 510: 몸체
520: 유동통로관 521: 유동통로
530: 충진부 531: 그루브
540: 단열부재 550: 유입채널
560: 배출채널 570: 마개
600: 제어기 700: 온도센서
800: 고정부

Claims (16)

  1. 기상의 열매를 액상으로 냉각시키는 응축부를 수용하는 몸체;
    상기 몸체를 감싸며, 외부로부터 유입되는 기상의 유체가 상기 응축부와 열교환되도록 상기 기상의 유체가 유동되는 유동통로가 형성되는 유동통로관; 및
    상기 응축부와 상기 몸체 사이에 배치되며, 상기 몸체보다 낮은 열전도도를 가지는 충진부를 포함하는,
    고온용 히트파이프용 냉각기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충진부의 내면은, 상기 응축부의 외주면에 접촉하고,
    상기 충진부의 외면은, 상기 몸체의 내주면에 접촉하는,
    고온용 히트파이프용 냉각기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동통로관은 일방향으로 연장되고,
    상기 충진부는 상기 응축부의 외주면과 상기 몸체의 내주면 사이의 상기 일방향과 직교되는 방향의 길이인 두께를 가지며,
    상기 충진부의 두께는, 상기 유동통로관의 내주면과 상기 몸체의 외주면 간의 거리보다 큰,
    고온용 히트파이프용 냉각기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동통로관은 일방향으로 연장되고,
    상기 충진부는 상기 응축부의 외주면과 상기 몸체의 내주면 사이의 상기 일방향과 직교되는 방향의 길이인 두께를 가지며,
    상기 충진부의 두께는, 2mm 이상 50mm 이하인,
    고온용 히트파이프용 냉각기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 충진부는, Al2O3 및 SiO2 중 어느 하나 이상의 분말로 형성되는,
    고온용 히트파이프용 냉각기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 충진부의 양측에 배치되는 단열부재를 더 포함하고,
    상기 단열부재는, 상기 충진부보다 낮은 열전도도를 가지는,
    고온용 히트파이프용 냉각기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    외부의 상기 기상의 유체가 상기 유동통로로 유입되는 경로를 제공하는 유입채널; 및
    상기 유동통로로 유입되어 상기 응축부와 열교환된 상기 기상의 유체가 외부로 배출되는 경로를 제공하는 배출채널을 더 포함하는,
    고온용 히트파이프용 냉각기.
  8. 액상과 기상 사이에서 상변화하는 열매;
    상기 열매가 유동되며, 액상의 상기 열매를 기상으로 증발시키는 증발부, 기상의 상기 열매를 액상으로 냉각시키는 응축부, 및 상기 증발부로부터 상기 응축부로 상기 기상의 열매가 유동되는 단열부를 포함하는 히트파이프;
    상기 증발부를 가열시키도록 상기 증발부를 감싸는 히터; 및
    상기 응축부를 냉각시키도록 상기 응축부를 감싸는 냉각기를 포함하고,
    상기 냉각기는,
    상기 응축부를 수용하는 몸체;
    상기 몸체를 감싸며, 외부로부터 유입되는 기상의 유체가 상기 응축부와 열교환되도록 상기 기상의 유체가 유동되는 유동통로가 형성되는 유동통로관; 및
    상기 응축부와 상기 몸체 사이에 배치되며, 상기 몸체보다 낮은 열전도도를 가지는 충진부를 포함하는,
    고온용 히트파이프용 열성능 시험장비.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 히터, 상기 냉각기 및 상기 히트파이프를 수용하는 가열로; 및
    상기 가열로 내를 가열시키는 가열기를 더 포함하는,
    고온용 히트파이프용 열성능 시험장비.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가열기의 출력을 제어하는 제어기를 더 포함하고,
    상기 가열기는,
    상기 가열로 내를 가열하여 상기 히터, 상기 냉각기 및 상기 히트파이프의 환경온도가 타겟온도범위를 만족하도록 제어되는,
    고온용 히트파이프용 열성능 시험장비.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 가열기의 출력을 제어하는 제어기를 더 포함하고,
    상기 가열기는,
    상기 증발부가 위치한 상기 가열로 내를 가열시키는 제1 가열부;
    상기 단열부가 위치한 상기 가열로 내를 가열시키는 제2 가열부; 및
    상기 응축부가 위치한 상기 가열로 내를 가열시키는 제3 가열부를 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 히터, 상기 단열부 및 상기 냉각기의 환경온도가 타겟온도범위를 만족하도록 상기 제1 가열부, 상기 제2 가열부 및 상기 제3 가열부를 독립적으로 제어하는,
    고온용 히트파이프용 열성능 시험장비.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 가열부는, 상기 가열로 내에서 상기 히터로부터 소정거리로 이격 배치되고,
    상기 제2 가열부는, 상기 가열로 내에서 상기 단열부로부터 소정거리로 이격 배치되며,
    상기 제3 가열부는, 상기 가열로 내에서 상기 냉각기로부터 소정거리로 이격 배치되는,
    고온용 히트파이프용 열성능 시험장비.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 가열부는 복수 개로 제공되고, 복수 개의 상기 제1 가열부는 상기 히터를 둘러싸도록 상기 히터의 반경방향 외측으로 소정거리 이격 배치되고,
    상기 제2 가열부는 복수 개로 제공되고, 복수 개의 상기 제2 가열부는 상기 단열부를 둘러싸도록 상기 단열부의 반경방향 외측으로 소정거리 이격 배치되며,
    상기 제3 가열부는 복수 개로 제공되고, 복수 개의 상기 제3 가열부는 상기 냉각기를 둘러싸도록 상기 냉각기의 반경방향 외측으로 소정거리 이격 배치되는,
    고온용 히트파이프용 열성능 시험장비.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 응축부는 일방향으로 연장되고,
    상기 충진부는, 상기 응축부의 외주면과 상기 몸체의 내주면 사이의 상기 일방향과 직교되는 방향의 길이인 두께를 가지며,
    상기 충진부의 두께는, 상기 응축부의 직경보다 작은,
    고온용 히트파이프용 열성능 시험장비.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 히트파이프에 접촉되는 하나 이상의 온도센서; 및
    상기 하나 이상의 온도센서를 상기 히트파이프에 연결시키는 하나 이상의 고정부를 더 포함하는,
    고온용 히트파이프용 열성능 시험장비.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 충진부에는, 상기 응축부의 외주면 외측으로 하나 이상의 그루브가 형성되고,
    상기 하나 이상의 고정부 중 상기 응축부에 연결되는 고정부는 상기 그루브에 배치되는,
    고온용 히트파이프용 열성능 시험장비.
KR1020220130402A 2022-10-12 2022-10-12 고온용 히트파이프용 냉각기 및 이를 포함하는 열성능 시험장비 KR20240050701A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220130402A KR20240050701A (ko) 2022-10-12 2022-10-12 고온용 히트파이프용 냉각기 및 이를 포함하는 열성능 시험장비

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220130402A KR20240050701A (ko) 2022-10-12 2022-10-12 고온용 히트파이프용 냉각기 및 이를 포함하는 열성능 시험장비

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240050701A true KR20240050701A (ko) 2024-04-19

Family

ID=90882022

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220130402A KR20240050701A (ko) 2022-10-12 2022-10-12 고온용 히트파이프용 냉각기 및 이를 포함하는 열성능 시험장비

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240050701A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4567351A (en) Electric space heater employing a vaporizable heat exchange fluid
TWI784962B (zh) 用於在溫度調節的儲存裝置內使用的熱虹吸管及溫度調節的儲存裝置
JP2004537026A (ja) クライオジェネレータを用いて液化ガス−容器から蒸発するガスの低沸点ガスを再凝縮するための装置
Chien et al. Experimental study on convective boiling flow and heat transfer in a microgap enhanced with a staggered arrangement of nucleated micro-pin-fins
BRPI1007042B1 (pt) Trocador de calor
JPH0581838B2 (ko)
WO2021031699A1 (zh) 一种液态金属高温脉动热管及测试方法
Krambeck et al. Novel flat plate pulsating heat pipe with ultra sharp grooves
JP2010532918A (ja) 熱伝達装置
Cao et al. Effect of non-condensable gas on the behaviours of a controllable loop thermosyphon under active control
US8342742B2 (en) Thermal calibrating system
KR20080033268A (ko) 보일러 시스템 및 보일러 시스템의 제어 방법
KR20240050701A (ko) 고온용 히트파이프용 냉각기 및 이를 포함하는 열성능 시험장비
JP5136376B2 (ja) ループ型ヒートパイプ及び電子機器
BRPI1002138B1 (pt) trocador de calor para refrigeração de gás de reação
Zhang et al. Effect of inventory on the heat performance of copper–water loop heat pipe
JP4011531B2 (ja) 冷却機構を備えた熱分析装置
Guiping et al. Development and test results of a dual compensation chamber loop heat pipe
JP2020523549A (ja) 熱交換器内の液滴の存在を除去するためのシステムおよび方法
CN106653297A (zh) 变压器自动冷却系统
JPH05141892A (ja) 熱交換器
Milanez et al. A two-phase loop thermosyphon with naphthalene as working fluid
Shamirzaev et al. An experimental investigation of flow boiling heat transfer for water and refrigerants in microchannel heat exchangers
KR20140051522A (ko) 물집 열교환기
JPS5844174B2 (ja) 風呂釜