• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2006.06a
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• pp.305-306
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• 2006

자동차의 난방 열원은 HVAC(Heating, Ventilating & Air Conditioning)에 내장되어 있는 히터코어 (Heater Core) 에서 공급하게 되며, 이 히터코어는 엔진에서 가열된 냉각수 열원을 이용하게 된다. 그러나 최근 디젤 엔진의 경우 연소효율의 개선과 CEGR(Cooled Exhaust Gas Recirculation) 시스템의 적용으로 냉각부하가 증가하여 냉각수가 가지는 가용 열원이 기종보다 약 30~40% 정도 저하되고 있다. 따라서 디젤 자동차 및 하이브리드용 자동차의 난방 보조 히터의 국산화 개발이 시급해진 상황이며 초정밀, 고효율 보조 히터의 개발이 요구되고 있다. 현재 적용되고 있는 보조 히터 중에서 PTC 히터는 PTC 소자의 발열을 이용하여 공기를 직접 가열하기 때문에 추가적인 연료소비가 없고 소형 및 저가라는 장점이 있다. PTC 세라믹 소자는 $BaTiO_3$를 모체로 하며, 이의 특성 항상 및 제어를 위해서는 적절한 dopant를 선택하여 균일하게 doping 해야 한다. 지금까지 dopant에 따른 구성 요소 및 역할은 비교적 잘 알려져 있다. 하지만, 자동차용으로 사용되기 위해서는 12V의 저전압에서 동작해야 하며, 또한 소자의 두께가 얇아지게 됨에 따라서 발생하는 전기적 short와 같은 문제점들을 해결하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 PTC 세라믹 소자에서 도펀트 종류와 양 조절을 통한 저저항을 확보하고, PTC 세라믹 소자의 박막화를 달성하고자 하였다.

• Journal of the Korea Convergence Society
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• v.13 no.3
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• pp.191-196
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• 2022

Unlike an international combustion engine car, a battery-powered electric vehicle requires an additional heat source for its heating system. A high-voltage coolant heater has the advantages of high efficiency and a wide operating temperature range. In its development, the geometry design of the coolant flow path is essential. This paper presents the thermal flow simulations of a 7kW high-voltage heater with symmetric serpentine flow channels arranged parallelly. The heater performance was evaluated from the simulation results in terms of the pressure and temperature differences and the flow uniformity. The proposed design showed a greater flow resistance and similar heat exchanging capability than the existing parallel serpentine design. It has the advantage of a relatively wide low-temperature surface area, where the control circuit board susceptible to high temperatures can be located.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.21 no.10
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• pp.379-385
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• 2020

This paper presents a design for preventing coolant leaks in the core part of a heater mounted in a combat vehicle. The heater is a device that makes heated coolant flow through the heater core in the crew room. A problem with coolant leaks in the heater core area during the operation of a combat vehicle was identified. This problem is caused mainly by high pressure at the junction of the tank and tube due to the vulnerability of this area. To solve this problem, an improved core was made by improving the welding method and changing the end region of the heater core to a structure that can withstand high pressure. When pressure was applied sequentially to the existing core and improved core, a leak occurred at 7.0 kgf/㎠ in the existing core while the improved core maintained its structure up to 17.0 kgf/㎠, highlighting the improvement. Finally, performance tests and environment tests were conducted to demonstrate the suitability of the improved structure. The improved heater will be applied to combat vehicles. This paper is expected to serve as a reference for improving defense capabilities by securing reliability as well as the design and analysis of failures of similar equipment.nse capabilities through securing reliability as well as the design and analysis of failures of similar equipment.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.40 no.1
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• pp.1-7
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• 2016

A Urea-SCR(Selective Catalytic Reactor) system, which converts nitrogen oxides into nitrogen and water in the presence of a reducing agent, creates a major exhaust gas aftertreatment system for NOx reduction among other compounds. With regard to vehicle applications, a urea solution was chosen based on its eutectic composition of a 32.5wt% urea-water solution. An important advantage of this eutectic composition is that its melting point of $-11.7^{\circ}C$ is sufficiently low to avoid solidification in cold environments. However, the storage tanks must be heated separately in case of low ambient temperature levels to ensure a sufficient amount of liquid is available during scheduled start ups. In this study, therefore, a numerical investigation of three-dimensional unsteady heating problems analyzed to understand the melting processes and heat transfer characteristics including liquid volume fraction, temperature distributions, and temperature profiles. The investigations were performed using Fluent 6.3 commercial software that modeled coolant and electric heater models based on a urea solution. It is shown that the melting performance with the electric heater is higher than a coolant heater and is more efficient.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.273-273
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• 2010

고열부하 환경에 노출되는 핵융합로의 플라즈마 대향부품은 주로 낮은 원자번호 물질-열전도가 좋은 물질-구조체의 순으로 다층 구조를 이루고 있으며, 이들 간의 우수한 접합성은 부품의 성능을 좌우하는 핵심 요소이다. 이러한 플라즈마 대향부품의 건전성을 평가하기 위해서는 고열속의 열부하를 반복적으로 인가하는 시험이 요구되며, 이를 위해 본 연구원에서는 KoHLT-1, 2의 시험시설을 운용하고 있다. 본 시설에서는 열부하원으로서 그라파이터 히터를 사용하며, 히터는 두 개의 시험 대상부품 사이에 설치되고, 히터에 고전류를 인가하여 복사열에 의해 시험 부품에 열부하를 가하게 된다. 고열부하 환경에서 열피로 시험을 위해 히터에 인가되는 전류를 시간에 따라 일정한 패턴으로 반복적으로 ON-OFF 하게 된다. 본 논문에서는 이러한 고열부하시험을 수행함에 있어 고려해야 할 여러 가지 요소에 대해 논의하였다. 우선 인가하는 열유속(heat flux) 값은 일차적으로 시험시설의 최대 출력에 의해 좌우되며, 시험대상물의 운전조건 및 열부하 반복횟수에 의해 결정된다. 열부하 반복횟수는 주어진 열유속 값에 대해 total strain이 파단에 이르는 수준에 의해 결정된다. 열부하를 인가하는 시간은 히터에 전류를 인가했을 때 요구되는 온도로 상승하는 데 걸리는 시간과 시험대상물의 온도가 더 이상 증가하지 않는데 걸리는 시간에 의해 좌우된다. 냉각시간은 길수록 시험대상물의 온도가 냉각수의 온도에 접근하게 되나 너무 길어지면 시험시간이 급격히 증가하게 되므로, 온도 감소 곡선을 검토하여 적절한 시간을 정하게 된다. 열유속 측정은 냉각수의 온도 상승값과 유량으로부터 계산하게 되며, 정확한 측정을 위해서는 열부하를 인가하는 시간이 충분히 길어야 한다. 또한 시험대상 부품에서 열부하가 인가되는 면적을 정확히 정의해야 하며, 냉각관로에 열부하가 인가되어서는 않된다. 또한 시험대상부품을 지지하는 지지구조체를 통한 열손실을 최소화해야 정확한 열유속을 측정할 수 있다. 시험대상부품을 설치할 때 히터와의 간격 또한 결정해야 할 중요한 요소이며, 간격이 좁을수록 최대 열유속 값을 증가시킬 수 있으나, 너무 가까운 경우 히터의 열변형에 의한 접촉 및 아크 방전의 가능성이 있으며, 이 경우 히터와 시험대상부품의 손상을 가져오게 된다. 시험대상물이 국제열핵융합로(ITER)의 일차벽과 같이 베릴륨이 포함되어 있는 경우 방전에 의한 손상은 인체에 유해한 오염의 원인이 될 수 있다. 또한 순간적인 방전은 고가의 고전류전원의 고장을 유발할 수도 있다. 열부하 시험 중 시험대상물의 온도를 정확히 측정하는 것은 필수적이며, 온도 변화 곡선으로부터 시험대상물의 건전성 여부를 판단할 수 있다. 이를 위해 변화를 가장 잘 탐지 할 수 있는 위치에 온도 센서를 설치하는 것이 관건이며, 이는 사전 분석을 통해 알 수 있다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.15 no.2
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• pp.666-671
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• 2014

Using positive temperature coefficient (PTC) heater as supplementary heating for diesel engine vehicles with low heat source is a good method to enhance the heating performance during cold start. In this study, the PTC elements were made by using screen printing process for forming ohmic contact layer, and prototype of PTC heater was designed and made for a diesel engine vehicle. In process of designing the PTC heater, the thermal flow analysis of PTC element modules was conducted for verifying the effect of the shapes of contact surface between each of the components (cooling fin, insulator, ceramic element). We also investigated the performance characteristic (heating capacity, energy efficiency, pressure drop) of the PTC heater through the experiments. Therefore, the experimental results indicated that prototype of PTC heater had satisfactory performance. This study will be basis for improving the manufacturing process and increasing the performance of the PTC element and heater.

• Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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• v.20 no.4
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• pp.125-132
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• 2012

Urea-SCR system, which converts nitrogen oxides to nitrogen and water in the presence of a reducing agent, usually AdBlue urea solution, is known as one of the powerful NOx reduction systems for mobile as well as stationary applications. For its consistent and reliable operation in mobile applications, such various problems as transient injection, ammonia slip, and freezing in cold weather have to be resolved. In this work, therefore, numerical study on three-dimensional unsteady heating problems were analyzed to understand the melting and heat transfer characteristics such as urea liquid volume fraction, temperature profiles and generated natural convection behavior in urea solution by using the commercial software Fluent 6.3. After validating by comparing numerical and experimental data with pure gallium melting phenomena, numerical experiment for urea melting is conducted with three different coolant heating models named CH1, 2, and 3, respectively. Finally, it can be found that the CH3 model, in which more coolant is concentrated on the lower part of the urea tank, has relatively better melting capability than others in terms of urea quantity of $1{\ell}$ for start-up schedule.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2011.12b
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• pp.402-405
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• 2011

디젤엔진에서 발생되는 PM과 $NO_X$는 강화되는 배기규제의 주요 저감대상으로서 이의 저감을 위한 다양한 후처리장치가 개발되고 있다. 이중 Urea-SCR은 $NO_X$의 전환율이 높고 연비에 미치는 영향이 작기 때문에 $NO_X$저감을 위한 최선의 장치로 인식되고 있다. 하지만, 우레아 수용액의 물성치 특성으로 인하여 동절기 $-20^{\circ}C$이하로 내려가는 지역에서 동결되는 문제점을 해결해야한다. 따라서 이러한 우레아 저장탱크에 해동 시스템을 적용하여 시동초기 우레아를 적정 시간내에 안정적으로 공급가능한 기술의 확보가 필요하다. 본 연구에서는 요소수 저장탱크 내부에 냉각수 순환 가열방식(CH)과 전기 가열방식(EH)을 이용하여 동결된 요소수의 해동현상에 대한 3차원 비정상상태 수치 해석을 수행하였다. 이를 통하여 해동 과정 중 나타난 액상분율, 온도영역 그리고 자연대류를 분석하여 각 가열 방식에 대한 해동특성을 비교하였으며 순수 갈륨 융해 실험 결과값과 수치 해석 결과값를 통하여 수치 해석 방법을 검증하였다. 결론적으로 1,000ml의 우레아 수용액이 확보되기까지의 시간은 CH의 경우, 275s, 그리고 EH의 경우, 230s임을 알 수 있었다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.18 no.4
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• pp.318-330
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• 2009

A high heat flux test facility using a graphite heating panel was constructed and is presently in operation at Korea Atomic Energy Research Institute, which is called KoHLT-1. Its major purpose is to carry out a thermal cycle test to verify the integrity of a HIP (hot isostatic pressing) bonded Be mockups which were fabricated for developing HIP joining technology to bond different metals, i.e., Be-to-CuCrZr and CuCrZr-to-SS316L, for the ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) first wall. The KoHLT-1 consists of a graphite heating panel, a box-type test chamber with water-cooling jackets, an electrical DC power supply, a water-cooling system, an evacuation system, an He gas system, and some diagnostics, which are equipped in an authorized laboratory with a special ventilation system for the Be treatment. The graphite heater is placed between two mockups, and the gap distance between the heater and the mockup is adjusted to $2{\sim}3\;mm$. We designed and fabricated several graphite heating panels to have various heating areas depending on the tested mockups, and to have the electrical resistances of $0.2{\sim}0.5$ ohms during high temperature operation. The heater is connected to an electrical DC power supply of 100 V/400 A. The heat flux is easily controlled by the pre-programmed control system which consists of a personal computer and a multi function module. The heat fluxes on the two mockups are deduced from the flow rate and the coolant inlet/out temperatures by a calorimetric method. We have carried out the thermal cycle tests of various Be mockups, and the reliability of the KoHLT-1 for long time operation at a high heat flux was verified, and its broad applicability is promising.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.92.1-92.1
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• 2015

열전소재의 열전성능을 평가하기 위해서는 샘플 내 상하부 온도구배가 필요하다. 하지만 진공챔버 내에서는 대류효과가 제한되어, 1 mm 이하 두께의 얇은 샘플은 상하부 방향으로 온도 구배를 조성하기 어렵다. 온도 구배를 조성하기 위해서는 샘플의 두께 방향을 관통하는 열유속이 필요하며, 진공 분위기에서 열유속을 조성하기 위해서는 히터뿐만 아니라 별도의 열배출기가 요구된다. 본 연구에서는 열전특성 측정 장비 내 수냉식 열배출기의 설계를 위해, 열배출기의 층수를 달리하며 열전달거동을 수치해석적인 방법으로 연구하였다. 열배출기의 층수에 따른 영향을 평가하기 위해서 동일한 채널길이를 유지시키면서 층수를 달리하는 기하학적인 구조들을 설계하였다. 수치해석을 용이하게 진행하기 위해, 열배출기의 형태는 단순한 bar 형태를 가진 1-5층의 다층 구조 로 설계하였다. 열배출기들 각각의 열전달 효율을 평가하기 위해, 수냉식 열배출기의 열배출량에 가장 큰 영향을 미치는 질량유량을 0.1-1 g/s로 변화 시키면서 열전달 거동을 확인하였다. 또한 냉각수의 기화 현상을 방지하기 위해 발열체의 온도를 290-370 K로 바꿔 가며 열전달 거동을 확인하였다. 수치 해석결과, 5층의 열배출기가 최대 120 W/cm2 로 높은 단위면적당 열배출량을 가지는 것을 확인하였으나, 열배출기 전체의 열배출량을 기준으로하는 열배출효율은 0.6 정도로 낮은 효율을 가짐을 확인하였다. 반면에 3층의 열배출기의 경우, 열배출 효율이 0.8에 달하며, 2층의 열배출기 보다 열배출 효율이 좋다는 것을 확인할 수 있었다.