• Journal of Energy Engineering
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• v.9 no.4
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• pp.334-341
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• 2000

회전 히트파이프의 열 전달 특성은 내부 관벽에 형성되는 응축 액막 두께와 증발부로 귀한되는 응축액의 유동율에 의해 결정된다. 본 연구는 축 방향으로 그루브(groove)를 갖는 회전 히트파이프의 열 전달 성능에 대한 실험 연구로써, 그루브에 의한 효과를 파악하기 위해 2종류의 히트파이프를 제작하고 작동성은 시험을 수행하였다. 회전 히트파이프가 작동시, 원심력에 의해 그루브로 응축액의 유동을 촉진시키며, 따라서 응축부 벽면에 형성되는 액막 두께가 얇게 된다. 응축부에 그루브를 갖는 히트파이프의 열전달 계수는 풀 유동에서 2000~4000W/$m^2$$^{0}$ C, 환상 유동 영역에서 1500~2500W/$m^2$$^{0}$ C로써, 전체 원형단면을 갖는 히트파이프와 비교하여 약 1.5배 정도의 열저달 향상을 볼 수 있었으며, 열전달 한계는 약 40% 정도 향상되는 것으로 나타났다.

• Journal of the KSME
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• v.35 no.9
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• pp.805-815
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• 1995

히트파이프에 관한 연구는 구미, 일본 등 선진 각국뿐만 아니라, 중국, 독립국가연합 및 동구권 에서도 다년간 활발하게 진행되어 왔다. 석유파동 이후 에너지 절약을 위한 노력의 결과로 폐 열회수 장치가 많이 개발되면서 히트파이프를 전열소자로 사용한 폐열회수 장치가 상당히 늘어나 이에 소요되는 히트파이프의 생산량도 급격한 신장세를 나타내고 있다. 이는 히트파이프 자체가 응답성이 좋고, 구조가 간단하며, 전열성이 뛰어난 장점으로 인하여 많은 연구가 이루어졌기 때 문이라 하겠다.그 응용분야는 인공위성으로부터 폐열회수용 열교환기, 전기장치 전자소자의 냉각, 음향기기의 냉각, 태양열과 지열의 유효이용, 플라스틱 금형의 냉각, 공작기계의 주축냉각, 포장 기계, 주방기기, 전력케이블의 냉각, 엔진 및 브레이크의 냉각 등 응용분야가 광범위하여 급격 하게 발전하고 있다. 그러나 국내에서는 히트파이프와 관련된 학술적인 연구결과가 발표되고 있을 뿐, 체계적이며 지속적인 연구가 수행되지 못하고 있다. 또한 산업계에서도 관련제품의 대 부분을 수입에 의존하고 있으며, 일부 제작업체에서는 제품이 나오고 있으나 축적기술결여로 그 성능면에 있어서 보증이 어려워 업계의 연구개발에 대한 노력이 절실히 요구되고 있다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2001.07c
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• pp.1918-1920
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• 2001

초소형 히트파이프는 고집적 반도체 소자에서 발생되는 열을 효과적으로 소산하기 위한 열교환 장치이다. 초소형 히트파이프는 작동유체가 상 변화 잠열을 이용한 칩 레벨의 냉각 장치이다. 작동유체는 진공으로 밀봉된 공간내에서 외부 동력 없이 모세관력에 의하여 이동한다. 본 논문에서는 실리콘보다 열전도도가 우수하여 발생되는 열을 더욱 빠르게 소산시킬 수 있는 구리 모재의 초소형 히트파이프를 제작한다. 특히, 모세관력은 히트파이프의 성능을 좌우하는 요소이다. 모세관력 향상을 위해서 구리 전기도금으로 이용하여 홈(groove)부분을 제작한다. 윅(wick) 제작, 구리판 접합, 작동유체 충전등으로 초소형 히트파이프를 제작한 후, 성능 실험한 결과를 보여준다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2010.04a
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• pp.632-635
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• 2010

본 논문에서는 다중벽 탄소 나노튜브를 작동유체로 사용하는 전자장치 냉각용 소형 히트파이프의 열적성능을 실험적으로 확인 하였다. 실험의 결과들을 바탕으로 다중벽 탄소 나노튜브 나노유체를 작동유체로 사용하는 히트파이프의 열저항은 동일한 충진량을 가지는 물을 작동유체로 사용한 히트파이프와 비교하여 나노유체의 부피비가 0.5%일때, 최대 18.6% 감소한다. 다중벽 탄소 나노튜브 나노유체의 열저항은 동일한 입열량에서 나노유체의 부피비가 증가 할수록 감소하는 것을 알 수 있다. 이를 통하여 다중벽 탄소 나노튜브 나노유체 히트파이프의 열저항은 나노유체의 부피비에 변화에 따라서 변한다는 것을 확인 할 수 있으며, 추가적으로 증발부에서 유체의 기화로 인한 나노입자의 증착에 의하여 열전달 표면적의 증가 또한 열저항의 감소 원인으로 예측가능 하다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.69-69
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• 2011

태양열 발전 플랜트에 사용되는 중고온 범위의 축열조에 고체-액체간 상변화를 수행하는 용융염을 축열물질로 사용하면 액체상 또는 고체상만으로 된 열저장 매체에 비해 축열조의 규모를 축소함과 동시에 축열온도의 균일성 향상에 기여할 수 있다. 중온인 $250{\sim}400^{\circ}C$ 범위에서 이용 가능한 용융염으로는 질산칼륨($KNO_3$), 질산리튬($LiNO_3$)등이 있다. 그러나 이러한 용융염의 가장 큰 단점은 열전도율이 매우 낮다는 것이며, 이로 인해 요구되는 열전달률을 성취하기 위해서는 많은 열접촉면적이 필요하다는 것이다. 이러한 단점을 극복하는 방법을 도입하지 않고서는 축열시스템의 소규화를 성취하는데 큰 효과를 가져올 수 없다. 한편 열수송 성능이 탁월한 히트파이프를 사용하면 열원 및 열침과 축열물질 사이의 열전달 효율을 증가시켜 시스템의 성능 향상과 동시에 소규모화에 기여할 수 있다. 중온 범위 히트파이프의 작동유체로서 다우섬-A(Dowtherm-A)는 $150^{\circ}C$이상 $400^{\circ}C$까지의 범위에서 소수에 불과한 선택적 대안 중 하나이다. 따라서 본 연구에서는 용융염을 사용하는 중온 태양열축열조에 적용 가능한 다우섬-A 히트파이프의 성능을 파악하여 기술적 자료를 제시하고자 하였다. 열원으로는 고온 고압의 과열증기, 그리고 열침으로는 중온의 포화증기를 고려하였다. 용융염 축열조를 수직으로 관통하는 히트파이프는 하단부에서 열원 증기와 열교환 가능하며, 중앙부에서 축열물질과 열교환하고, 상단부에서는 중온 증기와 접촉할 수 있도록 배치하였다. 축열모드에서는 히트파이프의 하단부가 증발부로 작동하고, 중앙부가 응축부로 작동하여 용융염으로 열을 방출하면 용융염의 온도가 상승하고 용융점에 도달하면 액상으로의 상변화가 진행되면서 축열이 활성화된다. 축열모드에서 히트파이프의 상단부는 단열부로 작동한다. 방열과정에서는 히트파이프의 하단부가 단열된 상태이고, 중앙부는 용융염으로부터 열을 받아 증발부로 작동하며, 상단부는 중온 증기로 열을 방출하므로 응축부로 작동한다. 즉, 축열시스템의 작동모드에 따라 하나의 히트파이프에서 증발부, 응축부, 단열부의 위치가 변하게 된다. 특히, 히트파이프의 중앙 부분이 응축부에서 증발부로 전환될 때에도 작동이 보장되려면 내부 작동유체의 연속적인 재순환이 가능해야 하므로, 일반 히트파이프에서와는 달리 초기 작동액체의 충전량을 증발부 전체의 체적보다 더 많이 과충전해야 한다. 이러한 히트파이프의 성능 파악을 위한 실험에서 고려한 변수들은 열부하, 작동액체의 충전률, 작동온도 등이며, 열수송 성능의 지표로서는 유효열전도율과 열저항을 이용하였다. 중온범위에서 적정한 작동온도를 성취하기 위해 실험에서는 전압 조절기로 열부하를 조절하는 동시에 항온조로 응축부의 냉각수 입구 온도를 제어하였다. 하나의 히트파이프에 대해서 최대 1 kW까지의 열부하에서 냉각수 입구 온도를 $40^{\circ}C$에서 $80^{\circ}C$ 범위로 변화시키면 히트파이프 작동온도를 약 $250^{\circ}C$ 내외로 조절 가능하였다. 히트파이프 작동액체 충전률은 윅구조물의 공극 체적을 기준으로 372%에서 420%까지 변화 시켰다. 실험 결과를 토대로 열저항과 유효 열전도율을 각각 입력 열유속, 작동온도, 작동액체 충전률 등의 함수로 제시했다. 동일한 냉각수 온도에서는 충전률이 높을수록 히트파이프의 작동온도가 감소하였다. 열저항 값의 범위는 최소 $0.12^{\circ}C/W$에서 최대 $0.15^{\circ}C/W$까지로 나타났으며 유효 열전도율의 값은 최소 $7,703W/m{\cdot}K$에서 최대 $8,890W/m{\cdot}K$까지 변화했다. 최소 열저항은 충전률 420%인 경우에 나타났는데 이때의 작동온도는 약 $262^{\circ}C$이었다. 히트파이프의 작동한계로서 드라이아웃(dry-out)은 충전률 372%의 경우에 열부하 950 W에서 발생하였으나, 그 이상의 충전률에서는 열부하 1060 W까지 작동한계 발생이 관찰되지 않았다. 실험 결과 본 연구에서의 히트파이프는 중온 태양열 축열조에 적용되어 개당 약 1 kW의 열부하를 이송하면서 축열물질 및 축방열 대상 유동매체와 열교환을 하는데 사용하는데 충분할 것이라 판단된다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.10 no.3
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• pp.214-222
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• 2001

The purpose of this research it to develop gas-air rotary heat exchanger using heat pipe and the performances were examined by way of the theoretical analysis and the experiment. Centrifugal force to return the working fluid in heat pipe elements with different radius was evaluated as a function of the revolution speed and inclination angle, and a rotary heat exchanger with 60 heat pipes in 3 rows was designed and manufactured. The inclination angle of a heat pipe relative to the revolving axis was designed to be 2$^{\circ}$and water was used as a working fluid. Experimental result showed the heat exchange rate was enhanced by 16% with compared to the calculated value.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 1998.10a
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• pp.193-208
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• 1998

본 논문에서는 써모싸이폰식 히트파이프의 열수송한계와 작동유체의 주입량이 파이프의 직경, 가열량 및 증발부와 응축부의 길이비 등에 따라 변화하므로 이러한 인자에 따른 적정 작동유체의 주입량과 가열량의 한계에 대해 고찰하였다. 특히 각종 전자부품의 냉각에 사용되는 히트파이프가 써모사이폰식이므로 사용작동유체에 대해 가열량에 따라 파이프의 직경예측이 가능토록 열수송한계특성에 대해 검토하고, 싸이리스터용은 증발부와 응축부의 길이비 변동이 심하므로 작동유체의 주입량이 중요한 성능인자로 작용하므로 길이비에 따른 작동유체의 주입량범위에 대해 기술하였다. 그리고 최적의 작동유체범위와 히트파이프의 증발열전달계수 및 응축열전달계수에 대한 실험으로부터 성능자료를 도출하여 이론해석과 비교검토하였다.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 1999.05a
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• pp.197-205
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• 1999

소형 히트파이프에서 ？을 구리망사 또는 그루브를 적용할 수 있고 그루브 형상은 U, V 등 다양하다. 망사？은 모세압이 큰 잇점이 있어나 제작 단가가 높다. 그루브？은 대량생산이 용이하나 전밀 가공 기술이 요구된다. 현재까지 국내에서는 노트북 PC의 CPU 냉각에 사용한 소형 히트파이프의 전량을 해외에서 구매하고 있다. 본 연구에서는 직경 7 mm U형 그루브 관을 인발하여 관직경을 축소한 결과 내경 3.6 mm의 외경 4mm 의 V형 그루브관을 얻을 수 있었다. 이 관을 이용하여 소형 히트파이프를 제작하고 열전달 성능 시험을 수행하였다. 열전달 한계는 40~6$0^{\circ}C$ 범위작동온도 경사각 0$^{\circ}$ 에서 3 W를 얻을 수 있었다. U형 그루브 히트파이프에 비하여 모세압 저하로 인하여 낮은 값을 나타내었다. 열저항을 약 0.7~l.3 $^{\circ}C$/W 로 U형 그루브와 유사하였다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.33 no.9
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• pp.97-103
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• 2005

In this paper, effects on the heat transport limitation of heat pipe by the wick structural factors were theoretically analyzed for the sintered-copper wick heat pipe. Uniformity of particle size and sintering process were acted as dominant factors on the pore distribution and wick porosity, and small deviations of the wick thickness and the pore size greatly affected the heat transport limitations of the heat pipe. Especially, slight variations of the wick thickness, mean particle radius and capillary radius along the vapor temperatures and inclination angles remarkably changed the capillary limitation of the heat pipe.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.17 no.12
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• pp.723-729
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• 2016

This study compared fin-tube and parallel-flow heat pipes for their sensible heat exchange rate, heat recovery amount, and air-side pressure drop. Tests were done with different refrigerant charging rates of 40-60% vol. and air flow rates of 300-1,400. The sensible heat exchange rate was highest for both types of heat pipes at a working fluid charge of 40% vol. and low flow rate. For the parallel-flow heat pipe, the 60% vol. charge is too high and results in a low sensible heat exchange rate. The reason is that the thicker liquid film of the tube wall deteriorates the heat transfer effect. Hence, the optimal charging rate is 40 to 50% vol. The evaporator heat pipe has a larger air-side pressure drop than the condenser section heat pipe. The reason is considered to be condensation water arising from the evaporator surface. Compared to the fin-tube heat pipe, the parallel-flow heat pipe showed better performance with a working fluid charging rate of 48%, volume of 41%, and an air-side pressure drop about 37%.