The purpose of this study is to develop heat transfer analysis program of heat pipe elements and design a revolving heat pipe exchanger by the performance experiment of hot air production by means of middle-temperature waste heat. Experimental variables are the revolution per minute, normal velocity of inlet air and the temperature of waste heat. The revolving heat exchanger has designed as $2^{\circ}$ in inclination angle of heat pipe bundle and as 20% in working fluid quantity and as water in working fluid. Experimental value of the total heat transfer coefficient was $20w/m^2-^{\circ}C$
현대 주택이 고기밀 고단열로 건축되기 때문에 에너지 절감의 이점이 있는 반면 오염된 공기로 인한 많은 부작용이 발생하고 있다. 이런 부작용을 해결하기 위해 환기장치를 사용하여 실내 공기 환경을 개선하고 있다. 본 연구에서는 자동차용 에어컨의 열교환기로 사용되고 있는 평행류형 열교환기의 배기열 회수 환기장치로 적용 가능성을 알아보기 위해 냉매 충진량에 따른 열교환 효율 특성을 시험적으로 평가 하였다. 본 연구에서 사용된 히트 파이프는 환기장치에 적용이 가능하도록 분리형으로 제작되었다. 작동유체는 R22 냉매이고 유체의 충진량은 40~60(%vol.)로 10(%vol.) 단위로 충진 하였다. 환기량은 전면풍속을 기준으로 0.3~1.5m/s로 0.3 m/s 간격으로 바꿔 가며 측정하였다. 시험결과 최대 효율을 가지는 냉매 충진량이 환기량에 따라 다름을 알 수 있었고, 실험 결과 분석을 통하여 분리형 히트파이프의 환기량에 따른 최적 냉매 충진량을 찾을 수 있었다.
본 연구에서는 핀-관형 히트파이프와 평행류형 히트파이프 제작하여 시험하였으며 분리형 히트파이프의 작동유체의 충진량은 40~60(% vol.), 풍량은 300~1,400 사이에서 변화시켜가며 온도교환 효율, 열회수량, 공기측 압력강하를 비교하였다. 온도교환 효율은 두 종류의 히트파이프 모든 경우에서 저 풍량에서는 작동유체 충진량이 40(%vol.)일 때가 가장 높았으며 풍량이 증가함에 따라 최대 효율을 가지는 작동유체 충진량이 다름을 알 수 있었고, 환기량이 작을수록 온도교환 효율이 높게 나타났다. 평행류형 히트파이프 60(%vol.)의 실험결과에서 보는 것과 같이 작동 유체를 너무 많이 충진하게 되면 오히려 낮은 온도교환 효율을 보이는데 이는 관벽의 액막이 두터워지면서 열전달 효과를 악화시킨 결과로 최적 충진량이 40~50(%vol.) 사이에 있음을 알 수 있다. 풍량 변화에 따른 공기측 압력강하 비교에서는 증발부 히트파이프가 응축부 히트파이프 보다 크게 계측 되었는데 증발부 표면에 생긴 결로수의 영향으로 생각된다. 평행류형 히트파이프는 핀-관형 히트파이프와 비교하여 냉매 충진량은 48%, 체적은 41%에서 동등이상의 성능을 보였으며, 공기측 압력강하도 37% 정도로 좋은 성능을 나타내었다.
최근 실내 공기질에 대한 관심이 집중되고 있으며, 본 연구에서는 자동차용 폐 라디에이터를 재활용하여 진동형 히트 파이프 (pulsating heat pipe : PHP)타입의 환기열 회수기로 제작하고, 그 성능에 대해 평가하였다. 작동유체로는 R-134a를 사용하였으며, 충전율은 내부체적비($\varphi$) 30% 및 40%로 PHP를 제작하였다. PHP의 높은 열전달 성능으로 인해 컴팩트 열교환기로 제작가능하였으며, 기존의 환기열 회수기와 대등한 성능을 보여주었다. 또한 부하변동에 따라 유닛의 개수를 증감할 수 있는 Cassette type일 뿐 아니라, 자동차용 폐 열교환기의 재활용으로 높은 경제성과 효율성이 기대된다.
The fan is widely used to cool high heat flux generated as of the electronic communication device consoles. It, however, makes a lot of noises that interfere considerably with the operation environment. This study was conducted to obtain the cooling design technology of the consoles through being equipped with the Heat Pipe Heat Exchangers (HPHE) together with low revolution fans in place of existing fans for the cooling technology of the forced convection. Not only the sealed type consoles but the HPHE were also designed so as to cool effectively the heat generated from the inside of the console. The simulation was conducted by computational numerical analysis along with its experiments. The results of the numerical analysis and experiments were compared in order to improve the cooling technology of the consoles mounted with the HPHE. Consequently, instead of loud fan noise generated as of existing forced convection methods, the cooling technology of HPHE can remarkably improve many problems such as the operation environment, indoor dust, malfunction caused by pollution sources and so on.
In the present study, we used a loop thermosyphon heat exchanger consisting of condensers with internal fins and external plate fins which are 480 mm wide, 68 mm long, and 1,000 mm high. The heat transfer pipes in the heat exchanger were 15 mm in diameter and 1,000 mm in length, and 98 heat transfer pipes were installed in the heat exchanger. According to the experimental results, as the spaces between the internal discontinuous pins decreased, the frequency of pressure drops increased and changes in temperature at the outlet of the condenser were shown to be a little smaller. Therefore, we can see that as the spaces between internal discontinuous pins decreased, the heat transfer performance increased. For the loop heat pipe heat exchanger consisting of a condenser with internal and plate fins, as the temperature of the air flowing into the condenser increased, the condensation heat transfer rate also increased, and as the condenser refrigerant inflow temperature increased, the condensation heat transfer rate increased as well.
In this study, low temperature waste heat recovery heat exchanger was developed using a principle of self-excited oscillating heat pipe. The heat exchanger of serpentine type was composed of extruded flat aluminum tube with 6 channels (3 nm$\times$ 2.75nm) and louvered fin. The heat transfer area density of heat exchanger was $331.9 m^2/m^3$. Working fluid is R141b and charge ratio was 40% by volume. Heat transfer rate and the effectiveness of heat exchanger was primary concern of this study. As a result, the effectiveness of heat exchanger was about 0.4-0.67, and recovered waste heat rate was about 4.5 kW per one unit of heat exchanger.
본 연구에서는 설계 인자가 지표수 열교환기 길이에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 수직 밀폐형 지중열교환기와 지표수 열교환기를 같이 이용한다고 가정한 후, 지중 순환수의 온도 변화를 분석하였다. 지표수 열교환기 출구 온도와 연못 온도의 차이를 크게 하면, 열교환기 파이프 길이는 줄어들었다. 아울러 연못 온도가 높을수록 파이프 길이는 감소하지만, 파이프 바깥지름의 영향은 상대적으로 적었다. 또한 파이프 두께가 얇을수록 전도 열전달에서 열저항의 영향이 감소하기 때문에 파이프 길이는 감소하였다. 수직 밀폐형 시스템에 지표수 열교환기를 추가 적용하면, 지중열교환기 순환수 온도는 시간이 지날수록 감소하였다.
The purpose of this study is to investigate the cooling performance of Heat Pipe Heat Exchanger(HPHE) for an electronic telecommunication system by adequate convection condition. Heat generation rates of electronic components, the temperature distributions of HPHE and surrounding air are analyzed experimentally and numerically. In order to perform the heat transfer analysis for the thermal design of telecommunication system, a program is developed. The program is useful to a user who is not familiar with an electronic telecommunication system. The simulation results showed that the HPHE were able to achieve a cooling capacity of up to 230W at the maximum temperature difference of $17.4^{\circ}C$. To verify the results from the numerical simulation, an experiment was conducted under the same condition as the numerical simulation, and their results were compared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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