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문제 정의
- 이러한 MPCM 슬러리의 높은 열용량을 이용하여 실생활에 유용하게 적용하려는 노력이 활발히 진행되고 있다. 이에 본-연구에서는 MPCM 슬러리를 이용하여 통신장비용 사각 미니채널 열교환기의 열분배 성능과 열전달 성능의 변화를 실험적으로 연구해 보았다.
제안 방법
- 1은 마이크로 캡슐 잠열재를 적용한 액냉형 열교환기 실험장치이다. MPCM의 특성상 유동이 없는 상태가 지속되면 마이크로 캡슐이 냉각액 상부에 부유하고 굳게 되므로 실험부의 열교환기를 교환할 때나 유사시에 실험장치 내의 장비들을 보호하기 위해 2개의 항온조가 사용되었고 MPCM 항온조에 MPCM을 회수한 후 물용 항온조를 이용하여 시스템 내를 세척할 수 있도록 설계되었다. 점도가 높은 MPCM을 순환시키기 위한 펌프로 다이아프램 식 정량펌프(PRS 200 윌로펌프)가 사용되었고, 유량은 코리올리 효과를 이용한 #가 사용되었디-.
- 실험에 사용된 열교환기는 알루미늄판에 밀링을 사용하여 채널을 형성한 후 상판을 부착하고 용접하였다. 열교환기 옆면 이 용접으로 결합되더라도 실험 중 열변형이 발생하여 채널간 유동이 섞일 수 있으므로 열교환기 내 채널 사이 공간에나사를 체결할 수 있도록 설계하였다. 열교환기는 채널의 열교환 면적은 동일하게 맞추고 유로의 형상을 변화시켜 그 종류를 달리하였다.
- 열교환기 옆면 이 용접으로 결합되더라도 실험 중 열변형이 발생하여 채널간 유동이 섞일 수 있으므로 열교환기 내 채널 사이 공간에나사를 체결할 수 있도록 설계하였다. 열교환기는 채널의 열교환 면적은 동일하게 맞추고 유로의 형상을 변화시켜 그 종류를 달리하였다. Fig.
- 2℃ 이내 이디-. 실험부로 유입되고 열교환 후 유출되는 냉각유체의 온도는 RTD 센서로 측정하였디-.열 전 대는 실리콘 러버히터의 외부 표면과 알루미늄 열교환기와 히터 사이인 내부 표면에 부착하였고,
- 차압계 (Yokogawa EJA 110A)는 실험부의 입출구 압력차를 정밀하게 측정하는 데 사용하였으며, 큰 유량에서 압력차가 차압계의 범위를 벗어날 경우 차압계로 유입되는 압력은 차단되고, 입출구에 설치된 압력계(Setra C206)로 차압을 측정하였다. 냉각액의 유량 측정은 코리올리 효과를 이용한 질량유량계(OVAL CN010C-SS-200RX 사용하였고, 실험부에 통신장비의 발열칩을 대신할 발열부는 실리콘 러버히터를 사용하였으며, 히터의 발열량은 파워미 터(Yokogawa electric Co.
- 6)로 차압을 측정하였다. 냉각액의 유량 측정은 코리올리 효과를 이용한 질량유량계(OVAL CN010C-SS-200RX 사용하였고, 실험부에 통신장비의 발열칩을 대신할 발열부는 실리콘 러버히터를 사용하였으며, 히터의 발열량은 파워미 터(Yokogawa electric Co. WT210) 값을 활용하여 슬라이닥스로 조절하 였다.
- 실험부는 외기 영향을 받지 않도록 항온항습실에서 건구온도 25C, 상대 습도 50%를 유지시키며 실험을 진행하였다. MPCM을 냉각액으로 사용할 경우 물의 경우와는 달리 항온조의히터를 사용할 수가 없디-.
- MPCM을 냉각액으로 사용할 경우 물의 경우와는 달리 항온조의히터를 사용할 수가 없디-.항온조의 히터를 직접 가열할 경우 캡슐의 심각한 손상을 초래하므로 판형 열 교 환기를 항온조의 히터를 사용하지 못하고 칠러온도를 조절하여 판형열 교환기로 간접열전달을 함으로서 MPCM의 온도를 맞추며 실험이 진행되었다. MPCM이 응고되는 특성상 순환펌프는 실험 중에 기준 유량인 50 kg/h로 MPCM을 순환시키고, MPCM의 온도가 실험조건 온도 ±0.
- 항온조의 히터를 직접 가열할 경우 캡슐의 심각한 손상을 초래하므로 판형 열 교 환기를 항온조의 히터를 사용하지 못하고 칠러온도를 조절하여 판형열 교환기로 간접열전달을 함으로서 MPCM의 온도를 맞추며 실험이 진행되었다. MPCM이 응고되는 특성상 순환펌프는 실험 중에 기준 유량인 50 kg/h로 MPCM을 순환시키고, MPCM의 온도가 실험조건 온도 ±0.1℃내에서 안정되면 순환 펌프인 다이아프램 식 정량 펌프의 스트로크 길이 조절 다이얼을 이용하여 실 험유량을 조절하였다. 이상의 조건이 만족하면 실리콘 러버히터에 전력을 조절하며 실험부에 열원을 제공하였다.
- 1℃내에서 안정되면 순환 펌프인 다이아프램 식 정량 펌프의 스트로크 길이 조절 다이얼을 이용하여 실 험유량을 조절하였다. 이상의 조건이 만족하면 실리콘 러버히터에 전력을 조절하며 실험부에 열원을 제공하였다. 동일한 순서로 유량 변화를 주며 실험을 진행하였고, 냉각액의 입출구온도가 안정을 찾아 ±0.
- 이상의 조건이 만족하면 실리콘 러버히터에 전력을 조절하며 실험부에 열원을 제공하였다. 동일한 순서로 유량 변화를 주며 실험을 진행하였고, 냉각액의 입출구온도가 안정을 찾아 ±0.2℃ 안으로 들어오면 데이터를 받기 시작하였으며, 데이터는 20분간 받은 후 수집된 데이터의 평균값을 결과에서 고찰하였다. MPCM의 온도와 유량을 바꾸어가며 실험부에 가해지는 발열량에 따라 히터표면의 냉각 정도를 측정하였다.
- 2℃ 안으로 들어오면 데이터를 받기 시작하였으며, 데이터는 20분간 받은 후 수집된 데이터의 평균값을 결과에서 고찰하였다. MPCM의 온도와 유량을 바꾸어가며 실험부에 가해지는 발열량에 따라 히터표면의 냉각 정도를 측정하였다. 실험에 적용된 조건은 Table 5와 같 다.
- 열교환기가 통신장비용 등으로 사용될 경우를 고려하여 열교환기에 부착되는 대체발열부인 실리콘러버 히터의 외부 표면 온도가 고찰 대상이 되는 온도이므로 열전달 계수를 실리콘 러버 히터와 접착면의 열구리스, 그리고 알루미늄 열교환기의 두께가 모두 열 저항으로 고려된 실험값 인 총괄 열전달 계수를 사용하였고. 입출구온도차는 LMTD(Log Mean Temperature Difference)를 사 용하였다.
- MPCM의 열교환기 유입 온도를 25℃■로유지시 킨 후 열부하 표면 냉각을 위해 열교환기 채널에 유량을 달리하며 그 영향력을 고찰하였다. Fig.
- 본 연구에서는 미소 사각채널 열교환기의 냉각액을 물과 MPCM 슬러리를 이용하여 그 냉각성능 및 열분배 성능을 고찰하였고, 열교환기 내부 유로의 형상을 바꾸어주며 유로형 상 따른 영향력도 비교하였다 -. 그 결과는 다음과 같다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 열교환기는 알루미늄판에 밀링을 사용하여 채널을 형성한 후 상판을 부착하고 용접하였다. 열교환기 옆면 이 용접으로 결합되더라도 실험 중 열변형이 발생하여 채널간 유동이 섞일 수 있으므로 열교환기 내 채널 사이 공간에나사를 체결할 수 있도록 설계하였다.
- 실험에 사용된 MPCM은 유기물 PCM으로써 유기물 PCM의 특징은 일반적으로 밀도가 낮고 잠열량이 작은 반면, 무기물 PCM에 비하여 부식성이 작고 부피팽 창이 작다는 장점을 갖고 있다. 유기물 PCM은 멜라닌 캡슐에 싸여 있으며 물성치는 Table 4와 같디-.
이론/모형
- MPCM의 특성상 유동이 없는 상태가 지속되면 마이크로 캡슐이 냉각액 상부에 부유하고 굳게 되므로 실험부의 열교환기를 교환할 때나 유사시에 실험장치 내의 장비들을 보호하기 위해 2개의 항온조가 사용되었고 MPCM 항온조에 MPCM을 회수한 후 물용 항온조를 이용하여 시스템 내를 세척할 수 있도록 설계되었다. 점도가 높은 MPCM을 순환시키기 위한 펌프로 다이아프램 식 정량펌프(PRS 200 윌로펌프)가 사용되었고, 유량은 코리올리 효과를 이용한 #가 사용되었디-.실겨부는 항온항습실에 위치해 있으며 실험부 입출구의 온도와 압-력차를 측정하는 계측장비도 항온항습실에 위치해 있다.
- 열교환기가 통신장비용 등으로 사용될 경우를 고려하여 열교환기에 부착되는 대체발열부인 실리콘러버 히터의 외부 표면 온도가 고찰 대상이 되는 온도이므로 열전달 계수를 실리콘 러버 히터와 접착면의 열구리스, 그리고 알루미늄 열교환기의 두께가 모두 열 저항으로 고려된 실험값 인 총괄 열전달 계수를 사용하였고. 입출구온도차는 LMTD(Log Mean Temperature Difference)를 사 용하였다.
성능/효과
- MPCM의 상 변화 온도가 28℃ 이 고 전체 상변화 온도가 土5℃ 구간 내에서 이루.어지는 점을 감안하면 유입온도 15℃보다 유입 온도 19#가 25 kg/h의 유속에서 열전달 성능이 크게 나오는 경향을 실험값과 같이 예측할 수 있으며, 상변화 온도에 가까운 유입 온도 27℃는 물에 비해 열전달 성능이 더 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 채널별 기준 조건에서 열전달 계수가 Fig.
- 어지는 점을 감안하면 유입온도 15℃보다 유입 온도 19#가 25 kg/h의 유속에서 열전달 성능이 크게 나오는 경향을 실험값과 같이 예측할 수 있으며, 상변화 온도에 가까운 유입 온도 27℃는 물에 비해 열전달 성능이 더 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 채널별 기준 조건에서 열전달 계수가 Fig. 6에서 비교되었고, 2 path와 4 path 채널 열교환기의 열전달 계수가 물과 비슷하거나 좋게 나왔 다.
- 이는 MPCM의 큰 열용량이 국부 온도 상승을 제한한 것으로 해석된다. 채널별로 유입 온도에 대한 표준편차 영향력을 살펴보면 2 path와 4 path 채널 열교환기가 물에 비해 MPCM 슬러리를 사용하여 표준편차를 줄일 수 있으며 19# 유입 온도가 열분배를 위한 최적의 온도로 나타났다.(Fig.
- 9는 기준 조건에서 유입 유량을 달리하며 열교환기별 열분배 성능을 측정한 것이다. 저유량에서는 MPCM 슬러리의 열분배 성능이 물보다 떨어지고 고유량으로 갈수록 열분배 성능이 우수해지는 것을 확인할 수 있다.
- (1) MPCM 슬러리의 열전달 성능에 대한 결과로 2 path와 4 path에서 물의 열전달 성능보다 향상된 결과를 보이며, 그 향상 정도는 유입 온도 19℃에서 가장 크게 니-타난다.
- (2) 냉각액열교환기 유입 온도를 PCM 상변화 온도와 유사한 27℃로 유입한 결과 열전달 성능이 물에 비해 감소한 디..
- (3) 발열량이 커질수록 물의 열분배 성능은 크게 떨어지는 반면 MPCM은 이를 효과적으로 낮게 유지시킬 수 있는 것으로 나타닛 :다. 국부 온도 상승에 크게 영향을 받는 전자장비를 냉각하는 데 MPCM의 사용은 열부하 변동에도 온도 편차를 낮게 유지시키는 효과적인 냉각액이라고 할 수 있다.
- (4) 열 분배 성능의 향상은 유량 증가에 따라 증가하는 것이 확인되었다.
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