Heat pipe 원리, 특징, 파라미터, 구간분류, 사용 주의사항

 

- Heat pipe 특징

- Heat pipe, main parameters

- 구간 분류 (Sections)

- 사용 주의사항

 

 

 heat pipe 특징

 

열전달 디바이스, 열 손실은 적고 제품내의 높은 열 평형성?(T uniformity)

구리, 알루미늄 보다 높은 열전달력

종류: 압력차로 전달/원심력으로 전달/wick(+모세관?)으로 전달/하중(thermosyphon)으로 전달

 

 Heat pipe, main parameters

 

힛파이프 외벽물질(Container material): 열전도도, 열용량

작동유체(Working fluid): 밀도와 점성이 효율과 열저항에 영향 준다.

• 여러 기준: 내벽/wick물질과의 호환성 + 열전도도 + 잠열 + 열 안정성 + 표면장력+ 기화온도
• 종류: 증류수, 에탄올, 아세톤, 냉각수 R11, 에틸렌글리콜(EG) + nanofluids (increase thermal conductivity & specific heat transfer capacity) (2)

Wick(심지, 파이프 내벽에 붙은 물질) ~ 흡습성, 다공성

wick

• 압력(Working pressure), 낮은압에서 boiling 공격적으로 가능 ~ 비교적 낮은 시스템 온도에서도 잠열을 통한 열전달 활발, 기본적으로 작동유체를 선택할 때 압력과 온도를 보고 시스템 타겟 온도에 맞는 기화/액화점을 갖는 유체를 사용한다.
• 기울기(Inclination angle):
• Filling ratio (FR): Evaporator 용량 기준으로 얼마나의 작동유체를 채우는지. 최고효율을 보이는 나노유체의 FR은 물의 케이스와 비슷
• 흡열량, 시스템에서 발생하여 전달되는 열량(Input power): 증가-> 기본적인 열저항 감소 but 온도 증가로 버블 생성이 활발해져 작동유체와 벽면 간의 열전달 방해, 열저항 증가

https://enertron-inc.com/heatpipe-calculator/

 

 구간 분류 (Sections)

 

https://myheatsinks.com/heat-pipe-solutions/standard-heat-pipes/

• Evaporator: heat addition section (타겟 시스템의 열을 흡수하는 구간)
• Adiabatic: ideally no heat loss section (이상적이게는 열의 흐름이 없는 구간) + 단열(insulation)되어 있는 구간
• Condenser: heat rejection section (냉각시스템(칠러, 물탱크) 혹은 외부로 열을 방출하는 구간)
• Heat pipe 세팅에 --> Heat pipe 내부의 진공잡기 + 용액 넣는 라인 (밸브 & 진공펌프)

 사용 주의사항

 

Dry out, 파이프 내의 용액이 전부 기화하면 문제 발생

• 기본적으로, evaporator region에 남아있는 용액이 없을 때 발생하는 현상으로, 잠열로 열을 뽑아내지 못하기 시작하기에 열효율이 급격히 떨어지게 된다.
• 작동유체가 기화하며 이동하고, 이동하며 되돌아오는 액체를 스쳐지나간다. 그 지나가며 발생하는 shearing force와 되돌아오는 액체의 벽면과의 표면장력을 비교했을 때. Shearing force(~thermophysical properties, 증기 속도)가 크다면 액체는 기체에 이끌려 다시 condenser region/위쪽으로 되돌아간다. = evaporator region에서 열을 흡수해 기화할 액체가 부족해진다.

FR가 너무 크면 증기를 evaporator에서 condenser로 보내기 위한 필요공간 증가

 

마치며

 

2022.02.03 - [정리, 공부/기계공학 & 시스템설계] - Thermosyphon, heat pipe parameters, 실험 계산

2022.02.04 - [정리, 공부/소재, 화학] - Heat pipe, Thermosyphon에서의 Nanofluid(나노유체)