A Study on the Characteristics of Boiling Heat Trausfer of Thermosyphon Heat Exchangers with Various Micro Grooves

마이크로 그루브를 가진 열사이폰 열교환기의 비등열전달 특성에 관한 연구

This study concerns the characteristics of boiling heat transfer in two-phase closed thermosyphons with various micro grooves. A study was carried out with the performance of the heat transfer of the thermosyphon having 60 internal micro grooves in which boiling and condensation occur. A plain thermosyphon having the same inner and outer diameter as the grooved thermosyphon is also tested for comparison. Distilled water, methanol, ethanol have been used as the working fluid. The heat flux and the boiling heat transfer coefficient at the evaporator zone are estimated from the experimental results. The experimental results have been assessed and compared with existing correlations. Imura's and Kusuda's correlation for boiling showed in good agreement with experimental results within ${\pm}20{\%}$ in plain thermosyphon.

열사이폰 열교환기는 잠열을 이용한 대량의 열수송 능력과 증기류의 열확산에 의한 온도 분포의 균일화, 경량, 간단한 구조, 빠른 열응답 특성 등의 우수성을 가지고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 우수성을 보유하고 있는 열사이폰 열교환기에 대하여 기하학적 형태, 유체의 물성, 열유속 및 내부압력 등 열사이폰의 작동에 관련된 변수들에 관하여 열전달 성능을 실험적으로 연구하였다. 평관형 및 마이크로 그루브형 열사이폰에서 마이크로 그루브수의 변화와 작동유체는 증류수, 메탄올 및 에탄올의 종류 변화에 대한 실험적인 연구를 수행한 결과, 열전도계수와 증발 잠열값이 큰 증류수가 메탄올 및 에탄올보다 비등열전달계수가 높게 나타났다. 또한 마이크로 그루브형 열사이폰이 평관형 열사이폰보다 비등열전달계수가 높게 나타났으며 작동유체가 증류수인 경우 $2{\~}2.5$배 메탄올인 경우 $1.5{\~}2$배, 에탄올인 경우 $1.3{\~}1.5$배 높게 나타났다.