물의 증발잠열을 이용하는 미니채널 열교환기의 실험적 연구
이형주*†․ 유영준*․ 민성기*
An Experimental Study of Evaporative Heat Exchangers with Mini-channels
Hyungju Lee*†․ Youngjune Yoo* ․ Seongki Min*
ABSTRACT
The present study shows some results of developing evaporative heat exchangers with mini-channels.
Heat exchangers with three different water paths were manufactured and tested to compare performances of cooling and pressure drop. Among the three types of heat exchangers, Type 2 with full-etching was proved to be the best in the cooling performances for considered operating conditions, and thus it is recommended to adopt Type 2 for its simplicity of production and outstanding performance. However, Type 1 was shown to be better when it is operated at a high air inlet temperature condition. The developed evaporative heat exchanger will be installed in Environmental Control Systems(ECSs) for aerial vehicles, and it can be used effectively in case an ECS is not only limited in its weight and volume but also required to absorb heats without supplying water (or a coolant) for a certain period of time.
초 록
본 연구에서는 물의 증발잠열을 이용한 새로운 형태의 미니채널 열교환기의 제작 및 시험결과를 제시하였다. 서로 다른 세가지 형태의 물 유로를 가지는 열교환기를 제작하여 주어진 설계조건에서 실험을 통해 서로간의 냉각성능 및 압력손실 효과를 확인하였다. 고려된 세 가지 형태의 물 유로 형 상에 대한 실험 결과 완전식각된 Type 2 열교환기의 공기 냉각성능이 가장 우수한 것으로 확인되었 으며, 따라서 향후 제작성 및 열교환 성능을 고려하면 Type 2를 채택하는 것이 타당할 것으로 생각 된다. 그러나 고온조건에서의 실험 결과 Type 1의 성능도 우수한 것으로 확인되어 고온조건의 운용 을 고려할 경우에는 Type 1에 대한 추가의 성능 및 특성 확인시험을 통한 보다 면밀한 분석이 필요 하다. 본 연구로 개발된 열교환기는 항공기용 환경조절장치 적용을 목표로 하였으며, 특히 공간과 중 량의 제한이 있는 이동시스템 내에서 유한한 시간동안 외부로부터 냉매의 추가 공급 없이 많은 열을 흡수해야 하는 경우에 효과적으로 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
Key Words: Environmental Control System(환경조절장치), Air Cycle Machine(냉각기계), Heat Exchanger(열교환기), Mini-channels(미세유로), Latent Heat of Evaporation(증발잠열) 한국추진공학회 2010년도 추계학술대회 논문집 pp.245~253 2010 KSPE Fall Conference
* 국방과학연구소 1본부 5부
†교신저자, E-mail: [email protected] 1. 서 론
일반적으로 항공기에 적용되는 환경조절장치 는 냉매의 상변화 과정을 이용하는 Vapor Cycle 방식과 엔진블리드공기의 단열팽창효과를 이용 하는 ACM(Air Cycle Machine) 적용형으로 구분 될 수 있다[1-3]. 어떤 방식을 사용하든 시스템 내부에서 고온의 작동유체를 냉각하기 위한 열 교환기가 필수적으로 요구되는데, 대부분의 열교 환기들은 고온의 유체를 냉각하기 위해서 저온 부에 냉각용 공기 또는 별도의 냉매(예를 들면, 물)를 공급하며 열교환을 일으키는 방식을 사용 한다.
이와 같은 기존의 냉각시스템에서는 저온부에 공급되는 냉매의 비열을 이용하여 고온부의 열 을 흡수하는 개념을 주로 사용한다. 이때 열교환 장치 외부로 열 유출이 없는 경우 고온부 공기 가 잃은 열량은 저온부 냉매가 얻은 열량과 정 확히 일치하게 되므로 각 유체의 비열이 상수라 고 가정하면 다음 관계를 만족하게 된다.
여기서
: 고온부 유체의 유량 : 고온부 유체의 비열
: 고온부 유체의 입구 온도
: 고온부 유체의 출구 온도
: 저온부 유체의 유량 : 저온부 유체의 비열
: 저온부 유체의 입구 온도
: 저온부 유체의 출구 온도이 관계로부터 고온부 냉각성능에 영향을 미 치는 요소는 저온부 냉매의 유량, 비열, 그리고 저온부 냉매의 출구온도이다. 이때 저온부 냉매
의 출구온도는 열교환장치의 배치 및 설계결과 에 크게 좌우되지만 어떠한 경우에도 고온부 유 체의 입구 온도까지로 제한되고, 비열은 물질 자 체의 물성치이므로 냉매를 결정할 때 가능한 큰 것으로 선정하여야 하며, 모든 조건이 결정된 후 능동적으로 제어 가능한 유일한 변수는 냉매의 유량이 된다. 따라서 고온부 유체를 충분히 냉각 시키기 위해서는 효과적인 유로설계와 적당한 저온부 냉매의 유량이 필수적이다.
일반적으로 지상에서 운용되는 열교환장치의 경우에는 저온부 냉매를 저장하고 공급하는 설 비에 공간과 중량의 제한이 심각하지 않기 때문 에 이와 같이 저온부 냉매의 비열을 이용한 고 온부 냉각에 아무 문제가 없지만, 고온부의 공기 온도가 지나치게 높으면서 시스템에 할당되는 중량과 공간에 제한이 있는 비행체와 같은 이동 시스템의 경우에는 열교환장치로 공급되는 냉매 의 유량과 열교환장치 자체의 크기를 가능한한 작게 유지하여야 하므로 원하는 고온부의 냉각 효과를 얻기가 어려워진다.
이 때 대안으로 사용할 수 있는 방법은 냉매 의 잠열을 이용하는 방법이 있다. 일반적으로 상 변화시 수반되는 잠열(융해열 또는 증발열)은 상 변화 없이 온도 변화만 있을 때 수반되는 비열 에 비해 매우 크므로, 보다 적은 양으로도 고온 부로부터 많은 열을 흡수할 수 있다. 또한 상변 화시에는 그 온도가 일정하게 유지되므로 고온 부 유체의 출구온도는 냉매의 상변화 온도에 근 접하도록 설계할 수 있다. 저온부 유체가 상변화 (증발)를 일으키는 경우 저온부와 고온부의 열평 형 관계식은 다음과 같이 변형된다.
여기서
: 고온부 유체의 유량 : 저온부 유체의 액체상태 비열 : 저온부 유체의 증발잠열
: 저온부 유체의 끓는점 : 저온부 유체의 기체상태 비열
특히, 물은 표준 대기조건에서 액체상태 비열 이 약 4.2 kJ/kg․K이고 증발잠열이 2257 kJ/kg 으로 다른 물질에 비해 비열과 증발열이 모두 월등히 큰 특성을 가지고 있으므로 시스템에 공 간과 중량의 제한이 있으면서 많은 열을 흡수해 야 하는 경우에는 적은 양의 물을 이용하여 효 과적으로 냉각할 수 있다.
한편, 한정된 공간 내에서 넓은 열전달 면적을 확보할 필요가 있는 경우에 미세유로형 열교환 기가 사용되는데, 이는 Printed Circuit Heat Exchanger(PCHE)와 같이 주로 식각(에칭) 가공 하여 유로를 형성한 서로 다른 판을 격판을 사 이에 두고 교대로 접합하여 만든 열교환장치로 서, 밀리미터급의 작은 유로로 구성되어 있으며, 기체뿐만 아니라 액체도 자유롭게 흐르면서도 큰 전열면적을 갖게 함으로써 외부용적 대비 전 열면적이 큰 장점이 있다. 또한, 미세유로형 열 교환장치는 고온고압 사용 환경에 유리한 장점 이 있으며, 마이크로 전자기기 시스템(Micro electro mechanical system; MEMS) 분야의 발전 으로 다양한 미세 가공기술들을 활용하여[4] 여 러 가지 형상으로 제작될 수 있다.
그러나, 종래의 미세유로형 열교환기는 현열 (sensible enthalpy), 즉 물질의 온도변화에 의한 열흡수 또는 방출 현상을 이용하여 열교환을 일 으키기 때문에 열교환에 필요한 유체가 상당히 많이 필요하다. 이에 따라, 냉원 또는 냉매의 양 이 제한되는 이동형 시스템에 장착되는 열교환 장치인 경우에는 고온측 유체를 지속적으로 냉 각시키기 위한 저온부 유체(냉매)를 충분히 탑재 하기가 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 연구는 상기한 종래의 문제점을 해 결하기 위하여, 공간과 중량의 제한이 있는 이동 시스템에 열교환기를 장착함에 있어서 가능한한 적은 양의 저온부 냉매로 일정 시간 동안 고온 부로부터 전달되는 열량을 흡수할 수 있도록 저 온부 냉매의 증발 잠열을 이용하는 미세유로형
열교환기를 개발하는 것을 목적으로 한다. 특히, 물(또는 물 혼합물)을 저온부 냉매로 이용하는 경우 큰 비열과 증발잠열로 인해 적은 양을 탑 재하고도 많은 열을 흡수할 수 있으므로 필요한 냉매의 양을 획기적으로 감소시킴으로써 냉매를 보관하거나 순환시키는데 필요한 중량과 공간을 절약할 수 있다. 또한, 열전달 효율이 높은 비등 현상을 이용함으로써 상대적으로 적은 열전달 면적으로 고온부의 열을 흡수할 수 있으므로, 열 교환장치 자체의 크기를 감소시킬 수 있다. 따라 서 본 연구에서는 물의 증발잠열을 이용한 새로 운 형태의 미니채널 열교환기의 제작 및 시험결 과를 제시하였다.
2. 설계 및 제작
2.1 요구성능 정의
서론에서 언급했듯이 본 증발열교환기는 항공 기용 환경조절장치 탑재를 목적으로 개발 중인 구성품으로서, 적용 시스템의 열교환기에 대한 요구성능 분석결과 다음 Table 1과 같은 운용 조건을 도출하였다. 표에 보이는 바와 같이 두가 지 대표적인 운용 조건에 대해 출구 공기온도 요구조건은 물 증발온도에 근접한 110 °C로 설 정되었다.
시험 조건
공기 공급조건 출구 요구조건 유량
[g/s]
온도 [°C]
압력 [kPa]
온도 [°C]
압력 손실 [kPa]
I 10 210 110 110 5
II 30 160 225 110 5
Table 1. Operating conditions and performance requirements
2.2 설계
위의 운용 요구조건을 만족시키면서 탑재 대 상 환경조절장치 시스템의 매우 좁은 허용 공간 에 장착하기 위해서는 기존의 핀-튜브형 열교환
기로는 성능만족이 불가능하였다. 이에 따라 도 입된 방식이 미세유로를 이용한 열교환기 형태 이다.
미세유로에서의 유동현상에 대한 연구는 오래 전부터 수행되어 왔으나[5], 이를 실제 열교환기 제작에 활용한 것은 식각(etching) 등 미세 가공 기술이 보편화된 90년대 이후부터이다[4]. 일반 적으로 미세유로를 정의할 때에는 유로의 수력 직경이 내부 유동특성, 특히 이상유동(two-phase flow)특성에 미치는 영향을 고려하여 다음과 같 이 분류한다[6].
10 ㎛ ≤ DH ≤ 100 ㎛
: 마이크로채널(micro-channels) 100 ㎛ ≤ DH ≤ 1 ㎜
: 미니채널(mini-channels) DH ≥ 3 ㎜
: 컨벤셔널채널(conventional channels)
위의 채널 분류 기준에서 미니채널과 컨벤셔 널채널의 경계 구간인 1 ㎜ < DH < 3 ㎜ 영역 은 가끔씩 매크로채널(macro-channels)이라고 지 칭하기도 하지만 널리 쓰이지는 않으므로 보통 미니채널로 통칭해서 쓴다[6].
위와 같은 수력직경에 따른 채널의 형태 분류 법에 따라 본 연구를 위해 설계된 미세유로 채 널은 수력직경이 0.9 ~ 1.2 ㎜로 모두 1 ㎜ 내외 이므로 미니채널로 볼 수 있다. 주어진 설계 조 건과 장착 공간을 만족시키는 미니채널 열교환 기의 상세설계 과정은 별도로 정리해서 발표할 예정이며, 본 논문에서는 생략하기로 한다.
Fig. 1 Flow path of the hot(air) side
2.3 고온측(공기) 유로 설계
Table 1의 냉각성능 요구조건을 만족시키기 위해 설계된 공기측 유로의 형상은 Fig. 1과 같 다. 그림은 공기 유로의 단면 형상을 보여주는 것으로 판의 두께는 0.8 ㎜이며, 폭 1.3 ㎜의 개 별 유로 28개가 식각된다. 열교환기 입구로 공급 된 고온 공기는 그림의 화살표 방향으로 지나가 면서 저온부로 열을 방출하며 냉각되어 출구로 배출된다.
Fig. 2 Flow path of the cold (water) side
2.4 저온측(물) 유로 설계
고온부로부터 유입되는 열을 흡수하기 위한 저온부의 유로 설계 결과는 Fig. 2와 같다. 판의 두께는 0.8 ㎜로 고온측의 공기 판과 동일하며 총 9개의 유로가 그림과 같이 배치되어, 공급된 물이 화살표 방향으로 흐르고 고온부의 열을 흡 수하면서 기화되어 출구로 배출된다.
한편, 본 연구에서는 물의 증발에 의한 열교환 효과가 저온측 유로 형상에 따라 얼마나 영향받 는지를 실험적으로 확인하기 위하여 아래의 Fig.
3과 같이 고정된 형상의 유로 판에 채널의 수와 경로를 조정하여 서로 다른 세가지 형상의 유로 를 설계하였다.
Fig. 3 Three different types of the cold (wate) side flow path
2.5 유로 제작
Figure 1의 공기유로 판과 Fig. 3의 Type 2 물 유로판은 설계된 대로 완전식각(full-etching) 가 공이 완료되었으며 그 결과는 Fig. 4와 같다. 그 런데 Fig. 3의 Type 1 및 Type 3 물 유로판은 아래의 Fig. 5와 같이 식각 후 유로를 형성하는 구조물의 살 두께가 너무 가늘어서 설계된 형상 을 유지하지 못하고 구조물이 처짐 및 비틀림으 로 변형되는 문제점이 발견되었다. 따라서 이러 한 문제를 해결하기 위하여 Type 1 및 Type 3 물 유로판은 반식각(half- etching)으로 처리하여 유로의 형태가 설계된 대로 유지되도록 조치하 였다.
Fig. 4 Results of etching for the air flow path and the water flow path of Type 2
Fig. 5 Results of etching for the water flow paths of Type 1 and 3
2.6 적층 및 조립체 제작
Figure 1 및 3의 형태로 설계/제작된 공기 유 로와 물 유로를 이용하여 열교환기 본체를 제작 하였다. 열교환기 본체는 Fig. 6과 같이 물 유로 - 격판 - 공기 유로 - 격판의 순으로 반복 적층 하여 제작된다. 이 때 적층 수는 설계시 각 채널 당 공기유량에 따라 결정되는데, 본 연구에서는 Table 1의 성능 요구조건을 만족하는 열교환기 의 1/3 축소형 모델을 제작하기로 결정하여 총 적층수 5층으로 제작하였다. 제작에 사용된 각 유로판 및 격판은 알루미늄 재질이며 고온 제작
로에서 브레이징으로 접합하였다. Fig. 7은 제작 된 열교환기의 단면 형상을 보여준다.
Fig. 6 Method of accumulating plates for manufacturing bodies of the mini- channel heat exchangers
Fig. 7 Cross-sectional view of a manufactured heat exchanger body
3. 성능 시험
3.1 시험장치 구성
제작된 3종의 열교환기는 시험을 위하여 Fig.
8과 같이 시험장치를 구성하였다. 압전식 (piezo-electric type) 압력센서와 K-type 열전대 를 이용하여 공기 입출구 및 물 입출구 온도와
압력을 계측하였고, 저유량 계측용 유량계들로 각각의 유량을 측정하였다. 데이터 획득은 이동 식 계측시스템인 YOKOGAWA MV1024 모델을 이용하여 초당 2개(2 Hz)의 데이터를 획득하여 저장하였다.
Fig. 8 Experimental set-up for the measurement of pressure, temperature, and flow rates
전기식 히터를 통해 시험조건으로 가열된 압 축공기는 압력조절기를 통과하여 열교환기 공기 입구로 정해진 유량으로 공급되고, 열교환기를 통과하며 냉각된 공기는 공기 출구를 통해 외부 로 배출된다. 한편, 상온의 물은 소형 정유량 펌 프를 통해 물 입구로 공급되고 열교환기 내부에 서 고온공기로부터 열을 흡수하여 증발된 수증 기는 물 출구로 배출된다. 이 때 각각의 공기 입 출구 및 물 입출구에서 온도와 압력을 계측하여 열교환기의 성능을 확인하게 된다.
Fig. 9 Implementation and I/O ports at the heat exchanger
3.2 시험 조건
본 연구에서는 Table 1의 시험조건 II를 기본 으로 하여 시험 조건을 설정하였는데, 축소형 모 델을 제작하였기 때문에 축소율을 고려하여 공
기 및 물 유량을 조정한 시험 조건은 다음 Table 2와 같다. 첫 번째 시험조건을 기준으로 공기 및 물 유량을 20%씩 증가시키고 공기 공급 온도를 40 °C 상승시킨 조건을 두 번째 시험조 건으로 설정하였으며, 세 가지 파라미터 각각에 대해 두 조건을 조합하면 총 8가지 경우로 시험 조건이 결정되지만, 본 연구에서는 그 중 Table 3에 나타낸 바와 같이 4가지 경우에 대한 실험 을 실시하였다. 따라서 물 유로가 다른 세 가지 형태의 열교환기에 대해 Table 3의 네 가지 조 건으로 실험을 수행하였으므로 다음 절에서는 총 12회의 시험결과를 제시하였다.
파라미터 조건
1st 2nd 비고 공기유량
[g/s] 8.3 10 물 유량
[g/s] 0.19 0.22 공급온도 30 °C 공기공급
온도 [°C] 160 200
Table 2. Test parameters and conditions
ID # 공기 공급 온도
공기 및
물 유량 비고
Case I
160
°C
8.3 g/s &
0.19 g/s 기준점 Case
II
160
°C
10 g/s &
0.22 g/s
공기 및 물 유량 20% 증가 Case
III
200
°C
8.3 g/s &
0.19 g/s
공기 입구온도 40 °C 증가
Case IV
200
°C
10 g/s &
0.22 g/s
공기 입구온도 40 °C 증가, 공기 및 물 유량
20% 증가 Table 3. Four selected test cases
3.3 시험 결과
Figure 10 및 11에는 Table 3의 시험조건 중 Type 1 열교환기에 대해 Case II로 실험한 결과 를 도시하였다. Fig. 10에 의하면 붉은 점선으로 표시된 230 초에서의 공기 공급온도 160 °C에 대한 출구온도는 101.1 °C이며, 이 때 물은 30
°C로 공급되어 100.7 °C로 가열되어 배출되고 있음을 알 수 있다.
Fig. 10 Test results of Type 1 heat exchanger for Case II : Temperatures and Air mass flow rate
Fig. 11 Test results of Type 1 heat exchanger for Case II : Pressures
Figure 12에는 각 시험조건 및 열교환기 타입 에 따른 공기 출구온도 비교가 제시되어 있다.
우선, 설계 기준점인 Case I의 온도를 보면, 모 든 타입의 열교환기가 요구조건인 공기 출구온 도 110 °C 이하를 무난히 만족하고 있음을 알 수 있다. 한편, Case I, II, 그리고 III는 Type 2의 출구온도가 가장 낮은 것으로 확인되었는데, 이 는 Type 2가 관통식각(full-etching)된 물 유로를
장착하였기 때문에 상대적으로 가장 넓은 물 유 로면적을 확보하여 냉각 성능이 전반적으로 가 장 우수함을 의미한다. 그리고, 동일하게 부분식 각(half-etching)된 Type 1과 3을 비교해 보면 공 기 입구온도가 160 °C일 때에는 Type 3가, 200
°C일 때에는 Type 1이 각각 더 나은 냉각 성능 을 보이고 있다. 특히 Case IV의 경우에는 세가 지 종류 중에서 Type 1이 가장 뛰어난 냉각 성 능을 보이고 있는데 그 이유에 대해서는 차후에 더 면밀한 분석이 필요하다.
Fig. 12 Comparison of the air outlet temperature for all cases
Fig. 13 Comparison of the water outlet temperature for all cases
Figure 13에는 각 시험조건 및 열교환기 타입 에 따른 물 출구온도가 비교되어 있는데, 공기 공급온도가 160 °C인 Case I과 II는 물 출구온도 가 모두 100 °C 근처로 공기의 열량에 비해 물 의 현열 및 잠열이 충분함을 알 수 있다. 그러나
공기 공급온도가 200 °C로 상승한 Case III 과 IV의 경우에는 물 출구의 수증기 온도가 모두 155 ~ 165 °C로 과열되어 배출되고 있으며, 이 는 공기의 열량에 비해 공급되는 물의 양이 부 족함을 의미한다.
고온 공기의 냉각과정에서 야기되는 공기측 압력손실은 Fig. 14에 제시되어 있다. 그림에 의 하면 모든 경우에서 Table 1의 요구조건인 5 kPa을 초과하는 것으로 계측되었다. 그러나 본 열교환기 실험에서 계측된 압력손실은 미니채널 에서의 순수한 압력손실이 아니라 입출구 포트 를 포함한 전체 압력손실이므로, 대부분의 압력 손실은 축소형 모델 제작에 따른 축소형 입출구 포트 크기에 기인한다. 따라서 현재로서는 수치 자체의 의미보다는 세가지 모델에 대한 상대비 교의 의미를 가지며, 향후 실제 크기의 열교환기 에 대하여 정확한 압력손실 값을 확인해야 한다.
실험 결과 공기측 압력손실은 모든 경우에 대해 서 열교환기 Type 2가 가장 낮은 것으로 확인되 었다. 그런데 모든 열교환기는 같은 공기측 유로 판을 가지고 있으므로 이 결과는 공기측 열교환 기의 형상에 따른 차이가 아니라, Type 2의 냉 각 성능이 가장 우수하여 내부 평균 공기온도가 가장 낮기 때문에 나타난 현상으로 판단된다.
Figure 15에는 각 시험조건 및 열교환기 타입 에 따른 물측 압력손실이 비교되어 있다. 예상했 던 바와 같이 물 유로면적이 가장 넓은 Type 2 의 압력손실이 가장 적음을 알 수 있으며, 수증 기가 과열되어 배출되는 Case III과 IV의 경우에 도 출구 압력이 3 kPa 미만인 것으로 보아 수증 기 배출에는 전혀 문제가 없음을 알 수 있다. 한 편 부분식각된 Type 1과 3을 비교해 보면 Type 1의 유로가 단순하기 때문에 수증기 배출이 상 대적으로 원활하여 압력손실이 훨씬 적음을 알 수 있다.
이상의 결과들을 종합하여 공기와 물의 출구 온도 및 압력손실을 Table 4에 정리하였다. 이미 확인한 바와 같이 완전식각된 Type 2 열교환기 의 성능이 전반적으로 가장 우수한 냉각성능과 압력손실 특성을 가지고 있다. 한편 부분식각된 Type 1과 3의 성능 비교 결과 공기 공급온도가
160 °C인 경우에는 Type 3이 우수하지만 200°C 로 상승한 경우에는 Type 1이 더 우수하다. 이 는 입구 공기온도가 고온으로 올라갈수록 Type 1이 우수함을 의미하므로 고온조건에서 운용시 에는 추가시험을 통해 그 원인을 확인할 필요가 있다.
Fig. 14 Comparison of the pressure loss of air path for all cases
Fig. 15 Comparison of the pressure loss of water path for all cases
ID
# Type Tair_out
[°C]
Twater _out
[°C]
ΔPwater
[kPa]
ΔPair
[kPa]
Requirement 110 101 - 5.0 Case
I
1 100.2 100.6 1.0 20.4 2 94.7 100.7 0.1 17.5 3 95.3 100.8 8.8 22.4 Case
II
1 101.1 100.7 1.6 27.6 2 95.4 100.5 0.7 23.8 3 97.7 101.0 14.8 30.7 Case
III
1 112.4 102.3 6.8 21.8 2 109.7 159.7 1.7 19.8 3 114.5 162.4 37.4 24.3 Case
IV
1 115.9 156.8 8.0 29.8 2 120.9 162.5 2.8 26.3 3 122.2 157.5 43.8 32.5 Table 4. Test results for the whole cases
5. 결 론
본 연구에서는 물의 증발잠열을 이용한 새로 운 형태의 미니채널 열교환기의 제작 및 시험결 과를 제시하였다. 서로 다른 세가지 형태의 물 유로를 가지는 열교환기를 제작하여 주어진 설 계조건에서 실험을 통해 서로간의 냉각성능 및 압력손실 효과를 확인하였다. 고려된 세가지 형 태의 물 유로 형상 중 Type 2만이 실제 식각에 의한 제작 결과 아무 문제가 발견되지 않았으며, Type 1과 3의 경우에는 완전식각이 불가능하여 부분식각으로 처리하여 제작하였다. 세가지 형태 의 열교환기에 대한 실험 결과 설계조건에서는 완전식각된 Type 2 열교환기의 공기 냉각성능이 가장 우수한 것으로 확인되었으며, 따라서 향후 제작성 및 성능을 고려하면 Type 2를 채택하는 것이 타당할 것으로 생각된다. 그러나 고온조건 에서의 실험 결과 Type 1의 성능이 뛰어난 것으
로 확인되었으므로 향후 고온조건의 운용을 고 려할 경우에는 Type 1에 대한 추가의 성능 및 특성 확인시험을 수행하여 Type 1에 대한 보다 면밀한 분석이 필요하다. 본 연구를 통해 공간과 중량의 제한이 있는 이동시스템 내에서 유한한 시간동안 외부로부터 냉매의 추가 공급 없이 많 은 열을 흡수해야 하는 경우 사용 가능한 물의 증발잠열을 이용한 미니채널 열교환기 개념이 실제로 구현 가능함을 실험적으로 확인하였으며, 향후 공기 및 물유로 최적화 설계와 실물 크기 의 열교환기 제작 및 실험을 수행하여 실제 환 경조절장치의 적용성을 면밀히 평가할 예정이다.
참 고 문 헌
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