Operational characteristics of oscillating heat pipe charged with R-134a for heat recovery at low temperature

숙명여자대학교 기계시스템학부 임용훈 교수

연구 논문 개요

배경 및 목표

연구 방법 및 결과

성과 및 활용 가능성

참고 문헌 및 출처

논문 요약

연구 논문 기본 정보

  • 논문 제목 : Operational characteristics of oscillating heat pipe charged with R-134a for heat recovery at low temperature

  • 한글 제목 : 저온 열 회수를 위한 R-134a로 충전된 진동 열파이프의 작동 특성

  • 출간연도 : 2022년

  • 저널정보 : International Journal of Heat and Mass Transfer*, Volume 196, Article 123231

  • 저자 : Yong Hoon Im, Ju Young Lee, Tae In Ahn, Young Jik Youn

연구 논문 요약

  • 열파이프 기술은 에너지 절약과 지구 온난화 완화에 중요한 역할을 하며, 특히 진동 열파이프(OHP)는 폐열 회수에서 기존 열파이프 시스템 대비 뛰어난 열 전달 성능을 제공함. 본 연구는 OHP의 열 성능을 경사각과 회전 수에 따라 실험적으로 분석하고, 설계 최적화를 위한 이론적 모델을 제안함으로써 기존 연구의 한계를 보완함.

  • 연구는 두 가지 회전 수(5회전, 20회전)를 가진 열파이프를 설계하고, 경사각(0°~90°)을 변화시키며 열 전달 성능을 평가함. 실험 결과, 20회전 열파이프는 모든 경사각에서 안정적인 열 전달 특성을 보인 반면, 5회전 열파이프는 낮은 경사각에서 성능 저하와 기동 시간 지연이 발생함. 제안된 이론 모델은 정상 조건에서 OHP의 성능을 정확히 예측할 수 있음을 확인함.

  • 본 연구는 진동 열파이프 설계와 성능 예측을 위한 실질적 기준을 제공하며, 냉난방 시스템, 태양열 집열기 등 다양한 산업 분야에서의 응용 가능성을 입증함. 특히, 단순하고 비용 효율적인 구조로 지속 가능한 에너지 인프라 구축에 기여할 수 있는 잠재력을 보임.

  • 진동 열파이프는 저온 폐열 회수 기술로서 에너지 효율 향상과 온실가스 배출 감소를 가능하게 하며, 이는 지속 가능한 에너지 체계 구현을 위한 중요한 기반 기술로 평가됨. 본 연구는 폐열 회수 시스템의 설계와 운용 특성에 대한 새로운 접근을 제시하며, 향후 에너지 절약 및 환경 보호에 기여할 가능성을 열어줌.

논문 초록

  • The oscillating heat pipe could transport heat quickly using rapid self-excited two-phase flow oscillation within very simple structure than any other conventional heat pipe technologies, thus it can cause significant improvement of heat exchange performance specially for waste heat recovery at low temperature. In the present study, the thermal performance of the oscillating heat pipe heat exchangers under temperature-controlled mode was experimentally and theoretically investigated. The oscillating heat pipe with 5-turns and 20-turns were manufactured using a copper meandering tube with inner diameter of 2 mm and R-134a was used as the working fluid due to its superior heat transfer performance at low temperatures. It is found that the smaller inclination angles cause the delay of the start-up and performance degradation for oscillating heat pipe with 5-turns. However, the oscillating heat pipe with 20-turns represents the unchanged start-up operation and thermal performance regardless of inclination angles. The suggested theoretical heat exchanger model well predicts the thermal performance of the oscillating heat pipe with 5-turns and 20-turns under conditions in which the oscillating heat pipe operates normally with high thermal performance. The present experimental and theoretical investigation for the oscillating heat pipe can be helpful in the design of heat exchanger for heat recover system based on the oscillating heat pipe. The present study is fundamental research for oscillating heat pipe heat exchanger without heat transfer fins on the outer tubes of the oscillating heat pipe which are necessarily needed in practical heat exchangers for heat recovery system.

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