A Study on Design and Performance of a Heat pipe for the Application to Solar Collector

태양열 집열기용 열파이프의 구조와 작동 특성에 관한 연구

Heat pipes. applied to a flat plate solar collector, have a long and slender configuration with relatively low heat flux in the evaporator section. Such a heat pipe has a tendency to build-up a liquid pool at the lower part of the evaporator section. and at this pool occurs such complicated phenomena of evaporation and fluid dynamics as superheat, sudden generation of bubble, its likely explosive growth process and flooding, etc. In the present study. we tried to solve these problems by means of adjusting two principal design parameters, the liquid inventory and the installation region of the wick, using 4 heat pipes and 3 thermospheres. The corresponding results can be summarized as follows$\^$1)/. The effective thermal conductances of the heat pipe was greatly improved by eliminating the wick in the adiabatic and condenser sections$\^$2)/. The liquid inventory should be increased by about 40% larger than what is saturated the wick$\^$3)/. In the evaporator section the wick has a favorable effect to reduce both unstable operation by intermittent occurrence of nucleate boiling and response time at the initial start-up process.

평판형 태양열 집열기에 적용되는 열파이프는 증발부에 상대적인 낮은 열유속으로 길이가 길고 가느다란 형상을 갖는다. 이러한 열파이프는 증발부의 하단부에서 액체 Pool이 형성하는 경향이 있다. 그리고 이 Pool에서 과열, 급속한 기포의 생성, 기포의 폭발적인 성장과정과 Flooding 등의 복잡한 증발과 유체 역학적 현상이 발생한다. 본 논문에서는 4개의 열파이프와 3개의 열사이폰을 이용하여 주 설계변수인 작동유체의 충전량과 위크의 설치 영역을 조절함으로써 이러한 문제를 해결하도록 하였다. 이에 대한 결과들은 다음과 같이 요약할 수 있다$^{1)}$ . 열파이프의 유효 열전도도는 단열부와 응축부에 위크를 제거함으로써 상당히 개선할 수 있었다$^{2)}$ .액체의 충전량은 위크를 적실수 있는 양보다 약 40%정도 증가시켜야 한다$_{3)}$ . 증발부에서 위크는 핵비 등의 단속적 발생에 의한 불안정한 작동과 포기 시동과정에서 응답시간을 줄이는데 유용한 효과를 갖는다.