• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2006년도 하계학술대회 논문집 Vol.7
• /
• pp.305-306
• /
• 2006

자동차의 난방 열원은 HVAC(Heating, Ventilating & Air Conditioning)에 내장되어 있는 히터코어 (Heater Core) 에서 공급하게 되며, 이 히터코어는 엔진에서 가열된 냉각수 열원을 이용하게 된다. 그러나 최근 디젤 엔진의 경우 연소효율의 개선과 CEGR(Cooled Exhaust Gas Recirculation) 시스템의 적용으로 냉각부하가 증가하여 냉각수가 가지는 가용 열원이 기종보다 약 30~40% 정도 저하되고 있다. 따라서 디젤 자동차 및 하이브리드용 자동차의 난방 보조 히터의 국산화 개발이 시급해진 상황이며 초정밀, 고효율 보조 히터의 개발이 요구되고 있다. 현재 적용되고 있는 보조 히터 중에서 PTC 히터는 PTC 소자의 발열을 이용하여 공기를 직접 가열하기 때문에 추가적인 연료소비가 없고 소형 및 저가라는 장점이 있다. PTC 세라믹 소자는 $BaTiO_3$를 모체로 하며, 이의 특성 항상 및 제어를 위해서는 적절한 dopant를 선택하여 균일하게 doping 해야 한다. 지금까지 dopant에 따른 구성 요소 및 역할은 비교적 잘 알려져 있다. 하지만, 자동차용으로 사용되기 위해서는 12V의 저전압에서 동작해야 하며, 또한 소자의 두께가 얇아지게 됨에 따라서 발생하는 전기적 short와 같은 문제점들을 해결하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 PTC 세라믹 소자에서 도펀트 종류와 양 조절을 통한 저저항을 확보하고, PTC 세라믹 소자의 박막화를 달성하고자 하였다.

• 한국융합학회논문지
• /
• 제13권3호
• /
• pp.191-196
• /
• 2022

내연기관 자동차 히터는 연소과정 중에 발생하는 엔진 열을 이용하므로 열원이 추가로 필요치 않지만, 배터리로부터 동력원을 얻는 전기자동차용 히터는 별도의 전열 장치가 요구된다. 지금까지 개발된 전기차용 히터 중에서 냉매를 이용하는 고전압 히터는 효율이 높고 작동 온도 범위가 넓은 장점이 있다. 고전압 히터 내부의 냉각수 유로의 형상은 열교환 성능을 크게 좌우하므로 히터 개발 시 유로 설계는 기술적으로 매우 중요하다. 본 논문에서는 대칭형 서펜타인 유로를 갖는 7kW급 고전압 히터의 유로 형상 설계를 위해 고전압 열유동 시뮬레이션을 수행하였다. 해석결과로부터 입출구간 차압과 차온 및 유로에서의 유동 균일도를 계산하여 히터의 성능을 평가하였다. 도출된 대칭형 서펜타인 유로 설계안은 기존 평행 서펜타인 비해 차압은 높지만, 열교환 성능은 비등하며 저온부가 비교적 넓게 존재하여 제어 회로의 설치 공간으로 활용할 수 있다는 장점이 있다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제21권10호
• /
• pp.379-385
• /
• 2020

본 논문은 전투차량에 장착되는 온수히터의 코어부위 냉각수 누수방지를 위한 설계에 관한 것이다. 온수히터는 가온된 냉각수를 승무원실의 히터 코어에 흘려 난방하는 장치로, 전투차량 운용 시 온수히터 코어 부위의 냉각수 누수현상이 발생하는 문제점이 확인되었다. 이 문제점은 주로 코어의 탱크와 튜브 부위의 접합부에서 발생하였는데, 이 부위가 취약하여 고압을 가압하였을 때 누수가 발생한 것으로 추정하였다. 이 문제를 개선하기 위하여 용접방식을 개선하고 온수히터 코어 말단 부위를 높은 압력에서 견딜 수 있는 구조로 변경하였다. 기존 코어와 개선 코어에 대하여 순차적으로 압력을 가하였을 때 기존 코어는 7.0 kgf/㎠에서 누수가 발생하였으며 개선 코어는 17.0 kgf/㎠까지 견고하게 구조를 유지하여 개선이 되었음을 입증하였다. 마지막으로 개선한 구조의 체계 적합성을 입증하기 위하여 성능시험 및 환경시험을 실시하였다. 본 논문의 연구결과를 바탕으로 제작된 개선 온수히터는 전투차량에 적용될 예정이며, 신뢰성 확보를 통한 방위력 향상과 유사 장비의 설계 및 고장분석에도 참고자료가 될 것으로 기대된다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제40권1호
• /
• pp.1-7
• /
• 2016

환원제를 이용하여 배기가스 내의 NOx를 질소로 환원시키는 요소수 SCR 시스템은 다른 후처리 장치들 중에서 가장 효율적인 장치로 알려져 있다. 차량에 적용되는 SCR 장치는 32.5wt%의 공융혼합물을 이용한다. 이러한 혼합물의 가장 큰 장점 중의 하나는 $-11.7^{\circ}C$에서 얼기 때문에 추운 환경에서 응고를 피할 수 있다는 것이다. 한편, 이러한 추운 환경에서 시동시 필요한 수용액을 충분히 공급하기 위해서는 고체상을 가열해야 한다. 따라서 본 연구에서는 Fluent 상용코드를 이용하여 3차원 비정상 전산해석을 통한 냉각수 및 전기가열 방식에 따른 고체상 요소수의 시간에 따른 액상비 및 온도분포와 같은 해동 및 열전달 특성을 고찰하였다. 본 연구를 통하여 전기히터 가열 방식이 냉각수 방식보다 효율적임을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
• /
• pp.273-273
• /
• 2010

고열부하 환경에 노출되는 핵융합로의 플라즈마 대향부품은 주로 낮은 원자번호 물질-열전도가 좋은 물질-구조체의 순으로 다층 구조를 이루고 있으며, 이들 간의 우수한 접합성은 부품의 성능을 좌우하는 핵심 요소이다. 이러한 플라즈마 대향부품의 건전성을 평가하기 위해서는 고열속의 열부하를 반복적으로 인가하는 시험이 요구되며, 이를 위해 본 연구원에서는 KoHLT-1, 2의 시험시설을 운용하고 있다. 본 시설에서는 열부하원으로서 그라파이터 히터를 사용하며, 히터는 두 개의 시험 대상부품 사이에 설치되고, 히터에 고전류를 인가하여 복사열에 의해 시험 부품에 열부하를 가하게 된다. 고열부하 환경에서 열피로 시험을 위해 히터에 인가되는 전류를 시간에 따라 일정한 패턴으로 반복적으로 ON-OFF 하게 된다. 본 논문에서는 이러한 고열부하시험을 수행함에 있어 고려해야 할 여러 가지 요소에 대해 논의하였다. 우선 인가하는 열유속(heat flux) 값은 일차적으로 시험시설의 최대 출력에 의해 좌우되며, 시험대상물의 운전조건 및 열부하 반복횟수에 의해 결정된다. 열부하 반복횟수는 주어진 열유속 값에 대해 total strain이 파단에 이르는 수준에 의해 결정된다. 열부하를 인가하는 시간은 히터에 전류를 인가했을 때 요구되는 온도로 상승하는 데 걸리는 시간과 시험대상물의 온도가 더 이상 증가하지 않는데 걸리는 시간에 의해 좌우된다. 냉각시간은 길수록 시험대상물의 온도가 냉각수의 온도에 접근하게 되나 너무 길어지면 시험시간이 급격히 증가하게 되므로, 온도 감소 곡선을 검토하여 적절한 시간을 정하게 된다. 열유속 측정은 냉각수의 온도 상승값과 유량으로부터 계산하게 되며, 정확한 측정을 위해서는 열부하를 인가하는 시간이 충분히 길어야 한다. 또한 시험대상 부품에서 열부하가 인가되는 면적을 정확히 정의해야 하며, 냉각관로에 열부하가 인가되어서는 않된다. 또한 시험대상부품을 지지하는 지지구조체를 통한 열손실을 최소화해야 정확한 열유속을 측정할 수 있다. 시험대상부품을 설치할 때 히터와의 간격 또한 결정해야 할 중요한 요소이며, 간격이 좁을수록 최대 열유속 값을 증가시킬 수 있으나, 너무 가까운 경우 히터의 열변형에 의한 접촉 및 아크 방전의 가능성이 있으며, 이 경우 히터와 시험대상부품의 손상을 가져오게 된다. 시험대상물이 국제열핵융합로(ITER)의 일차벽과 같이 베릴륨이 포함되어 있는 경우 방전에 의한 손상은 인체에 유해한 오염의 원인이 될 수 있다. 또한 순간적인 방전은 고가의 고전류전원의 고장을 유발할 수도 있다. 열부하 시험 중 시험대상물의 온도를 정확히 측정하는 것은 필수적이며, 온도 변화 곡선으로부터 시험대상물의 건전성 여부를 판단할 수 있다. 이를 위해 변화를 가장 잘 탐지 할 수 있는 위치에 온도 센서를 설치하는 것이 관건이며, 이는 사전 분석을 통해 알 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제15권2호
• /
• pp.666-671
• /
• 2014

최근 디젤 차량과 같은 내연기관의 고효율화에 따라, 보조난방 열원으로서 PTC 히터의 사용이 증가하는 추세이다. 디젤 차량의 시동 초기에는 냉각수의 온도가 난방으로 직접 사용하기에 충분히 높지 않으므로, 동절기 난방을 위해 보조난방 열원은 필수적이다. 본 연구에서는 스크린 인쇄 전극공정을 바탕으로 한 PTC 소자를 제작하였고, 이를 활용한 PTC 소자 모듈 및 히터를 설계 및 제작하였다. PTC 소자 모듈의 방열핀 접촉형상 및 전열소자의 크기 변경에 따른 난방성능 변화를 열유동 해석을 통해 분석하였고, 난방성능 실험을 수행하여 PTC 히터의 난방성능 및 효율 특성을 살펴보았다. PTC 히터 시작품의 경우, 기존 PTC 히터와 동등한 수준 이상의 난방성능 및 효율을 나타내었으며, 향후 이를 바탕으로 PTC 소자와 히터에 대한 공정개선 및 성능증대 연구를 수행할 계획이다.

• 한국자동차공학회논문집
• /
• 제20권4호
• /
• pp.125-132
• /
• 2012

Urea-SCR system, which converts nitrogen oxides to nitrogen and water in the presence of a reducing agent, usually AdBlue urea solution, is known as one of the powerful NOx reduction systems for mobile as well as stationary applications. For its consistent and reliable operation in mobile applications, such various problems as transient injection, ammonia slip, and freezing in cold weather have to be resolved. In this work, therefore, numerical study on three-dimensional unsteady heating problems were analyzed to understand the melting and heat transfer characteristics such as urea liquid volume fraction, temperature profiles and generated natural convection behavior in urea solution by using the commercial software Fluent 6.3. After validating by comparing numerical and experimental data with pure gallium melting phenomena, numerical experiment for urea melting is conducted with three different coolant heating models named CH1, 2, and 3, respectively. Finally, it can be found that the CH3 model, in which more coolant is concentrated on the lower part of the urea tank, has relatively better melting capability than others in terms of urea quantity of $1{\ell}$ for start-up schedule.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
• /
• 한국산학기술학회 2011년도 추계학술논문집 2부
• /
• pp.402-405
• /
• 2011

디젤엔진에서 발생되는 PM과 $NO_X$는 강화되는 배기규제의 주요 저감대상으로서 이의 저감을 위한 다양한 후처리장치가 개발되고 있다. 이중 Urea-SCR은 $NO_X$의 전환율이 높고 연비에 미치는 영향이 작기 때문에 $NO_X$저감을 위한 최선의 장치로 인식되고 있다. 하지만, 우레아 수용액의 물성치 특성으로 인하여 동절기 $-20^{\circ}C$이하로 내려가는 지역에서 동결되는 문제점을 해결해야한다. 따라서 이러한 우레아 저장탱크에 해동 시스템을 적용하여 시동초기 우레아를 적정 시간내에 안정적으로 공급가능한 기술의 확보가 필요하다. 본 연구에서는 요소수 저장탱크 내부에 냉각수 순환 가열방식(CH)과 전기 가열방식(EH)을 이용하여 동결된 요소수의 해동현상에 대한 3차원 비정상상태 수치 해석을 수행하였다. 이를 통하여 해동 과정 중 나타난 액상분율, 온도영역 그리고 자연대류를 분석하여 각 가열 방식에 대한 해동특성을 비교하였으며 순수 갈륨 융해 실험 결과값과 수치 해석 결과값를 통하여 수치 해석 방법을 검증하였다. 결론적으로 1,000ml의 우레아 수용액이 확보되기까지의 시간은 CH의 경우, 275s, 그리고 EH의 경우, 230s임을 알 수 있었다.

• 한국진공학회지
• /
• 제18권4호
• /
• pp.318-330
• /
• 2009

본 한국원자력연구원에서는 국제열핵융합실험로(ITER)의 일차벽을 개발하기 위해 그라파이트 히터를 이용한 고열부하 시험시설 KoHLT-1(Korea Heat Load Test facility-1)을 구축하였으며, 현재 정상적으로 가동되고 있다. KoHLT-1의 주목적은 Be-CuCrZr-SS의 이종 금속이 HIP 방법에 의해 접합된 ITER 일차벽 mockup의 접합 건전성을 확인하는데 있다. KoHLT-1은 판형 그라파이트 히터, 냉각 jacket이 부착된 상자형 시험용기, 직류 전원, 냉각계통, He 기체 공급계통과 각종 진단계통으로 구성되어 있으며, 이 모든 시설은 Be 처리가 가능한 특수 정화계통이 설치된 실험실에 설치되었다. 그라파이트 히터는 두개의 시험 대상물 사이에 설치되며, 시험대상물과의 거리는 $2{\sim}3\;mm$이다. 시험 대상물의 크기와 요구되는 열유속에 따라 여러 가지의 그라파이트 히터를 설계, 제작하였으며, 전기 저항은 고온 운전 중에 $0.2{\sim}0.5{\Omega}$이 되도록 하였다. 히터는 100V/400 A의 직류전원에 연결되어 있으며, PC와 multi function module로 구성된 전류 조정계통에 의해 미리 프로그램되어 있는 패턴으로 전류를 자동 조절하게 된다. 두 시험대상물에 인가되는 열유속은 calorimetry법에 의해 냉각수의 입, 출구 온도와 유량을 측정하여 얻게 된다. 여러 가지 형태의 ITER 일차벽 Be mockups에 대해 고열부하 시험을 수행하였으며, 시험을 통하여 KoHLT-1 고열부하 시험 시설의 성능이 확인되었고, 24시간 이상의 연속 운전에 있어서도 그 신뢰성이 입증되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.92.1-92.1
• /
• 2015

열전소재의 열전성능을 평가하기 위해서는 샘플 내 상하부 온도구배가 필요하다. 하지만 진공챔버 내에서는 대류효과가 제한되어, 1 mm 이하 두께의 얇은 샘플은 상하부 방향으로 온도 구배를 조성하기 어렵다. 온도 구배를 조성하기 위해서는 샘플의 두께 방향을 관통하는 열유속이 필요하며, 진공 분위기에서 열유속을 조성하기 위해서는 히터뿐만 아니라 별도의 열배출기가 요구된다. 본 연구에서는 열전특성 측정 장비 내 수냉식 열배출기의 설계를 위해, 열배출기의 층수를 달리하며 열전달거동을 수치해석적인 방법으로 연구하였다. 열배출기의 층수에 따른 영향을 평가하기 위해서 동일한 채널길이를 유지시키면서 층수를 달리하는 기하학적인 구조들을 설계하였다. 수치해석을 용이하게 진행하기 위해, 열배출기의 형태는 단순한 bar 형태를 가진 1-5층의 다층 구조 로 설계하였다. 열배출기들 각각의 열전달 효율을 평가하기 위해, 수냉식 열배출기의 열배출량에 가장 큰 영향을 미치는 질량유량을 0.1-1 g/s로 변화 시키면서 열전달 거동을 확인하였다. 또한 냉각수의 기화 현상을 방지하기 위해 발열체의 온도를 290-370 K로 바꿔 가며 열전달 거동을 확인하였다. 수치 해석결과, 5층의 열배출기가 최대 120 W/cm2 로 높은 단위면적당 열배출량을 가지는 것을 확인하였으나, 열배출기 전체의 열배출량을 기준으로하는 열배출효율은 0.6 정도로 낮은 효율을 가짐을 확인하였다. 반면에 3층의 열배출기의 경우, 열배출 효율이 0.8에 달하며, 2층의 열배출기 보다 열배출 효율이 좋다는 것을 확인할 수 있었다.