In this study, the cooling characteristics of a liquid cooler using thermoelectric module was experimentally investigated. The experiment was conducted for various inner structures of liquid cooler (4 cases), hot fluid flow rates (0.15-0.25 L/min), number of T.E module (2, 4, 6 set), and the cooling water flow rates (200-600 cc/min) for both parallel and counter flow types. Among the results, better cooling performance geometry was selected. And experiment was also carried out to examine further enhancement of cooling performance by inserting coils (pitches: 0.2, 3, 6 mm) into the hot-fluid channel. Present results showed that the short serpentine type(case2) indicated the best cooling performance. In the case of coil pitch of 3 mm, the best cooling performance was shown, more than 10% increase of the inlet and outlet temperature difference, compared with the case of the cooler without coil. Consequently, the inserted coil pitch should be properly selected to improve cooling performance.
Chae, Yoon Seok;Kim, Ji Hyung;Quach, Huu Luong;Lee, Sung Hoon;Kim, Ho Min
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제23권4호
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pp.61-69
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2021
This paper presents the analysis and experiment results on the electrical and thermal characteristics of metal insulation (MI) REBCO racetrack coil, which was wound with stainless steel (SS) tape between turn-to-turn layers, under rotating magnetic field and conduction cooling system. Although the field windings of superconducting rotating machine are designed to operate on a direct current, they may be subjected to external magnetic field due to the unsynchronized armature windings during electrical or mechanical load fluctuations. The field windings show the voltage and magnetic field fluctuations and the critical current reduction when they are exposed to an external magnetic field. Moreover, the cryogenic cooling conditions are also identified as the factors that affect the electrical and thermal characteristics of the HTS coil because the characteristic resistance changes according to the cryogenic cooling conditions. Therefore, it is necessary to investigate the effect of external magnetic field on the electrical and thermal characteristics of MI-SS racetrack coil for further development reliable HTS field windings of superconducting rotating machine. First, the major components of the experiment test (i.e., HTS racetrack coil construction, armature winding of 75 kW class induction motor, and conduction cooling system) were fabricated and assembled. Then, the MI racetrack coil was performed under liquid nitrogen bath and conduction cooling conditions to estimate the key parameters (i.e., critical current, time constant, and characteristic resistance) for the test coil in the steady state operation. Further, the test coil was charged to the target value under conduction cooling of 35 K then exposed to the rotating magnetic field, which was generated by three phrase armature windings of 75 kW class induction motor, to investigate the electrical and thermal characteristics during the transient state.
건물용 공기조화기의 냉수 코일은 작동조건에 따라 건표면, 습표면 또는 부분적인 습표면이 형성된다. 따라서 냉수코일을 적절히 설계하기 위해서는 건표면과 습표면, 그리고 부분적 습표면에 대한 열전달 해석이 필요하다. 본 연구에서는 미소체적에 대한 해석을 통하여 냉수코일의 성능을 계산하는 미소체적 모델을 제시하였다. 해석 모델의 예측치를 냉수코일 실험결과와 비교한 결과 미소 체적 모델은 공기측 전열량을 10.1% 이내에서 예측하고 공기측 압력손실을 11.1%, 현열비도 5.7%내로 예측하였다. 해석 모델을 활용하여 물측 회로의 변화가 냉수코일의 성능에 미치는 영향을 검토하였다.
A Cold spot temperature control system for the batch annealing furnace has been estabilished in order to reduce energy consumption to improve productivity and stabilize the propertics of products. Therefore we confirmed a relation between annealing cycle time and atmospheric gas, variation of coil cold spot temperature with time during heating and actual temperature measurements at mid-width of each coil during heating and actual temperature measurements at mid-width of each coil during soaking. The results of the tempaeature variation effect on the batch annealing are as follows. 1) Heating time is reduced to one half with increasing atmospheric gas flow rate and changing of atmospheric gas component from HNx to Ax gas, and annealing cycle time is reduced to 2.7 times. 2) In case of short time healing, the slowest heating part is the center of B coil, in case of long time heating, the low temperature point moves from the center of coil to inside coil. And the temperature in this part is higher than other parts when cooling. When finished heating, the cold spot is located 1/3 of coil inside in case of HNx atmospheric gas. But center of coil in case of Ax atmospheric gas. 3) The outside of top coil is the highest temperature point when heating, which becomes the lowest temperature point when cooling. So, this point becomes high temperature zone at heating and low temperature zone at cooling, It has relation according to atmospheric gas component and flow rate. 4) Soaking time at batch annealing cycle determination is made a decision by the input coil width, and soaking time for quality homogenization of 1214mm width coil must be 2.5 hours longer than that of 914mm width coil for the same ciol weight. 5) Annealing cycle time with Ax atmospheric gas is extended 1 hour in of slow cooling during 5 hours in order to avoid rapid cooling.
A numerical study on the IPM/Bridge Diode cooling and coil cooling has been performed. Results are presented as plots of thermal resistance, temperature drop and RPM-ratio. CFD analysis for conventional cooling system has been performed as a reference case. As the RPM-Ratio was increased, heatsink thermal resistance and coil temperature were decreased. IPM/Bridge Diode thermal resistance and temperature of the coil is tended to be trade-off. The temperature of coil closest to the AC-motor fan showed the most significant change in accordance with duct design. The temperature of coil located at the top of DC-motor fan showed the most significant variation as the cooling air passes the heatsink fin area.
SMES systems need cryogenic cooling systems. Conduction cooling system has more effective, compact structure than cryogen. In general, 2 stage GM cryocoolers are used for conduction cooling of HTS SMES system. 1st stages of cryocoolers are used for the cooling of current leads and radiation shields, and 2nd stages of cryocoolers for HTS coil. For the effective conduction cooling of the HTS SMES system, the temperature difference between the cryocooler and HTS coil should be minimized. In this paper, a cryogenic conduction cooling system for HTS SMES is analyzed to evaluate the performance of the cooling system. The analysis is carried out for the steady state with the heat generation of the HTS coil and effects of the thermal contact resistance. The results show the effects of the heat generation and thermal contact resistance on the temperature distribution.
A study on the engineering design and numerical thermo-hydraulic analysis for KSTAR TF coil structure cooling system has been conducted. The numerical analyses have been done to verify the engineering design of cooling using the commercial code, FLUENT and in-house code for calculating helium properties which varies with cooling tube's heat transfer. Through the engineering design process based on the steady heat balance concepts, the circular stainless steel tube with inner diameter of 4 mm for TF coil has been selected as cooling tube. From normal operation mode analysis results, total 28 cooling tubes were finally chosen. Also, three dimensional cool down analysis for TF coil with designed cooling tube was satisfied with next three design criteria. First is cooling work termination within a month, second is maximum temperature difference within 50 K in TF coil structure and third is exit helium pressure above 2 bar. Consequently, these cool down scenario results can afford to adopt as operating scenario data when KSTAR facilities operate.
For the development of a small-sized superconducting magnetic energy storage($\mu$SMES) system we designed, fabricated and tested a model coil consisting of five coils with different features. e.g. winding tensions. bore diameters and materials. cooling channels. The results show that even in the highly pre-stressed small coil the quench currents of the coils are degraded to about 70% of their coils critical current. The quench currents of the coils with natrow cooling channels are two times as high as that of the coil without spacers. The test results also indicate that the usual training effect depends on the winding tensions of the coils according to materials of the bobbin.
At design stage of new motor or when taking remedial action of old motor, a lot of information can be obtained from thermal parameters analysis. This study focused on the temperature rise of TEFC induction motor with respect to various thermal parameters. Frame heat transfer had the most important effect on coil temperature rise. But those of air gap and rotor fan had no effect. This fact shows fan action is more important than fin action in the case of rotor fan. Coil temperature can be more decreased by cooling near the heat sources than any other parts from the results of thermal conductivity and loss tests. Variation of cooling air flow rate and motor volume effects on coil temperature were also tested. These tests suggest that improvement of cooling fan performance is important in reducing the coil temperature rise. Thermal equivalent program was verified by comparison of some experimental results.
A cold spot temperature control system for the batch annealing furnace has been established in order to reduce energy consumption which is essential to improve productivity and stabilize the properties of products. A relationship between annealing cycle time and gas flow rate is developed and also for the variation of coil cold spot temperature with time during heating, and actual temperature measurements at mid-width of each coil during soaking. The results of the temperature variation effect on the cold rolled steel sheet batch annealing are as follows. (1) Cooling rate increasing gradually with increasing atmospheric gas flow, but heating rate is hardly increasing without atmospheric gas component change. (2) In case of short time heating, the slowest heating part is the center of B coil and in case of ling time heating, the low temperature point moves from the center of coil to inside coil. (3) The outside of top coil is the highest temperature point under heating, which becomes the lowest temperature point under cooling. (4) Soaking time determination depends on the input coil width, and soaking time for quality homogenization of 1214 mm width coil must be 2 hours longer than that of 914 mm width coil.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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