가변 부하 열원(variable-load heat source)의 작동 온도는 압력 제어 평판-증발기 루프 히트 파이프(PC-FELHP)를 이용한 압기(pneumatic) 온도 제어 방법으로 정밀하게 조절되었다. 이 방법에서는 PC-FELHP의 증발기 온도를 열 부하 변화에 대한 응답으로 보상 챔버(compensation chamber) 압력을 변화시켜 조절함으로써 열원 온도를 좁은 범위 내에서 유지하였다. 가변 열 부하 조건에서 보상 챔버 압력 제어를 적용한 결과, 열 부하 100 W 변화 동안 열원 온도의 최대 편차가 약 6.6 °C에서 0.4 °C로 감소하였다. 또한 PC-FELHP의 작동 위치(즉, 높이) 변화에 따른 열원 온도의 제어 특성을 조사하였다. 압기 온도 제어를 작동시켰을 때, 60 mm 높이 변화 동안 열원 온도의 최대 편차는 약 14.5 °C에서 0.5 °C로 감소하였다. 전반적으로 보상 챔버의 압력에 대한 신속한 제어를 통해, PC-FELHP의 높이 변화에 따른 가변 부하 열원의 작동 온도는 약 ±0.5 °C 이내로 유지되었으며, 이는 정밀 열발생 장치에 대한 유망한 열 제어 방법으로서 압기 온도 제어의 효능을 보여주었다. • 루프 히트 파이프를 사용하여 가변 부하 열원의 열 제어를 수행하였다. • 압력 제어 루프 히트 파이프의 압기 온도 제어를 구현하였다. • 위치 변화에 따른 가변 부하 열원의 온도를 제어하였다. • 압기 온도 제어 방법이 반응성이 높고 정밀하였다. • 열 부하 변화 100 W에 대해 열원 온도를 ±0.5 °C 이내에서 제어하였다.

• 열기공학(열화상) 방법을 사용하여 증기 챔버의 열 확산 특성을 특성화함. • 다양한 작동 조건에서 패턴화된 심(pattered wick) 증기 챔버를 시험함. • 열유속, 충전 체적 및 경사각을 체계적으로 변화시킴. • 열화상으로 표면 온도와 반경 방향 차이를 측정함. • 8400 W/(m·K)의 열전도도를 낮은 측정 불확도로 달성함. 본 연구에서는 증기 챔버형 열확산기의 열 확산 성능을 특성화하기 위한 비접촉 열화상(thermographic) 방법을 제안하였다. 물을 작동 유체로 충전한 구리 증기 챔버를 제작하였으며, 외형 치수는 102 mm × 102 mm × 3 mm이고, 전체 두께를 줄이기 위해 패턴화된 심을 내장하였다. 제안된 방법은 상관된 체계적 불확실성 요인을 상쇄함으로써 반경 방향 온도 차이를 정밀하게 평가할 수 있게 하였고, 허용 가능한 낮은 불확실성 하에서 유효 열전도도를 결정할 수 있도록 하였다. 열유속, 작동 유체 충전 체적, 경사각을 포함한 영향 인자들의 효과를 체계적으로 조사하였다. 열유속이 증가할수록 온도 균일성이 향상되고 유효 열전도도는 증가하였으며, 200 W/cm2에서 최대 8400 W/(m·K) ± 670 W/(m·K)에 도달하였다. 작동 유체의 충전 체적이 증가함에 따라 응축 영역에서 과도한 액체 축적으로 인해 유효 열확산 영역이 수축하였으나, 중심 영역에서의 증기 유동 향상이 국소적으로 높은 유효 열전도도를 유지하였다. 경사진 조건에서 작동할 경우, 증기 부력, 액체 정수압, 액체 재분배로 인해 유효 열전도도의 비균일 분포가 형성되었다. 45° 경사와 200 W/cm2에서 최대 유효 열전도도 8400 W/(m·K) ± 920 W/(m·K)가 기록되었다. 전반적으로, 제안된 열화상 방법은 증기 챔버의 열 확산 특성을 평가하기 위한 효과적이고 실용적인 도구임이 입증되었으며, 다양한 작동 조건에서 정성적 및 정량적 분석 모두를 가능하게 한다.

본 연구에서는 비접촉 열화상(thermographic) 기법을 사용하여 증기 챔버(vapor chamber)의 열확산(heat-spreading) 특성에 대한 유동 유도 구조(flow-guide structures)의 영향을 체계적으로 조사하였다. 시험한 증기 챔버는 외부 치수가 106 mm × 106 mm × 4 mm (길이 × 폭 × 두께)였으며, 바닥판(bottom plate)에는 두께 1 mm의 심(wick)을 갖추고 있었다. 팽창각(expansion angle)이 0°, 22.5°, 45°인 유동 가이드(flow guides)를 증기 공간(vapor space)에 통합하여 기상(증기상) 작동유(working fluid)의 흐름을 제어하고 구조 강성을 향상시키고자 하였다. 진공 상태의 증기 챔버에는 심 void 체적의 약 130%에 해당하는 약 6.5 mL의 증류수(distilled water)를 충전하였다. 증기 챔버의 열확산 특성은 비접촉 열화상 카메라로 측정한 온도 분포 및 누적 유효 열전도율(cumulative effective thermal conductivity) 분포의 관점에서 평가하였다. 증기 챔버는 중심부에서 균일한 온도 분포를 보였고, 중심으로부터 반경 3.5 cm 이내에서 높은 누적 유효 열전도율을 나타낸 반면, 외곽부에서는 과잉 액상(액상 상) 작동유의 축적으로 인해 온도와 누적 유효 열전도율이 모두 급격히 감소하였다. 누적 유효 열전도율은 열유속(heat flux)이 증가할수록, 열유속이 높은 조건에서 작동유의 질량 유량(mass flow rate)이 증가하기 때문에 증가하였다. 열유속 200 W cm^-2에서 측정된 누적 유효 열전도율은 약 95% 수준의 신뢰도에서 8 900 W m^-1 K^-1 ± 1 100 W m^-1 K^-1에 도달했으며, 이는 구리(copper)의 약 tewnty-times(20배) 더 높은 값에 해당하였다. 증기 챔버의 열확산 성능은 유동 가이드의 팽창각이 증가할수록 감소했는데, 이는 주로 고체 유동 가이드(solid flow guide)를 통한 전도(conduction)의 기여가 기상 작동유의 대류(convection) 기여에 비해 더 커졌기 때문이었다.

한국정밀공학회지(Journal of the Korean Society for Precision Engineering, JKSPE)는 정밀공학 및 제조의 모든 측면에 관하여 높은 윤리적 기준을 바탕으로 독창적인 연구논문을 게재하는 데 전념하고 있다. 특히, 이 저널은 새로운 실험 방법, 예측 모델링 기법, 그리고 기계공학 또는 다학제적 접근에 기반한 엄격한 분석을 통해 도출되는 고도화된 연구에서 비롯된 창의적 해결책을 적용함으로써 기계 및 제조 공정의 정밀도를 향상시키는 것과 관련된 논문에 주력한다. 한국정밀공학회지(JKSPE)를 통해 확산될 것으로 기대되는 지식의 성과는 향상된 신뢰성, 더 나은 운동 정밀도, 더 높은 측정 정확도, 그리고 정밀 시스템의 충분한 신뢰성이다, 한국정밀공학회지

가변 부하 열원(variable-load heat source)의 작동 온도는 압력 제어 평판-증발기 루프 히트 파이프(PC-FELHP)를 이용한 압기(pneumatic) 온도 제어 방법으로 정밀하게 조절되었다. 이 방법에서는 PC-FELHP의 증발기 온도를 열 부하 변화에 대한 응답으로 보상 챔버(compensation chamber) 압력을 변화시켜 조절함으로써 열원 온도를 좁은 범위 내에서 유지하였다. 가변 열 부하 조건에서 보상 챔버 압력 제어를 적용한 결과, 열 부하 100 W 변화 동안 열원 온도의 최대 편차가 약 6.6 °C에서 0.4 °C로 감소하였다. 또한 PC-FELHP의 작동 위치(즉, 높이) 변화에 따른 열원 온도의 제어 특성을 조사하였다. 압기 온도 제어를 작동시켰을 때, 60 mm 높이 변화 동안 열원 온도의 최대 편차는 약 14.5 °C에서 0.5 °C로 감소하였다. 전반적으로 보상 챔버의 압력에 대한 신속한 제어를 통해, PC-FELHP의 높이 변화에 따른 가변 부하 열원의 작동 온도는 약 ±0.5 °C 이내로 유지되었으며, 이는 정밀 열발생 장치에 대한 유망한 열 제어 방법으로서 압기 온도 제어의 효능을 보여주었다. • 루프 히트 파이프를 사용하여 가변 부하 열원의 열 제어를 수행하였다. • 압력 제어 루프 히트 파이프의 압기 온도 제어를 구현하였다. • 위치 변화에 따른 가변 부하 열원의 온도를 제어하였다. • 압기 온도 제어 방법이 반응성이 높고 정밀하였다. • 열 부하 변화 100 W에 대해 열원 온도를 ±0.5 °C 이내에서 제어하였다.

• 열기공학(열화상) 방법을 사용하여 증기 챔버의 열 확산 특성을 특성화함. • 다양한 작동 조건에서 패턴화된 심(pattered wick) 증기 챔버를 시험함. • 열유속, 충전 체적 및 경사각을 체계적으로 변화시킴. • 열화상으로 표면 온도와 반경 방향 차이를 측정함. • 8400 W/(m·K)의 열전도도를 낮은 측정 불확도로 달성함. 본 연구에서는 증기 챔버형 열확산기의 열 확산 성능을 특성화하기 위한 비접촉 열화상(thermographic) 방법을 제안하였다. 물을 작동 유체로 충전한 구리 증기 챔버를 제작하였으며, 외형 치수는 102 mm × 102 mm × 3 mm이고, 전체 두께를 줄이기 위해 패턴화된 심을 내장하였다. 제안된 방법은 상관된 체계적 불확실성 요인을 상쇄함으로써 반경 방향 온도 차이를 정밀하게 평가할 수 있게 하였고, 허용 가능한 낮은 불확실성 하에서 유효 열전도도를 결정할 수 있도록 하였다. 열유속, 작동 유체 충전 체적, 경사각을 포함한 영향 인자들의 효과를 체계적으로 조사하였다. 열유속이 증가할수록 온도 균일성이 향상되고 유효 열전도도는 증가하였으며, 200 W/cm2에서 최대 8400 W/(m·K) ± 670 W/(m·K)에 도달하였다. 작동 유체의 충전 체적이 증가함에 따라 응축 영역에서 과도한 액체 축적으로 인해 유효 열확산 영역이 수축하였으나, 중심 영역에서의 증기 유동 향상이 국소적으로 높은 유효 열전도도를 유지하였다. 경사진 조건에서 작동할 경우, 증기 부력, 액체 정수압, 액체 재분배로 인해 유효 열전도도의 비균일 분포가 형성되었다. 45° 경사와 200 W/cm2에서 최대 유효 열전도도 8400 W/(m·K) ± 920 W/(m·K)가 기록되었다. 전반적으로, 제안된 열화상 방법은 증기 챔버의 열 확산 특성을 평가하기 위한 효과적이고 실용적인 도구임이 입증되었으며, 다양한 작동 조건에서 정성적 및 정량적 분석 모두를 가능하게 한다.