테르모시폰

Thermosiphon
단순 태양열 온수기 내 서모사이폰 순환(작업 모델이 아님, 탭 사용 시 탱크를 보충할 수 있는 급수 없음)

서모시폰(또는 서모사이폰)은 기계 펌프 없이도 유체를 순환시키는 자연 대류에 기초한 수동 열 교환 방법입니다.열시폰은 열 펌프, 온수기, 보일러 및 용해로와 같은 난방 및 냉방 애플리케이션에서 액체 및 휘발성 기체의 순환에 사용됩니다.열 시포닝은 또한 목재 화재 굴뚝이나 태양열 굴뚝에서 사용되는 것과 같은 공기 온도 변화에도 발생합니다.

이 순환은 유지 탱크의 물질이 탱크 하단에 장착된 가열된 이송 튜브를 통해 분배 지점으로 전달될 때처럼 개방 루프일 수도 있고, 원래 컨테이너로 돌아가는 수직 폐쇄 루프 회로일 수도 있습니다.이 펌프의 목적은 기존 펌프의 비용과 복잡성을 피하면서 액체 또는 가스의 이송을 단순화하는 것입니다.

심플 서모시폰

액체로의 열전달이 루프의 한쪽에서 다른 쪽까지의 온도차를 일으키면 액체의 자연 대류가 시작됩니다.열팽창 현상은 온도차가 루프 전체에 걸쳐 대응하는 밀도 차이를 갖는다는 것을 의미합니다.루프의 한쪽에 있는 따뜻한 유체는 다른 쪽에 있는 차가운 유체보다 밀도가 낮기 때문에 부력이 더 높습니다.워머 오일은 쿨러 오일 위로 "떠오르고" 쿨러 오일은 워머 오일 아래로 "싱크"됩니다.이러한 자연 대류 현상은 "열은 상승한다"는 속담으로 알려져 있다.대류는 가열된 액체를 시스템에서 위로 이동시켜 동시에 중력에 의해 되돌아오는 차가운 액체로 교체합니다.양호한 서모시폰은 유압 저항이 매우 적기 때문에 자연 대류에 의해 생성된 비교적 낮은 압력에서 액체가 쉽게 흐를 수 있습니다.

히트 파이프

주요 기사:히트 파이프

경우에 따라서는 루프가 완전히 액체로 가득 차 있지 않기 때문에 액체의 흐름이 더 줄어들거나 멈출 수 있습니다.이 경우 시스템은 더 이상 대류하지 않으므로 일반적인 "서모시폰"이 아닙니다.

증기의 증발 및 응축에 의해 이 시스템에서 열이 전달될 수 있지만, 시스템은 히트 파이프 서모사이폰으로 [1][2]적절히 분류됩니다.시스템에 공기와 같은 다른 유체도 포함되어 있는 경우 열 플럭스 밀도는 단일 물질만 포함된 실제 히트 파이프보다 낮아집니다.

서모시폰은 때로 '중력 리턴 히트 파이프'[3]로 잘못 표현되기도 합니다.히트 파이프에는 일반적으로 모세관 작용을 통해 응축수를 증발기로 돌려보내는 심지가 있습니다.중력이 [4]액체를 움직이기 때문에 서모시폰에는 심지가 필요하지 않습니다.심지는 중력이 없을 때 히트 파이프가 열을 전달할 수 있도록 해 우주에서 유용합니다.열사이폰은 히트 파이프보다 "[5]간단하다".

(단상) 열사이폰은 "위쪽으로" 또는 가속도 벡터로부터 멀리 떨어진 곳에서만 열을 전달할 수 있습니다.따라서 열사이폰은 히트파이프보다 방향이 훨씬 더 중요하다.또, 루프내의 기포에 의해 서모시폰이 기능하지 않게 되어, 파이프의 순환 루프가 필요하게 됩니다.

리부일러 및 캘런드리아

서모시폰의 배관이 흐름에 저항하거나 과도한 열이 가해지면 액체가 끓을 수 있다.기체가 액체보다 부력이 높기 때문에 대류 압력이 더 크다.이것은 리보일러라고 불리는 잘 알려진 발명품이다.한 쌍의 플레나에 붙어 있는 리보일러 그룹을 캘런드리아라고 합니다.예를 들어 구형(1950년대 이전) 차량의 냉각 시스템이 생성되는 증기의 양이 너무 많은 양의 물을 대체하고 순환을 멈추기 때문에 오일이 끓으면 시스템이 작동을 멈춥니다.

"상변화 서모시폰"이라는 용어는 잘못된 명칭이므로 [citation needed]피해야 합니다.서모시폰에서 상변화가 발생하면 시스템에 충분한 유체가 없거나 대류만으로 모든 열을 전달하기에는 너무 작다는 것을 의미합니다.성능을 향상시키려면 더 많은 유체가 필요하거나(아마도 더 큰 서모시폰에) 다른 모든 유체(공기 포함)를 루프에서 퍼내야 합니다.

태양 에너지

서모시폰이 있는 태양열 난방 시스템

서모시폰은 물과 같은 액체를 가열하기 위해 액체 기반의 태양열 시스템에 사용된다.물은 태양 에너지에 의해 수동적으로 가열되며 태양으로부터 태양 집열기로 전달되는 열에너지에 의존한다.컬렉터의 열은 두 가지 방법으로 물로 전달될 수 있습니다. 즉, 물이 컬렉터를 순환하는 곳 또는 부동액이 컬렉터의 열을 전달하여 열 교환기를 통해 탱크 내의 물로 전달되는 간접적인 곳입니다.대류를 통해 가열된 액체가 태양 집열기 밖으로 이동하면서 다시 가열된 차가운 액체로 대체됩니다.이 원리로 인해 집수기[6] 위 탱크에 물을 저장해야 한다.

아키텍처

페어뱅크스 국제공항에 있는 써모시폰 어레이는 공항 건물이 세워지는 영구 동토층을 냉각하는 데 사용됩니다.영구 동토층이 녹으면 건물의 기초가 탈구될 위험이 있다.그 모양 때문에 이 열시폰 방사기는 "알래스카 선인장"이라고 불립니다.

영구 동토층 조건에 의해 역사적으로 지배된 장소에서는 건물,[7] 파이프라인 및 영구 동토층 해빙에 의해 발생하는 기타 구조물의 기초에 대한 역지질적 힘에 대항하기 위해 서모시폰을 사용할 수 있다.2006년 거대 석유회사인 코노코필립스가 발표한 연구에 따르면 알래스카의 영구 동토층은 1982년 이후 기록적인 따뜻한 [8]기온으로 인해 악화되었다.알래스카 페어뱅크스 대학의 알래스카 기후 연구 센터에 따르면, 1949년과 2018년 사이에 알래스카의 연평균 기온은 겨울에 [9]화씨 7.2도 상승하면서 화씨 4.0도 상승했습니다.

컴퓨팅

서모시폰은 내부 컴퓨터 컴포넌트([10]일반적으로 프로세서)의 수냉에 사용됩니다.적당한 액체를 사용할 수 있지만, 물은 서모시폰 시스템에서 가장 사용하기 쉬운 액체입니다.기존의 수냉 시스템과 달리, 서모시폰 시스템은 구성 요소에서 열 교환기로의 가열수(증기가 될 수 있음)의 이동을 위해 펌프에 의존하지 않고 대류에 의존합니다.그러면 물이 냉각되고 재순환될 준비가 됩니다.가장 일반적으로 사용되는 열 교환기는 라디에이터로, 공기가 팬 시스템을 통해 능동적으로 뿜어져 나와 증기를 액체로 응축합니다.액체는 시스템을 통해 재순환되며, 따라서 이 과정을 반복합니다.펌프는 필요 없습니다.증발과 응축의 주기는 온도 차이에 의해 구동된다.

사용하다

적절한 냉각을 하지 않으면 최신 프로세서 칩은 빠르게 온도에 도달하여 오작동을 일으킬 수 있습니다.일반적인 히트 싱크와 팬이 접속되어 있는 경우에서도, 일반적인 프로세서의 동작 온도는 최대 70 °C(160 °F)에 이를 수 있습니다.서모시폰은 훨씬 더 넓은 온도 범위에서 효율적으로 열을 전달할 수 있으며, 일반적으로 기존의 히트 싱크 및 팬보다 10~20°C의 프로세서 온도를 낮게 유지할 수 있습니다.경우에 따라서는 열시폰이 여러 열원을 덮을 수 있으며 설계상 적절한 크기의 기존 히트싱크 및 팬보다 더 콤팩트할 수도 있습니다.

결점

열사이폰은 증기가 올라가고 액체가 보일러로 흘러내리도록 설치되어야 하며, 액체가 고일 수 있도록 튜브에 굴곡이 없어야 합니다.또한, 가스를 냉각시키는 서모시폰의 팬은 작동을 위해 차가운 공기가 필요합니다.시스템은 완전히 밀폐되어 있어야 합니다. 그렇지 않으면 서모시폰 프로세스가 활성화되지 않고 물이 짧은 시간 동안만 증발합니다.

엔진 냉각

1937년 서모시폰 순환에 의한 엔진 냉각도

초기 자동차, 자동차, 엔진으로 구동되는 농장 및 산업 장비는 서모시폰 순환을 사용하여 실린더 블록과 라디에이터 사이에서 냉각수를 이동시켰다.그들은 자동차와 팬의 전진 이동에 의존하여 라디에이터를 통해 충분한 공기를 이동시켜 온도 차이를 제공하여 서모시폰 순환을 유발했습니다.엔진 출력이 증가함에 따라 유량이 증가해야 했기 때문에 순환을 돕기 위해 엔진 구동 펌프가 추가되었습니다.더 콤팩트한 엔진은 더 작은 라디에이터를 사용하고 더 복잡한 흐름 패턴을 요구했기 때문에 순환은 전적으로 펌프에 의존하게 되었고 심지어 자연 순환에 역행할 수도 있다.서모시폰으로만 냉각되는 엔진은 라디에이터를 통한 공기 흐름이 제한되면 장시간 공회전 시 과열되거나 매우 느린 주행에 노출될 수 있습니다. 단, 하나 이상의 팬이 적절한 냉각을 제공할 수 있는 충분한 공기를 이동시킬 수 없는 경우입니다.또한 낮은 냉각수 레벨에도 매우 민감합니다. 즉, 소량의 냉각수만 손실되면 순환이 중단됩니다. 펌프 구동 시스템은 훨씬 강력하며 일반적으로 낮은 냉각수 레벨을 처리할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

Wikimedia Commons에는 Thermosiphons 관련 미디어가 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ "Thermosyphon technology for Artificial Ground Freezing (AGF)". simmakers.com. Simmakers Ltd. 2017. Archived from the original on 5 Mar 2021. Retrieved 23 Jan 2021.
  2. ^ Holubec I (2008). "Flat Loop Thermosyphon Foundations in Warm Permafrost (Prepared for Government of the NT Asset Management Division Public Works and Services and Climate Change Vulnerability Assessment Canadian Council of Professional Engineers" (PDF). geocryology.files.wordpress.com.
  3. ^ "Evacuated Tube Heat Pipe Principles". BTF Solar. 2007. Archived from the original on 17 Aug 2014. Retrieved 23 Jul 2021.
  4. ^ "Thermosiphon Heat Exchangers". apogee.net. Archived from the original on 3 Apr 2013. Retrieved 23 Jul 2021.
  5. ^ Haslego C (2010). "What is a Heat Pipe?". Cheresources.com Community.
  6. ^ Norton B (2011). "Solar Water Heaters: A Review of Systems Research and Design Innovation". Green. 1 (2): 189–207. doi:10.1515/green.2011.016.
  7. ^ Wagner AM (2014). "Review of Thermosyphon Applications" (PDF). ERDC/CRREL TR-14-1. US Army Engineer Research and Development Center (ERDC). Archived (PDF) from the original on June 25, 2021. Retrieved 24 Jun 2021.
  8. ^ Jorgenson MT, Shur YL, Pullman ER (2006). "Abrupt increase in permafrost degradation in Arctic Alaska". Geophysical Research Letters. 33 (2): L02503. doi:10.1029/2005GL024960.
  9. ^ "Total Change in Mean Seasonal and Annual Temperature (°F), 1949-2018". Alaska Climate Research Center (Chart from article). Geophysical Institute, University of Alaska Fairbanks. Archived from the original on 2021-09-09. Retrieved 2021-06-25. {{cite web}}:외부 링크 type=(도움말)
  10. ^ Kuemel B (2005). "CPU Vapor Cooling Thermosyphon". overclockers.com. Retrieved 26 Aug 2012.

외부 링크