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압력제어식 루프 히트 파이프의 밀폐형 압력제어를 위한 기계 구동식 압력 제어기의 압력제어 특성
박청용(C. Park),정욱철(W. Joung) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
본 연구에서는 최근 제안된 압력제어식 온도제어기술의 주요 구성요소인 압력제어식 루프 히트 파이프의 보상실(Compensation Chamber) 압력제어를 위한 기계 구동식 압력 제어기의 제작 및 압력 안정성 평가에 대한 결과를 제시한다. 지난 연구를 통해 압력제어식 루프 히트 파이프의 등온 영역 온도 안정성은 2 상 유체저장소인 보상실의 압력 안정성에 주로 영향을 받으며, 안정적인 온도변화를 위한 압력 변화율에 임계값이 존재함을 확인하였다. 이 과정에서, 보상실 압력제어를 위해 압력제어식 루프 히트 파이프를 개방형으로 운전 시 제어압력 변화에 따른 작동 유체유출 및 이로 인한 압력제어기 오염 및 파손 등의 문제가 발생할 수 있어 압력제어가 가능하면서도 밀폐형 구조를 갖는 압력제어식 루프 히트 파이프에 대한 필요성이 제기되었다. 이에 본 연구에서는 보상실 압력을 밀폐 구조로 제어하기 위해 벨로우즈형 챔버 기반 기계 구동식 압력 제어기(Mechanically-driven Pressure Controller, MDPC)를 고안하였다. 본 연구에서는 선형 액추에이터를 이용하여 벨로우즈형 챔버의 축 방향 변위를 변화시켜 챔버 내 체적 변화에 의한 압력 변화를 유도하고자 하였다. 이에 본 연구에서는 벨로우즈형 챔버의 축 방향 변위 변화율에 해당하는 압력 변화율을 측정하고 이를 통해 본 장치의 축 방향 변위 변화율과 압력 변화율 간 관계를 도출하여 특정 압력변화율을 갖는 축 방향 변위 변화율을 도출하고자 하였다. 본 연구에서는 벨로우즈형 챔버의 체적 변화를 통해 수십 파스칼 이내의 압력 안정성을 달성하는 것을 목표로 하였으며, 제안된 밀폐형 압력제어 장치와 기존 개방형 압력제어장치의 압력제어특성을 비교하여 제안된 장치의 효용성을 검증하였다.
정재혁(J. Jeong),안수진(S. An),김태완(T. Kim),정욱철(W. Joung) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19) 확산에 따라 주요 증상인 발열을 빠르고 정확하게 감지할 수 있는 기술에 대한 수요가 나날이 증가하고 있으며, 이러한 수요를 충족시킬 수 있는 대표적 체온계로서 귀 체온계에 대한 관심 역시 크게 늘고 있다. 귀 체온계는 적외선 대역의 복사열 검출기(Thermopile Thermal Detector)를 이용하여 고막과 검출기 간 온도 차를 측정함으로써 체온을 결정하며, 결정된 체온의 불확도가 고막과 검출기 간 온도 차에 비례하는 특성을 가져 측정불확도 저감을 위해 고막과 써모파일간 온도차를 최소화할 수 있는 부가적 발열체의 사용이 요구된다. 다만, 이와 같은 구성에 있어 복사열 검출기 자체의 유한한 물성 및 발열체 배치에 따른 온도 구배 발생으로 인해 체온 측정시간의 지연 및 측정불확도의 증가가 야기될 수 있어, 빠르고 정확한 체온 측정을 위한 온도측정 알고리듬 개선 및 복사열 검출기 가열 구조 최적화가 요구된다. 본 연구에서는 복사열 검출기의 체온 측정속도 및 측정불확도 개선을 위해 검출기 가열 중 검출기 신호가 0 (Null)인 지점에서 체온을 결정하는 알고리듬을 적용하였으며, 전산 수치해석을 통해 유효한 가열 구조로 확인된 검출기 측면 가열 구조에 대해 발열체 위치에 따른 측정온도 영향을 평가하여 복사열 검출기의 최적 가열 구조를 도출하고자 하였다. 본 연구의 수행 결과, 전산수치해석 예측과 유사하게 검출기 측면 하부 가열 시 빠르고 정확한 온도 측정이 가능하며 검출기 측면 상부 가열 시 검출기 외벽으로부터의 복사 열전달 영향으로 인해 부정확한 측정이 야기될 수 있음을 실험을 통해 확인하였다.