진공 및 단열재를 적용한 열전지의 단열 및 작동시간에 대한 연구

김찬후; 김창수; 박성영

doi:10.5762/KAIS.2022.23.7.409

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김찬후 (공주대학교) 김창수 (공주대학교) 박성영 (공주대학교)

저널정보: 한국산학기술학회 한국산학기술학회 논문지 한국산학기술학회논문지 제23권 제7호

발행연도: 2022.7

수록면: 409 - 417 (9page)

DOI: 10.5762/KAIS.2022.23.7.409

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최근 발사 거리를 증대시키기 위하여 유도무기 전원장치의 작동시간 증대가 요구되고 있다. 단시간에 높은 전력 발생과 장시간 보관의 장점을 가진 열전지가 일반적으로 유도무기의 전원 장치로 사용되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 유도 무기의 작동시간을 증대시키기 위해서 전원 공급장치인 열전지의 단열성능을 향상시켜 작동시간을 증대시키고자 한다. 단열부의 내부 소재와 진공화를 변수로 설정하여 해석 모델을 구성하였다. 전해질의 평균온도가 발열을 시작해서 450℃ 이하가 되는 시점까지 비정상 열전달 해석을 수행하였다. 해석결과, 진공과 단열재를 동시에 적용한 모델이 가장 우수한 작동시간을 나타내었으며, Model VIT는 기존 모델 대비 최대 8.3%(2분 11초)의 작동시간 증가를 나타내었다. 기존 열전지 대비 Model V와 Model VI의 열전달량은 측면과 하면에서는 감소하였으나, 상면에서는 각각 21%와 14% 씩 증가하였다. 이는 Model V와 Model VI의 측면과 하면의 단열은 개선되었지만, 측면과 하면에서 방출되지 못한 열이 상면으로 전이되어 방출열량이 증가한 것으로 판단된다. 단위면적당의 열전달량에 대한 분석을 통하여, 하우징 상부의 추가적인 단열이 필요함을 확인하였다. 추가적인 상부 단열적용을 통하여 Model VIT는 기존 열전지 대비 측면 70%, 하면 92%, 상면 51%의 단열성능이 향상되었다. 이러한 결과는 열전지의 단열성능과 작동시간 개발에 중요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

Recently, increasing the operating time of the power supply of a guided weapon has been necessary to increase the launch distance of the weapon. Notably, thermal batteries are frequently used as a power supply of the guided weapon because of their high power generation in a short period of time and convenient long-term storage. Relatedly, this research studied increasing the operating time of a thermal battery by improving the insulation performance in the battery. In particular, internal materials and vacuum insulation were selected as simulation variables, and computational models of the thermal battery were constructed to study and improve the insulation performance. Subsequent to the construction of the models, an unsteady heat transfer simulation of the battery was performed from the start to the finish times of heat generation in the battery as the battery electrolyte temperature reached 450°C or lower. The simulation showed that the model with both vacuum and insulation in it had the longest operating time, and the operating time of the model VIT improved by up to 8.3% compared to the base model. In addition, compared to the base model, the heat transfer of models V and VI decreased on the side and bottom but increased on the top surface of the models by 21% and 14%, respectively. Moreover, the respective insulation of the side and bottom of models V and VI improved, but it was judged that the heat emitted from the side and bottom was transferred to the top surface of each model, increasing the amount of heat emitted through the top surface. Additionally, the analysis of heat transfer per unit area of each model confirmed that additional insulation of the upper part of the battery housing was required. Notably, after applying additional upper insulation, the insulation performance of the model VIT improved by 70%, 92%, and 51% on the side, bottom, and top of the model, respectively. Hence, it is believed that the results of this research can be used as basic data in the development of insulation performance and operating time of a thermal battery.

#Thermal Battery #Heat Transfer Rate #Operating Time #Vacuum #Insulators

참고문헌 (18)

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