JP2016017737A - TED heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却性能を高め、放熱性能をも著しく高めることができる新概念の熱電素子(TED: Thermo-Electric Device)熱交換器に関する。 The present invention relates to a new concept thermoelectric device (TED: Thermo-Electric Device) heat exchanger that can improve cooling performance and heat dissipation performance.
本発明は、冷却性能を高め、放熱性能をも著しく高めることができる新概念のTED熱交換器に関する。 The present invention relates to a new concept TED heat exchanger that can improve cooling performance and remarkably improve heat dissipation performance.
熱電素子は、冷却面と放熱面からなり、電気的な信号によって冷却面と放熱面との温度差を人為的に生成することができる。また、電気の極性を変える場合には、冷却面と放熱面の役割が変わる。 The thermoelectric element includes a cooling surface and a heat dissipation surface, and can artificially generate a temperature difference between the cooling surface and the heat dissipation surface by an electrical signal. In addition, when the polarity of electricity is changed, the roles of the cooling surface and the heat dissipation surface change.
近年、かかる熱電素子を用いた熱交換器について様々な概念が提示されているが、熱電素子の便利性とシステムの簡略化に対して、熱交換器自体の性能が裏付けられていない。 In recent years, various concepts have been proposed for heat exchangers using such thermoelectric elements, but the performance of the heat exchanger itself is not supported by the convenience of the thermoelectric elements and the simplification of the system.
すなわち、熱電素子の場合、放熱が十分に行われるときに冷却性能も確保されることができるが、放熱の性能に限界があり、そのため、電力の使用に対して冷却性能が十分でなかった。 That is, in the case of a thermoelectric element, cooling performance can be ensured when heat radiation is sufficiently performed, but there is a limit to the performance of heat radiation, and thus the cooling performance is not sufficient for the use of electric power.
前記の背景技術として説明した事項は、本発明の背景に関する理解を深めるためのものであって、本技術分野における通常の知識を有する者に、公知の従来技術に該当することを認めるものと受け入れられてはならない。 The matters described as the background art described above are for the purpose of deepening the understanding of the background of the present invention, and those who have ordinary knowledge in the technical field recognize that it falls under the known prior art. Do not be done.
本発明は、冷却性能を高め、放熱性能をも著しく高めることができる新概念のTED熱交換器を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the TED heat exchanger of the new concept which can improve cooling performance and can also improve heat dissipation performance remarkably.
前記の目的を達成するための本発明によるTED熱交換器は、内部に流体通路が形成されたチューブ形状を有する冷却チューブと放熱チューブからなり、冷却チューブと放熱チューブが複数個設けられて連続して配置されるにあたり、冷却チューブと放熱チューブが交互に配置されているプレート部と、冷却チューブの入口と出口にそれぞれ連結されている冷却流入タンクおよび冷却吐出タンクと、放熱チューブの入口と出口にそれぞれ連結されている放熱流入タンクおよび放熱吐出タンクと、冷却面と放熱面からなり、冷却チューブと放熱チューブとの間ごとに配置され、冷却面が冷却チューブに面着し、放熱面が放熱チューブに面着している熱電素子と、を含む。 In order to achieve the above object, a TED heat exchanger according to the present invention comprises a cooling tube having a tube shape in which a fluid passage is formed and a heat radiating tube, and a plurality of cooling tubes and heat radiating tubes are provided continuously. The cooling plate and the heat radiating tube are alternately arranged, the cooling inflow tank and the cooling discharge tank connected to the cooling tube inlet and outlet, respectively, and the heat radiating tube inlet and outlet. It is composed of a cooling inflow tank and a radiation discharging tank, a cooling surface and a heat dissipation surface, and is arranged between the cooling tube and the heat dissipation tube. The cooling surface is attached to the cooling tube and the heat dissipation surface is the heat dissipation tube. And a thermoelectric element facing the surface.
冷却チューブの入口と出口は、冷却チューブの長さ方向の中心を基準として互いに反対側に位置するように形成されていることができる。 The inlet and outlet of the cooling tube may be formed to be opposite to each other with respect to the longitudinal center of the cooling tube.
放熱チューブの入口と出口は、放熱チューブの長さ方向の中心を基準として互いに反対側に位置するように形成されていることができる。 The inlet and outlet of the heat radiating tube may be formed so as to be located on opposite sides with respect to the center in the length direction of the heat radiating tube.
冷却チューブと放熱チューブは、入口または出口がチューブの長さ方向の中心を基準として互いに反対側に位置するように形成されていることができる。 The cooling tube and the heat radiating tube may be formed such that the inlet or the outlet is located on the opposite sides with respect to the center in the length direction of the tube.
冷却流入タンクまたは冷却吐出タンクは、放熱流入タンクまたは放熱吐出タンクとチューブの長さ方向の中心を基準として互いに反対側で隣接して配置されて、それぞれの冷却チューブまたは放熱チューブの入口または出口と連結されていることができる。 The cooling inflow tank or the cooling discharge tank is arranged adjacent to each other on the opposite side with respect to the center in the length direction of the heat radiation inflow tank or the heat radiation discharge tank, and the inlet or outlet of each cooling tube or the heat radiation tube. Can be linked.
放熱チューブの複数の入口は、放熱流入タンクにともに連結されていることができる。 The plurality of inlets of the heat radiating tube may be connected together to the heat radiating inflow tank.
放熱チューブの複数の出口は、放熱吐出タンクにともに連結されていることができる。 The plurality of outlets of the heat radiating tube can be connected together to the heat radiating discharge tank.
複数の冷却チューブは、冷却流入タンクまたは冷却吐出タンクを介して入口と出口が互いに連通することで、複数の冷却チューブが連続する一連の流路を形成することができる。 The plurality of cooling tubes can form a series of flow paths in which the plurality of cooling tubes are continuous by communicating with each other through the cooling inflow tank or the cooling discharge tank.
複数の冷却チューブは、一側に流体が流れる第1冷却セットと他側に流体が流れる第2冷却セットとに分けられ、第1冷却セットと第2冷却セットは、入口と出口の配置が互いに反対方向に構成されていることができる。 The plurality of cooling tubes are divided into a first cooling set in which a fluid flows on one side and a second cooling set in which a fluid flows on the other side, and the first cooling set and the second cooling set have an inlet and an outlet arranged to each other. Can be configured in the opposite direction.
第1冷却セットの入口は、冷却流入タンクまたは冷却吐出タンクにおいて第2冷却セットの出口と連通し、第1冷却セットの出口は、冷却流入タンクまたは冷却吐出タンクにおいて第2冷却セットの入口と連通していることができる。 The inlet of the first cooling set communicates with the outlet of the second cooling set in the cooling inflow tank or the cooling discharge tank, and the outlet of the first cooling set communicates with the inlet of the second cooling set in the cooling inflow tank or the cooling discharge tank. Can be.
第1冷却セットまたは第2冷却セットは、流体が最初に流入される入口または最終的に吐出される出口の場合、相対側の冷却セットと連通しないことができる。 The first cooling set or the second cooling set may not communicate with the cooling set on the opposite side in the case of an inlet from which fluid is first introduced or an outlet from which the fluid is finally discharged.
冷却流入タンクと冷却吐出タンクは、冷却チューブの端部にそれぞれ連結され、冷却流入タンクと冷却吐出タンクの内部には隔壁が設けられて、流体が第1冷却セットと第2冷却セットを連続して流れるジグザグの流路を形成することができる。 The cooling inflow tank and the cooling discharge tank are respectively connected to the ends of the cooling tubes, and a partition is provided inside the cooling inflow tank and the cooling discharge tank, so that the fluid continues through the first cooling set and the second cooling set. Zigzag flow paths can be formed.
上述のような本発明のTED熱交換器によれば、熱電素子を用いた熱交換器において冷却流体の温度を十分に下げることができ、且つ、放熱流体は迅速に排出されるようにすることで熱電素子の性能が著しく上昇することができる。これにより、全体的な熱交換器の性能係數(COP: Coefficient of Performance)性能が非常に大きく増大する。 According to the TED heat exchanger of the present invention as described above, the temperature of the cooling fluid can be sufficiently lowered in the heat exchanger using the thermoelectric element, and the radiating fluid is quickly discharged. Thus, the performance of the thermoelectric device can be remarkably increased. This greatly increases the overall heat exchanger performance (COP) performance.
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の実施例によるTED熱交換器の斜視図であり、図2は本発明の実施例によるTED熱交換器の冷却側を示す図であり、図3は本発明の実施例によるTED熱交換器の放熱側を示す図であり、図4は本発明の実施例によるTED熱交換器のチューブと熱電素子を示す図である。 FIG. 1 is a perspective view of a TED heat exchanger according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing a cooling side of a TED heat exchanger according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view showing a heat dissipation side of a TED heat exchanger, and FIG. 4 is a view showing a tube and a thermoelectric element of a TED heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
本発明によるTED熱交換器は、内部に流体通路が形成されたチューブ形状を有する冷却チューブ100と放熱チューブ200からなり、冷却チューブ100と放熱チューブ200は複数個設けられて連続して配置されるにあたり、冷却チューブ100と放熱チューブ200が交互に配置されているプレート部と、冷却チューブ100の入口と出口にそれぞれ連結されている冷却流入タンク310および冷却吐出タンク320と、放熱チューブ200の入口と出口にそれぞれ連結されている放熱流入タンク410および放熱吐出タンク420と、冷却面と放熱面からなり、冷却チューブ100と放熱チューブ200との間ごとに配置され、冷却面が冷却チューブ100に面着し、放熱面が放熱チューブ200に面着している熱電素子500と、を含む。
The TED heat exchanger according to the present invention includes a
図4はチューブと熱電素子を示すものであり、本発明のプレート部は、複数のチューブからなり、そのチューブは、冷却チューブ100と放熱チューブ200とに分けられる。各チューブは、内部に流体通路が形成されたチューブ形状を有しており、図4に示すように、上下一対のプレート10が結合して内部空間を形成し、内部空間には流体と熱交換するピン20が設けられ、これらは、ろう付け法などの方法によって結合することができる。
FIG. 4 shows a tube and a thermoelectric element, and the plate portion of the present invention comprises a plurality of tubes, and the tubes are divided into a
一方、冷却チューブ100と放熱チューブ200は、それぞれ図2および図3のように複数個が設けられて連続して配置される。また、図1のように結合した全体の状態では、冷却チューブ100と放熱チューブ200が交互に配置される。
On the other hand, a plurality of the
このように交互に配置された冷却チューブ100と放熱チューブ200との間ごとに熱電素子500が図4のように配置される。図1の場合には、熱電素子が隠れて見えないが、冷却チューブ100と放熱チューブ200との間ごとに熱電素子500が設けられることは、図4を参照すると容易に把握することができる。また、熱電素子500の冷却面は冷却チューブ100に面着し、放熱面は放熱チューブ200に面着することで、冷却チューブ100を流れる流体は、上下に配置された熱電素子500の冷却面を介して十分に冷却され、反対に、放熱チューブ200を流れる流体は、上下の熱電素子500の放熱面を介して放熱する。
The
また、図1から図3のように、冷却チューブ100の入口101と出口102は、冷却チューブ100の長さ方向の中心aを基準として互いに反対側に位置するように形成されることができる。また、放熱チューブ200の入口201と出口202は、放熱チューブ200の長さ方向の中心bを基準として互いに反対側に位置するように形成されることができる。これにより、冷却チューブ100と放熱チューブ200を流れる流体は、流路が斜線に形成されることで、全体面積を十分に流動して伝導されることができる。また、放熱チューブ200の入口201を冷却チューブ100の出口102側に位置させることで、最終的に吐出される冷却流体が最大限に冷却した状態を維持することができる。
1 to 3, the
図1のように冷却チューブ100と放熱チューブ200は、入口または出口がチューブの長さ方向の中心a、bを基準として互いに反対側に位置するように形成されることができる。また、冷却流入タンク310または冷却吐出タンク320は、放熱流入タンク410または放熱吐出タンク420とチューブの長さ方向の中心a、bを基準として互いに反対側で隣接して配置されて、それぞれの冷却チューブ100または放熱チューブ200の入口または出口と連結されることができる。かかる構成により、熱交換器の厚さ方向にコンパクトなサイズを実現することができ、且つ、流体が全面積を均一に循環することができる。
As shown in FIG. 1, the
一方、図3のように、放熱チューブ200の複数の入口201は、放熱流入タンク410にともに連結されることができる。また、放熱チューブ200の複数の出口202は、放熱吐出タンク420にともに連結されることができる。これにより、放熱のための放熱流体は、一側の入口201から同時に流入され他側の出口202を介して同時に吐出されて直線の複数の流路を形成することで流速が速くなり、それにより迅速な放熱を行うことができ、放熱される熱量を最大限に連れて行くことができる。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the plurality of
一方、図2のように冷却の場合には、複数の冷却チューブ100は、冷却流入タンク310または冷却吐出タンク320を介して入口と出口が互いに連通することで、複数の冷却チューブ100が連続する一連の流路を形成することができる。すなわち、放熱の場合、複数の平行な流路により、速い流速と多くの流量および放熱を図る一方、冷却の場合には、流路がジグザグにつながるようにして、連続冷却に冷却を加えることで、流量と流速は小さいもののそれだけ冷却が増加するようにする。
On the other hand, in the case of cooling as shown in FIG. 2, the plurality of
具体的に、複数の冷却チューブ100は、一側に流体が流れる第1冷却セットAと、他側に流体が流れる第2冷却セットBとに分けられ、第1冷却セットAと第2冷却セットBは、入口と出口の配置が互いに反対方向に構成されることができる。
Specifically, the plurality of
また、第1冷却セットAの入口は、冷却流入タンク310または冷却吐出タンク320において第2冷却セットBの出口と連通し、第1冷却セットAの出口は、冷却流入タンク310または冷却吐出タンク320において第2冷却セットBの入口と連通することができる。ただし、第1冷却セットAまたは第2冷却セットBは、流体が最初に流入される入口または最終的に吐出される出口の場合、相対側の冷却セットと連通しないようにする。
The inlet of the first cooling set A communicates with the outlet of the second cooling set B in the
このために、冷却流入タンク310と冷却吐出タンク320は、冷却チューブ100の端部にそれぞれ連結され、冷却流入タンク310と冷却吐出タンク320の内部には隔壁314、324が設けられて、流体が第1冷却セットAと第2冷却セットBを連続して流れるジグザグの流路を形成する。
For this purpose, the
すなわち、図1および図2に示す実施例の場合、冷却流入タンク310と冷却吐出タンク320の互いに異なる位置にそれぞれ隔壁314、324が一つずつ設けられて、第1冷却セットA‐第2冷却セットB‐第1冷却セットAの流路が形成されることができるようにする。かかる過程により冷却流体は連続冷却されて、最終の吐出冷却流体の温度が非常に低くなる一方、放熱流体は、複数の平行な流路を介してより速い放熱を実現し、最終的に熱交換器の性能が非常に優秀になるようにする。
That is, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, one
一方、冷却流入タンク310と冷却吐出タンク320を設け、これに隔壁314、324を設ける方法もあるが、複数の冷却流入タンクまたは冷却吐出タンクを設け、一つの流路を形成する方法もある。すなわち、冷却流入タンクまたは冷却吐出タンクを複数のタンクに分けて設計することで、隔壁により分けられる効果と同じ効果を奏することができる。ただし、この場合には、部品が増大し、組立工数が増加する欠点がありうる。
On the other hand, there is a method in which the
上述のような本発明のTED熱交換器によれば、熱電素子を用いた熱交換器において冷却流体の温度を十分に下げることができ、且つ、放熱流体は迅速に排出されるようにすることで熱電素子の性能が著しく上昇することができる。これにより、全体的な熱交換器のCOP性能が非常に大きく増大する。 According to the TED heat exchanger of the present invention as described above, the temperature of the cooling fluid can be sufficiently lowered in the heat exchanger using the thermoelectric element, and the radiating fluid is quickly discharged. Thus, the performance of the thermoelectric device can be remarkably increased. This greatly increases the COP performance of the overall heat exchanger.
本発明は、特定の実施例について図示して説明しているが、以下の特許請求の範囲によって提供される本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に改良および変化できることは、当業界における通常の知識を有する者にとって自明であろう。 While the invention has been illustrated and described with reference to specific embodiments, it will be appreciated that the invention can be modified and varied in various ways without departing from the spirit of the invention provided by the following claims. Will be obvious to those of ordinary skill in the art.
100 冷却チューブ
200 放熱チューブ
500 熱電素子
100
Claims (12)
冷却チューブの入口と出口にそれぞれ連結されている冷却流入タンクおよび冷却吐出タンクと、
放熱チューブの入口と出口にそれぞれ連結されている放熱流入タンクおよび放熱吐出タンクと、
冷却面と放熱面からなり、冷却チューブと放熱チューブとの間ごとに配置され、冷却面が冷却チューブに面着し、放熱面が放熱チューブに面着している熱電素子と、を含む、TED熱交換器。 It consists of a cooling tube and a heat radiating tube having a tube shape with a fluid passage inside, and when a plurality of cooling tubes and heat radiating tubes are provided and arranged continuously, the cooling tubes and the heat radiating tubes are alternately arranged. The plate part,
A cooling inflow tank and a cooling discharge tank respectively connected to the inlet and outlet of the cooling tube;
A heat radiation inflow tank and a heat radiation discharge tank respectively connected to the inlet and outlet of the heat radiation tube;
A TED comprising a cooling surface and a heat radiating surface, and disposed between the cooling tube and the heat radiating tube, the cooling surface being attached to the cooling tube, and the heat radiating surface being attached to the heat radiating tube; Heat exchanger.
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