KR100264682B1 - Heat pipe - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A heat pipe is provided to enhance heat transfer efficiency by recirculating a working fluid promptly to an evaporator through grooves after flowing the working fluid to a condenser by pressure difference due to heat of the evaporator. CONSTITUTION: A heat pipe(100) has cylindrical form and includes plural grooves(120) having a slope of 0 degree lengthwise the cylindrical body. The heat pipe has upper width smaller than lower width. Herein, the ratio of the upper width to the lower width is preferably about 1:1.5 or 1:2. Thereby, the heat pipe has a small sectional area between a working fluid flowing to a condenser from an evaporator through the center and another working fluid flowing to the evaporator from the condenser through the grooves. The friction between the fluids is minimized and the diameter or sectional area of the groove is large. Therefore, a large amount of working fluid flows to the center of the grooves having the minimum friction.

Description

히트 파이프Heat pipe

본 발명은 히트파이프에 관한 것으로, 특히, 증발부에서 열에 의해 발생된 압력차에 의해 응축부로 이동된 작동 유체가 그루브를 통해 다시 증발부로 신속하게 재순환되게 하여 열전달 효율을 증대시킬 수 있도록 하는 히트 파이프에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heat pipe, and in particular, a heat pipe that allows the working fluid moved to the condenser by the pressure difference generated by the heat in the evaporator to be rapidly recycled back to the evaporator through the groove to increase the heat transfer efficiency. It is about.

일반적으로 히트 파이프(heat pipe)는 열전달 성능이 가장 우수한 기기로 제1도에 도시된 것과 같이 그 내부의 밀폐 공간에서 순환되는 작동 유체가 연속적으로 액체에서 증기로 상변화를 일으킬 때 동반되는 잠열(潛熱)을 이용하여 열을 전달시킴으로써, 단일상의 작동 유체를 이용하는 통상의 열전달 기기에 비해 획기적인 성능을 발휘하게 된다. 이러한 히트 파이프는 응축부(condenser)에서 증발부(evaporator)로 액체 상태의 작동 유체를 되돌려 보내기 위해 소위 위크(wick) 또는 그루브(groove)라 불리우는 모세관 구조물(capillary structure)을 이용하며, 이러한 모세관 구조물은 액체의 표면 장력에 의해 발생되는 모세관 현상을 일으키고, 이러한 모세관 현상에 의해 발생된 모세관 압력은 액체 상태의 작동 유체를 응축부에서 증발부로 작동 유체를 귀환시키는 작용을 하게 된다.In general, a heat pipe is a device having the best heat transfer performance. As shown in FIG. 1, a heat pipe is a latent heat that is accompanied when a working fluid circulated in an enclosed space continuously generates a phase change from liquid to steam. By transferring heat using i), the performance is remarkable compared to conventional heat transfer devices using a single phase working fluid. These heat pipes use a so-called capillary structure called wick or groove to return the working fluid in the liquid state from the condenser to the evaporator. Silver causes a capillary phenomenon caused by the surface tension of the liquid, and the capillary pressure generated by the capillary phenomenon serves to return the working fluid in the liquid state from the condenser to the evaporator.

따라서 작동 유체의 순환이 원활히 이루어지도록 모세관의 압력이 최대가 되게 하며, 또한 부수적으로 작동 유체가 받는 유동 마찰을 최소로 하도록 하는 그루브의 형태를 이루는 것이 히트 파이프의 고효율화를 위한 가장 중요한 과제가 되는 것이다.Therefore, the most important task for the high efficiency of the heat pipe is to form a groove that maximizes the pressure of the capillary tube to smoothly circulate the working fluid and to minimize the flow friction of the working fluid. .

종래 히트 파이프(10)는 제2(a)도에 도시된 것과 같이 원통체의 내주면 둘레를 따라 다수개의 그루브(12)가 연속하여 형성되어 있고, 상기 그루브(12)는 제2(b)도의 “a”와 같이 상부폭(d1)과 하부폭 (d2)이 동일하게 형성되거나 또는 제2(c)도 및 제2(d)도의 “b” 및 “c”와 같이 하부폭(d2)이 상부폭(d1)보다 작게 형성되어 있다. 또한 상기 제2(b)도, 제2(c)도 또는 제2(d)도의 그루브(12)는 그 하부폭에 대해 라운드(r)를 주어 형성되기도 한다.In the conventional heat pipe 10, as shown in FIG. 2 (a), a plurality of grooves 12 are continuously formed along the circumference of the inner circumferential surface of the cylindrical body, and the groove 12 is shown in FIG. The upper width d1 and the lower width d2 are the same as “a”, or the lower width d2 is the same as “b” and “c” in FIGS. 2 (c) and 2 (d). It is formed smaller than the upper width d1. In addition, the grooves 12 of the second (b), the second (c), or the second (d) may be formed by giving a round r with respect to the lower width thereof.

그런데 상기와 같은 그루브(12)가 형성된 종래의 히트 파이프(10)는 그루브(12)의 단면적이 협소하여 작동 유체가 액체 유동로에서의 마찰이 증가하여 압력손실이 증대되므로 모세관 압력, 즉 응축부에서 증발부로 작동유체를 귀환하도록 하는 힘이 작아지게 되고, 따라서 응축부에서 증발부로 작동 유체가 귀환되는 속도가 떨어지게 되므로 귀환되는 유체의 양이 적어지게 된다. 이렇게 귀환되는 유체의 양이 적어지게 되면, 히트 파이프(10)의 내부를 순환하는 작동유체의 흐름이 저하되어 순환에 따른 전체적인 열전달이 감소되고, 또한 이러한 속도의 감소에 따라 히트 파이프(10)의 외부 온도의 영향에 의해 증발부에서 응축부로 작동 유체가 이동하는 동안 열손실이 발생하게 되는 문제점이 발생하고 있다.However, the conventional heat pipe 10 having the groove 12 as described above has a narrow cross-sectional area of the groove 12 such that the working fluid has increased friction in the liquid flow path, thereby increasing the pressure loss. The force for returning the working fluid from the condenser to the evaporator becomes small, and thus, the speed of returning the working fluid from the condenser to the evaporator decreases, thereby reducing the amount of fluid returned. When the amount of the returned fluid is reduced, the flow of the working fluid circulating inside the heat pipe 10 is reduced to reduce the overall heat transfer due to the circulation, and also in accordance with the decrease in the speed of the heat pipe 10 There is a problem that heat loss occurs while the working fluid moves from the evaporator to the condenser by the influence of the external temperature.

본 발명은 상기와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 증발부에서 열에 의해 발생된 압력차에 의해 응축부로 이동된 작동 유체가 그루브를 통해 다시 증발부로 신속하게 재순환되게 하여 열전달 효율을 증대시킬 수 있도록 하는 히트 파이프에 관한 것이다.The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to increase the heat transfer efficiency by allowing the working fluid moved to the condensation unit to be rapidly recycled back to the evaporation unit through the groove by the pressure difference generated by the heat at the evaporation unit. It is about a heat pipe.

이러한 본 발명의 특징은 내부가 밀폐되는 원통형의 내주면에 그루브가 축상의 길이 방향으로 연속하여 형성되어 그 내부에 수용되는 작동유체가 액체-증기간의 상변화를 이루면서 열을 이동시키는 히트 파이프에 있어서, 상부폭과 하부폭의 비가 1:1.5 내지 1:2 의 비율로 상대적으로 작게 형성되고, 상기 하부폭의 모소리를 라운드지게 하며, 상기 하부폭의 모서리에 홈 또는 돌기를 형성함을 특징으로 하는 히트 파이프에 있다.A feature of the present invention is a heat pipe in which a groove is formed continuously in the longitudinal direction of an axis on a cylindrical inner circumferential surface of which an interior is sealed so that a working fluid accommodated therein moves heat while making a phase change of liquid-extension. The ratio of the upper width to the lower width is relatively small in a ratio of 1: 1.5 to 1: 2, rounds the sound of the lower width, characterized in that to form a groove or protrusion in the corner of the lower width It's in the heat pipe.

제1도는 일반적인 히트 파이프의 내부 구조를 개략적으로 보인 단면 예시도.1 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of a typical heat pipe.

제2(a)도 내지 제2(d)도는 종래 히트 파이프의 그루브만을 발췌한 평단면도.2 (a) to 2 (d) are plan views showing only grooves of a conventional heat pipe.

제3도는 본 발명에 따른 히트 파이프의 사시도.3 is a perspective view of a heat pipe according to the present invention.

제4도는 제3도의 A-A선 단면 예시도.4 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.

제5도는 제3도의 B-B선 단면 예시도.5 is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG.

제6도는 본 발명에 따른 다른 실시예의 평단면 예시도.Figure 6 is an exemplary cross-sectional view of another embodiment according to the present invention.

제7도는 본 발명에 따른 다른 예의 일부 사시도.7 is a partial perspective view of another example according to the present invention.

제8(a)도 내지 제8(d)도는 본 발명에 따른 히트 파이프의 그루브만을 발췌한 평단면 예시도이다.8 (a) to 8 (d) are schematic cross-sectional views showing only grooves of the heat pipe according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10, 100 : 히트 파이프 12, 120 : 그루브10, 100: heat pipe 12, 120: groove

d1, D1 : 상부폭 d2, D2 : 하부폭d1, D1: upper width d2, D2: lower width

140 : 홈 160 : 돌기140: groove 160: projection

본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 아래와 같다.An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제3도 내지 제5도에는 본 발명에 따른 히트 파이프가 도시되어 있고, 이러한 히트 파이프(100)는 원통체로 그 내주면 둘레에는 상기 원통체의 길이방향으로 즉, 경사각도가 0deg 로 다수개의 그루브가 연속하여 형성된다.3 to 5, a heat pipe according to the present invention is shown. The heat pipe 100 is a cylindrical body, and a plurality of grooves are formed around the inner circumference of the cylindrical body in the longitudinal direction, that is, the inclination angle is 0deg. It is formed continuously.

제6도 및 제7도에는 본 발명에 따른 각각 다른 실시예의 히트 파이프가 도시되어 있고, 이들 히트 파이프(100)는 원통체로 그 내주면을 따라 상기 원통체의 길이 방향으로 경사 각도가 0 deg 이상 90 deg 미만으로 즉, 상기 원통체의 길이 방향에 대해 평행하거나 또는 0 deg에서 90 deg 사이의 선회각을 이루도록 그루브가 연속하여 형성된다.6 and 7 show heat pipes of different embodiments according to the present invention, and these heat pipes 100 are cylindrical bodies and have an inclination angle of 0 deg or more in the longitudinal direction of the cylindrical body along the inner circumferential surface thereof. Grooves are continuously formed below deg, ie parallel to the longitudinal direction of the cylindrical body or at an angle of rotation between 0 deg and 90 deg.

제8(a)도는 본 발명에 따른 히트 파이프(100)의 내부면을 따라 연속적으로 형성되는 다수개의 “A”형태의 그루브(120)의 일부를 확대하여 도시한 단면도로, 상기 그루브(120)는 히트 파이프(100)의 중심점을 향하는 개방부인 상부폭(D1)이 하부폭(D2)보다 작은 사다리꼴의 형태로 형성되어 그 그루브(120)의 내부 단면적이 증가된다.FIG. 8 (a) is an enlarged cross-sectional view of a portion of the plurality of “A” -shaped grooves 120 continuously formed along the inner surface of the heat pipe 100 according to the present invention. The upper width D1, which is an opening toward the center point of the heat pipe 100, is formed in a trapezoidal shape smaller than the lower width D2, thereby increasing the internal cross-sectional area of the groove 120.

일반 히트 파이프 뿐만 아니라 본 발명에 따른 히트 파이프(100)도 증발부에서 온도가 상승된 고온의 작동유체가 파이프의 중심부를 통해 응축부로 흐르고 다시 이 작동 유체는 온도가 하강되어 상기 중심부의 외측에 위치되는 그루브를 통해 응축부에서 증발부로 흐르게 된다. 이때 히트 파이프의 중심부를 통해 흐르는 작동 유체와 상기 그루브를 통해 흐르는 작동 유체는 서로 반대 방향으로 접하여 흐르게 되므로 이에 따른 마찰에 의해 그 유속이 영향으로 받게 되므로 순환되는 작동 유체의 양이 저하되는 요인이 된다.In addition to the general heat pipe, the heat pipe 100 according to the present invention also has a high temperature working fluid in which the temperature rises in the evaporator, flows through the center of the pipe to the condenser, and the working fluid is lowered in temperature so that it is located outside the center. Through the grooves that flow from the condenser to the evaporator. In this case, since the working fluid flowing through the center of the heat pipe and the working fluid flowing through the groove are in contact with each other in the opposite direction, the flow velocity is affected by the friction, and thus, the amount of the working fluid circulated decreases. .

본 발명에 따른 히트 파이프(100)는 상기와 같이 상부폭(D1)이 하부폭(D2)보다 작게 형성되기 때문에 상기 파이프(100)의 중심부를 통해 증발부에서 응축부로 흐르는 작동 유체와 그루브(120)를 통해 응축부에서 증발부로 흐르는 작동 유체가 접하는 단면적이 흐르는 작동 유체의 양에 비하여 매우 작아지기 때문에 작동 유체의 순환이 원활하게 된다.In the heat pipe 100 according to the present invention, since the upper width D1 is formed to be smaller than the lower width D2 as described above, the working fluid and grooves 120 flowing from the evaporator to the condenser through the central portion of the pipe 100. The cross-sectional area of the working fluid flowing from the condenser to the evaporator is very small compared to the amount of the working fluid flowing, thereby circulating the working fluid smoothly.

일반적으로 유체의 흐름에 있어서 그 유속이 감소되는 요인은 유체의 점성도와 유체가 접하는 유로의 면의 거칠기(즉, 마찰정도)등이 있고, 일반적인 히트 파이프의 유속(유량)에 영향을 주는 요인은 모세관의 압력(ΔPcap), 파이프 내부의 거칠기, 증발부와 응축부 사이를 서로 반대로 흐르는 작동 유체의 마찰면적 및 중력 등이 가장 주된 원인이 된다.Generally, the factors that reduce the flow velocity in the flow of the fluid include the viscosity of the fluid and the roughness (ie, friction) of the surface of the flow path in contact with the fluid, and the factors that affect the flow rate (flow rate) of the general heat pipe are as follows. The main causes are the pressure of the capillary tube (ΔPcap), the roughness inside the pipe, the friction area of the working fluid flowing between the evaporator and the condenser and the gravity.

이러한 작동 유체의 순환원리는 압력차를 이용하여 작동 유체에 작용하는 작동력과 그의 방향을 결정하여 순환이 이루어지게 하는 것이므로 본 발명의 히트 파이프(100)는 모세관 압력(ΔPcap)이 액체 유로에서 발생되는 압력손실(ΔP1), 증기 유로에서 발생되는 압력손실(ΔPv), 액체-증기 계면에 발생되는 손실(ΔPph) 및 중력장(증발부와 응축부의 상대적 높이 차)에 의해 발생되는 액체의 압력 구배(ΔPg)등을 보상하고도 충분할 정도로 그루브(120)가 형성된다.Since the circulation principle of the working fluid is to determine the operating force acting on the working fluid and its direction by using the pressure difference, the circulation is performed. Thus, the heat pipe 100 of the present invention is characterized in that the capillary pressure ΔPcap is generated in the liquid flow path. Pressure gradient (ΔP1), pressure loss in the steam flow path (ΔPv), loss in the liquid-vapor interface (ΔPph) and the pressure gradient of the liquid generated by the gravitational field (relative height difference between the evaporation and condensation) (ΔPg The groove 120 is formed to a sufficient degree to compensate for the above.

본 발명에 따른 상기 히트 파이프(100)에 작용되는 압력 관계식은The pressure relation acting on the heat pipe 100 according to the present invention is

ΔPcap≥ΔP1+ΔPv+ΔPph+ΔPg 이고,ΔPcap≥ΔP1 + ΔPv + ΔPph + ΔPg,

여기서 ΔPcap는 모세관 압력이고, ΔP1은 액체 유로에서의 압력 손실이고, ΔPv 는 증기 유로에서의 압력손실이고, ΔPph 는 액체-증기 계면에서의 손실이며, ΔPg는 액체의 압력 구배이다.Where ΔPcap is the capillary pressure, ΔP1 is the pressure loss in the liquid flow path, ΔPv is the pressure loss in the vapor flow path, ΔPph is the loss at the liquid-vapor interface, and ΔPg is the pressure gradient of the liquid.

따라서, 본 발명의 히트 파이프의 고효율화를 위해 상기 모세관의 압력을 크게하고, 액체 유로에서 발생되는 압력 손실을 작게 하는 그루브를 형성한다. 즉, 상부폭(D1)을 작게하여 증발부에서 응축부로 흐르는 유체와 응축부에서 증발부로 흐르는 유체의 마찰을 최소화하고, 그루브(120)의 직경 또는 단면적(중심점에서의 거리)을 크게하여 상대적으로 마찰이 최소화된 상기 그루부(120)의 중앙부분에 흐르는 작동 유체의 양을 증가하게 하는 것이다.Therefore, in order to increase the efficiency of the heat pipe of the present invention, grooves are formed to increase the pressure of the capillary tube and reduce the pressure loss generated in the liquid flow path. That is, the friction between the fluid flowing from the evaporator to the condenser and the fluid flowing from the condenser to the evaporator is minimized by making the upper width D1 small, and the diameter or cross-sectional area of the groove 120 (distance from the center point) is relatively increased. To increase the amount of working fluid flowing in the central portion of the groove portion 120 is minimized friction.

상기 제8(a)도에 도시된 본 발명에 따른 히트 파이프(100)와는 조금 다른 형태의 실시예인 히트 파이프가 제8(b)도 내지 제8(d)도에 도시되어 있고, 이들 히트 파이프는 모두 상부폭(D1)이 하부폭(D2) 보다 작게 형성되며 그 단면적(즉,중심점에서의 거리)이 최대가 되도록 형성된다. 이 때 상부폭(D1)과 하부폭(D2)의 비는 약 1:1.5 내지 1:2의 비가 바람직하다.A heat pipe, which is an embodiment slightly different from the heat pipe 100 according to the present invention shown in FIG. 8 (a), is shown in FIGS. 8 (b) to 8 (d), and these heat pipes Are all formed so that the upper width D1 is smaller than the lower width D2 and the cross-sectional area (ie, the distance from the center point) is maximized. In this case, the ratio of the upper width D1 and the lower width D2 is preferably about 1: 1.5 to 1: 2.

제8(b)도는 상기 “B”형태의 그루브로써, 그루브(120)의 하부폭(D2)의 양 모서리를 라운드(R) 처리하여 형성됨으로 단면적(중심점에서의 거리)의 증가와 액체 유로의 마찰이 감소되도록 하는 것이다.FIG. 8 (b) shows the “B” shaped groove, which is formed by rounding both corners of the lower width D2 of the groove 120 to increase the cross-sectional area (distance from the center point) and the liquid flow path. To reduce friction.

제8(c)도는 “C”형태의 그루브로써, 그루브(120)의 하부폭(D2)의 내측에 홈(140)을 형성하여서 되는 것이며, 제8(d)도는 “C”형태의 그루브로써, 그루브(120)의 하부폭(D2)의 내측에 돌기(160)를 형성하여서 되는 것이다.FIG. 8 (c) is a groove having a “C” shape, and the groove 140 is formed inside the lower width D2 of the groove 120. FIG. 8 (d) is a groove having a “C” shape. The protrusions 160 are formed inside the lower width D2 of the groove 120.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 상부폭(D1)이 하부폭(D2)보다 작게 형성되고, 그루브의 단면적(중심점에서의 거리)이 증대하므로, 압력 등의 손실이 감소되어 모세관 압력을 최대로 할 수 있어 열전달량이 증가되므로 히트 파이프의 작용을 고효율화할 수 있는 효과가 있는 것이다.As described above, according to the present invention, since the upper width D1 is formed smaller than the lower width D2, and the cross-sectional area (distance at the center point) of the groove increases, loss of pressure or the like is reduced to maximize the capillary pressure. Since the heat transfer amount can be increased, there is an effect that can increase the efficiency of the heat pipe.

Claims (1)

내부가 밀폐되는 원통형의 내주면에 그루브가 축 상의 길이 방향으로 연속하여 형성되어 그 내부에 수용되는 작동유체가 액체-증기간의 상변화를 이루면서 열을 이동시키는 히트 파이프에 있어서, 상부폭(D1)과 하부폭(D2)의 비가 1:1.5 내지 1:2의 비율로 상대적으로 작게 형성되고, 상기 하부폭(D2)의 모소리를 라운드지게 하며, 상기 하부폭(d2)의 모서리에 홈(114) 또는 돌기(160)를 형성함을 특징으로 하는 히트 파이프.In a heat pipe in which grooves are formed continuously in the longitudinal direction on an axis in a cylindrical inner circumferential surface in which the interior is sealed, and the working fluid accommodated therein moves heat while forming a phase change of liquid-extension. The ratio of the lower width D2 is relatively small in a ratio of 1: 1.5 to 1: 2, rounds the sound of the lower width D2, and the groove 114 is formed at the corner of the lower width d2. Or a heat pipe, characterized in that forming a projection (160).
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