KR100605484B1 - 응축부가 수용된 티디-피씨엠 축냉 모듈을 구비한 루프형히트파이프 및 이를 이용한 냉각장치 - Google Patents

응축부가 수용된 티디-피씨엠 축냉 모듈을 구비한 루프형히트파이프 및 이를 이용한 냉각장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 응축부를 냉각시키기 위한 TD-PCM 축냉 모듈을 구비한 루프형 히트 파이프를 제공한다. 또한, 본 발명은 상기의 루프형 히트파이프를 이용하여 외부로 부터 동력을 공급받지 않고서 자연적으로 작동유체가 순환하도록 하여 발열 물체를 냉각시킬 수 있는 냉각장치를 제공한다.
상기 축냉모듈은 이중의 측벽으로 구성된다. 내측벽과, 내측벽에서 일정거리 이격되어 설치된 외측벽 사이의 공간에 복수의 밀폐된 공간을 형성하기 위한 복수의 격판이 고정되어 있다. 상기 복수의 격판에 의하여 형성된 밀폐공간은 외측벽에 근접한 부분의 높이가 내측벽에 근접한 부분의 높이보다 높게 형성되어 있다. 따라서 주간에 외측벽에 의하여 가열된 밀폐공간 내부의 공기는 격벽에 의하여 내측벽으로의 유동이 차단되어 대류에 의하여 내측벽으로 열전달을 하지 못하게 되어 있다. 반면에 야간에 외측벽에 의하여 냉각된 밀폐공간 내부의 공기는 격벽을 타고서 내측벽으로 이동하고, 내측벽으로부터 열을 전달받아 가열되어 격벽을 타고서 외측벽으로 이동하여 대류에 의하여 축냉 모듈 내부의 상변화 물질에 냉열이 저장된다.
축냉 모듈, 루프형 히트파이프, 이동통신 중계기, 냉각

Description

응축부가 수용된 티디-피씨엠 축냉 모듈을 구비한 루프형 히트파이프 및 이를 이용한 냉각장치{LOOP-TYPE HEAT PIPE HAVING TD-PCM COLD STORAGE MODULE CONTAINING CONDENSER AND COOLING APPARATUS USING THE HEAT PIPE}
도 1은 본 발명에 따른 루프형 히트파이프 및 이를 이용한 냉각장치의 일 실시예의 개략도
도 2는 본 발명에 따른 루프형 히트파이프 및 이를 이용한 냉각장치의 다른 실시예의 개략도
도 3은 본 발명에 따른 루프형 히트파이프 및 이를 이용한 냉각장치의 다른 실시예의 개략 사시도
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 냉각장치의 TD-PCM 축냉 모듈의 작동원리를 설명하기 위한 TD-PCM 축냉 모듈의 단면도
도 5는 종래의 루프형 히트파이프를 이용한 통신기기 함체 냉각장치의 설명도
<부호의 간단한 설명>
10 발열체 20 증발부
30 기상유로관 40 축냉모듈
45 응축부 50 액상유로관
60 함체 70 냉각핀응축부
본 발명의 일측면은 응축부를 냉각시키기 위한 TD-PCM 축냉 모듈을 구비하여 외부로부터 응축부를 냉각시키기 위한 별도의 동력을 공급받지 않고서도 작동유체를 순환시킬 수 있는 루프형 히트 파이프에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 다른 측면은 상기의 루프형 히트파이프를 이용하여 외부로부터 동력을 공급받지 않고서도 자연적으로 작동유체가 순환하도록 하여 발열체(냉각 대상물체)를 냉각시킬 수 있는 냉각장치에 관한 것이다.
루프형 히트파이프는 환상의 밀폐관 내부에 봉입된 작동유체가 증발부와 응축부를 순환하면서 증발부에서는 작동유체가 열을 흡수하여 증발하고 응축부에서는 작동유체가 냉각되어 응축되면서 열을 방출하여, 증발부로부터 응축부로 열을 이동시키는 것으로, 다량의 열을 수송할 수 있는 장점이 있다. 루프형 히트파이프는 다량의 열을 수송할 수 있으며 응축부가 증발부보다 높은 위치에 위치할 경우에는 작동유체의 순환에 동력을 필요로 하지 않는다는 장점을 가지고 있기 때문에, 전기 또는 전자 장치와 같은 발열체(냉각 대상물체)의 작동 온도를 일정한 범위에서 유지하기 위한 냉각장치로 많이 사용된다.
고안의 명칭이 '분리형 히트파이프에 의한 통신기기 함체 냉각장치'인 대한민국 등록실용신안 제20-319217호에는 상기와 같은 루프형(분리형) 히트파이프를 이용하여 함체 내부를 냉각시키기 위한 냉각장치가 공개되어 있다. 루프형(분리형) 히트파이프를 이용한 냉각장치는 도 5에 도시된 것과 같이, 함체(60)의 내부에 설치된 냉각핀을 구비한 증발부(20)와, 상기 함체(60)의 상부에 설치된 냉각핀을 구비한 응축부(70)와, 상기 증발부(20)와 응축부(70)를 각각 연결하는 기상유로관(30) 및 액상유로관(50)으로 구성된다. 상기와 같이 구성된 냉각장치는 함체 내부와 외부의 온도차가 클 경우에는 별도의 동력을 제공하지 않고서도 작동유체가 원활히 순환하여 함체 내부를 냉각 시킬수 있으나, 여름철과 같이 함체 외부의 온도가 높아져서 함체 외부와 내부의 온도차가 작게 될 경우에는 냉각효과가 떨어지는 문제점이 있다. 따라서, 별도의 휀을 함체 외부의 응축부에 설치하여 강제로 응축부를 통과하는 작동유체를 냉각시켜야 한다.
한편, 발명의 명칭이 '자연축열장치' 이고, 본 발명의 출원인이 2002년 9월 30일자로 대한민국 특허청에 출원한 발명(공개번호 10-2004-0020767호)에는 상변화 물질의 잠열을 이용한 축냉모듈에 대한 기술이 공개되어 있다. 상기 축냉모듈은 내부에 공지의 상변화 물질(PHASE CHANGE MATERIAL, 이하 PCM이라 약칭한다)을 수용하고 있으며, 도 4에 도시된 것과 같이 모듈의 외측으로부터 내측으로의 대류에 의한 열전달 보다 모듈의 내측으로부터 외측으로의 대류에 의한 열전달이 우수하도록 형성된 이중의 측벽(42, 43)과 상기 이중의 측벽을 구획하기 위한 복수의 격벽(44)을 구비하고 있다. 따라서, 대기 중에 축냉모듈을 설치할 경우, 야간과 같이 축냉모듈 외부의 온도가 축냉모듈 내부의 PCM의 온도보다 낮아지면 PCM으로부터 이중 측벽 사이의 공기의 대류에 의하여 외부로의 열전달은 원활이 이루어지나, 주간 과 같이 축냉모듈 외부의 온도가 축냉모듈 내부의 PCM의 온도보다 높아지면 축냉모듈 외부로부터 이중 측벽 사이의 공기의 대류에 의한 PCM 으로의 열전달은 차단된다. 즉, 축냉모듈의 이중의 측벽은 공기의 대류에 의한 열전달이 일방향으로만 이루어 지도록 하는 열다이오드(THERMAL DIDOE)와 같은 기능을 한다. 이하에서는 상기와 같은 이중벽을 갖는 자연축냉장치를 TD-PCM 축냉모듈이라고 한다. 상기 특허 명세서에 기재된 자연축열장치에 관한 모든 기술내용은 본 발명의 일부로 합체된다.
루프형 히트파이프를 이용하여 냉각 대상물체로부터 증발부에서 열을 흡수하고, 응축부에서 열을 방출하여 냉각 대상물체의 온도를 일정한 범위에서 유지하기 위한 냉각장치는 대부분 냉각효율을 높이기 위하여 응축부를 강제로 냉각한다. 응축부를 강제로 냉각시키기 위한 냉각팬이나 냉동시스템을 설치할 경우 별도의 동력을 공급해 주어야 한다. 그러나, 이동통신 중계기가 설치된 함체, 무인분기국사 등과 같이 설치위치에 따라서 동력을 공급하기가 어렵거나, 컴퓨터 등의 전자장치가 수납된 실내와 같이 동력의 공급이 중단된 경우에도 냉각대상물체를 일정한 온도로 유지하기 위하여 냉각이 필요한 경우에는, 상기와 같이 응축부를 강제로 냉각하기 위한 동력이 필요한 히트파이프를 이용한 냉각장치를 사용하기가 곤란하다
본 발명은 루프형 히트 파이프에 있어서, 증발부보다 높은 위치에 설치된 응축부를 TD-PCM 축냉 모듈로 냉각하여 별도로 응축부를 냉각하기 위한 동력을 외부로 부터 공급받지 않고서도 원활히 작동유체가 순환하도록 할 수 있는 루프형 히트 파이프를 제공하는 것을 제1의 목적으로 한다. 특히 상기 축냉모듈은 외부의 온도가 축냉모듈 내부의 온도보다 낮은 경우에는 외부의 냉기가 축냉모듈에 저장하고, 외부의 온도가 축냉모듈 내부의 온도보다 높은 경우에는 축냉모듈 내부에 저장된 냉기의 외부로의 전달을 차단할 수 있는 열 다이오드(THERMAL DIODE)로 작용하는 측벽을 구비하고 있다. 따라서 축냉모듈을 대기 중에 설치한 경우, 일교차에 따라서 냉열을 저장하도록 되어 있으며, 주간에 냉열이 대기로 전달되는 것을 차단하게 된다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 루프형 히트파이프를 이용하여 발열 물체를 냉각하기 위한 동력을 외부로 부터 공급받지 않고 자연적으로 발열 물체를 냉각할 수있는 냉각장치를 제공하는 것을 제2의 목적으로 한다.
본 발명의 일측면에 의하면, 축냉 모듈 내부에 응축부가 수용된 루프형 히트파이프가 제공된다. 본 발명에 따른 루프형 히트 파이프는, 외부로부터 열을 전달받아 액상의 작동유체가 증발되는 증발부와, 외부로 열을 전달하여 기상의 작동유체가 응축되는 응축부와, 상기 증발부로부터 응축부로 기상의 작동유체가 흐르도록 일단이 상기 증발부에 연결되고 타단이 상기 응축부에 연결된 기상유로관과, 상기 응축부로부터 증발부로 액상의 작동유체가 흐르도록 일단이 상기 응축부에 연결되고 타단이 상기 증발부에 연결된 액상유로관을 포함하는 루프형 히트파이프에 있어서, 내부에 상변화 물질로 된 축냉제가 수용된 축냉모듈를 더 포함하고, 상기 축냉모듈은, 축냉모듈의 외측으로부터 내측으로의 대류에 의한 열전달보다 모듈의 내측 으로부터 외측으로의 대류에 의한 열전달이 우수하도록 형성된 측벽을 구비하고, 상기 증발부보다 높은 위치에 설치되어 있으며, 상기 응축부는 상기 축냉모듈의 내부에 수용된 것을 특징으로 한다.
상기 축냉모듈은 이중의 측벽으로 구성되어 있다. 또한, 축냉 모듈의 내측벽과, 내측벽에서 일정거리 이격되어 설치된 외측벽 사이의 공간에 복수의 밀폐된 공간을 형성하기 위한 복수의 격판이 고정되어 있다. 격판은 단열재를 사용하여 전도에 의한 열전달을 차단하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 복수의 격판에 의하여 형성된 밀폐공간은 외측벽에 근접한 부분의 높이가 내측벽에 근접한 부분의 높이보다 높게 형성되어 있다. 즉, 격판은 내측으로부터 외측을 향하여 상부로 경사진 적어도 하나의 평행사변형 형상의 밀폐공간을 형성한다. 따라서 축냉모듈 외부의 온도가 축냉모듈 내부의 온도보다 높은 경우에 외측벽에 의하여 가열된 밀폐공간 내부의 공기는 격벽에 의하여 내측벽으로의 유동이 차단되어 대류에 의한 내측벽으로 열전달을 방해한다. 또한, 축냉모듈 외부의 온도가 축냉모듈 내부의 온도보다 낮은 경우에 외측벽에 의하여 냉각된 밀폐공간 내부의 공기는 격벽을 타고서 내측벽으로 이동하고 내측벽으로부터 열을 전달받아 가열되어 격벽을 타고서 외측벽으로 이동하도록 되어 있어서 대류에 의한 내측벽으로부터 외측벽으로의 열전달을 방해하지 않는다. 따라서, 축냉 모듈 내부의 상변화 물질에 냉열을 저장하게 된다. 복수의 격판에 의하여 형성된 각각의 밀폐 공간은 공기의 대류에 의하여 축냉모듈의 외측에서 내측으로만 열이 전달되도록 되어 있다. 따라서 상기 축냉 모듈이 대기중에 설치된 경우, 일교차에 의하여 야간에는 대기로부터 냉열을 흡수하 여 저장하고 주간에는 저장된 냉열이 외부로 전달되는 것을 차단하여, 상변화 물질(PCM)에 저장된 냉열을 이용하여 응축부로 공급되는 작동유체를 냉각한다. 또한 축냉모듈은 증발부보다 높은 위치에 설치되어 있기 때문에 냉각된 작동유체는 중력에 의하여 증발부로 낙하한다. 따라서 응축부를 냉각하기 위한 별도의 휀이나 냉각 장치가 없이도, 증발부에서 증발된 작동유체가 응축부에서 냉각되는 과정을 반복하여 작동유체는 자연적으로 순환하게 된다.
본 발명에 따른 루프형 히트 파이프는, 냉각핀에 의하여 증발된 작동유체를 냉각하기 위한 별도의 냉각핀응축부를 축냉모듈 전단의 기상유로관에 설치하는 것이 바람직하다. 상기 냉각핀응축부는 축냉모듈보다 높은 위치에 설치하여 냉각핀응축부에서 1차로 냉각된 작동유체가 중력에 의하여 자연적으로 낙하하여 축냉모듈 내부의 응축부로 유입되도록 한다. 축냉모듈과 냉각핀응축부를 이중으로 설치할 경우, 증발부에서 증발된 작동유체가 냉각핀응축부에서 일차로 냉각되어 공급되기 때문에 축냉모듈을 용량을 적게할 수 있는 장점이 있다. 또한, 냉각핀응축부에서 작동유체가 과냉된 경우에 축열 모듈에서 작동유체로 열이 전달되어 증발부의 온도변동폭을 적게 유지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 축열 모듈 내부에 응축부가 수용된 루프형 히트파이프를 이용한 냉각장치가 제공된다. 본 발명에 의한 냉각장치는, 발열체와 같은 냉각 대상물체가 수용된 함체의 내부에 상기 발열 물체와 적어도 하나의 측면이 접촉하도록 설치되어 발열체로부터 전도에 의하여 열을 전달받아 액상의 작동유체가 증발되는 증발부와, 상기 함체의 외부에 설치되고, 외부로 열을 전달하여 기 상의 작동유체가 응축되는 응축부와, 상기 증발부로부터 응축부로 기상의 작동유체가 흐르도록 일단이 상기 증발부에 연결되고 타단이 상기 응축부에 연결된 기상유로관과, 상기 응축부로부터 증발부로 액상의 작동유체가 흐르도록 일단이 상기 응축부에 연결되고 타단이 상기 증발부에 연결된 액상유로관과, 내부에 상변화 물질로 된 축냉제가 수용된 축냉모듈을 포함하고, 상기 축냉모듈은 모듈의 외측으로부터 내측으로의 대류에 의한 열전달 보다 모듈의 내측으로부터 외측으로의 대류에 의한 열전달이 우수하도록 형성된 측벽을 구비하고 상기 증발부보다 높은 위치에 설치되어 있으며, 상기 응축부는 상기 축냉모듈의 내부에 수용된 것을 특징으로 한다. 냉각대상물체로는 이동통신 중계기, 무인분기국사, 또는 실내에 등에 설치된 전자장치인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않고, 작동시 일정한 온도범위가 유지되어야 하는 발열체라면 어느 것이나 가능하다.
본 발명의 축냉 모듈은 상기 루프형 히트파이프의 축냉모듈과 동일한 것을 사용하며, 냉각효과를 높이기 위하여 별도의 축열 모듈 전단의 기상유로관에 냉각핀응축부를 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 증발부와 응축부와 축냉모듈을 복수로 하여 병렬로 연결하여 냉각 능력을 크게 할 수도 있다. 증발부를 복수로 하여 병렬로 연결할 경우에는, 복수의 발열체 사이에 교대로 배치하는 것이 냉각 효율을 높일 수 있어서 바람직하다.
본 발명의 냉각장치는 증발기가 발열체에 직접 접촉하도록 설치되어 냉각효과가 좋으며, 온도변화에 의하여 자연적으로 냉기를 저장하는 축냉모듈을 이용하여 증발된 작동유체를 응축시키기므로, 작동유체의 응축을 위한 별도의 동력을 필요로 하지 않고 발열체와 같은 냉각 대상물체를 냉각할 수 있는 냉각장치가 제공된다. 또한, 증발부보다 응축부를 높게 배치하여 작동유체는 발열체의 열에너지에 의하여 자연적으로 순환하도록 되어 있다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 루프형 히트파이프 및 이를 이용한 냉각장치의 일 실시예의 개략도이다.
본 실시예의 루프형 히트파이프는, 발열체(10)로부터 열을 전달받아 작동유체(WF)가 가열되어 증발하는 증발부(20)와, 증발된 기상의 작동유체가 냉각되어 응축되는 응축부(45)와, 증발부(20)로부터 응축부45)로 기상의 작동유체가 흐르도록 일단이 증발부(20)에 연결되고 타단이 응축부(45)에 연결된 기상유로관(30)과, 응축부(45)로부터 증발부(20)로 응축된 액상의 작동유체가 흐르도록 일단이 응축부(45)에 연결되고 타단이 증발부(20)에 연결된 액상유로관(50)을 포함한다.
응축부(45)는 축냉제가 충진된 축냉 모듈(40)의 내부에 수용되어 있다. 축냉모듈(40)의 측벽은 내측벽(43)과, 내측벽(43)으로부터 일정거리 이격되어 설치된 외측벽(42)으로 구성되어 이중으로 되어 있다. 내측벽(43)과 외측벽(42)은 알루미늄과 같이 열전도율이 좋은 재질로 제작된다. 축냉모듈(40)의 상부 및 하부벽(41)은 단열재로 되어 있다. 내측벽(43)과 외측벽(42) 사이의 공간에는 복수의 밀폐된 공간을 형성하기 위한 복수의 격판(44)이 고정되어 있다. 격판(44)은 단열재를 사용하여 내측벽(43)과 외측벽(42) 사이에 가능하면 전도에 의한 열전달을 차단 하도록 되어 있다. 본 실시예의 증발부(20)는 작동유체가 수용된 박스형의 통체로 되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 알루미늄과 같은 금속블록에 증발관을 관통시켜서 형성할 수도 있다.
도 4a 및 도 4b에는 본 발명의 냉각장치의 TD-PCM 축냉 모듈의 작동원리를 설명하기 위한 TD-PCM 축냉 모듈의 단면도가 도시되어 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 것과 같이, 복수의 격판(44)에 의하여 형성된 밀폐공간(47)은 외측벽(42)에 근접한 부분의 높이가 내측벽(43)에 근접한 부분의 높이보다 높게 형성되어 있다. 본 실시예에서 격판(44)은 내측으로부터 외측을 향하여 상부로 경사져서 평행사변형 형상의 밀폐공간(47)을 형성하도록 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 외측벽에 의하여 가열된 공기가 내측벽을 향하여 유동하지 못하게 하고 내측벽에 의하여 냉각된 공기가 외측벽을 향하여 유동하지 못하게 하는 형상이면 어느 것이나 가능하다. 격판(44)에 의한 밀폐공간의 다양한 형상은 본 발명의 출원인이 선출원한 대한민국 공개특허공보 10-2004-0020767호에 도시되어 있다.
도 4a는 고온(Thot)인 외측벽(42)에 의하여 가열된 밀폐공간(47) 내부의 공기가 격벽에 의하여 저온(Tcold)인 내측벽으로의 유동하는 것이 차단되어 내측벽(43)으로 대류에 의한 열전달을 방지하는 것을 도시한다. 도 4b는 저온인 외측벽(42)에 의하여 냉각된 밀폐공간 내부의 공기가 격벽을 타고서 내측벽(43)으로 이동하고, 내측벽(43)에서 가열된 공기는 격벽을 타고서 외측벽(42)으로 이동하여 대류에 의하여 축냉 모듈 내부의 상변화 물질(PCM)에 냉열을 저장하게 되는 현상을 도 시한다. 즉, 축냉 모듈의 이중 측벽에는 복수의 격판(44)에 의하여 복수의 밀폐공간(47)이 외측으로 갈수록 높이가 높아지도록 형성되어 있어서, 공기의 대류에 의하여 축냉모듈의 외측벽(42)에서 내측벽(43)으로만 열이 전달되도록 되어 있다. 따라서 축냉 모듈(40)은 외부의 온도가 내부의 온도보다 낮은 경우에는 외부로부터 냉열을 흡수하여 저장하고, 외부의 온도가 내부의 온도보다 높은 경우에는 축냉모듈(40) 내부에 저장된 냉열이 축냉모듈(40)의 외부로 전달되는 것을 차단하여 냉열을 보존하도록 되어 있다. 축냉모듈의 상변화 물질(PCM)에 저장된 냉열은 응축부(54)로 전달되어 응축부의 작동유체를 냉각하여 액상으로 만든다.
또한, 도 1에 도시된 것과 같이 축냉 모듈(40)은 증발부(20) 보다 높은 위치에 설치되어 있기 때문에 냉각된 작동유체(WF)는 중력에 의하여 증발부(20)로 낙하한다. 그러므로 본 실시예의 루프형 히트파이프는 응축부(45)를 냉각하기 위한 별도의 휀이나 냉각 장치가 없이도 증발부에서 증발된 작동유체가 응축부에서 냉각되어 낙하하는 과정을 반복하여 작동유체를 순환시키게 된다.
함체(60)의 내부에는 이동통신 중계기를 구성하는 전자 장치와 같은 발열체(10)가 수납된다. 전자장치와 같은 발열체(10)는 적정한 온도로 유지되어야 하기 때문에 여름철에는 냉각을 하여야 한다. 도 1은 루프형 히트 파이프의 증발부(20)의 일측면을 함체(60) 내부에 설치된 발열체(10)에 직접 접촉하도록 설치하여 냉각장치로 사용한 실시예이다. 일반적으로 전도에 의한 열전달이 대류에 의한 열전달 보다 열전달 효과가 좋다. 본 실시예의 냉각장치는 증발부(20)가 발열체(10)에 직접 접촉하도록 되어 있어서 효과적으로 발열체를 냉각할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 루프형 히트파이프 및 이를 이용한 냉각장치의 다른 실시예의 개략도이다.
도 2에 도시된 실시예가 도 1에 도시된 실시예와 다른 점은, 축냉 모듈(40)의 전단에 냉각핀응축부(70)를 추가로 설치한 점과 축냉 모듈(40)의 외측벽(42)에 열전달이 잘 되도록 냉각핀(46)을 설치한 점이다. 냉각핀응축부(70)는 축냉 모듈보다 높은 위치에 설치되어 일차로 냉각된 작동유체가 중력에 의하여 자연적으로 축냉모듈(40) 내부의 응축부(45)로 흘러 내리도록 되어 있다. 냉각핀응축부(70)는 기상유로관(30)에 복수의 냉각핀(71)을 고정하여 간단하게 제작할 수 있다. 냉각핀응축부(70)를 추가로 설치할 경우에는 축냉 모듈(40)에서 응축되는 작동유체의 온도를 보다 일정하게 유지할 수 있어서 발열체(10)의 온도변동폭을 작게 할 수 있는 장점이 있다. 즉, 냉각핀응축부(70)에서 작동유체가 과냉된 경우에는 축냉모듈(40)로부터 작동유체로 열이 전달되고, 냉각핀응축부(70)에서 작동유체가 덜 냉각된 경우에는 작동유체로부터 축냉 모듈(40)로 열이 전달되어 응축된 작동유체의 온도 변동폭을 일정범위 내에서 유지할 수 있게 된다. 특히, TD-PCM 축냉모듈의 용량을 적절히 선택하여 작동 유체의 온도변동폭의 범위를 작게 하면, 증발부(20)에 의하여 냉각되는 전자장치와 같은 냉각 대상물체(10)의 온도 변동폭을 작게할 수 있어서, 고장율을 감소시키고 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
도시하지는 않았으나, 축냉모듈(40) 내부의 PCM으로부터 응축부(45)로의 열전달 효과를 높이기 위하여 응축부의 외주에 냉각핀을 추가로 설치할 수도 있다. 또한, 축냉모듈(40)의 내측벽(43)과 PCM 사이의 열전달 효과를 높이기 위하여 내측 벽에도 냉각핀과 같은 열전달 촉진수단을 추가로 설치할 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 루프형 히트파이프 및 이를 이용한 냉각장치의 다른 실시예의 개략 사시도이다.
도 3에 도시된 실시예가 도 2에 도시된 실시예와 다른 점은, 복수의 발열체(10)를 냉각하기 위한 복수의 증발부(10)를 병렬로 설치한 점과, 냉각 용량을 크게 하기 위하여 복수의 냉각핀응축부(70)와 축냉모듈(40)을 병렬로 설치한 점이다.
본 발명에 따르면, 증발부보다 높은 위치에 설치된 응축부를 TD-PCM 축냉 모듈로 냉각하여 별도로 응축부를 냉각하기 위한 동력을 외부로 부터 공급받지 않고서도 원활히 작동유체를 순환하도록 할 수 있는 루프형 히트파이프가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면 TD-PCM 축냉모듈을 구비한 루프형 히트파이프를 이용한 냉각장치가 제공된다. 본 발명의 냉각장치는 증발기가 발열체에 직접 접촉하도록 설치되어 냉각효과가 좋으며, 온도변화에 의하여 자연적으로 냉기를 저장하는 축냉모듈을 이용하여 증발된 작동유체를 응축시키기므로, 작동유체의 응축을 위한 별도의 동력이 필요없이 발열체를 냉각할 수 있게 된다. 따라서, 동력을 공급할 수 없거나, 동력의 공급이 중단된 경우에도 냉각이 필요한 전자장치와 같은 발열체의 냉각에 유용하다.
또한, 본 발명에 따른 냉각장치는 전자장치와 같은 냉각 대상물체의 온도변동폭을 작게하여 고장율을 감소시키고 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다. 즉, TD-PCM 축냉모듈을 사용하여 응축되는 작동 유체의 온도변동폭이 작게 되면 증발부의 온도변동폭이 작게 되고, 증발부의 온도변동폭이 작게 되면 전자장치와 같은 냉각 대상물체도의 온도변동폭도 작게 되어 전자장치의 고장율 감소시키고 신뢰성을 향상하게 된다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (12)

  1. 외부로부터 열을 전달받아 액상의 작동유체가 증발되는 증발부와, 외부로 열을 전달하여 기상의 작동유체가 응축되는 응축부와, 상기 증발부로부터 응축부로 기상의 작동유체가 흐르도록 일단이 상기 증발부에 연결되고 타단이 상기 응축부에 연결된 기상유로관과, 상기 응축부로부터 증발부로 액상의 작동유체가 흐르도록 일단이 상기 응축부에 연결되고 타단이 상기 증발부에 연결된 액상유로관을 포함하는 루프형 히트파이프에 있어서,
    내부에 상변화 물질로 된 축냉제가 수용된 축냉모듈를 더 포함하고, 상기 축냉모듈은, 모듈의 외측으로부터 내측으로의 대류에 의한 열전달 보다 모듈의 내측으로부터 외측으로의 대류에 의한 열전달이 우수하도록 형성된 측벽을 구비하고, 상기 증발부보다 높은 위치에 설치되어 있으며, 상기 측벽은 내측벽과, 내측벽에서 일정거리 이격되어 설치된 외측벽으로 형성된 이중의 측벽이고, 상기 내측벽과 외측벽 사이에는 밀폐된 공간을 형성하도록 복수의 격판이 고정되어 있으며, 상기 복수의 격판에 의하여 형성된 밀폐공간은 외측벽에 근접한 부분의 높이가 내측벽에 근접한 부분의 높이보다 높게 형성되어 있으며,
    상기 응축부는 상기 축냉모듈의 내부에 수용된 것을 특징으로 하는 루프형 히트파이프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 응축부로 유입되는 작동유체가 일차로 냉각되어 응축부로 유입되도록 상기 증발부와 응축부 사이의 기상유로관에 설치되고, 복수의 냉각핀을 구비하고 상기 축냉모듈보다 높은 위치에 배치된 냉각핀응축부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 루프형 히트 파이프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 응축부와 축냉모듈은 복수이고, 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 루프형 히트파이프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉각핀응축부는 복수이고, 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 루프형 히트파이프.
  5. 발열 물체가 수용된 함체의 내부에 상기 발열 물체와 적어도 하나의 측면이 접촉하도록 설치되어 발열물체로부터 전도에 의하여 열을 전달받아 액상의 작동유체가 증발되는 증발부와,
    상기 함체의 외부에 설치되고, 외부로 열을 전달하여 기상의 작동유체가 응축되는 응축부와,
    상기 증발부로부터 응축부로 기상의 작동유체가 흐르도록 일단이 상기 증발부에 연결되고 타단이 상기 응축부에 연결된 기상유로관과,
    상기 응축부로부터 증발부로 액상의 작동유체가 흐르도록 일단이 상기 응축부에 연결되고 타단이 상기 증발부에 연결된 액상유로관과,
    내부에 상변화 물질로 된 축냉제가 수용된 축냉모듈을 포함하고,
    상기 축냉모듈은, 모듈의 외측으로부터 내측으로의 대류에 의한 열전달 보다 모듈의 내측으로부터 외측으로의 대류에 의한 열전달이 우수하도록 형성된 측벽을 구비하고, 상기 증발부보다 높은 위치에 설치되어 있으며, 상기 측벽은 내측벽과, 내측벽에서 일정거리 이격되어 설치된 외측벽으로 형성된 이중의 측벽이고, 상기 내측벽과 외측벽 사이에는 밀폐된 공간을 형성하도록 복수의 격판이 고정되어 있으며, 상기 복수의 격판에 의하여 형성된 밀폐공간은 외측벽에 근접한 부분의 높이가 내측벽에 근접한 부분의 높이보다 높게 형성되어 있으며,
    상기 응축부는 상기 축냉모듈의 내부에 수용된 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 응축부로 유입되는 작동유체가 냉각되어서 유입되도록 상기 증발부와 응축부 사이의 기상유로관에 설치되고, 복수의 냉각핀을 구비하고 상기 축냉모듈보다 높은 위치에 배치된 냉각핀응축부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 응축부와 축냉모듈는 복수이고, 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 내각장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉각핀응축부는 복수이고, 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 발열물체는 복수이고,
    상기 증발부는 복수이고 병렬로 연결되어 있으며, 상기 복수의 발열물체 사이에 교대로 배치된 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 축냉모듈의 내측벽에 고정된 냉각핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
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