KR101021000B1

KR101021000B1 - 온도편차 저감장치 및 온도편차 저감방법

Info

Publication number: KR101021000B1
Application number: KR1020100085751A
Authority: KR
Inventors: 윤태중
Original assignee: 윤태중
Priority date: 2010-09-01
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2011-03-09
Also published as: WO2012030014A1

Abstract

본 발명은 온도편차 저감장치 및 온도편차 저감방법에 대한 것으로 더욱 상세하게는 열원을 냉각시키는 냉각장치에서 냉각용 유체의 시간에 따른 온도편차를 유입부에서 유출부까지의 유로를 복수개로 분기한 후 분기된 각 유로에 대해 시간상 거리상 편차를 이용하여 냉각용 유체의 온도편차를 저감하는 온도편차 저감장치 및 저감방법에 대한 것이다.
본 발명의 온도편차 저감장치는 열원의 정온유지를 위한 냉각용 유체가 유입되는 유입부와, 상기 유입부로부터 상기 냉각용 유체가 유입되는 복수의 냉각용 유체 저장부와, 상기 복수의 유체 저장부의 냉각용 유체가 혼합되어 유출되는 유출부를 포함하되, 상기 복수의 냉각용 유체 저장부에 유입되는 냉각용 유체는 서로 시간상의 편차가 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 온도편차 저감장치 및 저감방법에 따르면 구성이 간단하면서도 냉각장치의 종류와 무관하게 부가적으로 연결하여 온도편차를 효율적으로 저감할 수 있는 효과가 있다.

Description

온도편차 저감장치 및 온도편차 저감방법{Apparatus and Method for decreasing temperature deviation}

본 발명은 온도편차 저감장치 및 저감방법에 대한 것으로, 열원을 일정한 온도로 유지하는 냉각장치에서 냉각용 유체의 시간에 따른 온도편차를 완화, 저감하는 장치에 대한 것이다.

일반적으로 열을 지속적으로 발생시키는 열원에 대해 열원을 일정한 온도로 유지하기 위해 냉각장치를 사용하게 된다.

열원의 정온유지를 위해 사용되는 냉각장치에는 크게 공랭식과 수랭식으로 나눌 수 있으며 열원의 온도를 체크하거나 냉각용 유체의 온도를 측정하여 이를 피드백을 통해 냉각효율을 조절함으로써 열원을 일정한 온도로 유지하게 된다.

열원의 예로 레이저 광원의 경우 레이저의 발생에 따라 지속적으로 열이 발생하며 레이저 광원을 일정한 온도로 유지하지 못할 경우 발생되는 레이저의 출력에 편차가 생겨 레이저를 이용한 결과물에 편차가 발생하게 된다.

통상 냉각용 유체(냉각수)를 이용한 냉각장치는 열원의 주위로 형성된 유로로 냉각용 유체가 통과하면서 열원을 냉각시키고 열원을 통과하여 뜨거워진 냉각용 유체를 다시 냉각시킨 후 열원에 유입시키는 순환형 유로를 형성하여 열원을 일정한 온도로 유지하게 된다.

열원이 열역학 상 고정부하의 열원일 경우 냉각용 유체를 일정한 냉각효율로 냉각시킬 경우 열원의 정온유지가 가능하나 대부분의 열원은 열역학 상 변동부하로서 시간에 따라 냉각용 유체의 냉각효율을 조절할 필요가 있다.

이러한 조절은 열원으로 유입되는 냉각용 유체의 온도를 체크하거나 열원에서 유출되는 냉각용 유체의 온도를 체크하고 피드백 제어를 통해 이루어지거나 열원의 온도를 직접 체크하여 피드백을 통해 이루어지게 된다.

하지만 이러한 피드백 제어에는 한계가 있으며 냉각효율을 정밀하게 제어하는 것이 매우 어려워 열원을 통과하는 냉각용 유체의 온도에는 편차가 있기 마련이며, 정밀한 온도제어가 필요한 열원의 경우 매우 고가의 냉각장치를 채용하여야 하는 문제가 있다.

또한, 정밀한 온도제어가 가능한 냉각장치의 경우 구조가 매우 복잡하거나 냉각장치 전용의 냉각용 유체, 설치환경 등이 필요하며 유지 보수가 매우 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 구조가 간단하고 제조가 용이하며 어떠한 냉각장치에도 쉽게 설치하여 온도편차를 손쉽게 줄일 수 있으며 범용성이 있는 온도편차 저감장치 및 저감방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 온도편차 저감장치는 열원의 정온유지를 위한 냉각용 유체가 유입되는 유입부와, 상기 유입부로부터 상기 냉각용 유체가 유입되는 복수의 냉각용 유체 저장부와, 상기 복수의 유체 저장부의 냉각용 유체가 혼합되어 유출되는 유출부를 포함하되, 상기 복수의 냉각용 유체 저장부에 유입되는 냉각용 유체는 서로 시간상의 편차가 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유입부와 상기 각 냉각용 유체 저장부를 연결하는 배관부를 더 포함하고, 상기 각 냉각용 유체 저장부간의 시간 편차는 상기 배관부의 길이를 이용하여 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유입부와 상기 각 냉각용 유체 저장부를 연결하는 배관부를 더 포함하고, 상기 각 냉각용 유체 저장부간의 시간 편차는 상기 각 냉각용 유체 저장부에 연결된 배관부를 통과하는 유량을 통해 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 냉각용 유체 저장부는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 일체형으로 형성되는 냉각용 유체 저장부는 각 냉각용 유체 저장부로 유입되는 냉각용 유체의 혼합을 위한 격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각용 유체는 열원을 냉각시키는 냉각수인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유입부와 상기 각 냉각용 유체 저장부 사이에는 각 냉각용 유체 저장부에 유입되는 유입량을 조절하는 유입량 조절유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 온도편차 저감장치는 열원의 정온유지를 위한 냉각용 유체가 유입되는 유입부와, 상기 유입부로부터 상기 냉각용 유체가 유입되는 복수의 냉각용 유체 저장부와, 상기 복수의 냉각용 유체 저장부의 냉각용 유체가 혼합되어 유출되는 유출부를 포함하되, 상기 유입부로부터 상기 각 냉각용 유체 저장부를 거쳐 유출부에 도달하는 각각의 냉각용 유체는 서로 시간상의 편차가 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 일체형으로 형성된 복수의 냉각용 유체 저장부 내에서 일렬로 형성되는 냉각용 유체의 흐름을 방지하기 위한 격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유입부와 상기 각각의 냉각용 유체 저장부를 연결하는 배관부를 더 포함하고, 상기 각 배관부의 길이는 동일한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 냉각용 유체 저장부는 일렬로 배열되어 연결되며, 상기 유출부는 상기 일렬로 배열된 냉각용 유체 저장부 중 양 끝단 냉각용 유체 저장부 중 어느 하나에 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유입부와 상기 각각의 냉각용 유체 저장부를 연결하는 배관부를 더 포함하고, 상기 각 배관부의 길이를 조절하여 상기 시간상 편차를 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 온도편차 저감방법은 열원의 정온유지를 위한 냉각용 유체가 유입되는 단계; 상기 유입되는 냉각용 유체를 복수의 유로로 분기하는 단계; 상기 분기된 복수의 유로를 통해 유입되는 냉각용 유체를 혼합하여 유출하는 단계를 포함하되, 상기 분기되는 각 유로를 통과하여 유출되는 각각의 냉각용 유체는 서로 시간상의 편차가 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 온도편차 저감장치는 열원의 정온유지를 위한 냉각용 유체가 유입되는 단계; 상기 유입되는 냉각용 유체를 복수의 유로로 분기하는 단계; 상기 분기된 복수의 유로를 통해 유입되는 냉각용 유체를 혼합하여 유출하는 단계를 포함하되, 상기 분기되는 각 유로는 서로 거리상의 편차가 있는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 구성의 본 발명은 간단하게 온도편차를 저감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 어떤 냉각장치이든 손쉽게 연결하여 온도편차를 저감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 온도편차의 폭이 매우 작더라도 그 폭을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 구성이 매우 간단하면서도 냉각장치에 부가적으로 연결하여 온도편차를 효율적으로 저감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온도편차 저감장치의 개략적인 블록도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 온도편차 저감장치의 각 냉각용 유체 저장부를 통과하는 유로를 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 온도편차 저감장치에서 각 저장부가 일체형으로 형성된 일례를 도시한 도면이고,
도 4a, 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 온도편차 저감장치에서 규칙적인 온도편차가 저감되는 효과를 나타내는 시뮬레이션 그래프이고,
도 5a, 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 온도편차 저감장치에서 랜덤한 온도편차가 저감되는 효과를 나타내는 시뮬레이션 그래프이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 온도편차 저감방법에 대한 흐름도이다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 온도편차 저감장치 및 온도편차 저감방법에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온도편차 저감장치의 개략적인 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 온도편차 저감장치의 각 냉각용 유체 저장부를 통과하는 유로를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 온도편차 저감장치에서 각 저장부가 일체형으로 형성된 일례를 도시한 도면이다. 본 발명의 온도편차 저감방법은 냉각용 유체가 유입되는 유입부(100)와 유입부(100)와 연결되어 유입부(100)를 통해 유입되는 냉각용 유체가 일시적으로 저장되는 냉각용 유체 저장부(200)와 냉각용 유체 저장부(200)와 연결되어 냉각용 유체가 혼합되어 유출되거나 냉각용 유체 저장부(200)를 통과하면서 혼합된 유체가 유출되는 유출부(300)을 포함하여 이루어진다.

본 발명의 온도편차 저감장치는 냉각용 유체의 시간에 따른 온도편차를 저감하는 장치로서 냉각용 유체로는 냉각수, 공기 등을 예로 들 수 있으나 공기보다는 액상의 냉각용 유체의 경우에 보다 효율적으로 온도편차를 저감할 수 있다.

유입부(100)는 냉각용 유체가 유입되는 부분으로서 냉각장치와 열원사이의 유로 상에 위치하며, 열원으로 이동하는 냉각용 유체가 유입되는 구성이다. 물론 열원으로 이동하는 유로 상의 냉각용 유체가 유입되도록 구성하는 것이 보다 효율적이나 열원을 통과하고 냉각장치로 유입되는 유로 상에 배치하더라도 종래에 비해 온도편차가 저감되는 효과는 있다.

냉각용 유체 저장부(200)는 유입부(100)로 유입된 냉각용 유체들이 일시적으로 저장되는 구성으로서 도 2, 도 3과 같이 일체형으로 형성될 수도 있지만 별도로 마련한 후 배관자재를 이용하여 연결하여도 무방하다. 일체형으로 형성하는 경우 본 발명의 온도편차 저감장치를 냉각장치에 탈부착하기가 용이하며, 제작 및 유지보수가 용이한 이점이 있다. 또한, 냉각용 유체 저장부(200)를 통과하면서 다른 시점의 냉각용 유체와 자연스럽게 혼합되어 균일한 온도를 갖는 냉각용 유체가 유출부(300)를 통해 유출되는 효과가 있다. 일체형으로 제작되는 경우 냉각용 유체 저장부(200) 내에 격벽(250) 등을 마련하여 냉각용 유체의 혼합이 잘 이루어질 뿐만 아니라 각 냉각용 유체 저장부(200)로 유입된 유체가 곧바로 유출부(300)로 유출되지 않도록 하는 효과가 있다. 물론 격벽(250)이 아니더라도 와류를 유도할 수 있는 구조면 격벽(250)과 동일한 효과가 있음은 물론이다.

냉각용 유체 저장부(200)는 2개 이상으로 구성되며 유입부(100)와 개별적으로 배관부(214, 224, 234, 244)를 통해 연결되며 2개라도 온도편차를 저감할 수는 있으나 냉각용 유체 저장부(200)가 많을수록 많은 유로로 냉각용 유체가 분기되며 많은 유로로 분기될수록 온도편차의 저감효과는 더욱 커진다.

도시한 도면과 같이 냉각용 유체 저장부(200)는 복수의 냉각용 유체 저장부(210, 220, 230, 240)로 나뉘며 유입부(100)에서 유출된 냉각용 유체는 각 냉각용 유체 저장부(210, 220, 230, 240)를 통과하여 유출부(300)에 도달한다. 분기된 냉각용 유체는 각각 ①②③④의 유로를 통해 유출부(300)에 도달하며 각 유로를 통과한 후 유출부(300)에 도달한 유체는 서로간에 시간 편차가 있게 된다. 즉, ①유로를 통과하여 유출부(300)에 도달한 냉각용 유체가 도 4a의 그래프 상에서 t1 시점에서의 유체라고 가정하면 ②유로를 통과하여 유출부(300)에 도달한 냉각용 유체는 t1보다 나중 시점인 t2 시점에서의 냉각용 유체이고, 순차적으로 ③, ④를 통과한 유체는 t2보다 나중 시점인 t3, t4시점에서의 냉각용 유체라고 가정할 수 있다. 이렇게 유로 ①②③④를 통과한 냉각용 유체들은 서로 시간상의 편차가 있으며 시간상의 편차에 따라 유로 ①②③④를 통과한 냉각용 유체들의 온도도 서로 다르다. 이렇게 온도가 서로 다른 냉각용 유체들은 혼합되어 유출부(300)를 통해 유출되는바 유출부(300)로 유출되는 냉각용 유체의 온도는 유로 ①②③④를 통과한 냉각용 유체들의 온도의 평균과 같게된다.

도 4a는 시간에 따라 규칙적인 온도편차를 가진 경우의 시간에 따른 온도 그래프이고, 도 5a는 시간에 따라 불규칙적인 온도편차를 가진 경우의 그래프이다. 이를 적절할 시점을 선택하여 혼합된 냉각용 유체들이 유출부(300)를 통과할 때의 시간에 따른 온도 그래프가 도 4b, 도 5b이다.

규칙적인 온도편차를 가진 경우를 살펴보면 대략 온도편차의 크기가 10에서 4로 60% 이상 저감되는 효과가 있음을 알 수 있고, 불규칙적인 경우에도 온도편차의 크기가 10에서 4 미만으로 60% 이상 저감되는 효과가 있음을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 온도편차 저감장치는 열역학 상 고정부하 뿐만 아니라 변동부하에서도 효과적으로 온도편차를 저감됨을 알 수 있다.

유로 ①②③④ 간에 시간상의 편차는 유입부(100)와 각 냉각용 유체 저장부(210, 220, 230, 240)를 연결하는 배관부(214, 224, 234, 244)의 길이를 달리하여 조절할 수도 있지만 배관부(214, 224, 234, 244)의 길이가 동일하더라도 냉각용 유체 저장부(210, 220, 230, 240)를 일체형으로 제작하고 유출부(300)를 양 끝단 중 어느 하나의 냉각용 유체 저장부에 마련하더라도 유로 상에 길이편차가 있게 되므로 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이밖에도 각 배관부를 통해 유입되는 유량을 달리하더라도 평균온도가 다른 냉각용 유체들이 혼합되어 유출되므로 온도편차가 저감되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 유로상의 길이가 다를 경우 단위시간당 동일한 유량이 각 냉각용 유체 저장부(210, 220, 230, 240)로 유입되는 것이 온도편차의 저감 효과가 크므로 베인과 모터로 이루어진 유입량 조절유닛(212, 222, 232, 242)을 통해 각 냉각용 유체 저장부(210, 220, 230, 240)로 유입되는 냉각용 유체의 유입량을 조절할 수 있다.

유입량 조절유닛(212, 222, 232, 242)은 각 냉각용 유체 저장부(210, 220, 230, 240)로 유입되는 냉각용 유체의 유입량을 조절하는 구성이고 유로상의 길이가 동일하더라도 각 냉각용 유체 저장부(210, 220, 230, 240)로 유입되는 냉각용 유체의 유입량을 달리 설정할 수 있으므로 이를 통해서도 온도편차를 저감시킬 수도 있다. 또한, 만약 온도편차의 시간에 따른 데이터가 있다면 가장 효율적으로 온도편차를 저감시킬 수 있는 시점을 추출하여 배관길이 또는 유입량을 조절하여 온도편차 저감효과를 극대화 할 수 있다.

유출부(300)는 앞서 설명한 바와 같이 냉각용 유체 저장부(200)와 연결되어 냉각용 유체가 혼합되어 유출되거나 냉각용 유체 저장부(200)를 통과하면서 혼합된 유체가 유출되는 구성이다.

유출부(300)는 유입부(100)와 마찬가지로 냉각장치에서 열원 또는 열원에서 냉각장치로 연결된 유로 상에 위치한다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 온도편차 저감방법에 대한 흐름도로서 이를 참조하여 본 발명의 온도편차 저감방법에 대해 설명하되, 중복되는 설명은 생략한다.

본 발명의 온도편차 저감방법은 열원의 정온을 유지하기 위한 냉각용 유체가 유입부(100)를 통해 유입되는 단계(S100)와 유입부(100)로 유입된 냉각용 유체가 시간상 거리상 편차가 있는 복수의 유로로 분기되는 단계(S110)와 분기된 유로를 통과한 냉각용 유체들이 혼합되어 유출되는 단계(S120)를 포함하여 이루어진다.

유입부 : 100 냉각용 유체 저장부 : 200
유입량 조절유닛 : 212, 222, 232, 242
배관부 : 214, 224, 234, 244 격벽 : 250
유출부 : 300

Claims

열원의 정온유지를 위한 냉각용 유체가 유입되는 유입부와,
상기 유입부로부터 상기 냉각용 유체가 유입되는 복수의 냉각용 유체 저장부와,
상기 복수의 유체 저장부의 냉각용 유체가 혼합되어 유출되는 유출부를 포함하되,
상기 복수의 냉각용 유체 저장부에 유입되는 냉각용 유체는 서로 시간상의 편차가 있는 것을 특징으로 하는 온도편차 저감장치.
청구항 1에서,
상기 유입부와 상기 각 냉각용 유체 저장부를 연결하는 배관부를 더 포함하고,
상기 각 냉각용 유체 저장부간의 시간 편차는 상기 배관부의 길이를 이용하여 조절하는 것을 특징으로 하는 온도편차 저감장치.
청구항 1에서,
상기 유입부와 상기 각 냉각용 유체 저장부를 연결하는 배관부를 더 포함하고,
상기 각 냉각용 유체 저장부간의 시간 편차는 상기 각 냉각용 유체 저장부에 연결된 배관부를 통과하는 유량을 통해 조절하는 것을 특징으로 하는 온도편차 저감장치.
청구항 1에서,
상기 복수의 냉각용 유체 저장부는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 온도편차 저감장치.
청구항 4에서,
상기 일체형으로 형성되는 냉각용 유체 저장부는 각 냉각용 유체 저장부로 유입되는 냉각용 유체의 혼합을 위한 격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도편차 저감장치.
청구항 1에서,
상기 냉각용 유체는 열원을 냉각시키는 냉각수인 것을 특징으로 하는 온도편차 저감장치.
청구항 1에서,
상기 유입부와 상기 각 냉각용 유체 저장부 사이에는 각 냉각용 유체 저장부에 유입되는 유입량을 조절하는 유입량 조절유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도편차 저감장치.
열원의 정온유지를 위한 냉각용 유체가 유입되는 유입부와,
상기 유입부로부터 상기 냉각용 유체가 유입되는 복수의 냉각용 유체 저장부와,
상기 복수의 냉각용 유체 저장부의 냉각용 유체가 혼합되어 유출되는 유출부를 포함하되,
상기 유입부로부터 상기 각 냉각용 유체 저장부를 거쳐 유출부에 도달하는 각각의 냉각용 유체는 서로 시간상의 편차가 있는 것을 특징으로 하는 온도편차 저감장치.
청구항 8에서,
상기 복수의 냉각용 유체 저장부는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 온도편차 저감장치.
청구항 9에서,
상기 일체형으로 형성된 복수의 냉각용 유체 저장부 내에서 일렬로 형성되는 냉각용 유체의 흐름을 방지하기 위한 격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도편차 저감장치.
청구항 9에서,
상기 유입부와 상기 각각의 냉각용 유체 저장부를 연결하는 배관부를 더 포함하고,
상기 각 배관부의 길이는 동일한 것을 특징으로 하는 온도편차 저감장치.
청구항 8에서,
상기 복수의 냉각용 유체 저장부는 일렬로 배열되어 연결되며,
상기 유출부는 상기 일렬로 배열된 냉각용 유체 저장부 중 양 끝단 냉각용 유체 저장부 중 어느 하나에 마련되는 것을 특징으로 하는 온도편차 저감장치.
청구항 9 또는 12에서,
상기 유입부와 상기 각 냉각용 유체 저장부 사이에는 각 냉각용 유체 저장부에 유입되는 유입량을 조절하는 유입량 조절유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도편차 저감장치.
청구항 8에서,
상기 유입부와 상기 각각의 냉각용 유체 저장부를 연결하는 배관부를 더 포함하고,
상기 각 배관부의 길이를 조절하여 상기 시간상 편차를 조절하는 것을 특징으로 하는 온도편차 저감장치.
열원의 정온유지를 위한 냉각용 유체가 유입되는 단계;
상기 유입되는 냉각용 유체를 복수의 유로로 분기하는 단계;
상기 분기된 복수의 유로를 통해 유입되는 냉각용 유체를 혼합하여 유출하는 단계를 포함하되,
상기 분기되는 각 유로를 통과하여 유출되는 각각의 냉각용 유체는 서로 시간상의 편차가 있는 것을 특징으로 하는 온도편차 저감방법.
열원의 정온유지를 위한 냉각용 유체가 유입되는 단계;
상기 유입되는 냉각용 유체를 복수의 유로로 분기하는 단계;
상기 분기된 복수의 유로를 통해 유입되는 냉각용 유체를 혼합하여 유출하는 단계를 포함하되,
상기 분기되는 각 유로는 서로 거리상의 편차가 있는 것을 특징으로 하는 온도편차 저감방법.