KR101157860B1 - Thermal switch using phase change material and rubber membrane - Google Patents

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KR101157860B1
KR101157860B1 KR1020110023467A KR20110023467A KR101157860B1 KR 101157860 B1 KR101157860 B1 KR 101157860B1 KR 1020110023467 A KR1020110023467 A KR 1020110023467A KR 20110023467 A KR20110023467 A KR 20110023467A KR 101157860 B1 KR101157860 B1 KR 101157860B1
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Abstract

PURPOSE: A thermal control switch is provided to completely seal liquid by using a rubber thin film and to reduce weigh by simplifying structure. CONSTITUTION: A container forms a phase change material fixing unit. The container forms tightening wing portions(101a-101d) on edge. A rubber thin plate(130) seals phase change material(120). A thermal contact unit(150) moves upward and downward directions according to phase change of the phase change material. Rubber bumper settle grooves in which rubber bumps are inserted at the outer side are formed at the thermal contact unit. A heat radiation plate(180) is combined with the container.

Description

ＰＣＭ과 고무 박막을 이용한 열제어 스위치{Thermal Switch using Phase Change Material and Rubber Membrane}Thermal Switch Using Phase Change Material and Rubber Membrane

본 발명은 PCM과 고무 박막을 이용한 열제어 스위치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 PCM과 고무 박막을 이용하여 열 전달을 온/오프하는 제어 스위치에 대한 것이다.
The present invention relates to a thermal control switch using a PCM and a rubber thin film, and more particularly, to a control switch for turning on / off heat transfer using a PCM and a rubber thin film.

PCM은 Phase Change Material(즉, 상변화 물질)의 약자로 잠열, 축열 성능이 뛰어난 상변화 물질을 지칭한다. 최근에는 CFC(Chloro Fluoro Carbon)에 의한 오존층 파괴, CO2 배출에 따른 지구 온난화, 기타 각종 환경 오염 물질 배출에 따른 자연 환경 파괴 등의 환경 문제가 범세계적 공동 대처 과제로 대두되면서, 각종 에너지원의 효율적, 합리적, 환경 친화적 이용이 국가 경제 전반에 매우 큰 영향력(무역규제, 탄소세 등)을 갖게 되었고, 이에 따라 선진국을 중심으로 열에너지의 저장, 변환, 이용 기술에 대한 적극적 활용 단계로 접어들고 있다. 이러한 동향에 따라 현재 일부 선진국을 중심으로 PCM을 이용하여 산업. 상업분야로의 응용이 활발하게 진행되고 있다.PCM stands for Phase Change Material (ie, Phase Change Material) and refers to a phase change material with excellent latent heat and heat storage performance. Recently, environmental problems such as ozone layer destruction by CFC (Chloro Fluoro Carbon), global warming due to CO 2 emission, and natural environment destruction due to various environmental pollutant emissions have emerged as a global cooperative task. Efficient, rational and environmentally friendly use has a very large influence (trade regulations, carbon taxes, etc.) on the national economy as a result, and advanced countries are moving into active use of heat energy storage, conversion and utilization technologies. In line with these trends, some industrialized countries are currently using PCM. Applications in the commercial sector are actively underway.

일반적으로 열을 매체의 내부에너지로서 저장하는 것을 축열이라고 한다. 상기 축열의 방법은 크게 현열축열과 잠열축열로 나눌 수 있는데 현열축열은 물질의 온도상승을 이용하는 방법으로서 물, 모래, 자갈 등에 축열하는 보편적인 축열방법 이다. 그리고 잠열 축열방법은 특정 온도범위에서 큰 축열밀도를 가지는 상변화물질의 전이 및 융해열, 즉 잠열을 이용하여 축열하는 방법으로 특정 온도범위에서의 축열량이 현열축열에 비하여 매우 크다.In general, storing heat as internal energy of a medium is called heat storage. The heat storage method can be classified into sensible heat storage and latent heat storage. A sensible heat storage is a method of using a temperature rise of a material, which is a universal heat storage method for accumulating water, sand, gravel, and the like. The latent heat storage method is a method of transferring heat and melting of a phase change material having a high heat storage density in a specific temperature range, that is, heat storage using latent heat.

최근 들어 상기 현열보다는 상변화물질의 잠열을 이용한 축열의 연구가 많이 수행되고 있다. 이러한 물질들은 단위부피 및 단위무게당 열에너지의 저장용량이 커서 현열장치보다 부피나 무게를 크게 줄일 수가 있다. 그리고 상변화물질의 용융열을 이용한 축열은 온도 성층 현상이 심하지 않아 사용온도에 알맞는 범위에서 거의 일정한 온도로 축열 및 방열이 이루어질 수 있다.Recently, many studies of heat storage using latent heat of phase change material rather than sensible heat have been performed. These materials have a large storage capacity of thermal energy per unit volume and unit weight, which can significantly reduce volume or weight than sensible devices. And heat storage using the heat of fusion of phase change material is not severe thermal stratification phenomenon can be heat storage and heat radiation at a substantially constant temperature in the range suitable for the use temperature.

특히, 이러한 잠열재로서의 PCM은 일정 온도에서 고체 -> 액체, 액체 -> 고체로 상이 바뀌면서 열을 흡수, 방출하는 물질로서 물에 비해 10배 정도의 잠열 능력이 있으며 이러한 잠열 축열재로서 무기수화물(Na2SO4H2O, CH3NaCOOH3H20 등), 유기물(파라핀 등), 불화염, 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 등이 주로 이용된다.In particular, PCM as a latent heat absorber is a substance that absorbs and releases heat as the phase changes from solid to liquid and liquid to solid at a certain temperature, and has a latent heat capacity of about 10 times that of water. such as Na 2 SO 4 H 2 O, CH 3 NaCOOH 3 H 2 0 , etc.), organic material (such as paraffin), a non-flame, high density polyethylene (HDPE) is mainly used.

그리고 상변화 물질이 상태변화를 거치게 되면 이 물질이 비교적 정온을 유지하는 동안 다량의 에너지가 저장되며 이러한 상태변화시 발생되는 열에너지가 잠열이고, 물질이 응고된 때 다시 한 번 방출된다. 이때, 상변화 물질은 모든 용액이 결정화될 때까지는 온도가 내려가지 않는 특성이 있다. 따라서 고체상의 침전이 생기지 않으므로 잠열재로 사용될 경우 퇴화가 없는 장점이 있다.When the phase change material undergoes a state change, a large amount of energy is stored while the material maintains a relatively constant temperature, and thermal energy generated during the state change is latent heat, and is released once the material solidifies. At this time, the phase change material has a characteristic that the temperature does not decrease until all the solutions are crystallized. Therefore, there is no deterioration when used as a latent heat material because the solid phase does not occur.

현재 PCM이 응용되는 분야는 대표적으로 다음과 같다.The fields where PCM is currently applied are as follows.

건물 또는 특수용도의 공간의 냉ㆍ난방 분야, 자동차ㆍ우주항공/첨단무기/전 자ㆍ계측ㆍ통신기기(TEM)의 히트 싱크(heat sink)/행융합로 냉각ㆍ생물생 화학 물질의 보관ㆍ운반 및 물리 치료 의학 기기 등의 첨단산업분야, 히트 펌프(heat pump)ㆍ히트 파이프(heat pipe)ㆍ히트 리커버리(heat recovery) 시스템과 연계한 에너지 이용효율 극대화분야, 심야전력을 이용한 축냉(저온 PCM 축냉식 냉장 및 냉동 등) 및 각종 산업분야에서의 쿨링 프로세스(cooling process) 등의 에너지이용 합리화분야, 레져용 선박ㆍ수산업ㆍ주방용품ㆍ특수 의복 등의 생활산업분야, 농/수/축산물의 생산/저장/유통 등의 식품산업 분야, 우주 산업 분야 등이다.Cooling and heating in buildings or special-purpose spaces, cooling, storage of biological chemicals, heat sinks / row fusion furnaces for automobiles, aerospace, advanced weapons, electronics, instrumentation, and communication equipment (TEM) High-tech industries such as transportation and physiotherapy medical devices, maximizing energy utilization efficiency in connection with heat pumps, heat pipes, and heat recovery systems, cold storage using midnight power (cold storage of low temperature PCM) Rationalization of energy use, such as refrigeration and refrigeration, and cooling processes in various industries, and living industries such as leisure vessels, fisheries, kitchenware, and special clothing, and production / storage / farming of agricultural / water / livestock products. Food industry, distribution, and aerospace.

위에 열거한 분야 외에 PCM이 응용되어야 할 필요성이 크게 대두되고 있는 분야가 바로 열 제어 스위치 분야이다. In addition to the areas listed above, there is a growing need for PCM applications in thermal control switches.

그런데, 종래의 열 제어 스위치로서 미국 특허공개공보 제2006/0066434호 등을 들 수 있다. 이 미국 특허공개공보는 액상 방울을 이용하여 고온부와 저온부의 열 전달을 제어하도록 하는 기술이 개시되어 있다.By the way, US Patent Publication No. 2006/0066434 etc. are mentioned as a conventional thermal control switch. This US Patent Publication discloses a technique for controlling the heat transfer of the hot and cold portions using liquid droplets.

위 종래 기술의 경우, 액상에 대한 실링(sealing)이 완전하게 되지 않아 액상이 누수되는 단점이 있다. In the case of the prior art, there is a disadvantage in that the liquid is leaked because the sealing for the liquid phase is not completed.

또한, 종래 열 제어 스위치의 경우에는 특정 위치의 열전달을 제어할 수 없는 문제점이 존재하였다. 즉, 종래 열 제어 스위치의 경우에는 전도판의 일측의 형상을 변형시키거나 전도판 자체를 이동시킴으로써 열적 연결이 가능하도록 함에 따라 열전달 제어가 용이하지 않은 단점이 존재하였다.In addition, the conventional thermal control switch has a problem that can not control the heat transfer at a specific position. That is, in the case of the conventional thermal control switch, there is a disadvantage that the heat transfer control is not easy as the thermal connection is made possible by changing the shape of one side of the conductive plate or by moving the conductive plate itself.

또한, 종래 열 제어 스위치의 경우에는 액상을 이용하므로 구조가 난해하고, 신뢰성이 저하되며, 제작상 어려움이 많다는 단점이 있었다. In addition, in the case of the conventional thermal control switch, since the liquid phase is used, the structure is difficult, reliability is lowered, and there are many disadvantages in manufacturing.

또한, 위성에서 열 제어계에 할당된 무게는 5% 미만이 요구되는데, 종래 기술의 경우 구조가 복잡하며 이로 인해 무게가 증가되는 단점이 있었다.
In addition, the weight assigned to the thermal control system in the satellite is required less than 5%, the prior art had a disadvantage in that the structure is complicated, thereby increasing the weight.

본 발명은 위에서 제기된 종래 기술에 따른 문제점을 해소하고자 제안된 것으로서, 액상을 완전하게 실링하는 것이 가능하고, 구조가 단순하며 높은 신뢰성을 갖는 열 제어 스위치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the problems according to the prior art raised above, and an object thereof is to provide a heat control switch capable of completely sealing a liquid phase, having a simple structure, and having high reliability.

또한, 본 발명은 구조를 단순화하여 무게를 감소시킴으로써 위성에서의 열 제어계에도 사용가능한 열 제어 스위치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
It is another object of the present invention to provide a thermal control switch that can also be used for thermal control systems in satellites by simplifying the structure and reducing its weight.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, PCM과 고무 박막을 이용한 열제어 스위치를 제공한다. The present invention provides a thermal control switch using a PCM and a rubber thin film to achieve the above problems.

이 열제어 스위치는, 내측에 상변화 물질(120)이 삽입되는 상변화 물질 고정부(102)가 형성되어 있고 체결 날개부(101a~101d)가 가장자리에 형성되는 열전도성 재질의 컨테이너(100); 상기 상변화 물질 고정부(102)의 말단에 내삽되어 상변화 물질(120)을 실링하는 고무 박판(130); 상기 상변화 물질 고정부(102)를 내삽하며 상기 상변화 물질(120)의 상변화에 따른 부피 변화에 따라 상방향 또는 하방향으로 이동하며 외측에 고무 범퍼(160a~160d)가 삽입되는 고무 범퍼 안착홈(150a~150d)가 형성되는 열전도성 재질의 열접촉부(150); 상기 컨테이너(100)와 결합되며 상기 열접촉부(150)가 하방향된때 접촉되어 열을 전달하는 열전도성 재질의 방열판(180); 및 상기 컨테이너(100)의 체결 날개부(101a~101d)와 방열판(180) 사이에 놓이는 단열재(170a~170d)을 포함한다. The thermal control switch is formed of a phase change material fixing part 102 into which a phase change material 120 is inserted, and a container 100 of thermal conductive material having fastening wings 101a to 101d formed at an edge thereof. ; A rubber thin plate 130 inserted into the end of the phase change material fixing part 102 to seal the phase change material 120; Rubber bumper in which the phase change material fixing part 102 is interpolated and moves in an upward or downward direction according to a volume change according to the phase change of the phase change material 120 and rubber bumpers 160a to 160d are inserted into the outside. A thermal contact portion 150 made of a thermally conductive material having seating grooves 150a to 150d formed therein; A heat dissipation plate 180 coupled to the container 100 and contacting when the thermal contact part 150 is downward, thereby transferring heat; And a heat insulating material 170a to 170d disposed between the fastening wings 101a to 101d of the container 100 and the heat sink 180.

또한, 이 열제어 스위치는, 상기 열접촉부(150)의 상단 말단은 환형 테두리로 형성되며, 상기 환형 테두리와 상기 컨테이너(100) 내측 사이에 놓여 상기 상변화 물질(120)의 누수를 방지하는 누수 방지 실링(140)을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the thermal control switch, the upper end of the thermal contact portion 150 is formed with an annular rim, the leakage is placed between the annular rim and the container 100 to prevent leakage of the phase change material 120 It may be characterized in that it further comprises a prevention seal (140).

이때, 상기 열접촉부(150)의 중앙에는 공기 흡입 또는 배출을 위한 공기로(300)가 형성되는 것을 특징으로 한다. At this time, in the center of the thermal contact portion 150 is characterized in that the air path 300 for air intake or discharge is formed.

여기서, 상기 컨테이너(100)의 체결 날개부(101a~101d)와 방열판(180)은 볼트 너트 체결 방식에 의해 체결되는 것을 특징으로 한다. Here, the fastening blades 101a to 101d and the heat sink 180 of the container 100 are fastened by a bolt nut fastening method.

또한, 상기 상변화 물질(120) 및 고무 박판(130)은 액체 상태로 상기 상변화 물질 고정부(102) 내에 주입된후 경화되는 것을 특징으로 할 수 있다.
In addition, the phase change material 120 and the rubber thin plate 130 may be hardened after being injected into the phase change material fixing part 102 in a liquid state.

본 발명에 따르면, 우주용 고무를 이용함으로써 액상을 완전하게 실링하는 것이 가능하다. According to the present invention, it is possible to completely seal the liquid phase by using space rubber.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 구조를 단순화시킴으로써 신뢰성 및 무게가 감소하므로 여러 산업 분야에서 사용가능하게 된다는 점을 들 수 있다. In addition, another effect of the present invention is that the reliability and weight are reduced by simplifying the structure, so that it can be used in various industrial fields.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 전력을 사용하지 않고서도 부착된 전자 장치에서 발생하는 열에 의해서만 온도/열 제어가 가능하게 되는 점을 들 수 있다.
In addition, another effect of the present invention is that temperature / heat control is possible only by heat generated in the attached electronic device without using power.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열 제어 스위치의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열 제어 스위치의 외관 사시도이다.
도 3은 도 2에서 열 제어 스위치를 X-X'축으로 절개한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 PCM(Phase Change Material)을 사용하지 않은 경우 온도 그래프를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 PCM을 사용하고 단열재(도 3의 170a,170b)의 두께를 0.5mm로 사용한 경우 온도 그래프를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 PCM을 사용하고 단열재(도 3의 170a,170b)의 두께를 1mm로 사용한 경우 온도 그래프를 보여주는 도면이다.
1 is an exploded perspective view of a thermal control switch according to an embodiment of the present invention.
2 is an external perspective view of a thermal control switch according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along the line X-X 'of the thermal control switch of FIG.
4 is a diagram illustrating a temperature graph when PCM (Phase Change Material) is not used according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a temperature graph when using the PCM and the thickness of the heat insulating material (170a, 170b of Figure 3) in accordance with an embodiment of the present invention 0.5mm.
6 is a view showing a temperature graph when using the PCM and the thickness of the insulation (170a, 170b in Figure 3) in accordance with an embodiment of the present invention 1mm.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 열 제어 스위치를 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, a thermal control switch according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열 제어 스위치의 분해 사시도이다. 도 1을 참조하면, 열제어 스위치는, 내측에 상변화 물질(120)이 삽입되는 상변화 물질 고정부(102)가 형성되어 있는 열전도성 재질의 컨테이너(100); 상변화 물질(120)을 실링하는 고무 박판(130); 상방향 또는 하방향으로 이동하는 열전도성 재질의 열접촉부(150); 상기 열접촉부(150)가 하방향된때 접촉되어 열을 전달하는 열전도성 재질의 방열판(180); 및 상기 컨테이너(100)와 방열판(180) 사이에 놓이는 단열재(170a~170d)을 포함한다. 1 is an exploded perspective view of a thermal control switch according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the thermal control switch may include a container 100 of a thermally conductive material having a phase change material fixing part 102 into which a phase change material 120 is inserted; Rubber thin plate 130 for sealing the phase change material 120; A thermal contact portion 150 made of a thermally conductive material moving upward or downward; A heat dissipation plate 180 made of a thermally conductive material to be in contact with each other when the thermal contact portion 150 is downward; And heat insulating materials 170a to 170d disposed between the container 100 and the heat sink 180.

컨테이너(100)는 열전도성 재질로서 알루미늄 등이 사용되며, 내측에 상변화 물질(120)이 삽입되는 상변화 물질 고정부(102)가 형성된다. 또한, 각 면측의 중앙 하단에는 체결 날개부(101a 내지 101d)가 형성된다.As the container 100, aluminum is used as the thermal conductive material, and a phase change material fixing part 102 into which the phase change material 120 is inserted is formed. Further, fastening wing portions 101a to 101d are formed at the center lower end of each surface side.

이 체결 날개부(101a 내지 101d)에는 체결을 위한 체결홀(101a' 내지 101d')이 형성된다. Fastening holes 101a 'to 101d' for fastening are formed in the fastening wings 101a to 101d.

상변화 물질 고정부(102)에는 상변화 물질(120)이 삽입된다. 상변화 물질(120)로는 다음 표 1과 같은 물질을 들 수 있다. The phase change material 120 is inserted into the phase change material fixing part 102. The phase change material 120 may be a material as shown in Table 1 below.

Figure 112011019215341-pat00001
Figure 112011019215341-pat00001

특히, 본 발명의 일실시예에서는 녹는점이 50℃ 내지 53℃인 고체 파라핀(paraffin)이 사용되는 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 표 1에 도시된 바와 같이 다른 상변화 물질도 가능하다. In particular, in one embodiment of the present invention has been described a case in which a solid paraffin having a melting point of 50 ℃ to 53 ℃ is used, the present invention is not limited to this, as shown in Table 1 other phase change material It is possible.

보통 파라핀(paraffin)은 CnH2n+2의 화학식으로 표현되는 알칸 탄화수소를 두루 일컫는다. 파라핀의 특성으로는 물에 녹지 않으나 에테르나 벤젠, 에스터(에스테르)에는 녹는다. 이중 고체 파라핀은 파라핀 왁스(paraffin wax)이고, 20 ≤ n ≤ 40이 된다. 녹는점(melting point)은 47 ㅀC에서 64 ㅀC이고, 밀도는 0.9 g/cm3이다. Paraffin usually refers to alkane hydrocarbons represented by the formula of CnH2n + 2. Paraffins are insoluble in water but soluble in ether, benzene, and esters. The dual solid paraffin is paraffin wax, with 20 ≦ n ≦ 40. The melting point is 47 ° C to 64 ° C and the density is 0.9 g / cm 3 .

상변화 물질(120)이 삽입되면 상변화 물질(120)을 실링하기 위해 상변화 물질 고정부(102)의 말단에 고무 박판(130)이 내삽된다. 고무 박판(130)은 상변화 물질(120)의 상변화에 따라 상방향 또는 하방향으로 이동하게 된다. When the phase change material 120 is inserted, the rubber thin plate 130 is interpolated at the end of the phase change material fixing part 102 to seal the phase change material 120. The rubber thin plate 130 is moved upward or downward in accordance with the phase change of the phase change material 120.

본 발명의 일실시예에서는 상변화 물질(120)과 고무 박판(130)을 고체상태로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지는 않으며 이 상변화 물질(120) 및 고무 박판(130)은 액체 상태로 상변화 물질 고정부(102) 내에 주입된 후 경화되는 것도 가능하다.In an embodiment of the present invention, the phase change material 120 and the rubber thin plate 130 are shown in a solid state, but the present invention is not limited thereto, and the phase change material 120 and the rubber thin plate 130 are in a liquid state. It may be cured after being injected into the furnace phase change material fixing part 102.

상변화 물질 고정부(102)를 내삽하며 상변화 물질(120)의 상변화에 따른 부피 변화에 따라 상방향 또는 하방향으로 이동하는 열접촉부(150)가 조립된다. 물론 열접촉부(150)도 열전도성 재질이 사용되며, 상단이 넓은 환형 테두리 형태가 되며, 하단 외측에는 고무 범퍼(160a~160d)가 삽입되는 고무 범퍼 안착홈(150a~150d)이 형성된다. The thermal contact unit 150 is assembled to interpolate the phase change material fixing part 102 and move upward or downward in accordance with the volume change caused by the phase change of the phase change material 120. Of course, the thermal contact portion 150 is also used as a thermally conductive material, the upper end is a wide annular edge shape, the bottom of the rubber bumper (160a ~ 160d) rubber bumper seating grooves (150a ~ 150d) is formed.

고무 범퍼(160a~160d)는 탄성력이 있는 재질로서 복원력을 갖는 고무 재질이 사용되는 것으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니고 스프링 등도 사용가능하다. Rubber bumpers (160a ~ 160d) is a material having an elastic force is shown as being used a rubber material having a restoring force, but is not limited to this, it is also possible to use a spring or the like.

여기서, 고무 범퍼(160a~160d)는 반원형 고무 범퍼로서 위쪽이 단면형상이 된다. Here, the rubber bumpers 160a to 160d are semi-circular rubber bumpers, and the upper side thereof has a cross-sectional shape.

열접촉부(150)의 환형 테두리와 상기 컨테이너(100) 내측 사이에는 상변화 물질(120)의 누수를 방지하는 누수 방지 실링(140)이 삽입된다. 즉, 상변화 물질(120)이 고체에서 액상으로 변화되면 액상이 누수될 수도 있으므로 컨테이너(100)의 내측과 열접촉부(150)의 상단 공간에 누수 방지 실링(140)을 도포하여 이러한 누수를 방지하는 것이 가능하게 된다. A leakage preventing seal 140 is inserted between the annular edge of the thermal contact portion 150 and the inside of the container 100 to prevent leakage of the phase change material 120. That is, since the liquid phase may leak when the phase change material 120 changes from a solid to a liquid phase, the leakage preventing seal 140 may be applied to the inner space of the container 100 and the upper space of the thermal contact part 150 to prevent such leakage. It becomes possible.

여기서, 누수 방지 실링(140)은 상변화 물질(120)이 유출되는 것을 방지하는완충제로서 액상실리콘인 RTV(Room Temperture Vuicanizing) 실리콘이 사용된다. Here, the leakage preventing seal 140 is a liquid silicone, RTV (Room Temperture Vuicanizing) silicone is used as a buffer to prevent the phase change material 120 from leaking.

컨테이너(100)와 결합되며 상기 열접촉부(150)가 하방향된때 접촉되어 열을 전달하는 열전도성 재질의 방열판(180)이 조립된다. 물론 방열판(180)도 열전도 재질이 사용되며, 히터(110)에 의해 발생한 열을 받아 방열하는 기능을 한다. A heat dissipation plate 180 made of a thermally conductive material is assembled to be coupled to the container 100 and to be in contact when the thermal contact part 150 is downward. Of course, the heat sink 180 is also used as a heat conductive material, and functions to receive heat generated by the heater 110 to radiate heat.

히터(110)는 본 발명의 용이한 이해를 위해 구성된 것으로 본 발명의 열 제어 스위치가 실제 적용되는 경우, 히터(110)는 전자 장치가 되며, 전자 장치로부터 발생한 열의 전달을 온/오프시킴으로써 전자 장치가 일정한 온도에서 유지되는 것이 가능하게 된다.The heater 110 is configured for easy understanding of the present invention. When the heat control switch of the present invention is actually applied, the heater 110 becomes an electronic device, and the electronic device is turned on / off by transferring heat generated from the electronic device. It is possible to keep at a constant temperature.

방열판(180)에는 컨테이너(100)와의 조립 체결을 위한 제 2 체결홀(180a~180d)이 형성되며, 상기 컨테이너(100)의 체결 날개부(101a~101d)와 방열판(180) 사이에는 단열재(170a~170d)가 설치된다. 여기서, 제 2 체결홀(180a~180d)의 내측은 너트 형상이 되어 볼트(190a~190d)와 볼트-너트 방식으로 체결 조립된다. Heat sink 180 is formed with a second fastening hole (180a ~ 180d) for assembling and fastening with the container 100, the insulating member between the fastening blades (101a ~ 101d) and the heat sink 180 of the container 100 ( 170a ~ 170d) are installed. Here, the inside of the second fastening holes (180a ~ 180d) is a nut shape is fastened and assembled in the bolt 190a ~ 190d and the bolt-nut method.

단열재(170a~170d)는 와셔 구조로서 중앙에 홀이 형성되어 있으며, 히터(110)로부터 발생한 열이 컨테이너(100)를 통하여 방열판(180)에 직접적으로 전달되지 않도록 하는 기능을 수행한다. The heat insulators 170a to 170d have a washer structure, and a hole is formed in the center thereof, and performs a function of preventing heat generated from the heater 110 from being directly transmitted to the heat sink 180 through the container 100.

따라서, 도 1에 도시된 각 구성들을 조립하면 도 2와 같은 외관이 도시된다. 즉, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열 제어 스위치의 외관 사시도이다. Accordingly, when the respective components shown in FIG. 1 are assembled, an appearance as shown in FIG. 2 is shown. That is, Figure 2 is an external perspective view of the thermal control switch according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2에서 열 제어 스위치를 X-X'축으로 절개한 단면도이다. 여기서, 열접촉부(150)의 중앙에는 공기 흡입 또는 배출을 위한 공기로(300)가 형성된다.3 is a cross-sectional view taken along the line X-X 'of the thermal control switch of FIG. Here, in the center of the thermal contact portion 150 An air path 300 is formed for air intake or discharge.

도 3을 참조하여, 이 열 제어 스위치의 동작을 설명하면, 상변화 물질(120)이 고체상태에 있는 경우 이 열 제어 스위치는 오프(off) 상태가 된다. 즉, 열접촉부(150)와 방열판(180) 사이에 고무 범퍼(160a~160d)가 원상태로 머물러 있게 되므로 열접촉부(150)의 하단 밑면은 방열판(180)으로부터 일정 간격으로 이격된다. Referring to FIG. 3, the operation of the thermal control switch will be described. When the phase change material 120 is in a solid state, the thermal control switch is turned off. That is, since the rubber bumpers 160a to 160d remain in the original state between the thermal contact part 150 and the heat sink 180, the bottom bottom surface of the thermal contact part 150 is spaced apart from the heat sink 180 at a predetermined interval.

이와 달리 상변화 물질(120)이 히터(110)에 의해 전달된 열에 의해 고체 상태에서 액체 상태로 변하게 되는 경우 열 제어 스위치는 온(on) 상태가 된다. 부연하면, 상변화 물질(120)이 액체 상태가 되므로 부피가 팽창하게 된다. 이 경우, 부피가 팽창된 상변화 물질(120)은 하방향쪽으로 고무 박판(130) 쪽으로 팽창 압력을 가하게 되므로, 고무 박판(130)이 열접촉부(150)를 하방향으로 밀게 된다. On the other hand, when the phase change material 120 is changed from a solid state to a liquid state by the heat transferred by the heater 110, the thermal control switch is turned on. In other words, since the phase change material 120 is in a liquid state, the volume is expanded. In this case, since the volume-expanded phase change material 120 exerts an expansion pressure toward the rubber thin plate 130 in the downward direction, the rubber thin plate 130 pushes the thermal contact portion 150 downward.

따라서, 열접촉부(150)의 하단 밑변이 방열판(180)의 상단과 접촉하게 되므로, 히터(110)에서 발생한 열이 컨테이너(100), 상변화 물질 고정부(102), 열접촉부(150)를 거쳐 방열판(180)까지 전달된다. Therefore, since the lower bottom side of the thermal contact portion 150 is in contact with the upper end of the heat sink 180, the heat generated from the heater 110 is transferred to the container 100, the phase change material fixing portion 102, and the thermal contact portion 150. It passes through the heat sink 180.

이러한 열 제어 스위치의 동작에 의해 전력을 사용하지 않으면서도 자율 온도제어/열제어계의 구현이 가능하게 된다. By the operation of the thermal control switch it is possible to implement the autonomous temperature control / thermal control system without using power.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 PCM(Phase Change Material)을 사용하지 않은 경우 온도 그래프를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 컨테이너 온도 곡선(400)이 외부 온도 변화에 따라 크게 변화되는 것을 보여준다. 즉, 히터(도 2의 110)에서 발생하는 열이 주기적으로 변화되는 경우, 컨테이너(도 2의 100) 및 방열판(도 2의 180)의 온도 변화를 보여준다. 4 is a diagram illustrating a temperature graph when PCM (Phase Change Material) is not used according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, it is shown that the container temperature curve 400 greatly changes according to an external temperature change. That is, when the heat generated by the heater (110 in FIG. 2) is periodically changed, the temperature change of the container (100 in FIG. 2) and the heat sink (180 in FIG. 2) is shown.

여기서, 측정 부위는 컨테이너(도 2의 110) 상단, 열접촉부(도 2의 150) 표면, 방열판(180) 등이다. 방열판 온도 곡선(410)도 또한 외부 온도 변화에 따라 크게 변화되는 것을 보여준다. Here, the measurement site is the top of the container (110 in FIG. 2), the surface of the thermal contact portion (150 in FIG. 2), the heat sink 180 and the like. The heat sink temperature curve 410 also shows a large change in response to external temperature changes.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 PCM을 사용하고 단열재(도 3의 170a,170b)의 두께를 0.5mm로 사용한 경우 온도 그래프를 보여주는 도면이다. 부연하면, 도 5의 경우 도 1 및 도 2에 도시된 단열재(170a~170d)를 한 쌍으로 하여 8개로 시험하였을 때의 온도 분포를 보여주는 도면이다. 여기서, 8개의 단열재 각각은 폭: 1.8mm 높이: 10mm 두께: 0.5mm를 갖는다. 5 is a view showing a temperature graph when using the PCM and the thickness of the heat insulating material (170a, 170b of Figure 3) in accordance with an embodiment of the present invention 0.5mm. In other words, in the case of Figure 5 is a view showing the temperature distribution when the test was carried out in a pair of the heat insulating material (170a ~ 170d) shown in Figures 1 and 2 shown in FIG. Here, each of the eight heat insulators has a width: 1.8 mm height: 10 mm thickness: 0.5 mm.

측정 부위는 컨테이너(도 2의 110) 상단, 열접촉부(도 2의 150) 표면, 방열판(180), 챔버벽(미도시) 등이다. 따라서, 도 5를 참조하면 컨테이너 온도 곡선(400)이 도 4의 경우보다 외부 온도 변화에 따라 크게 변화되지 않는 상태를 보여준다. 여기서, 방열판(도 2의 180)의 온도를 나타내는 방열판 온도 곡선(410), 열접촉부(도 2의 150)의 온도를 나타내는 열접촉부 온도 곡선(500), 챔버벽(미도시)의 온도를 나타내는 챔버벽 온도 곡선(510)이 더 도시된다. The measurement site is the top of the container (110 in FIG. 2), the surface of the thermal contact portion (150 in FIG. 2), the heat sink 180, the chamber wall (not shown) and the like. Therefore, referring to FIG. 5, the container temperature curve 400 does not change significantly according to the external temperature change than in the case of FIG. 4. Here, a heat sink temperature curve 410 representing the temperature of the heat sink (180 in FIG. 2), a heat contact temperature curve 500 representing the temperature of the thermal contact portion (150 in FIG. 2), and a temperature of the chamber wall (not shown). Chamber wall temperature curve 510 is further shown.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 PCM을 사용하고 단열재(도 3의 170a,170b)의 두께를 1mm로 사용한 경우 온도 그래프를 보여주는 도면이다. 도 6은 도 5와 달리, 단열재의 두께를 1mm로 적용한 경우를 보여준다. 도 6은 도 5보다 더 온도 변화의 편차가 줄어든 것을 보여준다. 6 is a view showing a temperature graph when using the PCM and the thickness of the insulation (170a, 170b in Figure 3) in accordance with an embodiment of the present invention 1mm. FIG. 6 shows a case in which the thickness of the heat insulating material is applied to 1 mm, unlike FIG. 5. FIG. 6 shows that the variation in temperature change is reduced more than in FIG. 5.

따라서, 위 도 4 내지 도 6의 실험 결과치를 참조하면, 컨테이너(도 2의 100) 상단에 전자 장치(미도시)를 부착시키면 전자 장치에서 발생한 열이 일정 온도 이상이면 열 제어 스위치가 온상태가 되어 외부로 전달시킨다. 이와 달리, 전자 장치로부터 발생한 열이 일정 온도 이하이면 열 제어 스위치는 오프 상태가 되므로 외부로 열전달이 되지 않게 된다. 따라서, 전자 장치(미도시)의 온도가 일정하게 제어되는 것이 가능하다.
Therefore, referring to the experimental results of FIGS. 4 to 6, when the electronic device (not shown) is attached to the top of the container (100 of FIG. 2), when the heat generated from the electronic device is above a certain temperature, the thermal control switch is turned on. To the outside. On the contrary, when the heat generated from the electronic device is lower than or equal to a predetermined temperature, the heat control switch is turned off so that heat is not transferred to the outside. Therefore, it is possible to constantly control the temperature of the electronic device (not shown).

100: 컨테이너 110: 히터
120: 상변화 물질(PCM: Phase Change Material)
130: 고무 박판
140: 누수 방지 실링
150: 열접촉부 160a~d: 고무범퍼
170a~d: 단열재 180: 방열판
190a~d: 볼트 100: container 110: heater
120: phase change material (PCM)
130: rubber lamination
140: leak-proof seal
150: thermal contact portion 160a ~ d: rubber bumper
170a ~ d: heat insulating material 180: heat sink
190a ~ d: bolt

Claims (5)

내측에 상변화 물질(120)이 삽입되는 상변화 물질 고정부(102)가 형성되어 있고 체결 날개부(101a~101d)가 가장자리에 형성되는 열전도성 재질의 컨테이너(100);
상기 상변화 물질 고정부(102)의 말단에 내삽되어 상변화 물질(120)을 실링하는 고무 박판(130);
상기 상변화 물질 고정부(102)를 내삽하며 상기 상변화 물질(120)의 상변화에 따른 부피 변화에 따라 상방향 또는 하방향으로 이동하며 외측에 고무 범퍼(160a~160d)가 삽입되는 고무 범퍼 안착홈(150a~150d)가 형성되는 열전도성 재질의 열접촉부(150);
상기 컨테이너(100)와 결합되며 상기 열접촉부(150)가 하방향된때 접촉되어 열을 전달하는 열전도성 재질의 방열판(180); 및
상기 컨테이너(100)의 체결 날개부(101a~101d)와 방열판(180) 사이에 놓이는 단열재(170a~170d)
을 포함하는 것을 특징으로 하는 PCM(Phase Change Material)과 고무 박막을 이용한 열제어 스위치.
A phase change material fixing part 102 into which a phase change material 120 is inserted is formed, and a container 100 made of a thermally conductive material having fastening wings 101a to 101d formed at an edge thereof;
A rubber thin plate 130 inserted into the end of the phase change material fixing part 102 to seal the phase change material 120;
Rubber bumper in which the phase change material fixing part 102 is interpolated and moves in an upward or downward direction according to a volume change according to the phase change of the phase change material 120 and rubber bumpers 160a to 160d are inserted into the outside. A thermal contact portion 150 made of a thermally conductive material having seating grooves 150a to 150d formed therein;
A heat dissipation plate 180 coupled to the container 100 and contacting when the thermal contact part 150 is downward, thereby transferring heat; And
Insulation material (170a ~ 170d) which is placed between the fastening wing portion (101a ~ 101d) and the heat sink 180 of the container 100
Thermal control switch using a PCM (Phase Change Material) and a rubber thin film, characterized in that it comprises a.
제 1 항에 있어서,
상기 열접촉부(150)의 상단 말단은 환형 테두리로 형성되며, 상기 환형 테두리와 상기 컨테이너(100) 내측 사이에 놓여 상기 상변화 물질(120)의 누수를 방지하는 누수 방지 실링(140)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PCM과 고무 박막을 이용한 열제어 스위치.
The method of claim 1,
The upper end of the thermal contact portion 150 is formed in an annular rim, and further includes a leakage preventing seal 140 placed between the annular rim and the inside of the container 100 to prevent leakage of the phase change material 120. Thermal control switch using a PCM and rubber thin film, characterized in that.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 열접촉부(150)의 중앙에는 공기 흡입 또는 배출을 위한 공기로(300)가 형성되는 것을 특징으로 하는 PCM과 고무 박막을 이용한 열제어 스위치.
The method according to claim 1 or 2,
Thermal control switch using a PCM and a rubber thin film, characterized in that the air path 300 for the air intake or discharge is formed in the center of the thermal contact portion 150.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 컨테이너(100)의 체결 날개부(101a~101d)와 방열판(180)은 볼트 너트 체결 방식에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는 PCM과 고무 박막을 이용한 열제어 스위치.
The method according to claim 1 or 2,
The fastening blades 101a to 101d of the container 100 and the heat sink 180 are fastened by a bolt nut fastening method.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 상변화 물질(120) 및 고무 박판(130)은 액체 상태로 상기 상변화 물질 고정부(102) 내에 주입된후 경화되는 것을 특징으로 하는 PCM과 고무 박막을 이용한 열제어 스위치.The method according to claim 1 or 2,
The phase change material 120 and the rubber thin plate 130 are injected into the phase change material fixing part 102 in a liquid state and then cured.
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