KR101373122B1 - A Heat Exchanger using Thermoelectric Modules - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전모듈 열교환기에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 핀블럭에 설계를 최적화한 플레이트핀을 사용함으로써 방열성능 향상, 압력강하 저감, 열교환기의 소형화 및 생산성 증대를 도모하는 열전모듈 열교환기를 제공함에 있다.The present invention relates to a thermoelectric module heat exchanger, and an object of the present invention is to provide a thermoelectric module heat exchanger that improves heat dissipation performance, pressure drop, miniaturization and productivity of the heat exchanger by using a plate fin optimized design to the pin block. Is in.

본 발명의 열전모듈 열교환기는, 본 발명의 열전모듈 열교환기는, 내부에 냉각수가 유통되며, 유입 공기의 하류측에 냉각수가 유입되는 유입구(210)가 길이 방향으로 형성되고 유입 공기의 상류측에 상기 유입구(210)가 형성된 면에 냉각수가 배출되는 배출구(220)가 길이 방향으로 형성되고, 상기 유입구(210) 및 배출구(220) 각각과 연결되는 통로를 포함하여 적어도 2개 이상의 통로가 길이 방향으로 연장되어 서로 연결되어 형성되는 유로(230)가 그 내부 또는 외부에 형성되는 수냉블록(200), 상기 수냉블록(200)의 상하 양면에 구비되는 열전모듈 어레이(100), 상기 열전모듈 어레이(100) 층의 바깥쪽 양측에 밀착되어 고정 구비되며 상기 수냉블록(200)의 폭 방향으로 공기를 유통시키는 방열핀블록(300)으로 이루어지는 단위 열교환기(500); 를 포함하되, 상기 단위 열교환기(500)는 하나 또는 적어도 2개 이상이 높이 방향으로 적층되어 구성되며, 상기 방열핀블록(300)에 사용되는 핀은 상기 열전모듈 어레이(100)의 상면 또는 하면과 나란하게 형성되어 이와 면접합하는 베이스부와 상기 베이스부에 수직한 방향으로 상기 베이스부로부터 연장 형성된 방열부로 이루어진 플레이트핀으로서, 핀 높이(H)가 5mm 내지 15mm의 범 위 내로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 플레이트핀은 핀 피치(Fp)가 0.5mm 내지 1.2mm의 범위 내로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 플레이트핀은 핀 소재 두께(t)가 0.1mm 내지 0.4mm의 범위 내로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 플레이트핀은 베이스부 높이(b)가 1mm 내지 4mm의 범위 내로 형성되는 것을 특징으로 한다.The thermoelectric module heat exchanger of the present invention, the thermoelectric module heat exchanger of the present invention, the cooling water flows therein, the inlet 210 through which the cooling water is introduced downstream of the inlet air is formed in the longitudinal direction and the upstream side of the inlet air A discharge port 220 through which the coolant is discharged is formed in a longitudinal direction on a surface where the inlet 210 is formed, and at least two passages including a passage connected to each of the inlet 210 and the discharge port 220 in the longitudinal direction. Water flow block 230 is formed to extend and connected to each other is formed inside or outside the water cooling block 200, the thermoelectric module array 100, the thermoelectric module array 100 is provided on the upper and lower sides of the water cooling block 200 A unit heat exchanger (500) formed of a heat dissipation fin block (300) for tightly adhering to both sides of the outer layer and distributing air in the width direction of the water cooling block (200); It includes, but the unit heat exchanger 500 is composed of one or at least two or more stacked in the height direction, the fins used in the heat dissipation fin block 300 and the upper or lower surface of the thermoelectric module array 100 and The plate pin is formed side by side and the heat dissipating portion extending from the base portion in the direction perpendicular to the base portion and the surface bonded to the base portion, characterized in that the pin height (H) is formed in the range of 5mm to 15mm . In addition, the plate pin is characterized in that the pin pitch (F p ) is formed in the range of 0.5mm to 1.2mm. In addition, the plate pin is characterized in that the pin material thickness (t) is formed in the range of 0.1mm to 0.4mm. In addition, the plate pin is characterized in that the base portion (b) is formed in the range of 1mm to 4mm.

열전소자, 열전모듈, 열교환기, 플레이트핀, 핀 높이, 핀 피치, 핀 소재 두께, 베이스부 높이 Thermoelectric element, thermoelectric module, heat exchanger, plate fin, fin height, fin pitch, fin material thickness, base height

Description

열전모듈 열교환기 {A Heat Exchanger using Thermoelectric Modules}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a heat exchanger using thermoelectric modules,

본 발명은 열전모듈 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 핀블럭에 설계를 최적화한 플레이트핀(plate fin)을 사용함으로써 방열성능 향상, 압력강하 저감, 열교환기의 소형화 및 생산성 증대를 도모하는 열전모듈 열교환기에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric module heat exchanger, and more particularly, by using a plate fin optimized design to the pin block (thermoelectric module) to improve heat dissipation performance, pressure drop, miniaturization of the heat exchanger and productivity increase Relates to a heat exchanger.

열전소자(Thermoelectric Element)란 열과 전기의 상호작용으로 일어나는 각종 효과를 이용하는 소자를 총칭하는 것으로서, 온도가 높아짐에 따라 전기저항이 감소하는 부저항온도계수의 특성을 가지는 소자인 서미스터(thermistor), 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제베크(Seebeck) 효과를 이용한 소자, 전류에 의해 열의 흡수(또는 발생)가 생기는 현상인 펠티에(Peltier) 효과를 이용한 소자 등이 있다. 특히 펠티에 효과를 이용하여, 열-전기 열펌프로서 소형의 고체상의 소자로도 프레온식 컴프레서나 흡열식 냉동기와 비슷한 냉각기능을 수행할 수 있도록 만든 소자를 열전모듈(Thermoelectric Module)이라 한다. 펠티에 효과란 서로 다른 두 개의 전기적 양도체에 직류 전원을 가하였을 때 전류의 방향에 따라 일측은 가열되고 타측은 냉각되는 현상으로, 이러한 현상은 전자가 한쪽의 반도체에서 다른 쪽의 반도체로 이동하면서 에너지 준위를 높이기 위해 열에너지를 흡수하기 때문에 발생하게 된다.Thermoelectric Element is a generic term for elements that use various effects caused by the interaction of heat and electricity.Thermistor, temperature, which is a device with the characteristics of negative resistance temperature coefficient that decreases as the temperature increases, the electrical resistance decreases. There is a device using the Seebeck effect, a phenomenon in which electromotive force is generated by a difference, and a device using the Peltier effect, a phenomenon in which heat absorption (or generation) is caused by current. In particular, a thermoelectric module is called a thermoelectric module, which uses a Peltier effect to perform cooling functions similar to those of a Freon compressor or an endothermic freezer in a compact solid-state device as a heat-electric heat pump. The Peltier effect is a phenomenon in which one side is heated and the other side is cooled according to the direction of current when DC power is applied to two different electrical conductors. This phenomenon is caused by electrons moving from one semiconductor to the other. It is caused by absorbing thermal energy to increase

도 1은 이러한 열전모듈의 작동원리를 설명할 수 있는 간단한 회로를 도시하고 있다. N형 반도체(전류 캐리어가 주로 전자인 반도체)와 P형 반도체(전류 캐리어가 주로 정공인 반도체)를 도 1(A)와 같이 연결하고 직류 전원(3)을 인가하면 전자들은 시스템을 통과하는데 필요한 에너지를 얻게 되며, N형 반도체로부터 P형 반도체로 전자가 이동하는 과정에서, 상면(5)을 통과하는 전자들이 열에너지를 흡수함으로써 상면(5)은 냉각되며, 하면(4)에서는 전자들이 열에너지를 방출하게 되기 때문에 하면(4)은 가열되게 된다. 이 때, 냉각이 일어나는 상면(5)과 가열이 일어나는 하면(4) 사이에 적절한 열전달을 시키면, 열전모듈은 상면(5)에서 하면(4)으로 열을 이동시키는 열펌프(Heat Pump)로서 작동하게 된다. 열전모듈은 작동 환경에 따라 그 효율과 용량이 변화하게 되는데, 냉온 양측면의 온도차가 클수록 효율이 낮아지는 경향이 있다는 사실이 잘 알려져 있다. 따라서 열전모듈의 냉온 양측면의 온도차를 감소시켜 줄수록 열전모듈의 효율이 상승된다. 이와 같이 열전모듈은 전기에너지와 열에너지를 상호 교환할 수 있게 해 주는 소자이다.Fig. 1 shows a simple circuit that can explain the operation principle of this thermoelectric module. When an N-type semiconductor (a semiconductor in which a current carrier is mainly an electron) and a P-type semiconductor (a semiconductor in which a current carrier is mainly a hole) are connected as shown in FIG. 1A and a DC power source 3 is applied, electrons are required to pass through the system The electrons passing through the upper surface 5 absorb the thermal energy, so that the upper surface 5 is cooled. On the lower surface 4, electrons absorb heat energy. The lower surface 4 is heated. The thermoelectric module is operated as a heat pump for moving heat from the upper surface 5 to the lower surface 4 by appropriately transferring heat between the upper surface 5 where cooling occurs and the lower surface 4 where heating is performed . It is well known that the efficiency and capacity of a thermoelectric module vary depending on the operating environment. The higher the temperature difference on both sides of the cold temperature, the lower the efficiency is known. Therefore, the efficiency of the thermoelectric module increases as the temperature difference between both sides of the thermoelectric module is lowered. In this way, the thermoelectric module is a device that can exchange electric energy and heat energy.

도 1(B)는 일반적인 열전모듈의 형태를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이 P형 반도체와 N형 반도체는 평면 상에 서로 교차되게 배열되어 도체에 의해 서로 연결되고, 상하에 기판이 덮여진다. 도 1(B)에 도시된 바와 같이 (+), (-)의 전기를 외부에서 인가해 주면, 역시 도시된 바와 같이 일측에서는 흡열 현상이, 타측에서는 방열 현상이 발생하게 된다. 도 1(B)에 도시된 바와 같이 일반적으로 사용되는 열전모듈들은 다수 개의 P형 및 N형 반도체가 배열되고, 여기에 전기를 공급하기 위해 양, 음의 전선 1쌍이 결합된 형태로 이루어져 있다. 이와 같은 규격으로 만들어진 다수 개의 열전모듈들을 열교환기의 겉면에 배치하여 열전모듈 어레이를 형성함으로써, 열전모듈을 이용하여 열교환기의 열교환성능을 보다 향상시키려는 연구가 있어 왔다.Fig. 1 (B) shows a general thermoelectric module. As shown in the figure, the P-type semiconductor and the N-type semiconductor are arranged so as to cross each other on a plane and connected to each other by a conductor, and the substrate is covered on both the upper and lower sides. As shown in FIG. 1 (B), when electricity of (+) and (-) is externally applied, as shown in FIG. 1, an endothermic phenomenon occurs on one side and a heat dissipation phenomenon occurs on the other side. As shown in FIG. 1 (B), thermoelectric modules generally used include a plurality of P-type and N-type semiconductors arranged therein, and a pair of positive and negative electric wires are connected to supply electricity thereto. Research has been conducted to improve the heat exchange performance of a heat exchanger by using a thermoelectric module by disposing a plurality of thermoelectric modules made of such a standard on a surface of a heat exchanger to form a thermoelectric module array.

미국특허등록 제5,561,981호("Heat Exchanger for Thermoelectric Cooling Device", 이하 선행기술)에서는 도 2에 도시된 바와 같이 열전모듈 열교환기(1000')의 중앙에 냉각수 유입구 및 배출구가 구비된 수냉블록(200')을 배치하고, 상기 수냉블록(200')의 바깥쪽에 다수 개의 열전모듈들이 배열되어 있는 열전모듈 어레이(100') 및 방열핀블록(300')을 배치하여 하나의 열교환기에서 냉각 및 가열이 동시에 가능하도록 구설하고 있다. 방열핀블록(300')은 다수 열의 핀이 평행으로 적층된 구조로 되어 있으며, 중앙의 수냉블록(200')과 방열핀블록(300')도 서로 평행으로 배치된다. 상기 방열핀블록(300')들이 고정볼트(310')에 의하여 서로 체결됨으로써 상기 방열핀블록(300'), 수냉블록(200') 및 열전모듈 어레이(100')가 서로 일체로 결합될 수 있게 된다. 또한, 상기 열전모듈 어레이(100')에는 전선(110')이 연결되어 외부로부터 상기 열전모듈 어레이(100')에 전원을 공급한다.As shown in FIG. 2, a thermoelectric module heat exchanger 1000 'has a water cooling block 200 (see FIG. 2) having a cooling water inlet and an outlet at the center of the heat exchanger for thermoelectric cooling device And a thermoelectric module array 100 'and a heat radiating fin block 300' in which a plurality of thermoelectric modules are arranged outside the water cooling block 200 'are arranged and cooled and heated in one heat exchanger It is possible to make it simultaneously. The radiating fin block 300 'has a structure in which a plurality of rows of pins are stacked in parallel, and the central water-cooling block 200' and the radiating fin block 300 'are also arranged in parallel with each other. The heat sink fin block 300 ', the heat sink block 200' and the thermoelectric module array 100 'are integrally coupled to each other by fastening the heat sink pin blocks 300' to each other by the fixing bolts 310 ' . In addition, a wire 110 'is connected to the thermoelectric module array 100' to supply power to the thermoelectric module array 100 'from the outside.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 핀블럭에 설계를 최적화한 플레이트핀을 사용함으로써 방열성능 향상, 압력강하 저감, 열교환기의 소형화 및 생산성 증대를 도모하는 열전모듈 열교환기를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to improve the heat dissipation performance, pressure drop, miniaturization of the heat exchanger by using a plate fin optimized design to the pin block And a thermoelectric module heat exchanger for increasing productivity.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열전모듈 열교환기는, 내부에 냉각수가 유통되며, 유입 공기의 하류측에 냉각수가 유입되는 유입구(210)가 길이 방향으로 형성되고 유입 공기의 상류측에 상기 유입구(210)가 형성된 면에 냉각수가 배출되는 배출구(220)가 길이 방향으로 형성되고, 상기 유입구(210) 및 배출구(220) 각각과 연결되는 통로를 포함하여 적어도 2개 이상의 통로가 길이 방향으로 연장되어 서로 연결되어 형성되는 유로(230)가 그 내부 또는 외부에 형성되는 수냉블록(200), 상기 수냉블록(200)의 상하 양면에 구비되는 열전모듈 어레이(100), 상기 열전모듈 어레이(100) 층의 바깥쪽 양측에 밀착되어 고정 구비되며 상기 수냉블록(200)의 폭 방향으로 공기를 유통시키는 방열핀블록(300)으로 이루어지는 단위 열교환기(500); 를 포함하되, 상기 단위 열교환기(500)는 하나 또는 적어도 2개 이상이 높이 방향으로 적층되어 구성되며, 상기 방열핀블록(300)에 사용되는 핀은 상기 열전모듈 어레이(100)의 상면 또는 하면과 나란하게 형성되어 이와 면접합하는 베이스부와 상기 베이스부에 수직한 방향으로 상기 베이스부로부터 연장 형성된 방열부로 이루어진 플레이트핀으로서, 핀 높이(H)가 5mm 내지 15mm의 범위 내로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 핀 높이(H)가 9mm 내지 14mm의 범위 내로 형성되는 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 플레이트핀은 핀 피치(Fp)가 0.5mm 내지 1.2mm의 범위 내로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 플레이트핀은 핀 소재 두께(t)가 0.1mm 내지 0.4mm의 범위 내로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 플레이트핀은 베이스부 높이(b)가 1mm 내지 4mm의 범위 내로 형성되는 것을 특징으로 한다.The thermoelectric module heat exchanger of the present invention for achieving the object as described above, the inlet 210 through which the coolant flows, the coolant flows into the downstream of the inlet air is formed in the longitudinal direction and upstream of the inlet air At least two passages including a passage connected to each of the inlet 210 and the outlet 220 are formed in the longitudinal direction, the outlet 220 for discharging the coolant is formed in the longitudinal direction on the surface on which the inlet 210 is formed Flow paths 230 formed to be connected to each other by being extended to each other are formed in the water cooling block 200, the thermoelectric module array 100 is provided on the upper and lower sides of the water cooling block 200, the thermoelectric module array ( 100) a unit heat exchanger (500) made of a heat dissipation fin block (300) in close contact with both outer sides of the layer and fixed and provided to distribute air in the width direction of the water cooling block (200); It includes, but the unit heat exchanger 500 is composed of one or at least two or more stacked in the height direction, the fins used in the heat dissipation fin block 300 and the upper or lower surface of the thermoelectric module array 100 and It is formed side by side and the plate portion consisting of a heat dissipating portion extending from the base portion in the direction perpendicular to the base portion and the surface bonded to the base portion, characterized in that the pin height (H) is formed in the range of 5mm to 15mm. At this time, the pin height H is more preferably formed in the range of 9mm to 14mm. In addition, the plate pin is characterized in that the pin pitch (F p ) is formed in the range of 0.5mm to 1.2mm. In addition, the plate pin is characterized in that the pin material thickness (t) is formed in the range of 0.1mm to 0.4mm. In addition, the plate pin is characterized in that the base portion (b) is formed in the range of 1mm to 4mm.

또한, 상기 유로(230)는 상기 수냉블록(200)의 내측에 U자형으로 형성되는 내측유로로서 구현되는 것을 특징으로 한다. 또는, 상기 유로(230)는 상기 수냉블록(200)의 외측에 U자형으로 벤딩된 파이프가 부착되는 외측유로로서 구현되는 것을 특징으로 한다.In addition, the flow path 230 is characterized in that it is implemented as an inner flow path formed in a U-shape inside the water cooling block 200. Alternatively, the flow path 230 may be implemented as an outer flow path to which a pipe bent in a U shape is attached to the outside of the water cooling block 200.

또한, 상기 열전모듈 열교환기(1000)는 적어도 2개 이상의 상기 단위 열교환기(500)가 높이 방향으로 적층되어 형성되며, 상기 단위 열교환기(500)들의 상기 유입구(210)들을 높이 방향으로 서로 연결하며, 상기 유입구(210)들로 냉각수를 분배하여 유입시키도록 냉각수 입구(410)가 형성되는 제1연통로(400a); 및 상기 단위 열교환기(500)들의 상기 배출구(220)들을 높이 방향으로 서로 연결하며, 상기 배출구(220)들로부터 배출된 냉각수를 모아 배출시키도록 냉각수 출구(420)가 형성되는 제2연통로(400b); 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 냉 각수 입구(410)는 상기 제1연통로(400a)의 하부에, 상기 냉각수 출구(420)는 상기 제2연통로(400b)의 상부에 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the thermoelectric module heat exchanger 1000 is formed by stacking at least two unit heat exchangers 500 in a height direction, and connecting the inlets 210 of the unit heat exchangers 500 to each other in a height direction. A first communication path 400a having a coolant inlet 410 formed to distribute and cool the coolant to the inlets 210; And a second communication path connecting the outlets 220 of the unit heat exchangers 500 to each other in a height direction, and having a coolant outlet 420 formed to collect and discharge the coolant discharged from the outlets 220. 400b); And further comprising: In this case, the coolant inlet 410 is disposed below the first communication path 400a, and the coolant outlet 420 is disposed above the second communication path 400b.

더불어, 상기 유입구(210) 및 상기 배출구(220)는 공기의 흐름과 냉각수의 흐름이 대향류를 이루도록 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the inlet 210 and the outlet 220 is characterized in that the flow of air and the flow of cooling water is arranged to form a counter flow.

본 발명에 의하면, 핀블럭에 플레이트핀을 채용하는 열전모듈 열교환기에 있어서, 수치적으로 설계를 최적화함으로써 방열성능 향상과 압력강하 저감을 동시에 달성하게 되는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의한 플레이트핀은 최적화로 인하여 같은 방열성능을 내면서도 종래의 핀보다 작은 크기로 형성될 수 있으므로 종래에 비해 열전모듈 열교환기의 크기가 소형화되는 효과가 있으며, 이에 따라 엔진룸 내의 공간활용성을 증대시키는 효과가 있다. 또한, 상술한 바와 같이 플레이트핀의 크기가 작아짐으로써 핀 소재로 사용되는 재료를 절약할 수 있으며, 따라서 생산 시 비용 절감 효과가 있으며 이에 따른 생산성 향상 효과 역시 도모할 수 있다.According to the present invention, in a thermoelectric module heat exchanger employing a plate fin as a pin block, by numerically optimizing the design, there is an effect of simultaneously achieving a heat radiation performance improvement and a pressure drop reduction. In addition, the plate fin according to the present invention can be formed in a smaller size than the conventional fins while having the same heat dissipation performance due to optimization, there is an effect that the size of the thermoelectric module heat exchanger is reduced compared to the conventional, accordingly in the engine room There is an effect of increasing the space utilization. In addition, as described above, as the size of the plate pin is reduced, it is possible to save the material used as the pin material, and thus, there is a cost reduction effect in production, thereby improving productivity.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 열전모듈 열교환기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a thermoelectric module heat exchanger according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 열전모듈 열교환기를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 열전모듈 열교환기(1000)는 단일 개 또는 적어도 2개 이상의 단위 열교환기(500)가 높이 방향으로 적층되어 이루어진다. 상기 단위 열교환기는 중앙에 배치되어 내부에 냉각수가 유통되며, 유입 공기의 하류측에 냉각수가 유입되는 유입구(210)가 길이 방향으로 형성되고 유입 공기의 상류측에 상기 유입구(210)가 형성된 면에 냉각수가 배출되는 배출구(220)가 길이 방향으로 형성되고, 상기 유입구(210) 및 배출구(220) 각각과 연결되는 통로를 포함하여 적어도 2개 이상의 통로가 길이 방향으로 연장되어 서로 연결되어 형성되는 유로(230)가 그 내부(도 3(A)의 좌측) 또는 외부(도 3(A)의 우측)에 형성되는 수냉블록(200), 상기 수냉블록(200)의 상하 양면에 구비되는 열전모듈 어레이(100) 및 상기 열전모듈 어레이(100) 층의 바깥쪽 양측에 밀착되어 고정 구비되며 상기 수냉블록(200)의 폭 방향으로 공기를 유통시키는 방열핀블록(300)을 포함하여 이루어진다.Figure 3 shows a thermoelectric module heat exchanger of the present invention. As shown, the thermoelectric module heat exchanger 1000 is made of a single or at least two or more unit heat exchangers 500 are stacked in the height direction. The unit heat exchanger is disposed in the center and the coolant flows therein, and an inlet 210 through which the coolant flows is formed downstream of the inlet air in a longitudinal direction, and the inlet 210 is formed on the upstream side of the inlet air. A flow path in which the outlet port 220 through which the coolant is discharged is formed in a length direction, and at least two passages extending in the length direction and connected to each other, including a passage connected to each of the inlet 210 and the outlet 220. The water cooling block 200 is formed in the inside (left side of Fig. 3 (A)) or the outside (right side of Fig. 3 (A)), the thermoelectric module array provided on the upper and lower sides of the water cooling block 200 100 and the heat dissipation fin block 300 provided in close contact with both outer sides of the thermoelectric module array 100 and flowing air in the width direction of the water cooling block 200.

상기 수냉블록(200)은 도 3(A)의 좌측에 도시된 바와 같이 유로(230)가 몸체의 내부에 형성되거나 또는 우측에 도시된 바와 같이 외부에 형성될 수도 있다. 도 3(A)의 우측에 도시된 바와 같이 상기 유로(230)가 상기 수냉블록(200) 몸체 외부에 형성될 경우 상기 유로(230)의 지름보다 상기 수냉블록(200) 몸체의 두께가 동일하거나 작게 형성될 수 있는데, 이와 같이 형성될 경우 상기 수냉블록(200) 몸체 상에 구비되는 상기 열전모듈 어레이(100)가 상기 수냉블록(200) 외측으로 돌출되는 높이를 크게 줄일 수 있기 때문에 궁극적으로 열전모듈 열교환기(1000) 자체의 부피를 줄일 수 있게 되는 장점이 있다.The water cooling block 200 may be formed inside the body as shown in the left side of Figure 3 (A) or the outside as shown on the right side. As shown in the right side of FIG. 3A, when the flow path 230 is formed outside the body of the water cooling block 200, the thickness of the body of the water cooling block 200 is equal to or greater than the diameter of the flow path 230. The thermoelectric module array 100 provided on the body of the water cooling block 200 may greatly reduce the height protruding to the outside of the water cooling block 200. There is an advantage that can reduce the volume of the module heat exchanger (1000) itself.

상기 방열핀블록(300)은 코루게이트 핀으로 형성될 경우 핀의 변형 및 손상 을 막기 위해 핀 주변에 구비되는 보호판을 더 포함하여 구성될 수도 있으며, 도 3(C)에 도시된 본 발명의 열전모듈 열교환기(1000)에서와 같이 상기 방열핀블록(300)에 채용되는 핀이 플레이트핀일 경우에는, 핀을 고정하고 변형이나 손상을 방지하기 위한 별도의 보호판 등이 구비되지 않아도 무방하다. 또한 본 발명의 열전모듈 열교환기(1000)에서, 각 단위 열교환기(500)들의 유입구(210) 및 배출구(220)는 외측으로 연장 돌출되어 있는데, 상기 유입구(210)들끼리 또는 상기 배출구(220)들끼리를 연결하여 연통시키는 연통로(400a, 400b)가 더 구비된다. 상기 유입구(210)들을 연결하는 제1연통로(400a)에는 냉각수 입구(410)가, 상기 배출구(220)들을 연결하는 제2연통로(400b)에는 냉각수 출구(420)가 구비된다. 상기 냉각수 입구(410)는 상기 제1연통로(400a)의 하부에, 상기 냉각수 출구(420)는 상기 제2연통로(400b)의 상부에 구비되는 것이 바람직하다.The heat dissipation fin block 300 may be configured to further include a protective plate provided around the fin to prevent deformation and damage of the fin when formed as a corrugated fin, the thermoelectric module of the present invention shown in Figure 3 (C) When the fins employed in the heat dissipation fin block 300 are plate fins as in the heat exchanger 1000, a separate protection plate for fixing the fins and preventing deformation or damage may not be provided. In addition, in the thermoelectric module heat exchanger 1000 of the present invention, the inlet 210 and the outlet 220 of each unit heat exchanger 500 are protruded outwardly, the inlet 210 or the outlet 220 Communication paths 400a and 400b are further provided to connect and communicate with each other. The cooling water inlet 410 is provided at the first communication path 400a connecting the inlets 210, and the cooling water outlet 420 is provided at the second communication path 400b connecting the outlets 220. The cooling water inlet 410 is preferably provided below the first communication path 400a, and the cooling water outlet 420 is provided above the second communication path 400b.

도 3(C)에서 상기 열전모듈 열교환기(1000)를 정면에서 보았을 때 오른쪽으로부터 왼쪽으로 통과하는데, 고온의 공기가 상기 열전모듈 열교환기(1000)를 통과하면서 저온이 된다. 또한, 도 3(C)에서 상기 냉각수 입구(410)는 왼쪽에, 상기 냉각수 출구(420)는 오른쪽에 배치되는데, 저온의 냉각수가 상기 열전모듈 열교환기(1000)를 통과하면서 고온이 된다. 따라서 도 3(C)에서, 상기 열전모듈 열교환기(1000)의 왼쪽에서는 저온의 공기 및 저온의 냉각수가, 상기 열전모듈 열교환기(1000)의 오른쪽에서는 고온의 공기 및 고온의 냉각수가 각각 서로 열교환하게 된다. 일반적으로 열전모듈은 양쪽 온도차가 적을수록 높은 성능을 낸다는 점이 잘 알려져 있는 바, 이와 같이 공기와 냉각수가 대향류를 이루도록 유로를 설계함으로 써 상기 열전모듈 열교환기(1000)의, 특히 상기 열전모듈 어레이(100)에서의 열교환성능을 더욱 높일 수 있다. 도 3(C)에서는 공기가 오른쪽에서 왼쪽으로 통과하는 것으로 도시되어 있으므로 상기 냉각수 입구(410)가 왼쪽에, 상기 냉각수 출구(420)가 오른쪽에 배치되었으나, 물론 공기의 방향이 반대(왼쪽에서 오른쪽으로 통과)인 경우라면 상기 냉각수 입구(410)가 오른쪽에, 상기 냉각수 출구(420)가 왼쪽에 배치되어야 한다. 즉, 공기의 방향이 어느 쪽이라 하더라도 상기 냉각수 입구(410) 및 냉각수 출구(420)는 공기의 흐름과 냉각수의 흐름이 대향류를 이루도록 형성되기만 하면 된다. 즉 상기 유로(230)로 유통되는 냉각수와 상기 방열핀블록(300)을 통과하여 유통되는 공기는 서로 그 유동 방향이 직교하도록 되어 있으며, 또한 고온의 냉각수는 고온의 공기와, 저온의 냉각수는 저온의 공기와 열교환을 하는 대향류를 이루도록 되어 있다.In FIG. 3C, when the thermoelectric module heat exchanger 1000 is viewed from the front, the thermoelectric module heat exchanger 1000 passes from the right to the left side, and the high temperature air passes through the thermoelectric module heat exchanger 1000 to become low temperature. In addition, in FIG. 3C, the coolant inlet 410 is disposed on the left side, and the coolant outlet 420 is disposed on the right side, and the coolant having a low temperature passes through the thermoelectric module heat exchanger 1000 and becomes high temperature. Accordingly, in FIG. 3C, low temperature air and low temperature coolant are exchanged with each other on the left side of the thermoelectric module heat exchanger 1000, and high temperature air and high temperature coolant are respectively exchanged with each other on the right side of the thermoelectric module heat exchanger 1000. Done. In general, it is well known that a thermoelectric module exhibits high performance as the temperature difference between both sides decreases. Thus, the thermoelectric module heat exchanger 1000 of the thermoelectric module heat exchanger 1000, in particular, the thermoelectric module array is designed by designing a flow path such that air and cooling water face opposite flows. The heat exchange performance at 100 can be further improved. In FIG. 3 (C), since the air passes from right to left, the coolant inlet 410 is disposed on the left side, and the coolant outlet 420 is disposed on the right side. ), The coolant inlet 410 should be disposed on the right side and the coolant outlet 420 on the left side. That is, regardless of the direction of air, the cooling water inlet 410 and the cooling water outlet 420 only need to be formed such that the flow of air and the flow of cooling water are in opposite directions. That is, the coolant circulated through the flow path 230 and the air circulated through the heat dissipation fin block 300 are orthogonal to each other in the flow direction thereof, and the high temperature coolant is hot air, and the low temperature coolant is low temperature. It is intended to achieve a counter flow that exchanges heat with air.

한편, 플레이트핀은 통상적으로 컴퓨터의 CPU 등과 같은 전자부품의 쿨링에 많이 사용되어 왔다. 그러나 열교환기에 구비되는 플레이트핀과 통상적으로 사용되는 플레이트핀은 환경이 상당히 다르다. 일례로, 전자부품 쿨링에 사용되는 플레이트핀과 비교하였을 때 열교환기에 구비되는 플레이트핀은 상대적으로 훨씬 크다. 또한 전자부품 쿨링에 사용되는 플레이트핀 주변의 공기는 대개 정지해 있는데, 열교환기에 구비되는 플레이트핀의 경우 블로우팬을 사용하여 강제적으로 공기를 불어주게 되어 있으므로, 항상 일정 속도 이상의 공기가 유통하게 된다.On the other hand, plate fins have been commonly used for the cooling of electronic components such as the CPU of a computer. However, the plate fins provided in the heat exchanger and the plate fins commonly used are quite different in environment. For example, the plate fins provided in the heat exchanger are relatively much larger than the plate fins used for cooling the electronic components. In addition, the air around the plate fins used for cooling the electronic components is usually stopped. In the case of the plate fins provided in the heat exchanger, air is forcedly blown by using a blow fan, so that air of a certain speed is always circulated.

상기 수냉블록(200)의 내부에는 냉각수가 유통되며, 상기 방열핀블록(300)은 냉각수의 유통 방향과 직교하는 방향으로 공기를 유통시킨다. 냉각수로부터 발산된 열을 상기 방열핀블록(300)에서 공기로 전달함으로써 냉각수가 냉각되게 되며, 따라서 상기 방열핀블록(300)에 구비되는 방열핀은 방열성능이 높을수록 좋다는 것은 자명한 사실이다. 방열핀의 방열성능을 높이기 위해서는 공기와 접촉하는 면적을 넓히면 되지만, 이를 위해 방열핀을 지나치게 촘촘하게 형성하면 흐름 저항이 커지게 된다. 상기 방열핀블록(300)을 통과하는 흐름 저항이 커지게 되면 방열성능에도 악영향을 끼칠 뿐만 아니라 공기를 펌핑하는 파워도 커져야 하기 때문에 에너지의 손실이 발생하게 된다.Cooling water is distributed in the water cooling block 200, and the heat dissipation fin block 300 distributes air in a direction orthogonal to the flow direction of the cooling water. Cooling water is cooled by transferring the heat radiated from the cooling water to the air in the heat radiation fin block 300, and therefore, it is obvious that the heat radiation fin provided in the heat radiation fin block 300 is better the heat radiation performance. In order to increase the heat dissipation performance of the heat dissipation fin, it is necessary to widen the area in contact with the air. When the flow resistance passing through the heat radiating fin block 300 becomes large, energy loss occurs because not only adversely affects heat dissipation performance but also power for pumping air must be increased.

따라서 상기 방열핀블록(300)에 구비되는 플레이트핀을 설계함에 있어서, 통상적으로 전자부품 쿨링에 사용되는 플레이트핀과는 전혀 다른 사용 환경과, 방열성능을 높이면 압력강하가 커진다는 점을 고려하여 최적 설계 조건을 찾는 것이 필요하다.Therefore, in designing the plate fin provided in the heat dissipation fin block 300, the optimum design considering the use environment that is different from the plate fin generally used for cooling the electronic components, and the pressure drop increases when the heat dissipation performance is increased. It is necessary to find the condition.

도 4는 본 발명의 열전모듈 어레이와 플레이트핀이 결합된 부분의 일부를 확대하여 상세하게 도시한 것으로, 수냉블록(200) 위에 열전모듈 어레이(100)가 배치되고 그 위에 방열핀블록(300)이 구비되며, 상기 열전모듈 어레이(100)의 P형 반도체 및 N형 반도체 배치는 도시된 바와 같다. 본 발명에서 상기 방열핀블록(300)은 플레이트핀으로 이루어지므로 방열핀블록(300)에는 핀의 변형 및 손상을 방지하기 위한 보호판 등이 구비되지 않아도 무방하다. 또한, 도 4에는 수냉블록(200) - 열전모듈 어레이(100) - 방열핀블록(300)이 모두 직접 결합된 것으로 도시되어 있으 나, 열전모듈 어레이(100)의 변형 및 손상을 막고 열전달을 더욱 효과적으로 하기 위한 열전도판이 상기 수냉블록(200) - 열전모듈 어레이(100) 사이 및/또는 상기 열전모듈 어레이(100) - 방열핀블록(300) 사이에 더 구비되어 있어도 무방하다.4 is an enlarged detail of a portion of the thermoelectric module array and plate fins coupled to the present invention. The thermoelectric module array 100 is disposed on the water cooling block 200 and the heat dissipation fin block 300 is disposed thereon. The P-type semiconductor and the N-type semiconductor arrangement of the thermoelectric module array 100 are provided as shown. In the present invention, since the heat dissipation fin block 300 is formed of a plate fin, the heat dissipation fin block 300 may not be provided with a protective plate for preventing deformation and damage of the fin. In addition, FIG. 4 illustrates that the water cooling block 200-the thermoelectric module array 100-the heat dissipation fin block 300 are all directly coupled to each other, thereby preventing deformation and damage of the thermoelectric module array 100 and more effectively transferring heat. A thermal conductive plate may be further provided between the water cooling block 200 and the thermoelectric module array 100 and / or between the thermoelectric module array 100 and the heat dissipation fin block 300.

이와 같이 배치된 상기 열전모듈 어레이(100)에 역시 도시된 바와 같은 방향으로 전원을 걸어 주면, 상기 방열핀블록(300) 쪽으로부터 상기 수냉블록(200) 쪽으로 열이 펌핑되게 된다. 따라서 고온의 공기가 상기 방열핀블록(300)을 지나면서 열을 빼앗겨 저온이 되며, 저온의 냉각수가 상기 수냉블록(200)을 통과하면서 상기 열전모듈 어레이(100)에 의하여 펌핑된 열을 공급받아 고온이 되어 배출되게 된다.When the power is applied to the thermoelectric module array 100 arranged as described above, the heat is pumped from the heat dissipation fin block 300 toward the water cooling block 200. Therefore, high temperature air is deprived of heat as it passes through the heat radiating fin block 300 to become low temperature, and low temperature cooling water passes through the water cooling block 200 to receive the heat pumped by the thermoelectric module array 100. Will be discharged.

도 5는 방열핀블록에 사용되는 플레이트핀을 도시한 것이다. 플레이트핀은 도시된 바와 같이 판재로 된 베이스부(20)에 수직으로 다수 개의 판재로 된 핀부(10)가 평행하게 배열 결합된 형태로 형성된다.Figure 5 shows the plate fin used in the heat radiation fin block. As shown in the drawing, the plate pins are formed in a shape in which a plurality of plate portions 10 are formed in parallel to each other in parallel to the base portion 20 made of a plate.

이하에서 도 5에 도시된 바와 같이 플레이트핀의 길이는 L, 폭은 W로 표시한다. 또한 베이스부(20)의 높이를 b로 표시하고, 핀부(10)의 높이(즉 전체 높이에서 베이스부(20)의 높이를 제외한 높이로서 실제로 공기와 접촉되어 열교환이 일어나는 부분의 높이)는 H로 표시한다. 더불어, 각 핀 사이의 간격 즉 핀 피치는 Fp로 표시하고, 핀 소재 두께는 t로 표시한다.Hereinafter, as shown in FIG. 5, the length of the plate pin is represented by L and the width is represented by W. FIG. In addition, the height of the base portion 20 is denoted by b, and the height of the fin portion 10 (that is, the height of the entire height except the height of the base portion 20 as the height of the portion where heat exchange occurs due to the actual heat exchange) is H. To be displayed. In addition, the spacing between each pin, that is, the pin pitch, is denoted by F p , and the pin material thickness is denoted by t.

이하에서 플레이트핀의 베이스부 높이(b), 핀 높이(H), 핀 피치(Fp), 핀 소 재 두께(t)의 설계를 최적화하기 위한 과정을 설명한다.Hereinafter, a process for optimizing the design of the base portion height (b), pin height (H), pin pitch (F p ), pin material thickness (t) of the plate pin will be described.

도 6은 핀 소재 두께 및 핀 피치에 따른 방열성능의 변화를 도시한 그래프이다. 도 6에서 핀 소재 두께(t) 및 핀 피치(Fp)의 단위는 모두 mm이다. 방열성능은 최대치를 100%로 하여 단계적으로 % 값이 표시되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 핀 소재 두께(t)가 작아질수록 방열성능이 높아지며, 핀 소재 두께(t)가 0.1mm 정도이고 핀 피치(Fp)가 0.5mm ~ 1.2mm 정도의 범위 내에 있을 때 가장 높은 방열성능을 보이는 것을 알 수 있다. 핀 피치(Fp)가 커질수록 핀과 공기의 접촉 면적이 작아지게 되기 때문에 방열성능이 낮아진다는 것은 자명한 사실이다. 그러나 핀 피치(Fp)가 지나치게 작아지게 되면 핀과 공기의 접촉 면적이 커져 방열성능이 향상을 기대할 수 있는 대신 공기의 흐름 저항이 커져 압력강하가 커지게 된다. 압력강하가 커지게 되면 공기가 핀을 통과하여 나오지 못하거나 매우 느린 속도로 통과하게 되므로 이에 따라 방열성능이 낮아질 수도 있다. 이러한 문제를 피하기 위하여 핀 피치(Fp)가 많이 작은 경우에는 공기가 핀을 통과하여 나오게 하기 위하여 보다 강하게 공기를 불어 주어야 하며, 이에 따라 결국은 공기의 펌핑 파워가 증가하여 전체적인 시스템에서의 에너지 낭비가 발생하게 된다. 즉 압력강하가 커지면 방열성능에 악영향을 끼치거나 또는 전체 시스템에서의 에너지 낭비가 발생하게 되는 것이다.6 is a graph showing a change in heat dissipation performance according to the fin material thickness and fin pitch. In FIG. 6, the unit of the fin material thickness t and the fin pitch F p are both mm. The heat dissipation performance is expressed as a percentage value with the maximum value of 100%. As shown in FIG. 6, the smaller the fin material thickness t, the higher the heat dissipation performance, and the fin material thickness t is about 0.1 mm and the pin pitch F p is in the range of about 0.5 mm to 1.2 mm. It can be seen that the highest heat dissipation performance when there is. As the fin pitch F p is increased, it is obvious that the heat dissipation performance is lowered because the contact area between the fin and the air is smaller. However, when the fin pitch F p becomes too small, the contact area between the fin and the air increases, and the heat dissipation performance can be expected to be improved, but the air flow resistance increases, thereby increasing the pressure drop. If the pressure drop increases, the air may not pass through the fin or pass at a very slow speed, which may lower the heat radiation performance. To avoid this problem, if the pin pitch F p is too small, the air must be blown harder to get air through the pin, which in turn increases the pumping power of the air and wastes energy in the overall system. Will occur. In other words, a large pressure drop adversely affects heat dissipation performance or wastes energy in the entire system.

따라서 플레이트핀을 설계할 때에는 방열성능과 압력강하를 모두 고려하여 최적의 설계 조건을 찾아야 한다.Therefore, when designing plate fins, it is necessary to find the optimal design conditions in consideration of both heat dissipation performance and pressure drop.

도 7은 핀 높이와 방열성능 및 압력강하의 관계 그래프로, 여기서 핀 높이(H)란 도 5에 표시된 바와 같은 부분의 수치이다. 핀 높이(H)가 커지면 단일 핀으로서는 공기와의 접촉 면적이 넓어져 방열성능이 증가할 것을 기대할 수 있지만, 도 3에 도시된 바와 같은 열전모듈 열교환기(1000) 전체의 관점에서 볼 때, 핀 높이(H)가 커지면 방열핀블록(300)의 부피가 증가하게 되며 따라서 열전모듈 열교환기(1000) 자체의 부피 제한 조건에 따라 방열핀블록(300)의 개수, 나아가서는 단위 열교환기(500)의 개수를 줄여야 하거나 또는 수냉블록(200)이 차지하는 부피와 방열핀블록(300)이 차지하는 부피 사이의 비율 관계에 따라 오히려 전체적인 방열성능이 감소할 가능성도 있다. 도 7의 그래프에 도시된 바와 같이, 실제로 방열성능은 핀 높이(H)가 증가함에 따라 증가하는 경향을 보이다 어느 시점부터는 오히려 감소하는 경향을 보이고 있다는 것을 알 수 있다. 도 7의 핀 높이(H)-방열성능 그래프를 얻기 위한 실험 결과치에서 방열성능 최대값을 100%로 잡았을 때, 상기 방열핀블록(300)에 채용되는 플레이트핀을 설계함에 있어서, 플레이트핀의 핀 높이(H)는 90% 이상의 방열성능을 얻을 수 있는 값으로 잡는 것이 바람직하다.FIG. 7 is a graph showing the relationship between the fin height, the heat dissipation performance and the pressure drop, wherein the fin height H is a numerical value of a portion as shown in FIG. 5. If the fin height (H) is increased, it can be expected that the heat dissipation performance is increased as the single fin fin becomes wider contact area with air, but in terms of the entire thermoelectric module heat exchanger 1000 as shown in FIG. As the height H increases, the volume of the heat dissipation fin block 300 increases, and accordingly, the number of the heat dissipation fin blocks 300 and the number of unit heat exchangers 500 according to the volume limitation condition of the thermoelectric module heat exchanger 1000 itself. It is possible to reduce or decrease the overall heat dissipation performance depending on the ratio relationship between the volume occupied by the water cooling block 200 and the volume occupied by the heat dissipation fin block 300. As shown in the graph of FIG. 7, in fact, the heat dissipation performance tends to increase as the fin height H increases. In designing the plate fin employed in the heat radiation fin block 300 when the maximum heat dissipation performance is set to 100% in the experimental result for obtaining the fin height (H) -heat dissipation performance graph of FIG. 7, the fin height of the plate fin (H) is preferably set to a value that can achieve a heat dissipation performance of 90% or more.

또한, 상술한 바와 같이 방열성능 뿐만 아니라 압력강하 역시 설계 조건으로 고려되어야 한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 압력강하 양은 핀 높이(H)가 작아짐에 따라 급격하게 증가한다. 도 7의 핀 높이(H)-압력강하 그래프를 얻기 위한 실험 결 과치에서 압력강하 최대값을 100%로 잡았을 때, 플레이트핀의 핀 높이(H)는 90% 이하의 압력강하가 발생할 수 있는 값으로 잡는 것이 바람직하다.In addition, as described above, not only the heat radiation performance but also the pressure drop should be considered as a design condition. As shown in FIG. 7, the amount of pressure drop increases rapidly as the pin height H decreases. When the maximum value of the pressure drop is 100% in the experimental results for obtaining the pin height (H) -pressure drop graph of FIG. 7, the pin height (H) of the plate pin is a value at which pressure drop of 90% or less can occur. It is preferable to catch with.

따라서, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 열전모듈 열교환기(1000)의 방열핀블록(300)에 채용되는 플레이트핀의 핀 높이(H)는 5mm ~ 15mm 범위 내의 값을 갖는 것이 바람직하다.Therefore, as shown in FIG. 7, the fin height H of the plate fins employed in the heat dissipation fin block 300 of the thermoelectric module heat exchanger 1000 preferably has a value within a range of 5 mm to 15 mm.

이 때, 보다 바람직하게는, 방열성능이 최대한 극대화될수록 좋다. 따라서 방열성능이 97% 이상인 범위로서 핀 높이(H)가 9mm 내지 14mm의 범위 내로 형성되는 것이 더욱 바람직하다. 상기 범위에서는 압력강하량도 더 낮아지게 되므로 더욱 바람직하다.At this time, more preferably, the heat dissipation performance is maximized as much as possible. Therefore, the heat dissipation performance is more preferably 97% or more, the fin height (H) is more preferably formed in the range of 9mm to 14mm. In this range, the amount of pressure drop is also lower, which is more preferable.

도 8은 베이스부 높이와 열저항의 관계 그래프로, 여기에서 베이스부 높이(b)란 도 5에 표시된 바와 같은 부분의 수치이다. 플레이트핀에서의 열교환 원리를 간단히 설명하자면, 베이스부(20)에서는 열전도에 의한 열교환이 중점적으로 일어나며, 핀부(10)에서는 핀부(10) 주변의 공기와의 접촉에 의하여 대류에 의한 열교환이 중점적으로 일어난다. 베이스부 높이(b)가 높을수록 열이 전도되는 거리가 길어지게 되며, 따라서 베이스부 높이(b)가 높아지면 열저항이 커지게 될 것으로 예상할 수 있다.FIG. 8 is a relation graph of the height of the base portion and the heat resistance, where the base portion height b is a numerical value of the portion as shown in FIG. 5. To briefly explain the heat exchange principle of the plate fin, heat exchange due to heat conduction occurs mainly in the base portion 20, and heat exchange due to convection is mainly performed in contact with the air around the fin portion 10 in the fin portion 10. Happens. The higher the height of the base portion b, the longer the distance the heat conducts. Therefore, the higher the base portion height b, the greater the thermal resistance can be expected.

도 8을 보면 실제로도 상술한 바와 같은 결과가 얻어짐을 알 수 있다. 즉, 핀부 높이(H)를 일정하게 하고 베이스부 높이(b)만을 달리하였을 때, 대류 열전달에 대한 열저항은 일정하게 유지되나, 베이스부 높이(b)가 작아질수록 전도에 의한 열저항이 급격히 상승하고, 따라서 전체적인 열저항 값이 상승하게 된다. 그러나 베이스부(b) 높이가 커짐에 따라 열저항이 지속적으로 감소하지는 않으며, 일정 범위 이상이 되면 열전도에 의한 열저항 값이 일정해지게 된다. 통상적으로 전자부품의 쿨링에 사용되는 플레이트핀은 전체 열저항 값이 일정한 값으로 수렴하는 영역 내에 있도록 베이스부 높이(b)를 설계한다. 도 8에 도시된 바와 같이 전체 열저항 값이 일정한 값으로 수렴하는 영역은 베이스부 높이(b)가 약 7mm 이상인 영역이며, 일반적으로 종래의 플레이트핀은 베이스부 높이(b)가 7mm ~ 20mm 정도가 되도록 설계된다.8, it can be seen that the same results as described above are obtained. That is, when the fin height H is constant and only the base height b is different, the thermal resistance to convective heat transfer is kept constant, but as the base height b is smaller, the thermal resistance due to conduction is increased. It rises sharply and thus the overall heat resistance value rises. However, as the height of the base portion b increases, the thermal resistance does not continuously decrease. When the base portion b becomes larger than the predetermined range, the thermal resistance due to the thermal conductivity becomes constant. Typically, the plate fins used for cooling the electronic components design the base part height b so that the total heat resistance value is in a region where the constant value converges. As shown in FIG. 8, the region where the total heat resistance value converges to a constant value is a region where the base portion b has a height of about 7 mm or more, and in general, the plate fin has a base portion b having a height of about 7 mm to 20 mm. It is designed to be.

그런데, 상술한 바와 같이 일반적인 전자부품에 사용되는 플레이트핀과 열전모듈 열교환기(1000)의 방열핀블록(300)에 사용되는 플레이트핀은 그 사용 환경 및 적용 조건이 서로 매우 다르다. 특히 열교환기에 사용되는 플레이트핀은, 엔진룸 내의 공간 활용성 상승 및 이에 따른 열전모듈 열교환기(1000)의 소형화를 달성하기 위하여 각 부품의 크기도 최대한 소형화되어야 한다. 또한 열교환기에 사용되는 플레이트핀은, 플레이트핀을 통과하여 지나가는 공기가 실내의 냉난방에 사용되므로 플레이트핀과 공기 사이의 열교환이 원활하게 이루어지도록 하는 것이 매우 중요하다. 베이스부(20)에서는 실질적으로 공기와의 열교환이 거의 이루어지지 않을 뿐만 아니라, 베이스부(20)는 공기의 흐름을 차단하여 공기 유동에 대하여 압력강하를 발생시키는 주 원인이 된다는 사실이 잘 알려져 있다. 따라서 열교환기에 사용되는 플레이트핀에서는, 베이스부(20)는 최대한 그 크기가 축소되고 핀부(10)의 크기가 확대되는 것이 유리하다. 이와 같은 여러 가지 이유에 의하여, 열전모듈 열 교환기(1000)의 방열핀블록(300)에 채용되는 플레이트핀의 베이스부 높이(b)는, 종래의 일반적인 플레이트핀의 베이스부 높이인 7mm ~ 20mm의 설계 조건을 사용할 수 없다는 점을 자명하게 알 수 있다.However, as described above, the plate fin used for the general electronic component and the plate fin used for the heat dissipation fin block 300 of the thermoelectric module heat exchanger 1000 have very different usage environments and application conditions. In particular, the plate fin used in the heat exchanger, the size of each component should also be as small as possible in order to achieve the space utilization in the engine room to increase the size of the thermoelectric module heat exchanger (1000). In addition, the plate fin used in the heat exchanger is very important to facilitate the heat exchange between the plate fin and the air because the air passing through the plate fin is used for cooling and heating in the room. It is well known that the base portion 20 is substantially free of heat exchange with air, and the base portion 20 blocks the flow of air and is a major cause of pressure drop in the air flow. . Therefore, in the plate fin used in the heat exchanger, it is advantageous that the base portion 20 is reduced in size as much as possible and the size of the fin portion 10 is enlarged. For this reason, the base b height of the plate fins employed in the heat dissipation fin block 300 of the thermoelectric module heat exchanger 1000 is 7 mm to 20 mm, which is the height of the base portion of the conventional plate fin. Obviously, you can't use conditions.

본 발명에서는 최적의 베이스부 높이(b)를 결정하기 위하여, 상술한 바와 같이 베이스부(20)에 의한 압력강하 영향 및 열교환성능을 모두 고려하였다. 압력강하 영향을 최소화하기 위해서는 베이스부 높이(b)가 작을수록 유리하며, 따라서 베이스부 높이(b)는 4mm 이하가 되는 것이 바람직하다. 또한, 열교환성능을 고려하였을 때, 충분히 적절한 열교환성능을 얻기 위해서는 종래 설계 범위에서의 열저항보다 그리 크게 증가되지 않은 범위의 열저항을 가지도록 하여야 한다. 따라서 본 발명에서는, 종래 설계 범위에서의 열저항과 대비하였을 때 열저항이 110% 늘어나는 지점을 베이스부 높이(b)의 하한치로 설정하였으며, 이 값은 도 8에 도시된 바와 같이 1mm가 된다.In the present invention, in order to determine the optimum base portion height (b), as described above, both the pressure drop effect and the heat exchange performance by the base portion 20 were considered. In order to minimize the pressure drop effect, the smaller the base height b is, the better, and therefore, the base height b is preferably 4 mm or less. In addition, in consideration of the heat exchange performance, in order to obtain a sufficiently proper heat exchange performance, it is necessary to have a heat resistance in a range not significantly increased than that in the conventional design range. Therefore, in the present invention, as compared with the heat resistance in the conventional design range, the point where the heat resistance increases by 110% was set as the lower limit of the height of the base portion b, which is 1 mm as shown in FIG.

이와 같이, 본 발명에 의하면 압력강하 영향을 최소화하면서도 적절한 열저항 값을 가짐으로써 충분한 열교환성능을 가질 수 있도록, 상기 열전모듈 열교환기(1000)의 방열핀블록(300)에 채용되는 플레이트핀의 베이스부 높이(b)는 1mm ~ 4mm 범위 내의 값을 갖는 것이 바람직하다.As described above, according to the present invention, the base portion of the plate fin employed in the heat dissipation fin block 300 of the thermoelectric module heat exchanger 1000 may have sufficient heat exchange performance by minimizing a pressure drop effect and having an appropriate heat resistance value. The height b preferably has a value in the range of 1 mm to 4 mm.

정리하자면, 방열성능과 압력강하를 모두 고려하여 열전모듈 열교환기(1000)의 방열핀블록(300)에 채용되는 플레이트핀을 설계함에 있어서, 핀 높이(H)는 5mm ~ 15mm 범위 내의 값을, 핀 피치(Fp)는 0.5mm ~ 1.2mm 범위 내의 값을, 핀 소재 두께(t)는 0.1mm ~ 0.4mm 범위 내의 값을, 베이스부 높이(b)는 1mm ~ 4mm 범위 내의 값을 가지도록 함으로써 최적의 방열성능 및 압력강하가 발생되는 플레이트핀의 설계 조건을 결정할 수 있다.In summary, in designing the plate fin to be employed in the heat radiation fin block 300 of the thermoelectric module heat exchanger 1000 in consideration of both the heat dissipation performance and the pressure drop, the fin height (H) is a value within the range of 5mm ~ 15mm, fin The pitch F p has a value within the range of 0.5 mm to 1.2 mm, the pin material thickness t has a value within the range of 0.1 mm to 0.4 mm, and the base portion height b has a value within the range of 1 mm to 4 mm. It is possible to determine the design conditions of the plate fins that generate optimal heat dissipation performance and pressure drop.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

도 1은 열전모듈의 작동원리.1 shows the principle of operation of a thermoelectric module.

도 2는 종래의 열전모듈 열교환기.2 is a conventional thermoelectric module heat exchanger.

도 3은 일반적인 열전모듈 열교환기.3 is a typical thermoelectric module heat exchanger.

도 4는 본 발명의 열전모듈 어레이와 플레이트핀의 확대도.Figure 4 is an enlarged view of the thermoelectric module array and plate pin of the present invention.

도 5는 플레이트핀.5 is a plate pin.

도 6은 핀 높이 및 핀 피치에 따른 방열성능의 변화를 도시한 그래프.6 is a graph showing a change in heat dissipation performance according to the fin height and the fin pitch.

도 7은 핀 높이와 방열성능 및 압력강하의 관계 그래프.7 is a graph of the relationship between the height of the fin, the heat radiation performance and the pressure drop.

도 8은 베이스부 높이와 열저항의 관계 그래프.8 is a relationship graph between the height of the base portion and the heat resistance.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS

1000: 열전모듈 열교환기1000: thermoelectric module heat exchanger

100: 열전모듈 어레이 200: 수냉블록100: thermoelectric module array 200: water cooling block

210: 유입구 220: 배출구210: inlet 220: outlet

230: 유로 300: 방열핀블록230: Euro 300: heat dissipation fin block

500: 단위 열교환기500: Unit heat exchanger

10: 핀부 20: 베이스부10: pin portion 20: base portion

Claims (10)

내부에 냉각수가 유통되며, 유입 공기의 하류측에 냉각수가 유입되는 유입구(210)가 길이 방향으로 형성되고 유입 공기의 상류측에 상기 유입구(210)가 형성된 면에 냉각수가 배출되는 배출구(220)가 길이 방향으로 형성되고, 상기 유입구(210) 및 배출구(220) 각각과 연결되는 통로를 포함하여 적어도 2개 이상의 통로가 길이 방향으로 연장되어 서로 연결되어 형성되는 유로(230)가 그 내부 또는 외부에 형성되는 수냉블록(200), 상기 수냉블록(200)의 상하 양면에 구비되는 열전모듈 어레이(100), 상기 열전모듈 어레이(100) 층의 바깥쪽 양측에 밀착되어 고정 구비되며 상기 수냉블록(200)의 폭 방향으로 공기를 유통시키는 방열핀블록(300)으로 이루어지는 단위 열교환기(500); 를 포함하되, 상기 단위 열교환기(500)는 하나 또는 적어도 2개 이상이 높이 방향으로 적층되어 구성되며,Cooling water is distributed therein, the inlet 210 through which the coolant flows on the downstream side of the inlet air is formed in the longitudinal direction and the outlet 220 through which the coolant is discharged on the surface formed with the inlet 210 on the upstream side of the inlet air. Is formed in the longitudinal direction, including a passage connected to each of the inlet 210 and the outlet 220, at least two passages extending in the longitudinal direction are connected to each other formed inside or outside thereof The water cooling block 200 is formed in, the thermoelectric module array 100 is provided on the upper and lower sides of the water cooling block 200, the thermoelectric module array 100 is provided in close contact with the outer both sides of the layer and the water cooling block ( A unit heat exchanger 500 formed of a heat dissipation fin block 300 for distributing air in the width direction of the 200; Including, the unit heat exchanger 500 is one or at least two or more are laminated in the height direction, 상기 방열핀블록(300)에 사용되는 핀은 상기 열전모듈 어레이(100)의 상면 또는 하면과 나란하게 형성되어 이와 면접합하는 베이스부와 상기 베이스부에 수직한 방향으로 상기 베이스부로부터 연장 형성된 방열부로 이루어진 플레이트핀으로서,The fin used in the heat dissipation fin block 300 is formed in parallel with the upper or lower surface of the thermoelectric module array 100 and includes a base part which is joined to the surface and a heat dissipation part extending from the base part in a direction perpendicular to the base part. As a plate pin, 핀 높이(H)가 9mm 내지 14mm의 범위 내로 형성되고,Fin height (H) is formed in the range of 9mm to 14mm, 핀 피치(Fp)가 0.5mm 내지 1.2mm의 범위 내로 형성되고,Fin pitch F p is formed in the range of 0.5 mm to 1.2 mm, 핀 소재 두께(t)가 0.1mm 내지 0.4mm의 범위 내로 형성되고,Fin material thickness (t) is formed in the range of 0.1mm to 0.4mm, 베이스부 높이(b)가 1mm 내지 4mm의 범위 내로 형성되는 것을 특징으로 하는 열전모듈 열교환기.Thermoelectric module heat exchanger, characterized in that the base portion (b) is formed in the range of 1mm to 4mm. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 유로(230)는The method of claim 1, wherein the flow path 230 is 상기 수냉블록(200)의 내측에 U자형으로 형성되는 내측유로로서 구현되는 것을 특징으로 하는 열전모듈 열교환기.Thermoelectric module heat exchanger, characterized in that implemented as an inner flow path formed in a U-shape inside the water-cooled block (200). 제 1항에 있어서, 상기 유로(230)는The method of claim 1, wherein the flow path 230 is 상기 수냉블록(200)의 외측에 U자형으로 벤딩된 파이프가 부착되는 외측유로로서 구현되는 것을 특징으로 하는 열전모듈 열교환기.Thermoelectric module heat exchanger, characterized in that implemented as an outer flow path is attached to the pipe bent in a U-shape on the outside of the water cooling block (200). 제 1항에 있어서, 상기 열전모듈 열교환기(1000)는The method of claim 1, wherein the thermoelectric module heat exchanger (1000) 적어도 2개 이상의 상기 단위 열교환기(500)가 높이 방향으로 적층되어 형성되며,At least two or more unit heat exchangers 500 are formed by being stacked in a height direction, 상기 단위 열교환기(500)들의 상기 유입구(210)들을 높이 방향으로 서로 연결하며, 상기 유입구(210)들로 냉각수를 분배하여 유입시키도록 냉각수 입구(410)가 형성되는 제1연통로(400a); 및The first communication path 400a which connects the inlets 210 of the unit heat exchangers 500 to each other in the height direction and has a coolant inlet 410 formed to distribute and inject the coolant into the inlets 210. ; And 상기 단위 열교환기(500)들의 상기 배출구(220)들을 높이 방향으로 서로 연결하며, 상기 배출구(220)들로부터 배출된 냉각수를 모아 배출시키도록 냉각수 출구(420)가 형성되는 제2연통로(400b);The second communication path 400b which connects the outlets 220 of the unit heat exchangers 500 to each other in the height direction and has a coolant outlet 420 formed to collect and discharge the coolant discharged from the outlets 220. ); 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈 열교환기.Thermoelectric module heat exchanger characterized in that it further comprises. 제 8항에 있어서,9. The method of claim 8, 상기 냉각수 입구(410)는 상기 제1연통로(400a)의 하부에,The cooling water inlet 410 is a lower portion of the first communication path 400a, 상기 냉각수 출구(420)는 상기 제2연통로(400b)의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 열전모듈 열교환기.The cooling water outlet (420) is a thermoelectric module heat exchanger, characterized in that disposed on the upper portion of the second communication path (400b). 제 1, 6, 7, 8, 9항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서, 상기 유입구(210) 및 상기 배출구(220)는The method of claim 1, 6, 7, 8, 9, wherein the inlet 210 and the outlet 220 is 공기의 흐름과 냉각수의 흐름이 대향류를 이루도록 배치되는 것을 특징으로 하는 열전모듈 열교환기.A thermoelectric module heat exchanger, characterized in that the flow of air and the flow of cooling water is arranged to form a counter flow.
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