KR101462126B1

KR101462126B1 - 분리형 히트파이프 시스템

Info

Publication number: KR101462126B1
Application number: KR20140085123A
Authority: KR
Inventors: 안동훈
Original assignee: 주식회사 주원엔지니어링; 안동훈
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2014-11-14

Abstract

본 발명은 원거리(遠距離) 열(熱) 수송이 가능한 히트파이프 시스템에 관한 것으로, 특히, 분리된 히트파이프의 응축부와 증발부에 작동 유체 기체 이송관(gas tube)과 액체 이송관(liquid tube)을 분리하여 설치하고, 상기 응축부와 상기 증발부 사이에 설치되는 상기 액체 이송관에 압축펌프시스템을 설치하여 상기 응축부에서 액화된 작동 유체는 저장탱크에 모으고, 상기 저장탱크의 내부압력을 압축기로 높여 상기 액화된 작동 유체를 이송함으로써, 상기 응축부와 상기 증발부의 거리가 멀어지더라도 작동 유체를 증발부까지 원활하게 이송시킬 수 있는 분리형 히트파이프 시스템에 관한 것이다.

Description

분리형 히트파이프 시스템{SPLIT HEAT TRANSFER HEAT-PIPE SYSTEM}

본 발명은 원거리(遠距離) 열(熱) 수송이 가능한 히트파이프 시스템에 관한 것으로, 특히, 분리된 히트파이프의 응축부와 증발부에 작동 유체 기체 이송관(gas tube)과 액체 이송관(liquid tube)을 분리하여 설치하고, 상기 응축부와 상기 증발부 사이에 설치되는 상기 액체 이송관에 압축펌프 시스템을 설치하여 상기 응축부에서 액화된 작동 유체는 저장탱크에 모으고, 상기 저장탱크의 내부압력을 압축기로 높여 상기 액화된 작동 유체를 이송함으로써, 상기 응축부와 상기 증발부의 거리가 멀어지더라도 작동 유체를 증발부까지 원활하게 이송시킬 수 있는 분리형 히트파이프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 히트파이프는, 관 체 내벽에 유체의 모세응집력을 형성하는 윅(wick)이 구비되고, 작동 유체를 주입한 후 진공 밀봉 처리하여 외부 열원에 의해 내부 작동 유체의 증발과 응축 과정을 반복하는 과정으로 열을 전달한다.

조금 더 상세하게는, 증발부에서는 히트파이프 내부의 작동 유체가 비교적 외부가 고온인 외부 열원에 의해 증발되어 증기상태로 히트파이프 내부 중앙에서 상승하고, 응축부에서는 증발된 고온의 작동 유체가 비교적 저온인 외부에 열을 빼앗겨 작동유체가 액상으로 된 후 윅(wick)을 통하여 다시 증발부로 복귀를 하게 된다.

그러나, 상기와 같은 히트파이프는 일체로 형성된 히트파이프 내에서 이루어지며, 모세응집력에 의한 작동 유체가 응축부에서 증발부로 귀환함에 있어서 거리 제한이 있다.

특허문헌 1에, 응축부와 증발부가 분리된 분리형 히트파이프를 이용한 냉장 방치에 대해 기재되어 있다.

특허문헌 1에 의하면, 분리형 히트 파이프(100)는 증발부(110), 응축부(120), 제1 연결로(130) 및 제2 연결로(140)를 포함할 수 있다.

증발부(110)는 외부로부터 열을 전달받아 작동 유체가 기화되는 공간을 제공한다.

응축부(120)는 기화된 작동 유체가 외부의 유동에 의하여 응축되는 공간을 제공한다.

제1 연결로(130)는 증발부(110)에서 기화된 작동 유체가 이동하는 통로를 제공한다.

제1 연결로(130)는 증발부(110)에서 기화된 작동 유체가 응축부(120)로 이동하는 통로를 제공하며, 기화된 작동 유체의 이동 중에 외부에 열을 발산하거나 빼앗기지 않도록 단열될 수 있다.

제1 연결로(130)는 기화된 작동 유체가 기체 상태로 상변화되기 때문에, 증발부(110)보다 높은 위치에 위치하는 응축부(120)로 기화된 작동 유체가 증기압차에 의하여 이송될 수 있다.

제2 연결로(140)는 응축부(120)에서 응축된 작동 유체가 중력에 의하여 증발부(110)로 귀환하는 통로를 제공한다.

제2 연결로(140)는 응축된 작동 유체가 이동 중에 외부에 열을 흡수하거나 빼앗기지 않도록 단열될 수 있다.

상기와 같이, 증발부(110)에서 기화된 작동 유체가 제1 연결로(130)를 통하여 응축부(120)로 이동된다.

이동된 작동 유체는 응축부(120)에서 응축되어 액체 상태로 변환되어, 중력에 의하여 제2 연결로(140)를 통하여 증발부(120)로 귀환된다.

따라서, 증발부(110), 제1 연결로(130), 응축부(120), 제2 연결로(140)는 하나의 닫혀진(Closed) 블록 또는 유닛을 형성하며, 소정의 영역을 냉각시키는 히트 파이프 역할을 수행할 수 있다.

여기서 히트 파이프의 역할은, 증발부(110)에 외부에서 열을 가하면 액체 상태의 작동 유체가 증발하여(즉, 증발잠열로 인해 외부로부터 열을 흡수하여 작동 유체가 기체로 상변화 함) 응축부(120)로 이동하고, 상기 응축부(120)에서는 외부의 낮은 온도에 의하여 작동 유체가 응축되면서 기체로 상변화하는데(즉, 응축잠열로 인해 외부로 열을 방출하고 액체로 상변화), 중력 또는 모세관 응집 현상으로 인해 증발부(120)로 작동 유체가 증발부(20)로 귀환하는 일을 반복하면서 열을 전달하는 역할을 말한다.

이때, 상기 증발부(110)에서 발생한 기체는 팽창하여 증발부(11)와 응축부(120)의 압력 균형을 이루기 위해 순간적으로 응축부(120)에 도달하여 액화된다.

또한, 액체의 이동은 모세관 현상 및 중력으로 인해 증발부로 귀환한다.

종래에는 상기와 같은 분리형 히트 파이프 하나의 유닛으로 동작하면서 증발부(110) 및 응축부(120)를 분리하여 구성함으로써 이격된 위치에서의 열전달을 용이하게 할 수 있다.

그러나, 상기와 같은 분리형 히트 파이프를 이용한 냉방 장치에서, 응축부와 증발부가 접하는 부위는 열 출입이 없는 단열구간이고, 상기 단열구간의 거리가 멀면 멀수록 중력과 모세관 현상에 의한 작동유체 이송에 한계가 발생한다.

단열구간의 거리가 멀어지면, 액체는 비중과 마찰저항이 크기 때문에, 수송이 어려워진다.

상기 액체가 이송되기 위해서는, 증발된 기체에 대한 저항력과 중력 및 액체의 무게에 대한 압력손실이, 응축부에서 증발부로 유체가 이동하기 위한 압력손실보다 작아야 한다.

그러나, 응축부와 증발부의 거리가 멀어지면 배관의 압력손실이 커져서 수송이 어려워진다.

도 2는 USA Heatpipe company社의 SPLIT PASSIVE ENERGY RECOVERY PIPES를 도시한 상태도이다.

도 2에 의하면, 액화 작동 유체를 수송하기 위해서는 일반적으로 액 펌프가 사용되는데, 히트파이프의 응축부에 중력으로 인해 작동 유체가 흐를 수 있도록, 저장탱크를 두고 액체가 저장탱크에 모이면 펌핑을 하여 증발부로 수송한다.

히트파이프 특성상 작동 유체가 상온에서 쉽게 기화 및 액화되기 때문에 저장탱크의 온도가 높아지면 내부 압력이 상승되어, 응축부에서 응축된 작동 유체가 저장탱크로 유입되는 것이 어렵고, 응축액 저장탱크의 내부를 저압으로 만들 수 없는 구조로 되어 있어 응축액이 저장탱크로 유입되는 것이 원활하지 못하다.

또한, 증발부의 압력이 높아지면 압력이 액 이송관을 따라 펌프에도 영향을 끼치게 되어 작동 유체의 수송능력이 급격히 떨어진다.

또한, 액 이송펌프에 의해 응축액을 이송하기 위한 응축액 이송관의 내부는 높은 압력을 유지하기 어렵기 때문에 임펠러 펌핑으로 인한 기화현상이 일어나며, 상기 이송관의 배관 굴곡이 많은 부분에서는 와류 현상 등으로 인해 작동 유체의 흐름이 방해받게 된다.

또한, 작동 유체가 응축이 되더라도 쉽게 기화하는 성질이 있으므로, 이때, 액 펌프의 경우 공회전을 하면서 작동 유체의 이송에 대한 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

특허문헌 1 : 대한민국등록특허공보 제10-1116138호

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 응축부; 증발부; 상기 증발부와 상기 응축부를 연결하되, 상기 증발부에서 상기 응축부로 이동하는 가스의 이동통로인 가스 이송관; 상기 응축부와 상기 증발부를 연결하되, 상기 응축부에서 상기 증발부로 이동하는 액체의 이동통로인 액체 이송관; 일측은 유로에 의해 상기 응축부와 연결되고, 타측은 상기 액체 이송관과 연결되되, 작동 유체가 저장되는 제1 저장탱크 및 제2 저장탱크; 상기 제1 저장탱크 또는 상기 제2 저장탱크 중 어느 하나에 저장되는 기체 상태의 작동 유체를 상기 유로를 통해 흡입하고, 상기 기체 상태의 작동 유체를 압축하여 나머지 하나의 저장탱크로 토출하는 압축기;를 포함하는 분리형 히트파이프 시스템을 제공한다.

또한, 상기 응축부로부터 상기 제1, 2 저장탱크로 작동 유체를 안내하는 제2 유로; 상기 제1, 2 저장탱크와 상기 압축기 사이에 설치되되, 기체 상태의 작동 유체의 이동통로인 제4 유로; 상기 압축기에서 압축된 작동 유체를 상기 제1, 2 저장탱크로 안내하는 제3 유로;를 포함하는 분리형 히트파이프 시스템을 제공한다.

또한, 상기 제1 저장탱크와 상기 압축기를 연결하는 제4-1 유로; 상기 제4-1 유로에 설치되는 제4-1 밸브; 상기 제2 저장탱크와 상기 압축기를 연결하는 제4-2 유로; 상기 제4-2 유로에 설치되는 제4-2 밸브; 상기 압축기와 상기 제1 저장탱크를 연결하는 제3-1 유로; 상기 제3-1 유로에 설치되는 제3-1 밸브; 상기 압축기와 상기 제2 저장탱크를 연결하는 제3-2 유로; 상기 제3-2 유로에 설치되는 제3-2 밸브;를 포함하고, 상기 제3-1 밸브와 상기 제4-2 밸브가 열린 상태이고, 상기 제3-2 밸브와 상기 제4-1 밸브가 닫힌 상태일 때, 상기 제2 저장탱크에 있는 작동 유체가 상기 제4-2 유로를 통해 상기 압축기로 흡입되고, 상기 압축기를 거친 작동 유체가 상기 제3-1 유로를 통해 제1 저장탱크로 유입되는 제1 사이클과, 상기 제3-2 밸브와 상기 제4-1 밸브가 열린 상태이고, 상기 제3-1 밸브와 상기 제4-2 밸브가 닫힌 상태일 때, 상기 제1 저장탱크에 있는 작동 유체가 상기 제4-1 유로를 통해 상기 압축기로 흡입되고, 상기 압축기를 거친 작동 유체가 상기 제4-2 유로를 통해 제2 저장탱크로 유입되는 제2 사이클을 수행하되, 상기 제1 사이클과 상기 제2 사이클을 번갈아가며 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 분리형 히트파이프 시스템을 제공한다.

또한, 제1 히트파이프; 제2 히트파이프; 상기 제1 히트파이프와 상기 제2 히트파이프를 연결하는 가스 이송관 및 액체 이송관; 상기 제1 히트파이프와 상기 액체 이송관 사이에 설치되는 제1 압축펌프 시스템; 상기 제2 히트파이프와 상기 액체 이송관 사이에 설치되는 제2 압축펌프 시스템;을 포함하되, 상기 제1 압축펌프 시스템은, 일측은 유로에 의해 상기 제1 히트파이프와 연결되고, 타측은 상기 액체 이송관과 연결되되, 작동 유체가 저장되는 제1-1 저장탱크 및 제1-2 저장탱크와, 상기 제1-1 저장탱크 또는 상기 제1-2 저장탱크 중 어느 하나에 저장되는 기체 상태의 작동 유체를 흡입하고, 상기 작동 유체를 압축하여 나머지 하나의 저장탱크로 토출하는 제1 압축기를 포함하고, 상기 제2 압축펌프 시스템은, 일측은 유로에 의해 상기 제2 히트파이프와 연결되고, 타측은 상기 액체 이송관과 연결되되, 작동 유체가 저장되는 제2-1 저장탱크 및 제2-2 저장탱크와, 상기 제2-1 저장탱크 또는 상기 제2-2 저장탱크 중 어느 하나에 저장되는 기체 상태의 작동 유체를 흡입하고, 상기 작동 유체를 압축하여 나머지 하나의 저장탱크로 토출하는 제2 압축기를 포함하되, 상기 제1 히트파이프가 응축부이고 상기 제2 히트파이프가 증발부일 때, 상기 제1 압축펌프 시스템에서는, 상기 제1 히트파이프로부터 상기 제1-1, 1-2 저장탱크로 작동 유체가 유입되고, 상기 제1-1 저장탱크 또는 상기 제1-2 저장탱크 중 어느 하나에 저장되는 기체 상태의 작동 유체를 상기 제1 압축기로 압축하여 나머지 하나의 저장탱크로 토출시키고, 상기 제2 히트파이프가 응축부이고 상기 제1 히트파이프가 증발부일 때, 상기 제2 압축펌프 시스템에서는, 상기 제2 히트파이프로부터 상기 제2-1, 2-2 저장탱크로 작동 유체가 유입되고, 상기 제2-1 저장탱크 또는 상기 제2-2 저장탱크 중 어느 하나에 저장되는 기체 상태의 작동 유체를 상기 제2 압축기로 압축하여 나머지 하나의 저장탱크로 토출시키는 것을 특징으로 하는 분리형 히트파이프 시스템을 제공한다.

또한, 상기 제1 히트파이프는 이너그루브 타입 코일로 된 증발부와 응축부를 교환하여 사용할 수 있는 분배기를 갖는 것과, 상기 제2 히트파이프는 이너그루브 타입 코일로 된 증발부와 응축부를 교환하여 사용할 수 있는 분배기를 갖는 것을 특징으로 하는 분리형 히트파이프 시스템을 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

응축부와 증발부를 연결하는 액체 이송관과 상기 응축부 사이에 압축펌프 시스템을 마련하여, 상기 압축펌프 시스템에 의해 가스 상태의 작동 유체를 저장탱크에 유입하고 상기 저장탱크의 압력을 높여, 저장된 액체 상태의 작동 유체를 이송하는 방식인 압축 이송 방식은, 상기 응축부와 상기 증발부 사이의 거리가 멀더라도 작동 유체가 원활하게 상기 증발부까지 이송될 수 있도록 하였다.

본 발명에서는 작동 유체만 이송하면되므로, 압축비가 적어도 작동 유체의 수송이 충분하다. 즉, 액체 이송에 대한 순환력, 관의 마찰손실 정도만 있어도 작동 유체의 순환이 가능하여, 일반적인 압축기의 특성인 압축비가 적을수록 동력이 적게 소요되는 조건을 만족하므로, 동력이 적게 소요된다.

또한, 상기 압축기는 인버터 제어를 하므로, 증발부와 응축부의 거리에 따라 동력이 차이가 나며, 이에 따라, 동력이 소모되므로 소요동력이 적게들며 작동 유체가 원활하게 이송됨으로써 원거리 열 수송이 가능하게 되는 것이다.

또한, 상기 응축부와 상기 압축기 사이에 설치되는 제1 유로 및 제2 유로; 상기 제1, 2 저장탱크와 상기 압축기 사이에 설치되되, 기체 상태의 작동 유체의 이동통로인 제4 유로; 상기 압축펌프에서 압축된 작동 유체를 상기 제1, 2 저장탱크로 안내하는 제3 유로;를 마련하여, 기체 상태의 작동 유체를 상기 압축기로 흡입하고, 압축된 작동 유체를 다시 제1, 2 저장탱크에 저장할 수 있으므로, 상기 압축펌프 시스템의 설치가 용이해지며, 상기 압축펌프 시스템의 구성요소의 유지 및 보수가 용이하다.

또한, 상기 제1 저장탱크와 상기 압축기를 연결하는 제 3-1유로와 제4-1 유로, 상기 제2 저장탱크와 상기 압축기를 연결하는 제3-2 유로와 제4-2 유로를 설치하고, 각각의 유로에 밸브를 형성하여, 상기 밸브의 개폐 여부에 따라, 상기 압축기로 작동 유체가 흡입되는 경로와, 압축기에 의해서 압축된 작동 유체가 토출되는 경로를 결정할 수 있다.

또한, 상기 압축펌프 시스템은 상기 밸브 개폐 상태에 따라 제1 사이클과 제2 사이클을 수행할 수 있으며, 상기 제1 사이클과 상기 제2 사이클을 번갈아가며 반복적으로 수행하므로, 적은 동력으로도 높은 효율의 히트파이프 효과가 발생한다.

또한, 상기 액체 이송관에서 분기되어 상기 압축기에 연결되는 제8 유로에 과열방지부를 더 설치하여, 상기 압축기의 냉각을 위한 별도의 냉매 없이도, 액체 이송관을 통해 증발부에 제공되는 응축된 작동 유체의 일부를 제8 유로를 통해 압축기에 제공하므로, 상기 압축기가 과열되지 않도록 할 수 있다.

또한, 제1, 2 히트파이프와, 상기 제1, 2 히트파이프를 연결하는 기체 이송관과 액체 이송관을 설치하되, 상기 제1 히트파이프와 상기 액에 이송관 사이에 제1 압축펌프 시스템을 설치하고, 상기 제2 히트파이프와 상기 액체 이송관 사이에 제2 압축펌프 시스템을 설치하여, 상기 제1 히트파이프가 응축부이고 상기 제2 히트파이프가 증발부일 때에는 상기 제1 압축펌프 시스템이 작동하고, 상기 제2 히트파이프가 응축부이고 상기 제1 히트파이프가 증발부일 때에는 상기 제2 압축펌프 시스템이 작동하도록 구성하여, 계절 등 외부 조건 변화에 따라 상기 제1, 2 압축펌프 시스템을 선택적으로 가동시켜, 상기 분리형 히트파이프 시스템을 사용할 수 있도록 하였다.

도 1은 종래의 분리형 히트 파이프를 개략적으로 나타낸 상태도.
도 2는 종래의 USA Heatpipe company社의 SPLIT PASSIVE ENERGY RECOVERY PIPES를 도시한 상태도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분리형 히트파이프 시스템을 도시한 상태도.
도 4는 도 3의 압축펌프 시스템의 상세도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양방향 순환이 가능한 분리형 히트파이프 시스템의 정방향 순환을 도시한 상태도.
도 6은 도 5의 제2 압축펌프 시스템의 상세도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 양방향 순환이 가능한 분리형 히트파이프 시스템의 역방향 순환을 도시한 상태도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 설명한다.

본 발명에 따른 히트 파이프 시스템은 응축부(10); 증발부(20); 상기 증발부(20)와 상기 응축부(10)를 연결하되, 상기 증발부(20)에서 상기 응축부(10)로 이동하는 가스의 이동통로인 가스 이송관(30); 상기 응축부(10)와 상기 증발부(20)를 연결하되, 상기 응축부(10)에서 상기 증발부(20)로 이동하는 액체의 이동통로인 액체 이송관(40); 상기 응축부(10)와 상기 액체 이송관(40) 사이에 설치되는 압축펌프 시스템(50)을 포함한다.

상기 응축부(10)와 상기 증발부(20)는 이너그루부 코일(Inner grooved coil)로 구성한다.

상기 압축펌프 시스템(50)은, 일측은 유로에 의해 응축부(10)와 연결되고, 타측은 액체 이송관(40)과 연결되되, 작동 유체가 저장되는 제1 저장탱크(61) 및 제2 저장탱크(65); 상기 제1 저장탱크(61) 또는 상기 제2 저장탱크(65) 중 어느 하나에 저장되는 기체 상태의 작동 유체를 흡입하고, 상기 작동 유체를 압축하여 나머지 하나의 탱크로 토출하는 압축기(70)를 포함한다.

제1 실시예 - 압축펌프 시스템이 설치된 분리형 히트파이프 시스템▶

도 3 및 도 4에 본 발명에 따른 분리형 히트파이프 시스템 및 압축펌프 시스템(50)을 도시하였다.

상기 분리형 히트파이프 시스템은 응축부(10)와 증발부(20)를 분리하여, 구조가 복잡한 건축물에 대해 원거리로부터 열 전달이 가능하다.

즉, 상기 응축부(10)의 이너그루부 코일과 상기 증발부(20)의 이너그루부 코일은 분리된 상태이다.

이와 같은 경우, 응축부(10)와 증발부(20)는 기체 이송관(30) 및 액체 이송관(40)에 의해 연결된다.

기체 이송관(30)과 액체 이송관(40)은 열의 출입이 없는 단열구간이다.

상기 기체 이송관은(30)은 증발부(20)와 응축부(10)를 연결하되, 상기 증발부(20)에서 상기 응축부(10)로 이동하는 기체 상태의 작동 유체의 이동통로이다.

상기 액체 이송관(40)은 응축부(10)와 증발부(20)를 연결하되, 상기 응축부(10)에서 상기 증발부(20)로 이동하는 액체 상태의 작동 유체의 이동통로이다.

즉, 기체 이송관(30)을 통해 이동하는 작동 유체는 응축부(10)로 흡입되는 것이고, 액체 이송관(40)를 통해 이동하는 작동 유체는 응축부(10)로부터 토출되어 증발부(20)로 제공되는 것이다.

상기와 같이 응축부(10)와 증발부(20)가 멀리 떨어져 있을 경우, 기체 이송관(30) 및 액체 이송관(40)의 길이는 길어진다.

증발부(20)에서 흡수된 열에 의해 상변화하여 기체 상태가 된 작동 유체는 기체 이송관(30)을 따라 응축부(10)로 유입되는데, 상기 기체 이송관(30)의 길이가 길어지더라도, 상기 작동 유체는 증발부(20)에서 기체로 상변화하므로 부피가 팽창하고 밀도가 작아지며 무게가 가벼워지고 압력이 증가하므로 마찰 손실이 적어, 상기 작동 유체가 증발부(20)에서 상기 응축부(10)로 이송하는데에 문제가 없다.

반면에, 액체 이송관(40)을 따라 응축부(10)부터 증발부(20)로 이송되는 작동 유체는 액체 상태인데, 상기 액체 이송관(40)의 길이가 길어질수록 액체 상태인 상기 작동 유체와 액체 이송관(40) 사이의 마찰 저항이 증가하여 상기 작동 유체의 이송이 원활히 이루어지지 않는다.

이와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명에 따른 분리형 히트파이프 시스템에는 압축펌프 시스템(50)이 설치된다.

상기 압축펌프 시스템(50)은 일측이 응축부(10)와 연결되고, 타측이 액체 이송관(40)과 연결되도록 설치된다.

도 4에 본 발명에 따른 압축펌프 시스템(50)을 확대 도시하였다.

압축펌프 시스템(50)은 응축부(10)로부터 토출된 작동 유체가 저장되는 저장탱크(61, 65); 상기 응축부(10)와 상기 저장탱크(61, 65)를 연결하는 유로; 상기 유로로부터 분기되어 기체 상태의 작동 유체를 흡입하여 압축한 후, 상기 저장탱크(61, 65)로 토출시키는 압축기(70);를 포함한다.

상기 응축부(10)는, 기체 이송관(30)을 따라 상기 응축부(10)로 작동 유체가 유입되는 입구(11)와 상기 응축부(10)에서 응축된 작동 유체가 토출되는 출구(미도시)를 포함한다.

상기 출구에는 분배기(12)가 더 마련되고, 상기 분배기(12)에는 제1 유로(81)가 연결 설치되어, 응축부(10)에서 응축된 작동 유체가 자연구배로 흐를 수 있도록 하였다.

상기 제1 유로(81)는 자연구배관으로 형성되는 것이 바람직하다.

제1 유로(81)는 제2 유로(82)와 연결되고, 상기 제2 유로(82)는 작동 유체를 저장탱크(61, 65)로 안내한다.

제2 유로(82)는, 제1 유로(81)의 끝에 마련된 분기점(81a)에 의해, 제2-1 유로(82a)와 제2-2 유로(82b)로 나뉘어진다.

제2 유로(82)는 상기 저장탱크(61, 65)와 연결 설치된다.

상기 저장탱크(61, 65)는 제1 저장탱크(61)와 제2 저장탱크(65)이다.

제2-1 유로(82a)는 제1 저장탱크(61)에 연결되고, 제2-2 유로(82b)는 제2 저장탱크(65)에 연결된다.

제2-1 유로(82a)와 제2-2 유로(82b)에는 각각 제2-1밸브(92a)와 제2-2 밸브(92b)가 마련되어, 상기 제2-1 유로(82a)와 제2-2 유로(82b)를 따라 제1 저장탱크(61) 및 제2 저장탱크(65)로 이송되는 작동 유체가 역류하지 않도록 하였다.

제2-1밸브(92a)와 제2-2밸브(92b)는 역류방지용 체크밸브로 마련되는 것이 바람직하다.

제1 저장탱크(61)에는 작동 유체가 유입되는 제1 유입구(61a)가 마련되고, 상기 제1 유입구(61a)에는 상기 제2-1 유로(82a)가 연결 설치된다.

제2 저장탱크(65)에는 작동 유체가 유입되는 제2 유입구(65a)가 마련되고, 상기 제2 유입구(65a)에는 상기 제2-2 유로(82b)가 연결 설치된다.

제2-1 밸브(92a)와 제2-2 밸브(92b)는 역류방지 밸브이므로, 응축부(10)에서 응축된 작동 유체가 제1 저장탱크(61) 또는 제2 저장탱크(65)의 내부에 압력이 가해질 때, 작동 유체가 역류하는 것을 방지한다.

즉, 응축부(10)에서 응축된 작동 유체는 제2-1 유로(82a)와 제2-2 유로(82b)를 따라 제1 저장탱크(61)와 제2 저장탱크(65)에 각각 저장되는데, 상기 작동 유체는 상기 제1 저장탱크(61)와 상기 제2 저장탱크(65)가 저압 상태일 때에 교번하여 저장된다.

이때, 액체 상태의 작동 유체 중 일부는 증발하여 기체 상태가 될 수 있는데, 상기 압축기(70)가 가동되면, 제1 저장탱크(61) 또는 제2 저장탱크(65)에서 증발되어 기체 상태도 저장되어 있는 작동 유체는 후술할 전자밸브(93a, 93b, 94a, 94b)의 개폐 여부에 따라 압축기(70)로 유입된다.

이하에서는, 액체 상태의 작동 유체를 액체(L)라 칭하고, 기체 상태의 작동 유체를 기체(G)라 칭한다.

상기 기체(G)를 압축기(70)로 유입하기 위해서, 제1 저장탱크(61) 및 제2 저장탱크(65)에는 각각 제1 출입구(71a)와 제2 출입구(71b)가 마련된다.

제1 출입구(71a)와 제2 출입구(71b)에는 제3 유로(83)가 연결설치되고, 상기 제3 유로(83)에서 분기되어 상기 압축기(70)의 흡입구에 연결되는 제4 유로(84)가 더 설치된다.

제 3 유로(83)는, 일측이 제1 출입구(71a)에 설치되는 제3-1 유로(83a)와 일측이 제2 출입구(71b)에 설치되는 제3-2 유로(83b)를 포함한다.

제3-1 유로(83a)에는 제3-1 밸브(93a)가 마련되고, 제3-2 유로(83b)에는 제3-2 밸브(93b)가 마련된다.

제3-1 밸브(93a)와 제3-2 밸브(93b)는 전자밸브이다.

제4 유로(84)는 제3 유로(83)로부터 분기된다.

즉, 제4 유로(84)는, 제3-1 유로(83a)로부터 분기된 제4-1 유로(84a)와 제3-2 유로(83b)로부터 분기된 제4-2 유로(84b)를 포함한다.

제4-1 유로(84a)에는 제4-1 밸브(94a)와 4-3 밸브(94c)가 마련되고, 제4-2 유로(84b)에는 제4-2 밸브(94b)와 제4-4 밸브(94d)가 마련된다.

제4-1 밸브(94a)와 제4-2 밸브(94b)는 전자밸브이고, 제4-3 밸브(94c)와 제4-4 밸브(94d)는 유량조절밸브이다.

제4-1 유로(84a)와 제4-2 유로(84b)는 제 5유로(85)로 연결되고, 상기 제5 유로(85)는 압축기(70)의 흡입구로 연결된다.

상기 흡입구로 흡입되는 기체(G)는 압축기(70)를 거쳐 상기 압축기(70)의 토출구에 연결된 제6 유로(86)로 토출된다.

제6 유로(86)는 제3 유로(86)에 연결 설치되며, 제3-1 밸브(93a) 및 제3-2 밸브(93b)의 개폐 여부에 따라, 상기 기체(G)가 제1 저장탱크(61) 또는 제2 저장탱크(65)에 유입되어 상기 기체(G)가 유입된 저장탱크(61, 65) 내부의 압력을 높인다.

이때, 상기 제1 저장탱크(61)와 제2 저장탱크(65) 중 고압이 된 저장탱크에 저장되어 있던 액체(L)는 제7 유로(87)를 거쳐 액체 이송관(40)으로 유입된다.

제7 유로(87)는 제7-1 유로(87a)와 제7-2 유로(87b)를 포함한다.

제1 저장탱크(61) 하부에는 제1 토출구(61b)가 마련되어 상기 제7-1 유로(87a)가 설치되고, 제2 저장탱크(65) 하부에는 제2 토출구(65b)가 마련되어 상기 제7-2 유로(87b)가 설치된다.

제7-1 유로(87a)에는 제7-1 밸브(97a)가 마련되고, 제7-2 유로(87b)에는 제7-2 밸브(97b)가 마련된다.

제7-1 밸브(97a)와 제7-2 밸브(97b)는 역류방지밸브이다.

제7-1 밸브(97a)와 제7-2 밸브(97b)는, 액체(L) 이송을 위하여 제1 저장탱크(61) 또는 제2 저장탱크(65)가 고압이 되면 나머지 하나의 저장탱크는 저압이되는데, 저압 상태의 저장탱크에 저장되어 있는 작동 유체가 액체 이송관(40)이 아닌 고압 상태의 저장탱크로 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다.

제7 유로(87)는 액체 이송관(40)과 연결되고, 상기 액체(L)는 액체 이송관(40)을 따라 증발부(20)로 안내된다.

상기 액체 이송관(40)을 통해 증발부(20) 측으로 안내되는 작동 유체는, 응축부(10)의 그루부 코일을 거쳐 응축된 액체 상태이다.

상기 작동 유체는 액체 이송관(40)을 따라 증발부(20)로 이송되는데, 증발부(20)의 입구와 가까운 부분의 액체 이송관(40)에는 건조기(118)가 더 설치될 수 있다.

상기 건조기(118)는 증발부(20)로 유입되는 작동 유체의 수분을 제거하는 역할을 한다.

상기 건조기(118)를 거친 작동 유체는 질량유량제어밸브(119)를 거쳐 증발부(20)로 유입된다.

상기 증발부(20)의 입구에는 분배기(22)가 더 마련될 수 있다.

상기 작동 유체는 질량유량제어밸브(119)에 의하여 액체 이송관(40)의 압력 손실 발생을 제어하고, 액체 이송관(40)이 일정한 압력을 유지할 수 있도록하여, 상기 증발부(20)의 압력이 높아져도 작동 유체의 이송이 원활하도록 하였다.

또한, 상기 분배기(22)는, 액체 상태의 작동 유체가 증발부(20)의 그루부 코일에서 증발이 원활하게 일어나도록 상기 작동 유체를 분배하여 증발부(20)로 유입시킨다.

작동 유체는 증발부(20)에서 기체(G)로 상변화한다.

기체(G) 상태의 작동 유체가 상기 증발부(20)의 출구(23)로 토출된 후, 기체 이송관(30)을 통해 증발부(20)에서 응축부(10)로 이송된다.

상기 기체 이송관(30)은 기체(G) 상태의 작동 유체의 원활한 이송을 위해 상기 기체 이송관(30)의 압력손실이 최소화되도록 배관 직경을 선정한다.

또한, 상기 배관의 구배를 최소화하여 설계 및 설치하는 것이 바람직하다.

상기 기체 이송관(30)을 거친 기체(G) 상태의 작동 유체는 밀도 감소 등으로 가벼워지고 부피 및 압력이 증가하여 순식간에 응축부(10)의 입구(11)로 유입된다.

● 제1 실시예에 따른 히트파이프 시스템 동작 메카니즘

응축부(10)에서 응축된 작동 유체는 응축부(10)의 출구에 설치된 분배기(12)를 거쳐 유로로 유입된다.

상기 분배기(12)를 거친 작동 유체는 제1 유로(81)로 유입된다.

상기 제1 유로(81)로 유입된 작동 유체는, 분기점(81a)을 거친 후, 제2-1 유로(82a)와 제2-2 유로(82a)로 분기되어, 제1 저장탱크(61)와 제2 저장탱크(65)로 유입되는데, 상기 작동 유체는 상기 제1 저장탱크(61)와 상기 제2 저장탱크(65)가 저압 상태일 때에 교번하여 유입된다.

제2-1 유로(82a)를 흐르는 작동 유체는 제1 유입구(61a)를 통해 제1 저장탱크(61)로 유입되고, 제2-2 유로(82b)를 흐르는 작동 유체는 제2 유입구(65a)를 통해 제2 저장탱크(65)로 유입된다.

제2-1 유로(82a)와 제2-2 유로(82b)에는 각각 제2-1 밸브(92a)와 제2-2 밸브(92b)가 설치되어 제1 저장탱크(61) 또는 제2 저장탱크(65) 중 고압 상태의 저장탱크로 유입되는 작동 유체의 역류를 방지한다.

액체 상태의 작동 유체(이하에서는 액체(L)라 칭함)는 제1 저장탱크(61) 및 제2 저장탱크(65)에 저장되며, 기체 상태의 작동 유체(이하에서는 기체(G)라 칭함)는 제3유로(83)에서 분기된 제4 유로(84)를 거쳐 압축기(70)로 흡입된다.

제3 유로(83a, 83b)와 제4 유로(84a, 84b)에는 밸브(93a, 93b, 94a, 94b)가 설치되고, 상기 밸브(93a, 93b, 94a, 94b)는 컨트롤러부(미도시)에 의해 개폐여부가 제어된다.

상기 컨트롤러부는, 본 발명에 따른 압축펌프 시스템(50)의 전반적인 동작을 제어하는 역할을 수행한다.

본 발명에 의하면, 제3-1 밸브(93a)와 제4-2 밸브(94b)는 항상 함께 개폐된다.

또한, 제3-2 밸브(93b)와 제4-1 밸브(94a)는 항상 함께 개폐된다.

즉, 제3-1 밸브(93a)와 제4-2 밸브(94b)가 열리면, 제3-2 밸브(93b)와 제4-1 밸브(94a)가 닫히는 것이다.

그리고, 제3-1 밸브(93a)와 제4-2 밸브(94b)가 닫히면, 제3-2 밸브(93b)와 제4-1 밸브(94a)는 열린다.

상기 밸브(93a, 93b, 94a, 94b)의 개폐 동작은 상기 컨트롤러부에서 제어되며, 각각의 밸브(93a, 93b, 94a, 94b)가 열고 닫히는 시간 간격을 작동 유체 량에 비례하도록 설정하여, 각각의 저장탱크(61, 65)에서 압축기(70)로 기체(G)를 흡입하는 동작을 번갈아 수행한다.

즉, 압축기(70)가 제1 저장탱크(61)로부터 기체(G)를 흡입할 때, 상기 압축기(10)는 제2 저장탱크(65)로부터 기체(G)를 흡입하지 않는다.

반대로, 압축기(70)가 제2 저장탱크(65)로부터 기체(G)를 흡입할 때, 상기 압축기(70)는 제1 저장탱크(61)로부터 기체(G)를 흡입하지 않는다.

이때, 응축부(10)에서로부터 저장탱크(61, 65)로 유입된 작동 유체(즉, 응축된 액체)는일부가 기화되어 저장탱크(61, 65)의 상부에 형성된 출입구(71a, 71b)를 통해 압축기(70)로 흡입된다.

이로 인해, 제1 저장탱크(61)와 제2 저장탱크(65) 중 어느 하나는 저압 상태가 되어 응축부(10)로부터의 작동 유체 유입이 원활해 지고, 이는 응축부(10)에 영향을 주어 기체 이송관(30)에서의 기체 이송을 원활히 한다.

제1 사이클 : 제3-1 밸브(83a)와 제4-2 밸브(84b)는 열린 상태이고, 제3-2 밸브(83b)와 제4-1 밸브(84a)는 닫힌 상태

제2 사이클 : 제3-2 밸브(83b)와 제401 밸브(84a)는 열린 상태이고, 제3-1 밸브(83a)와 제4-2 밸브(84b)는 닫힌 상태

상기 제1 사이클은, 제3-1 밸브(93a)와 제4-2 밸브(94b)는 열린 상태이고, 제3-2 밸브(93b)와 제4-1 밸브(94a)는 닫힌 상태이다.

제4-2 밸브(94b)가 열렸으므로, 제2 저장탱크(65)에 저장되어 있는 작동 유체 중 기체(G)가 제3-2 유로(83b), 상기 제3-2 유로(83b)에서 분기된 제4-2 유로(84b), 제5 유로(85)를 거쳐 압축기(70)로 유입된다.

이때, 제4-1 밸브(94a)는 닫혀있으므로, 제1 저장탱크(61)에 저장되어 있는 작동 유체는 압축기(70)로 흡입되지 않는다.

상기 기체(G)는 압축기(70)와 제6 유로(86)를 통해 제3-1 유로(83a)로 흘러들어간다.

제3-1 유로(83a)로 유입된 기체(G)는 제1 출입구(71a)를 통해 제1 저장탱크(61)로 유입되어, 상기 제1 저장탱크(61) 내부의 압력을 높이게 된다.

상기 작동 유체는 제7-1 유로(87a)를 통해 액체 이송관(40)으로 유입된다.

액체 이송관(40)으로 유입된 작동 유체는 건조기(118)를 거쳐 수분이 제거되고, 질량유량제어밸브(119)와 분배기(22)를 거쳐 압력 손실이 최소화된 상태로 증발부(20)로 유입된다.

상기 질량유량제어밸브(119)는, 상기 작동 유체가 액체 이송관(40)에서 압력 손실이 발생하는 것을 제어하고, 상기 액체 이송관(40)이 일정한 압력을 유지하게 함으로써, 증발부(20)의 압력이 높아져도 작동 유체의 이송이 원활하도록 한다.

액체 상태의 작동 유체는 분배기(22)를 거치면서 증발부(20)의 그루브 코일에서 증발이 원활히 일어나도록 상기 작동 유체를 분활/분배하여 상기 증발부(20)로 유입된다.

증발부(20)에서 기화된 작동 유체는 증발부(20)의 출구(23)로 토출되고, 기체 이송관(30)을 거쳐 응축부(10)로 이송된다.

압축기(70)가 제2 저장탱크(65)의 기체(G)를 흡입하여 압축한 다음, 제2 저장탱크(65)로 토출시키는 제1 사이클 과정이 컨트롤러부에 설정되어 있는 일정 시간 동안 진행되면, 상기 밸브(93a, 93b, 94a, 94b)의 개폐 여부는 반대가 되어, 제2 사이클 상태가 된다.

상기 제2 사이클은, 제3-1 밸브(93a)와 제4-2 밸브(94b)는 닫힌 상태이고, 제3-2 밸브(93b)와 제4-1 밸브(94a)가 열린상태이다.

제4-1 밸브(94a)가 열렸으므로, 제1 저장탱크(61)에 저장되어 있는 작동 유체 중 기체(G)가 제3-1 유로(83a), 상기 제3-1 유로(83a)에서 분기된 제4-1 유로(84a), 제5 유로(85)를 거쳐 압축기(70)로 유입된다.

이때, 제4-2 밸브(94b)는 닫혀있으므로, 제2 저장탱크(65)에 저장되어 있는 작동 유체는 압축기(70)로 흡입되지 않는다.

상기 기체(G)가 압축기(70)와 제6 유로(86)를 거쳐 제3-2 유로(83b)로 흘러들어간다.

제3-2 유로(83b)로 유입된 기체(G)는 제2 출입구(71b)를 통해 제2 저장탱크(65)로 유입되어, 상기 제2 저장탱크(65) 내부의 압력을 높이게 된다.

상기 작동 유체는 제7-2 유로(87b)를 통해 액체 이송관(40)으로 흐른다.

본 발명의 히트파이프 시스템에서, 압축펌프 시스템(50)은 컨트롤러부에 의해 제어되며, 상기 컨트롤러부에 의해 제1 사이클과 제2 사이클이 작동 유체의 양에 따라 일정한 시간 간격으로 번갈아가며 수행된다.

즉, 상기 컨트롤러부에 설정된 시간(t)에 대하여, 최초의 시간(t) 동안에 제1 사이클이 수행되고, 그 다음 시간(t) 동안에는 제2 사이클이 수행되며, 그 다음 시간(t) 동안에는 다시 제1 사이클이 수행되는 것이다(제1 사이클 -> 제2 사이클 -> 제1 사이클 -> 제2 사이클 ->

).

증발부(20)와 응축부(10)의 작동 유체의 온도가 고온이 되어 상기 압축기(70)가 과열 증기를 흡입할 때, 상기 압축기(70)는 과열될 수 있다.

압축기(70)의 과열을 방지하기 위하여, 과열방지부(120)가 더 마련될 수 있다.

상기 과열방지부(120)는 액체 이송관(40)에서 분기되어 압축기(70)에 연결되는 제8 유로(88)에 설치되어, 상기 액체 이송관(40)으로 유입되는 작동 유체의 일부를 이용하여 상기 작동 유체를 모세관(122)에 의해 증발시켜 압축기(70)의 과열을 방지한다.

이를 위해, 본 발명에서의 과열방지부(120)는, 압축기(70)의 토출압력 센서(미도시)를 감지하여 설정압력 이상일 때 열리는 전자밸브(123)와, 상기 전자밸브(123)가 열렸을 때, 제8 유로(88)로 유입된 작동 유체를 기화시키는 모세관(122)을 포함한다.

상기 작동 유체는 모세관(122)에서 기화된 상태로 압축기(70)로 유입되어 과열된 압축기(70)의 열을 식혀준다.

압축기(70)를 식힌 작동 유체는, 수행 중인 사이클(제1 사이클 또는 제2 사이클)과정을 거친 후, 제1 저장탱크(61) 또는 제2 저장탱크(65)로 유입되어 증발부(20)로 보내진다.

또한, 상기 압축기(70)로 흡입된 기체(G)가 상기 압축기(70)의 용량보다 적어서 기체(G)의 압축이 원활하지않는 경우를 대비하여, 기체 이송관(30)에서 분기되어 압축기(70)에 연결되는 제9 유로(89)를 더 설치할 수 있다.

상기 제9 유로(89)에는 유량제어밸브(131)와 축소관(132)이 더 설치될 수 있다.

상기 축소관(132)은 기체 이송관(30)에서 제9 유로(89)로 분기되는 분기점에 설치하여, 상기 기체 이송관(30)보다 작은 직경의 제9 유로(89)를 설치할 수 있도록 하였다.

또한, 상기 유량제어밸브(131)에 의해 압축기(70)로 유입되는 가스 상태의 작동 유체의 양이 조절되고, 상기 압축기(70)에 의한 가스 압축 작동이 원활하게 수행될 수 있는 것이다.

제2 실시예 - 양방향 순환이 가능한 분리형 히트파이프 시스템▶

도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 작동 유체의 순환 경로를 선택할 수 있는 분리형 히트파이프 시스템은, 제1 히트파이프(10a); 제2 히트파이프(20a); 상기 제1 히트파이프(10a)와 상기 제2 히트파이프(20a)를 연결하는 기체 이송관(30) 및 액체 이송관(40); 상기 제1 히트파이프(10a)와 상기 액체 이송관(40) 사이에 설치되는 제1 압축펌프 시스템(50a); 상기 제2 히프파이프(20a)와 상기 액체 이송관(40) 사이에 설치되는 제2 압축펌프 시스템(50b);을 포함한다.

상기 제1 압축펌프 시스템(50a)은, 일측은 유로에 의해 상기 제1 히트파이프(10a)와 연결되고, 타측은 상기 액체 이송관(40)과 연결되되, 작동 유체가 저장되는 제1-1 저장탱크(61) 및 제1-2 저장탱크(65)와, 상기 제1-1 저장탱크(61) 또는 상기 제1-2 저장탱크(65) 중 어느 하나에 저장되는 기체 상태의 작동 유체를 흡입하고, 상기 작동 유체를 압축하여 나머지 하나의 저장탱크로 토출하는 제1 압축기(70)를 포함한다.

상기 제2 압축펌프 시스템(50b)은, 일측은 유로에 의해 상기 제2 히트파이프(20a)와 연결되고, 타측은 상기 액체 이송관(40)과 연결되되, 작동 유체가 저장되는 제2-1 저장탱크(161) 및 제2-2 저장탱크(165)와, 상기 제2-1 저장탱크(161) 또는 상기 제2-2 저장탱크(165) 중 어느 하나에 저장되는 기체 상태의 작동 유체를 흡입하고, 상기 작동 유체를 압축하여 나머지 하나의 탱크로 토출하는 제2 압축기(170)를 포함한다.

상기 제1 히트파이프(10a)가 응축부이고 상기 제2 히트파이프(20a)가 증발부일 때, 상기 제1 압축펌프 시스템(50a)에서는, 상기 제1 히트파이프(10a)로부터 제1-1, 1-2 저장탱크(61, 65)로 작동 유체가 유입되고, 상기 제1-1 저장탱크(61) 또는 상기 제1-2 저장탱크(65) 중 어느 하나에 저장되는 기체 상태의 작동 유체를 상기 제1 압축기(70)로 압축하여 나머지 하나의 탱크로 토출시킨다.

상기 제1 압축펌프 시스템(50a)은 일측이 제1 히트파이프(10a)와 연결되고, 타측이 액체 이송관(40)과 연결되도록 설치된다.

상기 제1 압축펌프 시스템(50a)의 구성 및 작동 메카니즘은 전술한 압축펌프 시스템(50) 동일하며, 상기 제1 히트파이프(10a)는 응축부(10)이고, 상기 제2 히트파이프(20a)는 증발부(20)이고, 제1-1 저장탱크(61)는 제1 저장탱크(61)이고, 제1-2 저장탱크(65)는 제2 저장탱크(65)이고, 제1 압축기(70)는 압축기(70)이다.

제1 압축펌프 시스템(50a)을 설명함에 있어서, 상기 제1 압축펌프 시스템(50a)은 상기 압축펌프 시스템(50)과 동일한 구성요소를 가지므로, 동일한 부호를 부여하며 기타 상세한 설명을 생략한다.

● 제2 실시예에 따른 제2 압축펌프 시스템(50b)의 구성

상기 제2 히트파이프(20a)가 응축부이고 상기 제1 히트파이프(10a)가 증발부일 때, 상기 제2 압축펌프 시스템(50b)에서는, 상기 제2 히트파이프(20a)로부터 상기 제2-1, 2-2 저장탱크(161, 165)로 작동 유체가 유입되고, 상기 제2-1 저장탱크(161) 또는 상기 제2-2 저장탱크(165) 중 어느 하나에 저장되는 기체 상태의 작동 유체를 상기 제2 압축기(170)로 압축하여 나머지 하나의 저장탱크로 토출시킨다.

상기 제2 압축펌프 시스템(50b)은 일측이 제2 히트파이프(20a)와 연결되고, 타측이 액체 이송관(40)과 연결되도록 설치된다.

도 6에 제2 압축펌프 시스템(50b)을 확대 도시하였다.

제2 압축펌프 시스템(50b)은 제2 히트파이프(20q)로부터 토출된 작동 유체가 저장되는 저장탱크(161, 165); 상기 제2 히트파이프(20a)와 상기 저장탱크(161, 165)를 연결하는 유로; 상기 유로로부터 분기되어 기체 상태의 작동 유체를 흡입하여 압축한 후, 저장탱크(161, 165)로 토출시키는 압축기(170)를 포함한다.

상기 제2 히트파이프(20a)는, 기체 이송관(130)으로부터 상기 제2 히트파이프(20a)로 작동 유체가 유입되는 입구와 상기 제2 히트파이프(20a)에서 응축된 작동 유체가 토출되는 출구를 포함한다.

상기 출구에는 분배기(22)가 더 마련되고, 상기 분배기(22)에는 제1 유로(181)가 연결 설치되어, 제2 히트파이프(20a)에서 응축된 작동 유체가 자연구배로 흐를 수 있도록 하였다.

상기 제1 유로(181)는 자연구배관으로 형성되는 것이 바람직하다.

제1 유로(181)는 제2 유로(182)와 연결되고, 상기 제2 유로(182)는 작동 유체를 저장탱크(161, 165)로 안내한다.

제2 유로(182)는, 제1 유로(181)의 끝에 마련된 분기점(181a)에 의해, 제2-1 유로(182a)와 제2-2 유로(182b)로 나뉘어진다.

제2 유로(182)는 상기 저장탱크(161, 162)와 연결 설치된다.

상기 저장탱크(161, 165)는 제2-1 저장탱크(161)와 제2-2 저장탱크(165)이다.

제2-1 유로(182a)는 제2-1 저장탱크(161)에 연결되고, 제2-2 유로(182b)는 제2-2 저장탱크(165)에 연결된다.

제2-1 유로(182a)와 제2-2 유로(182b)에는 각각 제2-1밸브(192a)와 제2-2 밸브(192b)가 마련되어, 상기 제2-1 유로(182a)와 제2-2 유로(182b)를 따라 제2-1 저장탱크(161) 및 제2-2 저장탱크(165)로 이송되는 작동 유체가 역류하지 않도록 하였다.

제2-1밸브(192a)와 제2-2밸브(192b)는 역류방지용 체크밸브로 마련되는 것이 바람직하다.

제2-1 저장탱크(161)에는 작동 유체가 유입되는 제1 유입구(161a)가 마련되고, 상기 제1 유입구(161a)에는 상기 제2-1 유로(182a)가 연결 설치된다.

제2-2 저장탱크(165)에는 작동 유체가 유입되는 제2 유입구(165a)가 마련되고, 상기 제2 유입구(165a)에는 상기 제2-2 유로(182b)가 연결 설치된다.

제2-1 밸브(192a)와 제2-2 밸브(192b)는 역류방지 밸브이므로, 제2 히트파이프(20a)에서 응축된 작동 유체는 제2-1 유로(182a)와 제2-2 유로(182b)를 따라 제2-1 저장탱크(161)와 제2-2 저장탱크(165)에 각각 저장된다.

이때, 상기 작동 유체는 기체와 액체가 혼합된 상태이다.

제2-1, 2-2 저장탱크(161, 165)에 저장된 작동 유체 중, 액체 상태의 작동 유체는 제1-1, 2-2 저장탱크(161, 165)에 저장된다.

기체 상태의 작동 유체는 제2 압축기(170)로 유입된다.

상기 기체(G)를 제2 압축기(170)로 유입하기 위해서, 제2-1 저장탱크(161) 및 제2-2 저장탱크(165)에는 각각 제1 출입구(171a)와 제2 출입구(171b)가 마련된다.

제1 출입구(171a)와 제2 출입구(171b)에는 제3 유로(183)가 연결설치되고, 상기 제3 유로(183)에서 분기되어 상기 제2 압축기(170)의 흡입구에 연결되는 제4 유로(184)가 더 설치된다.

제 3 유로(183)는, 일측이 제1 출입구(171a)에 설치되는 제3-1 유로(183a)와 일측이 제2 출입구(171b)에 설치되는 제3-2 유로(183b)를 포함한다.

제3-1 유로(183a)에는 제3-1 밸브(193a)가 마련되고, 제3-2 유로(183b)에는 제3-2 밸브(193b)가 마련된다.

제3-1 밸브(193a)와 제3-2 밸브(193b)는 전자밸브이다.

제4 유로(184)는 제3 유로(183)로부터 분기된다.

즉, 제4 유로(184)는, 제3-1 유로(183a)로부터 분기된 제4-1 유로(184a)와 제3-2 유로(183b)로부터 분기된 제4-2 유로(184b)를 포함한다.

제4-1 유로(184a)에는 제4-1 밸브(194a)와 4-3 밸브(194c)가 마련되고, 제4-2 유로(184b)에는 제4-2 밸브(194b)와 제4-4 밸브(194d)가 마련된다.

제4-1 밸브(194a)와 제4-2 밸브(194b)는 전자밸브이고, 제4-3 밸브(194c)와 제4-4 밸브(194d)는 유량조절밸브이다.

제4-1 유로(184a)와 제4-2 유로(184b)는 제 5유로(185)로 연결되고, 상기 제5 유로(185)는 제2 압축기(170)의 흡입구로 연결된다.

상기 흡입구로 흡입되는 기체(G)는 제2 압축기(170)에서 압축되어, 상기 제2 압축기(170)의 토출구에 연결된 제6 유로(186)로 상기 기체(G)가 토출된다.

제6 유로(186)는 제3 유로(186)에 연결 설치되며, 제3-1 밸브(193a) 및 제3-2 밸브(193b)의 개폐 여부에 따라, 상기 기체(G)가 제2-1 저장탱크(161) 또는 제2-2 저장탱크(165)에 저장된다.

제2-1 저장탱크(161) 및 제2-2 저장탱크(165)에 저장된 액체(L), 즉, 응축된 작동 유체는 제 7유로(187)로를 거쳐 액체 이송관(40)으로 유출된다.

제7 유로(187)는 제7-1 유로(187a)와 제7-2 유로(187b)를 포함한다.

제2-1 저장탱크(161)에는 제1 토출구(161b)가 마련되어, 상기 제7-1 유로(187a)가 설치되고, 제2-2 저장탱크(165)에는 제2 토출구(165b)가 마련되어, 상기 제7-2 유로(187b)가 설치된다.

제7-1 유로(187a)에는 제7-1 밸브(197a)가 마련되고, 제7-2 유로(187b)에는 제7-2 밸브(197b)가 마련된다.

제7-1 밸브(197a)와 제7-2 밸브(197b)는 역류방지밸브이다.

제7 유로(187)는 액체 이송관(40)과 연결되고, 작동 유체는 제1 히트파이프(10a)로 안내된다.

상기 액체 이송관(40)을 통해 제1 히트파이프(10a) 측으로 안내되는 작동 유체는, 제2 히트파이프(20a) 및 제2 압축기(170)를 거쳐 응축된 액체 상태이다.

상기 작동 유체는 액체 이송관(40)을 따라 제1 히트파이프(10a)로 이송되는데, 제1 히트파이프(10a)의 입구와 가까운 부분의 액체 이송관(40)에는 건조기(118)가 더 설치될 수 있다.

상기 건조기(118)는 제1 히트파이프(10a)로 유입되는 작동 유체의 수분을 제거하는 역할을 한다.

상기 건조기(118)를 거친 작동 유체는 질량유량제어밸브(119)를 거쳐 제1 히트파이프(10a)로 유입된다.

상기 제1 히트파이프(10a)의 입구에는 분배기가 더 마련될 수 있다.

상기 질량유량제어밸브(119)는, 상기 작동 유체가 액체 이송관(40)에서 압력 손실이 발생하는 것을 제어하고, 상기 액체 이송관(40)이 일정한 압력을 유지하게 함으로써, 제1 히트파이프(10)의 압력이 높아져도 작동 유체의 이송이 원활하도록 한다.

액체 상태의 작동 유체는 분배기를 거치면서 증발부(20)의 그루브 코일에서 증발이 원활히 일어나도록 상기 작동 유체를 분활/분배하여 상기 제1 히트파이프(10)로 유입된다.

작동 유체는 제1 히트파이프(10a)에서 기체로 상변화한다.

기체(G) 상태의 작동 유체가 상기 제1 히트파이프(10a) 내에 머무르는 시간을 최소화하기 위해 상기 제1 히트파이프(10a) 내에 설치되는 배관을 최단거리로 구성하여, 상기 기체(G)가 상기 제1 히트파이프(10a)의 출구로 토출될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 작동 유체는 기체 이송관(30)을 통해 제1 히트파이프(10a)에서 제2 히트파이프(20a)로 이송된다.

상기 기체 이송관(30)은 기체(G)가 이송되기 위해 압력손실이 최소화되도록 상기 기체 이송관(30)의 배관 경을 선정하고, 상기 기체 이송관(30)의 구배를 최소화하여 설계 및 설치하는 것이 바람직하다.

상기 기체 이송관(30)을 거친 기체(G) 상태의 작동 유체는 제2 히트파이프(20a) 입구로 유입된다.

상기와 같은 제2 압축펌프 시스템(50b)을 포함하는 분리형 히트파이프 시스템은, 제1 압축펌프 시스템(50a), 즉, 전술한 압축펌프 시스템(50)을 포함하는 분리형 히트파이프 시스템과 동일한 동작을 수행하므로, 상기 제2 압축펌프 시스템(50b)이 설치된 분리형 히트파이프 시스템의 동작에 대한 설명은 생략한다.

이와 같이, 제1 압축펌프 시스템(50a)과 제2 압축펌프 시스템(50b)을 포함하는 분리형 히트파이프 시스템은, 상기 컨트롤러부(미도시)에 의해 제어된다.

즉, 제1 히트파이프(10a)와 제2 히트파이프(20a)가 설치되는 공간의 계절적 변화 등 외부 조건에 따라, 작동 유체가 흐르는 방향을 정방향(반시계방향) 또는 역방향(시계방향)으로 설정할 수 있는 것이다.

● 제2 실시예의 제1 압축펌프 시스템이 작동할 때의 작동 유체의 흐름

도 4는 제1 히트파이프(10a)가 응축부이고 제2 히트파이프(20a)가 증발부 일 때, 작동 유체의 흐름을 도시한 상태도이다.

이때, 상기 컨트롤러부에 의해 상기 제1 압축펌프 시스템(50a)이 작동하며, 제2 압축펌프 시스템(50b)은 작동하지 않는다.

이를 위해, 제1 히트파이프(10a) 측에 설치되는 질량유량제어밸브(119)와 제2 히트파이프(20a) 측에 설치되는 전자밸브(115; 제2 히트파이프(20a)와 제2 압축펌프 시스템(150) 사이에 설치됨. 제1 유로(181)에 설치되는 것이 바람직함.)는 컨트롤러부에 의해 닫힌 상태가 되고, 제1 히트파이프(10a)에서 응축된 작동 유체는 제1 압축펌프 시스템(50a)을 거쳐 액체 이송관(40)으로 유입된다.

상기 작동 유체는 액체 이송관(40)을 거쳐 제2 히트파이프(20a)로 유입된다.

상기 제2 히트파이프(20a)는 증발부이므로, 상기 작동 유체는 기화되어 기체 상태가 되고, 상기 기체는 기체 이송관(30)을 따라 제1 히트파이프(10a)로 유입된다.

● 제2 실시예의 제2 압축펌프 시스템이 작동할 때의 작동 유체의 흐름

도 6은 제2 히트파이프(20a)가 응축부이고 제1 히트파이프(10a)가 증발부 일 때, 작동 유체의 흐름을 도시한 상태도이다.

이때, 상기 컨트롤러부에 의해 상기 제2 압축펌프 시스템(50b)이 작동하며, 제1 압축펌프 시스템(50a)은 작동하지 않는다.

또한, 제2 히트파이프(20a) 측에 설치되는 질량유량제어밸브(119)와 제1 히트파이프(10a) 측에 설치되는 전자밸브(115; 제1 히트파이프(20a)와 제1 압축펌프 시스템(50) 사이에 설치됨. 제1 유로(81)에 설치되는 것이 바람직함.)는 컨트롤러부에 의해 닫힌 상태가 되고, 제2 히트파이프(20a)에서 응축된 작동 유체는 제2 압축펌프 시스템(50b)을 거쳐 액체 이송관(40)으로 유입된다.

상기 작동 유체는 액체 이송관(40)을 거쳐 제1 히트파이프(10a)로 유입된다.

상기 제1 히트파이프(10a)는 증발부이므로, 상기 작동 유체는 기화되어 기체 상태가 되고, 상기 기체는 기체 이송관(30)을 따라 제2 히트파이프(20a)로 유입된다.

상기와 같은 양방향 순환이 가능한 작동 유체의 이동 경로를 가지는 분리형 히트파이프 시스템은 계절 등의 외부 조건의 변화에 따라, 작동되는 압축펌프 시스템(50a, 50b)을 컨트롤러부에 의해 선택하여 사용하는 것이 가능하다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시에에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 잇게 됨을 부언한다.

10 : 응축부 10a : 제1 히트파이프
11 : 입구 12 : 분배기
20 : 증발부 20a : 제2 히트파이프
22 : 분배기 23 : 출구
30 : 기체 이송관 40 : 액체 이송관
50 : 압축펌프 시스템 50a, 50b : 압축펌프 시스템
61, 161 : 제1 저장탱크 61a, 161a : 제1 유입구
61b, 161b : 제1 토출구 65, 165 : 제2 저장탱크
65a, 165a : 제2 유입구 65b, 165b : 제2 토출구
70, 170 : 압축기 71a, 171a : 제1 출입구
71b, 171b : 제2 출입구 81, 181 : 제1 유로
82, 182 : 제2 유로 82a, 182a : 제2-1 유로
82b, 182b : 제2-2 유로 83, 183 : 제3 유로
83a, 183a : 제3-1 유로 83b, 183b : 제3-2 유로
84, 184 : 제4 유로 84a, 184a : 제4-1 유로
84b, 184b : 제4-2 유로 85, 185 : 제5 유로
86, 186 : 제6 유로 87, 187 : 제7 유로
87a, 187a : 제7-1 유로 87b, 187b : 제7-2 유로
88, 188 : 제8 유로 89, 189 : 제9 유로
92a, 192a : 제2-1 밸브 92b, 192a : 제2-2 밸브
93a, 193a : 제3-1 밸브 93b, 193b : 제3-2 밸브
94a, 194a : 제4-1 밸브 94b, 194b : 제4-2 밸브
94c, 194c : 제4-3 밸브 94d, 194d : 제4-4 밸브
97a, 197a : 제7-1 밸브 97b, 197b : 제7-2 밸브
115 : 전자밸브 118 : 건조기
119 : 질량유량제어밸브 120 : 과열방지부
122 : 모세관 123 : 전자밸브
131 : 유량제어밸브 132 축소관

Claims

응축부;
증발부;
상기 증발부와 상기 응축부를 연결하되, 상기 증발부에서 상기 응축부로 이동하는 가스의 이동통로인 가스 이송관;
상기 응축부와 상기 증발부를 연결하되, 상기 응축부에서 상기 증발부로 이동하는 액체의 이동통로인 액체 이송관;
일측은 유로에 의해 상기 응축부와 연결되고, 타측은 상기 액체 이송관과 연결되되, 작동 유체가 저장되는 제1 저장탱크 및 제2 저장탱크;
상기 제1 저장탱크 또는 상기 제2 저장탱크 중 어느 하나에 저장되는 기체 상태의 작동 유체를 상기 유로를 통해 흡입하고, 상기 기체 상태의 작동 유체를 압축하여 나머지 하나의 저장탱크로 토출하는 압축기;를 포함하는 분리형 히트파이프 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 응축부로부터 상기 제1, 2 저장탱크로 작동 유체를 안내하는 제2 유로;
상기 제1, 2 저장탱크와 상기 압축기 사이에 설치되되, 기체 상태의 작동 유체의 이동통로인 제4 유로;
상기 압축기에서 압축된 작동 유체를 상기 제1, 2 저장탱크로 안내하는 제3 유로;를 포함하는 분리형 히트파이프 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 저장탱크와 상기 압축기를 연결하는 제4-1 유로;
상기 제4-1 유로에 설치되는 제4-1 밸브;
상기 제2 저장탱크와 상기 압축기를 연결하는 제4-2 유로;
상기 제4-2 유로에 설치되는 제4-2 밸브;
상기 압축기와 상기 제1 저장탱크를 연결하는 제3-1 유로;
상기 제3-1 유로에 설치되는 제3-1 밸브;
상기 압축기와 상기 제2 저장탱크를 연결하는 제3-2 유로;
상기 제3-2 유로에 설치되는 제3-2 밸브;를 포함하고,
상기 제3-1 밸브와 상기 제4-2 밸브가 열린 상태이고, 상기 제3-2 밸브와 상기 제4-1 밸브가 닫힌 상태일 때, 상기 제2 저장탱크에 있는 작동 유체가 상기 제4-2 유로를 통해 상기 압축기로 흡입되고, 상기 압축기를 거친 작동 유체가 상기 제3-1 유로를 통해 제1 저장탱크로 유입되는 제1 사이클과,
상기 제3-2 밸브와 상기 제4-1 밸브가 열린 상태이고, 상기 제3-1 밸브와 상기 제4-2 밸브가 닫힌 상태일 때, 상기 제1 저장탱크에 있는 작동 유체가 상기 제4-1 유로를 통해 상기 압축기로 흡입되고, 상기 압축기를 거친 작동 유체가 상기 제3-2 유로를 통해 제2 저장탱크로 유입되는 제2 사이클을 수행하되,
상기 제1 사이클과 상기 제2 사이클을 번갈아가며 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 분리형 히트파이프 시스템.
제1 히트파이프;
제2 히트파이프;
상기 제1 히트파이프와 상기 제2 히트파이프를 연결하는 가스 이송관 및 액체 이송관;
상기 제1 히트파이프와 상기 액체 이송관 사이에 설치되는 제1 압축펌프 시스템;
상기 제2 히트파이프와 상기 액체 이송관 사이에 설치되는 제2 압축펌프 시스템;를 포함하되,
상기 제1 압축펌프 시스템은,
일측은 유로에 의해 상기 제1 히트파이프와 연결되고, 타측은 상기 액체 이송관과 연결되되, 작동 유체가 저장되는 제1-1 저장탱크 및 제1-2 저장탱크와,
상기 제1-1 저장탱크 또는 상기 제1-2 저장탱크 중 어느 하나에 저장되는 기체 상태의 작동 유체를 흡입하고, 상기 작동 유체를 압축하여 나머지 하나의 저장탱크로 토출하는 제1 압축기를 포함하고,
상기 제2 압축펌프 시스템은,
일측은 유로에 의해 상기 제2 히트파이프와 연결되고, 타측은 상기 액체 이송관과 연결되되, 작동 유체가 저장되는 제2-1 저장탱크 및 제2-2 저장탱크와,
상기 제2-1 저장탱크 또는 상기 제2-2 저장탱크 중 어느 하나에 저장되는 기체 상태의 작동 유체를 흡입하고, 상기 작동 유체를 압축하여 나머지 하나의 저장탱크로 토출하는 제2 압축기를 포함하되,
상기 제1 히트파이프가 응축부이고 상기 제2 히트파이프가 증발부일 때, 상기 제1 압축펌프 시스템에서는,
상기 제1 히트파이프로부터 상기 제1-1, 1-2 저장탱크로 작동 유체가 유입되고, 상기 제1-1 저장탱크 또는 상기 제1-2 저장탱크 중 어느 하나에 저장되는 기체 상태의 작동 유체를 상기 제1 압축기로 압축하여 나머지 하나의 저장탱크로 토출시키고,
상기 제2 히트파이프가 응축부이고 상기 제1 히트파이프가 증발부일 때, 상기 제2 압축펌프 시스템에서는,
상기 제2 히트파이프로부터 상기 제2-1, 2-2 저장탱크로 작동 유체가 유입되고, 상기 제2-1 저장탱크 또는 상기 제2-2 저장탱크 중 어느 하나에 저장되는 기체 상태의 작동 유체를 상기 제2 압축기로 압축하여 나머지 하나의 저장탱크로 토출시키는 것을 특징으로 하는 분리형 히트파이프 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 히트파이프는 이너그루브 타입 코일로 된 증발부와 응축부를 교환하여 사용할 수 있는 분배기를 갖는 것과,
상기 제2 히트파이프는 이너그루브 타입 코일로 된 증발부와 응축부를 교환하여 사용할 수 있는 분배기를 갖는 것을 특징으로 하는 분리형 히트파이프 시스템.