KR101688610B1 - 복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치 - Google Patents

복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치 Download PDF

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임의수
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신현근
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명의 목적은 고효율의 냉각 성능을 발휘하는 복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치는, 압전소자를 이용하여 냉각 작용하는 복수의 단위 냉각부들, 및 상기 단위 냉각부들의 일측을 서로 연결하는 모듈 형성부를 포함한다.

Description

복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치 {MODULE TYPE REFRIGERATOR USING PLURAL PIEZO ELECTRIC ELEMENTS}
본 발명은 압전소자의 초음파를 이용한 냉각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 압전소자에서 발생되는 초음파를 이용하여 냉각 작용하는 복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치에 관한 것이다.
대한민국 공개특허 2000-0059898호 음파 냉동을 이용한 자동 제빙기 및 이 자동 제빙기를 채용한 냉장고가 개시되어 있다. 자동 제빙기는 그 내부에 불활성 가스를 저장하고 있는 U자형 공명기, U자형 공명기에 음압을 인가하여 U자형 공명기에 저장된 불활성 가스의 분자들을 압축 및 팽창시키므로써 U자형 공명기 내부의 온도 분포를 변화시키는 스피커, U자형 공명기의 내부 온도를 제빙 용기에 전달하고 내부에 통로를 형성하는 열교환기, 및 스피커를 작동시키는 전자 제어 유닛을 구비한다.
이와 같이, 파동 냉각 방법은 파동 에너지를 운동 에너지로 변환시켜 냉각 효과를 얻는 방법이다. 다른 예를 들면, 파동 냉각 장치는 하우징의 일측에 구비되는 스피커로 음파를 발생시켜 하우징 내에 설치되는 스택의 내부 통로로 음파의 파동 에너지를 전달하며, 이때 작동 유체가 스택의 양측에 구비되는 콜드 열교환기와 핫 열교환기 사이에서 진동 및 이동하면서 냉각 작용한다.
일례를 들면, 압전소자의 초음파를 이용한 냉각 장치는 작동 유체를 내장하는 하우징 및 하우징의 일측에 구비되어 초음파를 발생시키는 압전소자를 포함한다. 하우징의 일측에 하나의 압전소자가 구비되므로 압전소자에서 발생되는 초음파가 한 가지로 결정된다. 따라서 고효율의 냉각 성능을 발휘할 수 있는 냉각 장치의 온도 범위가 제한된다.
본 발명의 목적은 고효율의 냉각 성능을 발휘하는 복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 고효율의 냉각 성능을 발휘하는 온도 범위를 넓히는 복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치는, 압전소자를 이용하여 냉각 작용하는 복수의 단위 냉각부들, 및 상기 단위 냉각부들의 일측을 서로 연결하는 모듈 형성부를 포함한다.
상기 단위 냉각부들은 상기 압전소자를 각각 구비하며, 압전소자들은 적어도 두 가지 주파수의 초음파를 발생시킬 수 있다.
상기 압전소자들은 20~40kHz에서 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시킬 수 있다.
상기 단위 냉각부는, 진동하는 작동 유체를 이동시키는 제1통로와 제2통로를 각각 구비하는 제1열교환기와 제2열교환기, 상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기 사이에 밀착되어서 상기 제1통로와 상기 제2통로를 서로 연결하는 채널 부재들, 상기 채널 부재들의 외곽을 둘러싸고 상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기 사이에 배치되는 홀더, 상기 제1열교환기의 일측에 배치되어 제1공간을 설정하여 작동 유체를 내장하는 제1하우징, 및 상기 제2열교환기의 일측에 배치되어 제2공간을 설정하여 작동 유체를 내장하는 제2하우징을 포함한다.
상기 제1하우징과 상기 제1열교환기 사이의 제1간격이 상기 제2하우징과 상기 제2열교환기 사이의 제2간격보다 큰 경우, 상기 압전소자는 상기 제1하우징에 구비될 수 있다.
상기 제1열교환기는 상기 제1하우징과 마주하여 상기 제1공간을 설정하여 콜드 열교환기를 형성하고, 상기 제2열교환기는 상기 제2하우징에 마주하여 상기 제2공간을 설정하고 상기 제1공간에 상기 채널 부재로 연결되어 핫 열교환기를 형성할 수 있다.
상기 모듈 형성부는 상기 단위 냉각부들에 대응하는 장착 홀들을 구비하는 모듈 플레이트로 형성되고, 상기 단위 냉각부들은 상기 제2하우징의 돌출부를 상기 모듈 플레이트의 상기 장착 홀에 삽입되고, 상기 장착 홀의 외곽에서 상기 모듈 플레이트에 체결부재로 고정될 수 있다.
상기 모듈 형성부는 상기 단위 냉각부들에 대응하는 장착 홀들을 구비하는 모듈 플레이트로 형성되고, 상기 단위 냉각부들은 상기 제1하우징의 돌출부를 상기 모듈 플레이트의 상기 장착 홀에 삽입되고, 상기 장착 홀의 외곽에서 상기 모듈 플레이트에 체결부재로 고정될 수 있다.
상기 모듈 형성부는 상기 단위 냉각부들의 상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기에서 연장되는 연장부들로 형성되고, 상기 연장부들은 상기 단위 냉각부들의 외곽에서 체결부재로 서로 고정될 수 있다.
상기 단위 냉각부는 서로 마주하는 상기 제1열교환기의 외곽과 상기 제1하우징의 외곽에 구비되는 제1플랜지 사이에 개재되는 제1실링부재, 및 서로 마주하는 상기 제2열교환기의 외곽과 상기 제2하우징의 외곽에 구비되는 제2플랜지 사이에 개재되는 제2실링부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제1플랜지, 제1실링부재, 상기 제1열교환기, 상기 홀더, 상기 제2열교환기, 상기 제2실링부재 및 상기 제2플랜지는 일측에서 반대측으로 관통되는 체결부재로 상기 모듈 형성부에 체결될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단위 냉각부들을 모듈 형성부로 연결하여 모듈형 냉각 장치를 형성하므로 고효율의 냉각 성능을 발휘하는 효과가 있다. 또한, 압전소자들이 발생시키는 초음파의 주파수를 다양하게 할 수 있으므로 고효율의 냉각 성능을 발휘하는 온도 범위를 넓히는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 분해 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 적용되는 단위 냉각부를 분해 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 잘라서 도시한 조립 단면도이다.
도 6은 도 4 및 도 5에 1쌍으로 적용되는 열교환기의 평면도이다.
도 7은 1쌍의 열교환기 사이에 작동 유체를 이동시키는 채널 부재들을 잡아주는 홀더의 평면도이다.
도 8은 도 7의 홀더에 채널 부재들을 배치한 상태의 평면도이다.
도 9는 1쌍의 열교환기 사이에 채널 부재들을 결합한 상태의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치의 단면도이다.
도 11은 도 10의 분해 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치를 도시한 평면도이다.
도 13은 도 12의 ⅩⅢ-ⅩⅢ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이며, 도 3은 도 2의 분해 단면도이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1실시예에 따른 모듈형 냉각 장치(1)는 압전소자(41)를 이용하여 냉각 작용하는 복수의 단위 냉각부들(6), 및 단위 냉각부들(6)의 일측을 서로 연결하는 모듈 형성부(7)를 포함한다.
즉 복수의 단위 냉각부들(6)은 압전소자(41)를 각각 구비한다. 각 단위 냉각부들(6)에 구비된 압전소자들(41)은 적어도 두 가지 주파수의 초음파를 발생시킨다.
예를 들면, 압전소자들(41)은 20~40kHz에서 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시킬 수 있다. 즉 도 1에 적용되는 5개의 압전소자들(41)은 20kHz, 25kHz, 30kHz, 35kHz 및 40kHz의 초음파를 각각 발생시킬 수 있다.
각 주파수의 초음파들은 각각의 온도 범위에서 고효율의 냉각 성능을 발휘한다. 따라서 제1실시예에 따른 모듈형 냉각 장치(1)는 5개의 압전소자들(41)에 대한 주파수의 조합에 따라 고효율의 냉각 성능을 가지는 온도 범위를 넓히거나, 특정 온도 범위에서 냉각 성능을 더 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 적용되는 단위 냉각부를 분해 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 잘라서 도시한 조립 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1실시예에 적용되는 단위 냉각부(6)는 제1열교환기(11)와 제2열교환기(12), 복수의 채널 부재들(21)과 홀더(22), 압축 가능한 작동 유체를 내장하는 제1하우징(31)과 제2하우징(32) 및 초음파를 발생시키는 압전소자(41)를 포함한다.
작동 유체는 아르곤 또는 질소일 수 있고, 아르곤이나 질소는 종래의 냉각 장치에 사용되는 냉매에 인한 오존층 파괴와 같은 환경 오염을 방지할 수 있다.
도 6은 도 4 및 도 5에 1쌍으로 적용되는 열교환기의 평면도이다. 도 4, 도 5 및 도 6을 참조하면, 제1열교환기(11)는 진동하는 작동 유체를 이동시키는 제1통로(111)를 구비하고, 제2열교환기(12)는 진동하는 작동 유체를 이동시키는 제2통로(121)를 구비한다. 제1통로(111)와 제2통로(121)는 채널 부재들(21)로 서로 연통된다.
채널 부재(21)는 제1열교환기(11)와 제2열교환기(12) 사이에서 서로 대향하는 측면에 밀착되어서 제1통로(111)와 제2통로(121)를 서로 연결한다. 따라서 작동 유체는 제1열교환기(11)의 제1통로(111), 채널 부재(21) 및 제2열교환기(12)의 제2통로(121)를 통하여 제1하우징(31)과 제2하우징(32) 사이에서 이동될 수 있다.
도 7은 1쌍의 열교환기 사이에 작동 유체를 이동시키는 채널 부재들을 잡아주는 홀더의 평면도이다. 도 4, 도 5 및 도 7을 참조하면, 홀더(22)는 채널 부재들(21)의 외곽을 둘러싸는 링 구조로 형성되고, 제1열교환기(11)와 제2열교환기(12) 사이에 배치된다.
즉 제1, 제2열교환기(11, 12)의 외곽은 홀더(22)의 양면에 기밀 상태로 배치된다. 따라서 홀더(22)는 제1, 제2열교환기(11, 12) 사이에 배치되는 채널 부재들(21)이 제1, 제2열교환기(11, 12)으로 직경 방향으로 이탈되는 것을 잡아준다.
홀더(22)의 두께와 채널 부재들(21)의 길이는 동일한 크기를 가진다. 따라서 홀더(22)는 제1, 제2열교환기(11, 12) 사이에서 기밀 구조를 형성한다. 그리고 채널 부재들(21)은 제1, 제2통로(111, 121) 주위에서 기밀 구조를 형성하면서 제1, 제2통로(111, 121)를 상호 연결한다.
도 8은 도 7의 홀더에 채널 부재들을 배치한 상태의 평면도이고, 도 9는 1쌍의 열교환기 사이에 채널 부재들을 결합한 상태의 단면도이다.
도 4, 도 5, 도 8 및 도 9을 참조하면, 채널 부재들(21)의 내경은 제1, 제2통로(111, 121)의 내경과 동일한 크기로 형성되어, 작동 유체의 이동을 가능하게 하고, 작동 유체의 이동 저항을 최소화시킨다.
그리고 채널 부재들(21)은 설정된 두께를 가지므로 제1, 제2열교환기(11, 12)의 제1, 제2통로(111, 121) 주위에서 기밀 구조를 형성할 수 있다. 즉 채널 부재들(21)의 두께는 제1, 제2열교환기(11, 12)의 측면에 면접촉으로 기밀 구조를 형성한다.
도시하지 않았으나 제1, 제2열교환기는 제1, 제2통로 주위에 채널 부재들의 위치를 설정하는 홈을 구비할 수도 있다. 이 경우, 채널 부재들과 제1, 제2통로의 얼라인 작업이 용이해질 수 있다.
또한, 채널 부재들은 수개 또는 수십 개씩 묶어져서 제1, 제2열교환기 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 제1, 제2열교환기 사이에 채널 부재들을 배치하는 작업이 용이하고, 채널 부재들과 제1, 제2통로와의 얼라인 작업이 더욱 용이해진다.
도 6, 도 7 및 도 8을 참조하면, 제1, 제2열교환기(11, 12) 및 홀더(22)는 원판 및 링 구조로 형성되어, 채널 부재들(21)에 대한 정렬 기준선들(L1, L2, L3, L4)을 가진다. 정렬 기준선은 직경 방향으로 형성되어 직각으로 서로 교차하고, 채널 부재들(21)의 중심들이 설정된 간격으로 배치되는 제1기준선(L1)과 제2기준선(L2)을 포함한다.
또한 정렬 기준선은 제1기준선(L1) 및 제2기준선(L2)에서 일 방향으로 설정된 각도(θ)만큼 선회되어 직경 방향으로 형성되고, 채널 부재들(21)의 다양한 위치들이 다양한 간격으로 배치되는 제3기준선(L3)과 제4기준선(L4)를 포함한다.
홀더(22)는 제1열교환기(11)의 제1통로(111)와 제2열교환기(12)의 제2통로(121)에 채널 부재들(21)의 정열을 위하여 정열된 채널 부재들(21)의 외곽에 상응하는 고정홈들(221)을 내측에 구비한다.
따라서 제1, 제2, 제3, 제4기준선(L1, L2, L3, L4)에 배치되고, 홀더(22)의 고정홈들(221)에 의하여 내측에 위치 제한되는 채널 부재들(21)은 이웃하는 다른 채널 부재들(21)과 서로 밀착되고, 제1, 제2통로(111, 121)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
도 6의 제2열교환기(12)에 홀더(22)를 배치하고, 제2열교환기(12)의 제1, 제2, 제3, 제4기준선(L1, L2, L3, L4)에 채널 부재들(21)을 위치시키면, 나머지 위치에서 채널 부재들(21)의 위치가 설정될 수 있다. 즉 채널 부재들(21)은 제1, 제2통로(111, 121)를 연통하게 된다.
채널 부재들(21)의 직경이 더 작아져서, 채널 부재들(21)의 위치에 유동이 생기는 경우에 정렬 기준선의 개수가 더 증가될 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1하우징(31)은 제1열교환기(11)의 일측에 배치되어, 제1열교환기(11)와의 사이에 제1공간(S1)을 설정하여 작동 유체를 내장한다. 제2하우징(32)은 제2열교환기(12)의 일측에 배치되어, 제2열교환기(12)와의 사이에 제2공간(S2)을 설정하여 작동 유체를 내장한다.
제1, 제2공간(S1, S2)은 채널 부재들(21) 및 제1, 제2통로(111, 121)로 서로 연통되어, 채널 부재들(21)을 통하여 이동되는 작동 유체를 수용한다. 이를 위하여, 제1실링부재(51)와 제2실링부재(52)가 사용된다. 제1, 제2실링부재(51, 52)는 불소수지로 형성될 수 있다.
제1실링부재(51)는 서로 마주하는 제1열교환기(11)의 외곽과 제1하우징(31)의 외곽에 구비되는 제1플랜지(311) 사이에 개재되어, 제1플랜지(311)와 제1열교환기(11) 사이를 실링한다.
제2실링부재(52)는 서로 마주하는 제2열교환기(12)의 외곽과 제2하우징(32)의 외곽에 구비되는 제2플랜지(321) 사이에 개재되어, 제2플랜지(321)와 제2열교환기(12) 사이를 실링한다.
일례로써, 제1플랜지(311), 제1실링부재(51), 제1열교환기(11), 홀더(22), 제2열교환기(12), 제2실링부재(52) 및 제2플랜지(321)는 제1하우징(31) 측에서 제2하우징(32) 측으로 관통되는 체결부재(55)로 모듈 형성부(7)에 체결된다.
즉 체결부재(55)는 볼트(53)와 너트(54)로 형성될 수 있다. 볼트(53)가 제1하우징(31) 측에서 제2하우징(32) 측으로 관통되어, 제2하우징(32) 측에서 너트(54)에 체결된다. 따라서 단위 냉각부들(6)이 모듈 형성부(7)에 고정되어 모듈형 냉각 장치(1)로 조립된다.
일례로써, 제1, 제2하우징(31, 32) 및 홀더(22)는 알루미늄으로 형성되어 단위 냉각부들(6)의 외관에 대한 기계적 강도를 제공한다. 제1, 제2열교환기(11, 12)는 구리로 형성되며, 채널 부재(21)는 스테인레스 스틸로 형성될 수 있다.
볼트(53)와 너트(54)로 체결시, 채널 부재(21)는 기계적 강도가 높기 때문에 기계적 강도가 약한 제1, 제2열교환기(11, 12)의 일면에 변형을 유발하면서 제1, 제2통로(111, 121)에 긴밀하게 밀착될 수 있다.
또한 홀더(22)는 제1, 제2열교환기(11, 12)보다 기계적 강도가 높기 때문에 제1, 제2열교환기(11, 12)의 다른 면에 변형을 유발하면서 제1, 제2열교환기(11, 12)의 외곽에 긴밀하게 밀착될 수 있다. 따라서 홀더(22)와 제1, 제2열교환기911, 12) 사이에 기밀 구조가 형성된다.
한편, 제1실시예에 적용되는 단위 냉각부(6)에서, 채널 부재(21)의 길이가 홀더(22)의 두께와 일치하면서 제1, 제2공간(S1, S2)의 두께보다 작게 형성된다. 따라서 단위 냉각부(6)는 작동 유체가 이동하는 방향에 짧게 설정되어, 전체적으로 슬림(slim)화 될 수 있다.
제1, 제2하우징(31, 32)의 제1, 제2플랜지(311, 321)와 제1, 제2열교환기(11, 12)의 외곽 사이에서 제1, 제2실링부재(51, 52)가 개재된다. 제1, 제2실링부재(51, 52)는 제1, 제2플랜지(311, 321)와 제1, 제2열교환기(11, 12)의 외곽을 긴밀하게 실링하여 작동 유체의 누출을 방지한다.
한편, 압전소자(41)는 제1하우징(31)이나 제2하우징(32)의 일측에 구비될 수 있다. 편의상, 제1실시예에에 적용되는 단위 냉각부(6)에서 압전소자(41)는 제1공간(S1)을 설정하는 제1하우징(31)의 일측에 부착 상태로 구비된다.
압전소자(41) 측 제1공간(S1)은 압전소자가 구비되지 않는 제2공간(S2)보다 크게 설정된다. 즉 제1하우징(31)과 제1열교환기(11) 사이의 제1간격(G1)은 제2하우징(32)과 제2열교환기(12) 사이의 제2간격(G2)보다 크게 설정된다(도 5 참조).
큰 제1공간(S1)에서 작은 제2공간(S2)으로 작동 유체가 진동 및 이동 할 때, 작동 유체는 수축하면서 가열될 수 있다. 그리고 작은 제2공간(S2)에서 큰 제1공간(S1)으로 작동 유체가 진동 및 이동 할 때, 작동 유체는 팽창하면서 냉각될 수 있다.
제1열교환기(11)는 제1하우징(31)과 마주하여 제1공간(S1)을 설정하여 단위 냉각부(6)에서 콜드 열교환기를 형성한다. 제2열교환기(12)는 제2하우징(32)에 마주하여 제2공간(S2)을 설정하여 단위 냉각부(6)에서 핫 열교환기를 형성한다.
즉 제1열교환기(11)는 제1공간(S1)에서 채널 부재들(21)의 측방에 설치되어 주위 열을 흡수하고, 제2열교환기(12)는 제2공간(S2)에서 채널 부재들(21)의 측방에 설치되어 열을 방출한다. 즉 일 실시예의 단위 냉각부(6)는 콜드 열교환기인 제1열교환기(11)에서 열을 흡수하여, 핫 열교환기인 제2열교환기(12)로 열을 방출한다.
압전소자(41)는 제1하우징(31)에 구비되어 콜드 열교환기를 형성하는 제1열교환기(11)에 마주한다. 압전소자(41)는 초음파 발생기로 작용한다. 압전소자(41)의 일측에 설정되는 제1공간(S1)은 압전소자(41)에서 발생되는 초음파에 대하여 공진기로 작용한다.
압전소자(41)는 고리형 원판으로 형성되어 110~220V의 전압이 인가되면, 고리형 원판 평면에 수직 방향의 변위로 진동한다. 압전소자(41)의 수직 방향 변위는 고리형 원판의 변위량이 작음에도 강한 힘을 가질 수 있다.
압전소자(41)는 20~40kHz의 초음파를 발생시킨다. 초음파는 종래기술에서 사용하는 스피커의 음파에 비하여 단파장을 가지므로 제1하우징(31)에서 공진기로 작용하는 제1공간(S1)의 길이를 크게 단축시킬 수 있다.
한편, 압전소자(41)에 전압을 인가하면, 압전소자(41)는 평면에 수직 방향으로 진동하면서 제1하우징(31) 측에서 제1공간(S1)으로 초음파를 발생시킨다.
압전소자(41)에서 발생된 초음파는 제1하우징(31), 제1공간(S1) 및 제1열교환기(11)를 통하여 채널 부재(21) 및 제2열교환기(12)로 진행되고, 제2열교환기(12)를 통하여 제2공간(S2)으로 진행된다.
또한 초음파는 반대 방향으로 진행된다. 즉 제2공간(S2)으로 진행된 초음파는 제2하우징(32), 제2공간(S2) 및 제2열교환기(12)를 통하여 채널 부재(21) 및 제1열교환기(11)로 진행되고 제1열교환기(11)를 통하여 제1공간(S1)으로 진행된다.
채널 부재(21)을 통과하는 초음파는 채널 부재(21) 내부에서 작동 유체를 진동시킨다. 이때, 제1열교환기(11) 측과 제2열교환기(12) 측 사이에서 작동 유체가 진동하면서 양방향으로 이동한다.
이러한 과정에서, 제2열교환기(12) 측에 형성되는 최고온 고압, 즉 채널 부재(21)에 연결되는 제2통로(121)의 고온부에서 제2열교환기(12)를 통하여 열을 방출한다. 그리고 제2열교환기(12) 측의 작은 제2공간(S2)에서 제1열교환기(11) 측의 큰 제1공간(S1)으로 작동 유체가 진동 및 이동 할 때, 작동 유체는 팽창하면서 냉각된다.
제1열교환기(11) 측에 형성되는 최저온 저압, 즉 채널 부재(21)에 연결되는 제1통로의 저온부로 제1열교환기(11)를 통하여 열을 흡수한다. 이로써 제1열교환기(11) 측에서 냉각 작용이 구현된다. 그리고 제1열교환기(11) 측의 큰 제1공간(S1)에서 제2열교환기(12) 측의 작은 제2공간(S2)으로 작동 유체가 진동 및 이동 할 때, 작동 유체는 수축하면서 가열된다.
제1실시예에 적용되는 단위 냉각부(6)는 상기와 같은 제2열교환기(12)에서 열 방출 작용, 제2열교환기(12)에서 제1열교환기(11)로의 작동 유체의 진동 이동시 팽창 냉각 작용, 제1열교환기(11)에서 열 흡수 작용, 및 제1열교환기(11)에서 제2열교환기(12)로의 작동 유체의 진동 이동시 수축 가열 작용을 연속적으로 반복 수행하면서, 제2열교환기(12)에서 열을 방출하고 동시에 제1열교환기(11)에서 냉각 작용을 구현한다.
이때, 압전소자(41)는 제1하우징(31)의 평면에 수직인 방향으로 진동되면서 큰 힘의 초음파를 발생시킨다. 따라서 제1열교환기(11)와 제2열교환기(12) 사이의 채널 부재(21)에서 작동 유체가 큰 힘으로 진동 및 이동하면서 냉각 작용과 열 방출 작용을 효과적으로 구현할 수 있다.
다시 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1실시예의 모듈형 냉각 장치(1)에 있어서, 모듈 형성부(7)는 단위 냉각부들(6)에 대응하는 장착 홀들(71)을 구비하는 모듈 플레이트(72)로 형성된다.
단위 냉각부들(6)은 제2하우징(32)의 돌출부(320)를 모듈 플레이트(72)의 장착 홀(71)에 삽입되고, 장착 홀(71)의 외곽에서 모듈 플레이트(72)에 체결부재(55)로 고정된다. 체결부재(55)는 단위 냉각부(6)를 형성하는 볼트(53)와 너트(54)로 형성되어, 모듈형 냉각 장치(1)를 형성하는데 추가 부품을 줄일 수 있다.
복수의 단위 냉각부들(6)은 모듈 플레이트(72)에 장착되어 다양한 주파수의 초음파를 발생시키며, 이로 인하여, 각 단위 냉각부(6)에 의한 고효율의 냉각 성능을 발휘하는 온도 범위를 넓힐 수 있다. 또한 복수의 단위 냉각부들(6)에서 특정 주파수의 초음파를 발생시키면, 그에 상응하는 온도에서 냉각 효율을 더욱 높일 수 있다.
이하 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 설명한다. 제1실시예 및 기설명된 실시예와 비교하여 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치의 단면도이고, 도 11은 도 10의 분해 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 제2실시예의 모듈형 냉각 장치(2)에 있어서, 모듈 형성부(27)는 단위 냉각부들(6)에 대응하는 장착 홀들(71)을 구비하는 모듈 플레이트(72)로 형성된다.
단위 냉각부들(6)은 제1하우징(31)의 돌출부(310)를 모듈 플레이트(72)의 장착 홀(71)에 삽입되고, 장착 홀(71)의 외곽에서 모듈 플레이트(72)에 체결부재(55)로 고정된다. 체결부재(55)는 단위 냉각부(6)를 형성하는 볼트(53)와 너트(54)로 형성되어, 모듈형 냉각 장치(2)를 형성하는데 추가 부품을 줄일 수 있다.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치를 도시한 평면도이고, 도 13은 도 12의 ⅩⅢ-ⅩⅢ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 제3실시예의 모듈형 냉각 장치(3)에 있어서, 모듈 형성부(37)는 단위 냉각부들(36)의 제1열교환기(11)와 제2열교환기(12)에서 연장되는 연장부들(110, 120)로 형성된다. 모듈 형성부(37)는 제1, 제2열교환기(11, 12)의 연장부들(110, 120)로 형성되므로 모듈형 냉각 장치(3)를 형성하는데 추가 부품을 줄일 수 있다.
연장부들(110, 120)은 단위 냉각부들(36)의 외곽에서 체결부재(55)로 서로 고정된다. 체결부재(55)는 단위 냉각부(36)를 형성하는 볼트(53)와 너트(54)로 형성되므로 모듈형 냉각 장치(3)를 형성하는데 추가 부품을 줄일 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1, 2, 3: 모듈형 냉각 장치 6, 36: 단위 냉각부
7, 27, 37: 모듈 형성부 11, 12: 제1, 제2열교환기
21: 채널 부재 22: 홀더
31: 제1하우징 32: 제2하우징
41: 압전소자 51: 제1실링부재
52: 제2실링부재 53: 볼트
54: 너트 55: 체결부재
71: 장착 홀 72: 모듈 플레이트
110, 120: 연장부 111: 제1통로
121: 제2통로 221: 고정홈
310, 320: 돌출부 311, 321: 제1, 제2플랜지
G1, G2: 제1, 제2간격 L1, L2: 제1, 제2기준선
L3, L4: 제3, 제4기준선 S1, S2: 제1, 제2공간
θ: 각도

Claims (11)

  1. 압전소자를 이용하여 냉각 작용하는 복수의 단위 냉각부들; 및
    상기 단위 냉각부들의 일측을 서로 연결하는 모듈 형성부
    를 포함하며,
    상기 단위 냉각부는,
    진동하는 작동 유체를 이동시키는 제1통로와 제2통로를 각각 구비하는 제1열교환기와 제2열교환기,
    상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기 사이에 밀착되어서 상기 제1통로와 상기 제2통로를 서로 연결하는 채널 부재들,
    상기 채널 부재들의 정렬된 외곽을 둘러싸고 상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기 사이에 배치되는 홀더,
    상기 제1열교환기의 일측에 배치되어 제1공간을 설정하여 작동 유체를 내장하는 제1하우징, 및
    상기 제2열교환기의 일측에 배치되어 제2공간을 설정하여 작동 유체를 내장하는 제2하우징
    을 포함하고,
    상기 제1열교환기, 상기 제2열교환기 및 상기 홀더는
    직경 방향으로 설정되어 서로 교차하고, 상기 채널 부재들의 중심들이 설정된 간격으로 배치되는 제1기준선과 제2기준선, 및
    상기 제1기준선과 상기 제2기준선에서 설정된 각도(θ)만큼 선회되어 직경 방향으로 설정되어 서로 교차하고, 상기 채널 부재들의 다양한 위치들이 다양한 간격으로 배치되는 제3기준선과 제4기준선을 포함하고,
    상기 홀더는
    상기 제1통로와 상기 제2통로에 정열된 상기 채널 부재들의 외곽에 상응하는 고정홈들을 내측에 구비하는 복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단위 냉각부들은 상기 압전소자를 각각 구비하며,
    압전소자들은 적어도 두 가지 주파수의 초음파를 발생시키는 복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압전소자들은 20~40kHz에서 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1하우징과 상기 제1열교환기 사이의 제1간격이 상기 제2하우징과 상기 제2열교환기 사이의 제2간격보다 큰 경우,
    상기 압전소자는 상기 제1하우징에 구비되는 복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1열교환기는
    상기 제1하우징과 마주하여 상기 제1공간을 설정하여 콜드 열교환기를 형성하고,
    상기 제2열교환기는
    상기 제2하우징에 마주하여 상기 제2공간을 설정하고 상기 제1공간에 상기 채널 부재로 연결되어 핫 열교환기를 형성하는 복수의 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 모듈 형성부는,
    상기 단위 냉각부들에 대응하는 장착 홀들을 구비하는 모듈 플레이트로 형성되고,
    상기 단위 냉각부들은
    상기 제2하우징의 돌출부를 상기 모듈 플레이트의 상기 장착 홀에 삽입되고, 상기 장착 홀의 외곽에서 상기 모듈 플레이트에 체결부재로 고정되는 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 모듈 형성부는,
    상기 단위 냉각부들에 대응하는 장착 홀들을 구비하는 모듈 플레이트로 형성되고,
    상기 단위 냉각부들은
    상기 제1하우징의 돌출부를 상기 모듈 플레이트의 상기 장착 홀에 삽입되고, 상기 장착 홀의 외곽에서 상기 모듈 플레이트에 체결부재로 고정되는 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 모듈 형성부는,
    상기 단위 냉각부들의 상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기에서 연장되는 연장부들로 형성되고,
    상기 연장부들은
    상기 단위 냉각부들의 외곽에서 체결부재로 서로 고정되는 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 단위 냉각부는,
    서로 마주하는 상기 제1열교환기의 외곽과 상기 제1하우징의 외곽에 구비되는 제1플랜지 사이에 개재되는 제1실링부재, 및
    서로 마주하는 상기 제2열교환기의 외곽과 상기 제2하우징의 외곽에 구비되는 제2플랜지 사이에 개재되는 제2실링부재
    를 더 포함하는 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1플랜지, 제1실링부재, 상기 제1열교환기, 상기 홀더, 상기 제2열교환기, 상기 제2실링부재 및 상기 제2플랜지는
    일측에서 반대측으로 관통되는 체결부재로 상기 모듈 형성부에 체결되는 압전소자를 이용한 모듈형 냉각 장치.
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