KR101969093B1 - Thermostat and cooling system using phase change - Google Patents

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KR101969093B1
KR101969093B1 KR1020180130165A KR20180130165A KR101969093B1 KR 101969093 B1 KR101969093 B1 KR 101969093B1 KR 1020180130165 A KR1020180130165 A KR 1020180130165A KR 20180130165 A KR20180130165 A KR 20180130165A KR 101969093 B1 KR101969093 B1 KR 101969093B1
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장명언
여승태
송혜은
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국방과학연구소
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Abstract

The present invention relates to a thermostat and cooling system with a multiple heat radiation structure using phase changes and, more specifically, to a thermostat and cooling system which can satisfy fixated temperature and cooling of a power device at the same time using latent heat radiated or absorbed when a phase of a coolant is changed. The thermostat and cooling system comprises: a heating element; a heat sink which is attached to the heating element and in which the coolant flows; a coolant condenser cooled by the coolant which flows out from the heat sink to be induced thereinto; a heat exchanger cooled by the coolant which flows out from the heat sink to be induced thereinto; and a heater maintaining, at constant temperature, the temperature of the coolant flowing out from the heat sink.

Description

다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템{Thermostat and cooling system using phase change}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a phase-

제안기술은 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매의 상이 변할 때 방출되거나 흡수되는 잠열을 이용하여 전력장치의 정온과 냉각을 동시에 만족할 수 있는 정온냉각시스템에 관한 발명이다.The present invention relates to a phase-change constant-temperature cooling system having a multi-heat-dissipating structure, and more particularly, to a constant-temperature cooling system capable of simultaneously satisfying a constant temperature and cooling of a power device by using latent heat emitted or absorbed when a phase of a coolant is changed. to be.

최근, 활발히 개발되고 있는 전기추진 플랫폼으로는 협소한 공간에서 높은 발열밀도의 고전압/대전력 전력장치가 이용되고 있어 고온의 발열원이 생성되고 있다.Recently, a high-voltage / high-power power device having a high heating density in a narrow space is being used as an electric propulsion platform being actively developed, and a high-temperature heat source is being generated.

이에 따라 여기서 발생되는 높은 발열량의 효율적인 제거는 필수적인 사항이 되고 있다.Therefore, efficient removal of the high calorific value generated therefrom is essential.

예를 들어, 일정한 온도 조건 하에서 제 성능을 발휘하는 배터리 및 레이저 발생장치와 같은 전력장치들은 효과적인 냉각과 더불어 일정한 온도를 유지해야만 한다.For example, power devices such as batteries and laser generators that perform under constant temperature conditions must maintain a constant temperature with effective cooling.

이러한 전력장치들을 냉각하기 위한 기존의 냉각시스템은 공기를 사용하는 공랭식과 냉각수를 사용하는 수냉식으로 나누어진다.Conventional cooling systems for cooling these power devices are divided into air-cooling using air, and water-cooling using cooling water.

공랭식은 열유속(heat flux)이 1W/cm2 이하인 전력장치에서 많이 사용되고, 수냉식은 열유속이 수백W/cm2 이하인 전력장치에서 많이 사용되고 있다.The air-cooled type has a heat flux of 1 W / cm 2 And water-cooled type is widely used in a power device having a heat flux of several hundred W / cm 2 or less.

따라서 열유속이 높은 전력장치에는 수냉식 냉각시스템이 많이 사용되고 있는데, 수냉식 냉각시스템은 부피와 중량이 크고 소요동력이 많이 사용되어 협소한 공간에 냉각시스템을 탑재해야 하는 전기추진 플랫폼에서는 적용이 어려운 문제가 있다.Therefore, a water-cooled type cooling system is widely used for a power device having a high heat flux, and a water-cooled type cooling system is difficult to apply to an electric propulsion platform in which a cooling system is required to be mounted in a narrow space due to its large volume and heavy weight, .

또한, 군에서 사용되는 전력장치는 외부온도 -32℃~+43℃ 정도의 운용 조건을 갖게 된다. 이는 고발열로 인한 막대한 열을 효과적으로 방출해야 하며, 동시에 외부온도 -32℃의 저온에서도 20℃ 정도의 일정한 온도를 유지해야하기 때문에 효과적인 냉각과 정온을 유지할 수 있는 시스템을 필요로 한다.In addition, the power device used in the group has operating conditions of about -32 ° C to + 43 ° C outside temperature. This requires a system capable of effectively cooling and maintaining a constant temperature, since it must effectively discharge enormous heat due to the high heat and at the same time maintain a constant temperature of about 20 ° C even at a low temperature of -32 ° C outside temperature.

미국공개특허 US2015-0359143U.S. Published Patent Application No. US2015-0359143

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 냉매의 상이 변할 때 방출되거나 흡수되는 잠열을 이용하여 전력장치의 정온과 냉각을 동시에 만족시키는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to simultaneously satisfy a constant temperature and a cooling of a power device by using a latent heat which is released or absorbed when a phase of a coolant changes.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템에 있어서,In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a phase change constant-temperature cooling system having a multi-

발열체;Heating element;

발열체에 부착되며, 내부에는 냉매가 유동하는 히트싱크(Heat Sink);A heat sink attached to the heat generating element and having a refrigerant flow therein;

상기 히트싱크로부터 유출된 상기 냉매가 유입되어 냉각되는 냉매응축기;A refrigerant condenser in which the refrigerant flowing out of the heat sink flows and is cooled;

상기 히트싱크로부터 유출된 상기 냉매가 유입되어 냉각되는 열교환기;A heat exchanger in which the refrigerant flowing out of the heat sink flows and is cooled;

상기 히트싱크로 유입되는 상기 냉매의 온도를 정온으로 유지시키는 히터;를 포함하며,And a heater for maintaining the temperature of the refrigerant flowing into the heat sink at a constant temperature,

히트싱크 내부의 냉매는 발열체의 발열량에 의해 액체에서 기체로 상변화되고,The coolant in the heat sink is phase-changed from the liquid to the gas by the calorific value of the heat generating element,

발열체는 냉매의 상변화 시 냉매에 흡수되는 잠열에 의해 냉각되어 일정한 온도를 유지하는 것을 특징으로 한다.And the heating element is cooled by the latent heat absorbed by the refrigerant when the phase of the refrigerant is changed to maintain a constant temperature.

냉매는 냉매응축기에서 냉각되어 액체로 환원되는 것을 특징으로 한다.And the refrigerant is cooled in the refrigerant condenser and reduced to a liquid.

냉매응축기에서의 냉매의 냉각은 냉각용팬에 의한 외부 공기와의 접촉을 통해 이루어지는 것을 특징으로 한다.And the cooling of the refrigerant in the refrigerant condenser is performed through contact with the outside air by the cooling fan.

냉각용팬은 모터의 속도를 제어하여 냉매의 냉각량을 제어하는 것을 특징으로 한다.And the cooling fan controls the speed of the motor to control the amount of cooling of the refrigerant.

냉매는 열교환기에서 냉각되어 액체로 환원되는 것을 특징으로 한다.The refrigerant is cooled in the heat exchanger and reduced to a liquid.

열교환기에서의 냉매의 냉각은 칠러에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.And the cooling of the refrigerant in the heat exchanger is performed by chiller.

히트싱크와 냉매응축기 사이의 유로에는 후단이 냉매응축기와 열교환기 사이의 유로에 연결되는 제1바이패스라인의 전단이 연결되는 것을 특징으로 한다.And the front end of the first bypass line, whose rear end is connected to the flow path between the refrigerant condenser and the heat exchanger, is connected to the flow path between the heat sink and the refrigerant condenser.

제1바이패스라인의 전단에는 냉매의 유로를 제어하는 제1밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.And a first valve for controlling the flow path of the refrigerant is provided at the front end of the first bypass line.

냉매응축기와 열교환기 사이의 유로에는 후단이 열교환기와 냉매용기 사이의 유로에 연결되는 제2바이패스라인의 전단이 연결되는 것을 특징으로 한다.And the front end of the second bypass line connected to the flow path between the heat exchanger and the refrigerant container is connected to the flow path between the refrigerant condenser and the heat exchanger.

제2바이패스라인의 전단은 냉매의 유동방향에 있어서 제1바이패스라인의 후단에 위치하는 것을 특징으로 한다.And the front end of the second bypass line is located at the rear end of the first bypass line in the flow direction of the refrigerant.

제2바이패스라인의 전단에는 냉매의 유로를 제어하는 제2밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.And a second valve for controlling the flow path of the refrigerant is provided at the front end of the second bypass line.

냉매응축기에서 냉매의 온도를 설정 온도 이하로 냉각시킬 수 없는 경우, 냉매응축기로부터 유출된 냉매는 열교환기로 유입되어 추가적으로 냉각되는 것을 특징으로 한다.When the temperature of the refrigerant can not be cooled below the set temperature in the refrigerant condenser, the refrigerant flowing out of the refrigerant condenser flows into the heat exchanger and is further cooled.

냉매가 냉매응축기에서 냉각된 후 열교환기에서 추가적으로 냉각될 때, 냉매응축기와 열교환기의 부하 정도에 따라 냉매응축기와 열교환기 각각에서의 냉매의 발열량이 배분되는 것을 특징으로 한다.When the refrigerant is further cooled in the heat exchanger after being cooled in the refrigerant condenser, the calorific value of the refrigerant in each of the refrigerant condenser and the heat exchanger is distributed according to the load of the refrigerant condenser and the heat exchanger.

히트싱크로부터 유출된 냉매는 열교환기로는 유입되지 않고 냉매응축기로만 유입되어 냉각되는 것을 특징으로 한다.The refrigerant flowing out of the heat sink is not introduced into the heat exchanger but flows into the refrigerant condenser only and is cooled.

히트싱크로부터 유출된 냉매는 냉매응축기로는 유입되지 않고 열교환기로만 유입되어 냉각되는 것을 특징으로 한다.The refrigerant flowing out of the heat sink is not introduced into the refrigerant condenser but flows into the heat exchanger only and is cooled.

냉매응축기와 열교환기로부터 유출된 냉매는 냉매용기로 유입되는 것을 특징으로 한다. And the refrigerant discharged from the refrigerant condenser and the heat exchanger flows into the refrigerant container.

냉매용기는 냉각된 냉매를 저장하는 것을 특징으로 한다.The refrigerant vessel is characterized by storing the cooled refrigerant.

냉매용기의 냉매는 냉매순환펌프로 유입되는 것을 특징으로 한다.And the refrigerant in the refrigerant vessel flows into the refrigerant circulation pump.

냉매순환펌프는 냉매의 유량을 제어하며, 히트싱크에 냉매를 공급하는 것을 특징으로 한다.The refrigerant circulation pump controls the flow rate of the refrigerant and supplies the refrigerant to the heat sink.

히터는 냉매순환펌프와 히트싱크 사이의 유로에 위치하여, 시스템 가동 초기에 냉매의 온도를 정온으로 유지시키는 것을 특징으로 한다.The heater is located in the flow path between the refrigerant circulation pump and the heat sink, and maintains the temperature of the refrigerant at a constant temperature at the beginning of system operation.

냉매의 초기 충진 시 질소를 추가 충진하여 일정 온도 이하의 저온 상태에서 가동 시에도 정온냉각시스템의 음압을 방지하는 것을 특징으로 한다.During the initial filling of the refrigerant, nitrogen is further charged to prevent the negative pressure of the constant-temperature cooling system even during operation at a low temperature below a certain temperature.

본 발명에 따르면, 냉매의 온도 변화 없이, 냉매의 상이 변할 때 방출되거나 흡수되는 잠열을 이용함으로써 냉매 유량을 줄일 수 있으며, 따라서 펌프의 소요동력 또한 줄일 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to reduce the refrigerant flow rate by using the latent heat that is released or absorbed when the phase of the refrigerant changes without changing the temperature of the refrigerant, thereby reducing the required power of the pump.

또한, 냉각시스템에 적용되는 구성품의 부피 및 중량을 줄일 수 있으며 구성품의 소요동력 또한 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the volume and weight of components to be applied to the cooling system can be reduced, and the power required for the components can also be reduced.

또한, 일정한 압력 하에서 일정한 포화온도를 갖는 냉매의 상변화 특성을 이용하여 발열량의 변화에도 발열원을 일정한 온도로 유지시킬 수 있는 효과가 있다.Further, there is an effect that the heat source can be maintained at a constant temperature even with a change in the calorific value by using the phase change characteristic of the refrigerant having a constant saturation temperature under a constant pressure.

도 1은 본 발명에 따른 상변화 정온냉각시스템의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 상변화 정온냉각시스템의 발열 및 냉각 구조 개략도.1 is a schematic diagram of a phase change constant temperature cooling system in accordance with the present invention;
2 is a schematic diagram of the heat generation and cooling structure of the phase change constant temperature cooling system according to the present invention.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It will be possible. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매의 온도 변화 없이, 냉매의 상이 변할 때 방출되거나 흡수되는 잠열을 이용하여 전력장치의 정온과 냉각을 동시에 만족할 수 있는 정온냉각시스템에 관한 발명이다.The present invention relates to a phase-change constant-temperature cooling system having a multi-heat-dissipating structure, and more particularly to a phase-change constant-temperature cooling system capable of simultaneously satisfying a constant temperature and cooling of an electric power apparatus by using latent heat discharged or absorbed when a phase of a refrigerant changes, The present invention relates to a constant temperature cooling system.

도 1에는 본 발명에 따른 상변화 정온냉각시스템의 개략도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 따른 상변화 정온냉각시스템의 발열 및 냉각 구조 개략도가 도시되어 있다.FIG. 1 is a schematic view of a phase change canned cooling system according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic view of a heat and cooling structure of a phase change canned cooling system according to the present invention.

본 발명에서의 전력장치는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 모듈과 같은 고출력 전력장치로, 상기 전력장치의 발열 및 냉각구조는 도 2에 도시된 바와 같이 발열체(2)와, 상기 발열체(2)에 부착되며 내부에는 냉매가 유동하는 히트싱크(Cooling channel)(4)를 포함하여 구성된다.The power device of the present invention is a high output power device such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) module, and the heating and cooling structure of the power device includes a heating element 2, And a cooling channel 4 through which the refrigerant flows.

상기 히트싱크(4)는 상기 발열체(2)에서 발생된 열을 상기 냉매와의 열교환을 통하여 냉각하게 된다. 상기 발열체(2)에서 발생하는 발열량에 의해 상기 히트싱크(4) 내부를 유동하는 상기 냉매의 온도가 해당하는 압력(정온냉각시스템 내부의 압력)의 상변화 온도가 되었을 때, 상기 냉매(상변화 물질, Phase Change Material)의 상이 액체에서 기체로 상변화 되면서 열을 흡수하여 상기 발열체(2)를 일정한 온도로 유지시키게 된다.The heat sink (4) cools the heat generated in the heat generating element (2) through heat exchange with the refrigerant. When the temperature of the refrigerant flowing in the heat sink 4 becomes the phase change temperature of the corresponding pressure (the pressure inside the constant temperature cooling system) due to the amount of heat generated in the heat generating element 2, Phase change material) is phase-changed from liquid to gas and absorbs heat to maintain the heating element 2 at a constant temperature.

즉, 상기 발열체(2)는 상기 냉매의 상변화 시 상기 냉매에 흡수되는 잠열에 의해 냉각되어 일정한 온도를 유지하게 되는 것으로, 기체에서 냉각할 때의 현열을 이용하는 것 보다 액체가 기체로 변화할 때의 잠열을 이용하기 때문에 훨씬 우수한 냉각 성능을 발휘하게 되며, 따라서 적은 유량과 동력으로 고효율의 냉각이 가능해진다.That is, the heating element 2 is cooled by the latent heat absorbed by the refrigerant at the time of the phase change of the refrigerant, and is maintained at a constant temperature. When the liquid is changed into gas rather than using the sensible heat at the time of cooling in the gas So that it is possible to achieve high efficiency cooling with a small amount of flow and power.

하기에서는 도 1을 참고하여 본 발명의 상변화 정온냉각시스템의 구성에 대해 보다 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the configuration of the phase change constant-temperature cooling system of the present invention will be described in more detail with reference to FIG.

본 발명의 정온냉각시스템은 상기 히트싱크(4)로부터 유출된 냉매가 관을 따라 냉매응축기(6) 또는 열교환기(10)로 유입되어 냉각되는 다중 방열 구조로 구성된다. In the constant temperature cooling system of the present invention, the refrigerant flowing out of the heat sink (4) flows into the refrigerant condenser (6) or the heat exchanger (10)

상기 열교환기(10)는 판형 열교환기 일 수 있다.The heat exchanger 10 may be a plate type heat exchanger.

상기 히트싱크(4)는 상기 냉매응축기(6)와 연결되며, 상기 냉매응축기(6)는 상기 열교환기(10)와 연결된다. 상기 히트싱크(4)와 상기 냉매응축기(6) 사이의 유로에는 후단이 상기 열교환기(10)와 상기 냉매응축기(6) 사이의 유로에 연결되는 제1바이패스라인(14)의 전단이 연결된다.The heat sink 4 is connected to the refrigerant condenser 6 and the refrigerant condenser 6 is connected to the heat exchanger 10. The front end of the first bypass line 14 whose rear end is connected to the flow path between the heat exchanger 10 and the refrigerant condenser 6 is connected to the flow path between the heat sink 4 and the refrigerant condenser 6, do.

상기 제1바이패스라인(14)의 전단에는 상기 냉매의 유로를 제어하는 제1밸브(18)가 설치된다. A first valve (18) for controlling the flow path of the refrigerant is installed at a front end of the first bypass line (14).

상기 히트싱크(4)로부터 유출된 상기 냉매는 3-way 밸브인 상기 제1밸브(18)에 의해 상기 냉매응축기(6)로만 유입되거나, 상기 냉매응축기(6)로는 유입되지 않고 상기 제1바이패스라인(14)을 따라 상기 열교환기(10)로만 유입될 수도 있다.The refrigerant flowing out of the heat sink 4 flows into the refrigerant condenser 6 only by the first valve 18 which is a 3-way valve or does not flow into the refrigerant condenser 6, And may flow only to the heat exchanger 10 along the pass line 14. [

먼저, 상기 냉매가 상기 냉매응축기(6)로만 유입되는 경우에 대하여 설명하면, 상기 히트싱크(4)에서 액체와 기체가 혼합된 상태로 유출된 상기 냉매는 상기 냉매응축기(6)에서 냉각되어 액체로 환원된다. 이때, 상기 냉매의 냉각은 냉각용팬(8)에 의한 외부 공기와의 접촉을 통해 이루어지게 된다. 상기 냉각용팬(8)은 모터의 속도를 제어하여 상기 냉매의 냉각량을 제어하게 된다.First, the refrigerant flows into the refrigerant condenser 6, and the refrigerant, which flows out of the heat sink 4 in a mixed state of the liquid and the gas, is cooled in the refrigerant condenser 6, . At this time, the cooling of the refrigerant is performed through contact with the outside air by the cooling fan 8. [ The cooling fan 8 controls the speed of the motor to control the amount of cooling of the refrigerant.

상기 냉매응축기(6)로는 유입되지 않고 상기 제1바이패스라인(14)을 따라 상기 열교환기(10)로만 유입되는 경우, 상기 히트싱크(4)에서 액체와 기체가 혼합된 상태로 유출된 상기 냉매는 상기 열교환기(10)에서 냉각되어 액체로 환원된다. 이때 상기 냉매의 냉각은 칠러(12)에 의해 이루어지게 된다. Wherein the refrigerant flows into the heat exchanger (10) only along the first bypass line (14) without flowing into the refrigerant condenser (6) The refrigerant is cooled in the heat exchanger (10) and reduced to liquid. At this time, the cooling of the refrigerant is performed by the chiller 12.

상기 냉매가 상기 냉매응축기(6)로만 유입되는 경우, 상기 냉매응축기(6)에서 상기 냉매의 온도를 설정 온도 이하로 냉각시킬 수 없다면, 상기 냉매응축기(6)로부터 유출된 상기 냉매를 상기 열교환기(10)로 유입시켜 상기 냉매를 추가적으로 냉각시킬 수 있다.If the refrigerant flows into the refrigerant condenser 6 only and the refrigerant can not be cooled to a predetermined temperature or lower by the refrigerant condenser 6, the refrigerant discharged from the refrigerant condenser 6 flows into the heat exchanger 6, (10) to cool the refrigerant further.

상기 냉매가 상기 냉매응축기(6)에서 냉각된 후 상기 열교환기(10)에서 추가적으로 냉각될 때, 상기 냉매응축기(6)와 상기 열교환기(10)의 부하 정도에 따라 상기 냉매응축기(6)와 상기 열교환기(10) 각각에서의 상기 냉매의 방열량을 배분하게 된다.When the refrigerant is further cooled in the heat exchanger 10 after being cooled in the refrigerant condenser 6, depending on the degree of load of the refrigerant condenser 6 and the heat exchanger 10, The amount of heat radiation of the refrigerant in each of the heat exchangers 10 is distributed.

상기 냉각용팬(8)과 접촉되는 상기 외부 공기의 온도 및 각 구성품들의 부하에 따라 방열량을 배분함으로써 정온냉각 제어가 용이하며 방열에 필요한 전력을 효율적으로 관리할 수 있게 된다.By distributing the amount of heat radiation according to the temperature of the outside air in contact with the cooling fan 8 and the loads of the respective components, it is easy to control the constant temperature cooling, and the power required for heat radiation can be efficiently managed.

상기 냉매응축기(6)와 상기 열교환기(10)로부터 유출된 상기 냉매는 냉매용기(22)로 유입된다. 상기 냉매용기(22)는 상기 냉매응축기(6)와 상기 열교환기(10)에서 냉각된 상기 냉매를 저장하며, 정온냉각시스템 내부 압력 변동에 따른 완충작용을 하게 된다.The refrigerant discharged from the refrigerant condenser (6) and the heat exchanger (10) flows into the refrigerant container (22). The refrigerant container 22 stores the refrigerant cooled in the refrigerant condenser 6 and the heat exchanger 10, and performs a buffering effect according to the pressure fluctuation inside the constant temperature cooling system.

상기 냉매용기(22)는 상기 열교환기(10)와 연결되며, 상기 냉매용기(22)와 상기 냉매응축기(6)의 연결을 위해 상기 냉매응축기(6)와 상기 열교환기(10) 사이의 유로에는 제2바이패스라인(16)의 전단이 연결되고, 상기 열교환기(10)와 상기 냉매용기(22) 사이의 유로에는 상기 제2바이패스라인(16)의 후단이 연결된다.The refrigerant container 22 is connected to the heat exchanger 10 and is connected to the heat exchanger 10 through the refrigerant condenser 6 and the heat exchanger 10 for connection between the refrigerant container 22 and the refrigerant condenser 6. [ And the rear end of the second bypass line 16 is connected to the flow path between the heat exchanger 10 and the refrigerant container 22. The second bypass line 16 is connected to the front end of the second bypass line 16,

상기 제2바이패스라인(16)의 전단은 상기 열교환기(10)와 상기 냉매응축기(6) 사이에 위치하는 것으로, 상기 냉매의 유동방향에 있어서 상기 제1바이패스라인(14)의 후단에 위치하게 된다. 상기 제2바이패스라인(16)의 전단에는 상기 냉매의 유로를 제어하는 제2밸브(20)가 구비된다.The front end of the second bypass line 16 is located between the heat exchanger 10 and the refrigerant condenser 6 and is disposed at the rear end of the first bypass line 14 in the flow direction of the refrigerant. . A second valve (20) for controlling the flow path of the refrigerant is provided at a front end of the second bypass line (16).

상기 냉매가 상기 냉매응축기(6)에서 설정 온도 이하로 냉각되어 상기 열교환기(10)를 거치지 않아도 되는 경우, 3-way 밸브인 상기 제2밸브(20) 제어에 의해 상기 냉매응축기(6)에서 유출된 냉매를 상기 제2바이패스라인(16)을 따라 상기 냉매용기(22)로 이동시킬 수 있게 된다.When the refrigerant is cooled below the set temperature in the refrigerant condenser 6 and does not need to pass through the heat exchanger 10, the refrigerant is condensed in the refrigerant condenser 6 by the control of the second valve 20, which is a 3-way valve, So that the refrigerant can flow to the refrigerant container 22 along the second bypass line 16. [

상기 냉매가 상기 냉매응축기(6)와 상기 열교환기(10)를 통과할 때 압력 손실이 발생하게 되는데 상기 제1, 2바이패스라인(14, 16)과 상기 제1, 2밸브(18, 20)를 이용하여 상기 냉매의 유로를 제어함으로써 상기 냉매응축기 및 상기 열교환기 통과 시에 발생하는 상기 압력 손실을 제거할 수 있다. Pressure loss occurs when the refrigerant passes through the refrigerant condenser 6 and the heat exchanger 10. The first and second bypass lines 14 and 16 and the first and second valves 18 and 20 ) Is used to control the flow path of the refrigerant, so that the pressure loss occurring when the refrigerant passes through the refrigerant condenser and the heat exchanger can be removed.

예를 들어, 상기 히트싱크(4)에서 유출된 상기 냉매가 상기 냉매응축기(6)로 유입된 후 충분히 냉각되어 상기 열교환기(10)로 유입될 필요가 없는 경우, 상기 제2바이패스라인(16)을 따라 이동하게 함으로써 상기 열교환기(10)를 통과할 때 발생되는 불필요한 압력손실을 방지할 수 있다.For example, if the refrigerant flowing out of the heat sink 4 is not sufficiently cooled after being introduced into the refrigerant condenser 6 and is not required to flow into the heat exchanger 10, the second bypass line 16, it is possible to prevent an unnecessary pressure loss occurring when the refrigerant passes through the heat exchanger 10. [

또한, 상기 히트싱크(4)에서 유출된 상기 냉매의 냉각이 상기 열교환기(10)만을 통하여 진행되는 경우, 상기 제1바이패스라인(14)을 따라 이동하게 함으로써 상기 냉매응축기(6)를 통과할 때 발생되는 불필요한 압력손실을 방지할 수 있다.When the cooling of the refrigerant flowing out of the heat sink 4 proceeds only through the heat exchanger 10, the refrigerant passes through the refrigerant condenser 6 by moving along the first bypass line 14 It is possible to prevent the unnecessary pressure loss that occurs when the pressure is reduced.

상기 냉매용기(22)는 냉매순환펌프(24)와 연결되어 상기 냉매용기(22) 내부의 상기 냉매는 상기 냉매순환펌프(24)로 유입된다.The refrigerant container 22 is connected to the refrigerant circulation pump 24 so that the refrigerant in the refrigerant container 22 flows into the refrigerant circulation pump 24.

상기 냉매순환펌프(24)는 상기 냉매의 유량을 제어하는 것으로, 상기 히트싱크(4)와 연결되어 상기 히트싱크(4)에 상기 냉매를 공급한다. The refrigerant circulation pump 24 controls the flow rate of the refrigerant and is connected to the heat sink 4 to supply the refrigerant to the heat sink 4.

상기 냉매순환펌프(24)와 상기 히트싱크(4) 사이의 유로에는 히터(26)가 구비된다. 상기 히터(26)는 상기 냉각용팬에 접촉되는 상기 외부 공기의 온도가 일정 온도 이하일 때, 상기 전력장치의 발열이 발생되기 전인 시스템 가동 초기에 상기 냉매를 가열하여 상기 냉매의 온도를 설정온도 이상의 정온으로 유지시키게 된다.A heater 26 is provided in the flow path between the coolant circulation pump 24 and the heat sink 4. [ The heater (26) heats the refrigerant at an initial stage of system operation before the generation of heat of the electric power unit, when the temperature of the outside air contacting the cooling fan is below a predetermined temperature, .

예를 들어, 군에서 사용되는 전력장치의 경우 외부온도 -32℃~+43℃까지 운용해야 하는데, 배터리 및 레이저 발생장치와 같이 일정한 온도를 유지해야 하는 전력장치는 외부온도가 일정 온도 이하의 정온에서 전력장치 가동 초기에 상기 히터(26)를 사용하여 정온을 유지할 수 있도록 한다.For example, in the case of a power device used in the military, an external temperature should be operated from -32 ° C to + 43 ° C. In a power device, such as a battery and a laser generator, So that the heater 26 can be used to maintain the constant temperature at the beginning of the operation of the power device.

상기에서 설명한 상기 히트싱크(4), 상기 냉매응축기(6), 상기 열교환기(10), 상기 냉매용기(22), 상기 냉매순환펌프(24) 및 상기 히터(26) 등을 포함하는 정온냉각시스템은 통합제어기(28)에 의해 통합되어 제어된다.Temperature cooling including the above-described heat sink 4, the refrigerant condenser 6, the heat exchanger 10, the refrigerant container 22, the refrigerant circulation pump 24, and the heater 26, The system is integrated and controlled by the integrated controller 28.

상기 통합제어기(28)는 각각의 구성품들의 상태와 각각의 구성품에 설치되는 센서 각각의 측정값을 모니터링하여 요구되는 상기 냉매의 온도, 유량, 유로를 총괄적으로 제어하게 된다.The integrated controller 28 monitors the status of each component and the measured value of each sensor installed in each component to control the temperature, flow rate, and flow path of the refrigerant as required.

상기 냉매는 초기 충진 시에 냉매 특성을 잘 파악할 수 있도록 순수한 냉매를 주입해야 하며, 이를 위해 정온냉각시스템 내부의 진공을 유지한 상태로 포화된 냉매를 주입한다.The refrigerant is injected with pure refrigerant so as to grasp the characteristics of the refrigerant at the time of initial filling, and the saturated refrigerant is injected while keeping the vacuum inside the constant temperature cooling system.

또한, 냉매 R-245fa 등과 같이 포화압력이 낮은 냉매는 -32℃와 같이 낮은 온도에서 운전 시 정온냉각시스템의 압력이 대기압 보다 낮은 음압 상태가 되는데, 이러한 음압 상태는 밀폐부의 취약성 때문에 외부에서 기체가 침투할 수 있다.Also, refrigerant with a low saturation pressure, such as refrigerant R-245fa, becomes a negative pressure state in which the pressure of the constant-temperature cooling system is lower than atmospheric pressure during operation at a low temperature such as -32 ° C. It can penetrate.

이를 방지하기 위해 상기 냉매의 초기 충진 시 음압이 발생하지 않을 정도의 질소를 추가로 정온냉각시스템에 충진하여 운전하면, 일정 온도 이하의 저온 상태에서 가동 시에도 상기 냉매의 특성을 변화시키지 않으면서 정온냉각시스템의 압력만을 일정 수준으로 상승시켜 정온냉각시스템 내부의 음압 발생을 방지할 수 있다.In order to prevent this, when nitrogen is charged into the constant-temperature cooling system to such an extent that no negative pressure is generated during the initial filling of the refrigerant, when the refrigerant is operated at a low temperature below a certain temperature, Only the pressure of the cooling system can be raised to a certain level to prevent the generation of the negative pressure inside the cooling system.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical and exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, 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.

2 : 발열체
4 : 히트싱크
6 : 냉매응축기
8 : 냉각용팬
10 : 열교환기
12 : 칠러
14 : 제1바이패스라인
16 : 제2바이패스라인
18 : 제1밸브
20 : 제2밸브
22 : 냉매용기
24 : 냉매순환펌프
26 : 히터
28 : 통합제어기2: Heating element
4: Heatsink
6: Refrigerant condenser
8: Cooling fan
10: Heat exchanger
12: Chiller
14: first bypass line
16: second bypass line
18: First valve
20: second valve
22: Refrigerant container
24: Refrigerant circulation pump
26: Heater
28: Integrated controller

Claims (21)

발열체;
상기 발열체에 부착되며, 내부에는 냉매가 유동하는 히트싱크(Heat Sink);
상기 히트싱크로부터 유출된 상기 냉매가 유입되어 냉각되는 냉매응축기;
상기 히트싱크로부터 유출된 상기 냉매가 유입되어 냉각되는 열교환기;
상기 히트싱크로 유입되는 상기 냉매의 온도를 정온으로 유지시키는 히터;를 포함하며,
상기 히트싱크 내부의 상기 냉매는 상기 발열체의 발열량에 의해 액체에서 기체로 상변화되고,
상기 발열체는 상기 냉매의 상변화 시 상기 냉매에 흡수되는 잠열에 의해 냉각되어 일정한 온도를 유지하게 되며,
상기 히트싱크와 상기 냉매응축기 사이의 유로에는 후단이 상기 냉매응축기와 상기 열교환기 사이의 유로에 연결되는 제1바이패스라인의 전단이 연결되는 것
을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템.Heating element;
A heat sink attached to the heating element and having a refrigerant flow therein;
A refrigerant condenser in which the refrigerant flowing out of the heat sink flows and is cooled;
A heat exchanger in which the refrigerant flowing out of the heat sink flows and is cooled;
And a heater for maintaining the temperature of the refrigerant flowing into the heat sink at a constant temperature,
The refrigerant in the heat sink is phase-changed from liquid to gas by the amount of heat generated by the heat generating element,
The heating element is cooled by the latent heat absorbed by the refrigerant when the phase of the refrigerant is changed to maintain a constant temperature,
And a rear end of the first bypass line connected to the flow path between the refrigerant condenser and the heat exchanger is connected to the flow path between the heat sink and the refrigerant condenser
Temperature cooling system with a multi-heat-dissipating structure. 제1항에 있어서,
상기 냉매는 상기 냉매응축기에서 냉각되어 액체로 환원되는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템.The method according to claim 1,
Wherein the refrigerant is cooled in the refrigerant condenser and reduced to a liquid. 제2항에 있어서,
상기 냉매응축기에서의 상기 냉매의 냉각은 냉각용팬에 의한 외부 공기와의 접촉을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the cooling of the refrigerant in the refrigerant condenser is performed through contact with outside air by a cooling fan. 제3항에 있어서,
상기 냉각용팬은 모터의 속도를 제어하여 상기 냉매의 냉각량을 제어하는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템.The method of claim 3,
Wherein the cooling fan controls the speed of the motor to control the amount of cooling of the refrigerant. 제1항에 있어서,
상기 냉매는 상기 열교환기에서 냉각되어 액체로 환원되는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템.The method according to claim 1,
Wherein the refrigerant is cooled in the heat exchanger and reduced to a liquid. 제5항에 있어서,
상기 열교환기에서의 상기 냉매의 냉각은 칠러에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템.6. The method of claim 5,
Wherein the cooling of the refrigerant in the heat exchanger is performed by a chiller. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1바이패스라인의 전단에는 상기 냉매의 유로를 제어하는 제1밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템.The method according to claim 1,
And a first valve for controlling a flow path of the refrigerant is provided at a front end of the first bypass line. 제1항에 있어서,
상기 냉매응축기와 상기 열교환기 사이의 유로에는 후단이 상기 열교환기와 냉매용기 사이의 유로에 연결되는 제2바이패스라인의 전단이 연결되는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템. The method according to claim 1,
Wherein a front end of a second bypass line, whose rear end is connected to a flow path between the heat exchanger and the refrigerant container, is connected to the flow path between the refrigerant condenser and the heat exchanger. 제9항에 있어서,
상기 제2바이패스라인의 전단은 상기 냉매의 유동방향에 있어서 상기 제1바이패스라인의 후단에 위치하는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템. 10. The method of claim 9,
Wherein the front end of the second bypass line is located at a rear end of the first bypass line in the flow direction of the refrigerant. 제10항에 있어서,
상기 제2바이패스라인의 전단에는 상기 냉매의 유로를 제어하는 제2밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템.11. The method of claim 10,
And a second valve for controlling the flow path of the refrigerant is provided at a front end of the second bypass line. 제1항에 있어서,
상기 냉매응축기에서 상기 냉매의 온도를 설정 온도 이하로 냉각시킬 수 없는 경우, 상기 냉매응축기로부터 유출된 상기 냉매는 상기 열교환기로 유입되어 추가적으로 냉각되는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템.The method according to claim 1,
Wherein the refrigerant discharged from the refrigerant condenser flows into the heat exchanger and is further cooled when the temperature of the refrigerant in the refrigerant condenser can not be lowered below the set temperature. 제12항에 있어서,
상기 냉매가 상기 냉매응축기에서 냉각된 후 상기 열교환기에서 추가적으로 냉각될 때, 상기 냉매응축기와 상기 열교환기의 부하 정도에 따라 상기 냉매응축기와 상기 열교환기 각각에서의 상기 냉매의 방열량이 배분되는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템.13. The method of claim 12,
The refrigerant is cooled in the refrigerant condenser and then further cooled in the heat exchanger, the amount of heat radiation of the refrigerant in each of the refrigerant condenser and the heat exchanger is distributed according to the load of the refrigerant condenser and the heat exchanger Temperature cooling system with multiple heat dissipation structure. 제1항에 있어서,
상기 히트싱크로부터 유출된 상기 냉매는 상기 열교환기로는 유입되지 않고 상기 냉매응축기로만 유입되어 냉각되는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템.The method according to claim 1,
Wherein the refrigerant flowing out of the heat sink flows into the refrigerant condenser without being introduced into the heat exchanger and is cooled. 제1항에 있어서,
상기 히트싱크로부터 유출된 상기 냉매는 상기 냉매응축기로는 유입되지 않고 상기 열교환기로만 유입되어 냉각되는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템.The method according to claim 1,
Wherein the refrigerant flowing out of the heat sink flows into the heat exchanger without being introduced into the refrigerant condenser, and is cooled. 제9항에 있어서,
상기 냉매응축기와 상기 열교환기로부터 유출된 상기 냉매는 상기 냉매용기로 유입되는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템. 10. The method of claim 9,
Wherein the refrigerant discharged from the refrigerant condenser and the heat exchanger flows into the refrigerant container. 제16항에 있어서,
상기 냉매용기는 냉각된 상기 냉매를 저장하는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템. 17. The method of claim 16,
And the refrigerant container stores the cooled refrigerant. 제17항에 있어서,
상기 냉매용기의 상기 냉매는 냉매순환펌프로 유입되는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템.18. The method of claim 17,
Wherein the refrigerant in the refrigerant container flows into the refrigerant circulation pump. 제18항에 있어서,
상기 냉매순환펌프는 상기 냉매의 유량을 제어하며, 상기 히트싱크에 상기 냉매를 공급하는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템.19. The method of claim 18,
Wherein the refrigerant circulation pump controls the flow rate of the refrigerant and supplies the refrigerant to the heat sink. 제19항에 있어서,
상기 히터는 상기 냉매순환펌프와 상기 히트싱크 사이의 유로에 위치하여, 시스템 가동 초기에 냉매의 온도를 정온으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템.20. The method of claim 19,
Wherein the heater is located in a flow path between the refrigerant circulation pump and the heat sink to maintain the temperature of the refrigerant at a constant temperature at the initial stage of system operation. 제1항에 있어서,
상기 냉매의 초기 충진 시 질소를 추가 충진하여 일정 온도 이하의 저온 상태에서 가동 시에도 정온냉각시스템의 음압을 방지하는 것을 특징으로 하는 다중방열구조의 상변화 정온냉각시스템.
The method according to claim 1,
Wherein during the initial filling of the refrigerant, nitrogen is additionally charged to prevent the negative pressure of the constant-temperature cooling system even during operation at a low temperature below a certain temperature.
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