KR102034778B1

KR102034778B1 - Heat Pipe with Bypass Loop

Info

Publication number: KR102034778B1
Application number: KR1020170184909A
Authority: KR
Inventors: 정의국
Original assignee: 창신대학교 산학협력단
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2019-10-21
Also published as: KR20190082000A

Abstract

본 발명은 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프에 관한 것으로, 별도의 바이패스 연결관을 통해 증발부에서 증발한 작동 유체 중 일부를 증기 상태로 응축부로 이동시킴으로써, 증발부의 과도한 증기 압력을 방지하여 응축수의 원활한 흐름을 유도하고, 또한, 증발부의 증기를 파이프 본체의 내부 공간이 아니라 별도의 바이패스 연결관을 통해 직접 응축부로 이송시킴으로써, 응축수 생성량이 증가하고 이에 따라 응축수의 순환 흐름을 더욱 원활하게 유도하고, 증발부의 증기압력이 낮아져 증발부로 귀환하는 응축수의 양을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 히트 파이프의 작동 온도를 상대적으로 낮게 유지할 수 있는 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프를 제공한다.The present invention relates to a heat pipe having a bypass loop, by moving a portion of the working fluid evaporated from the evaporator to the condenser in a vapor state through a separate bypass tube, thereby preventing excessive vapor pressure of the evaporator to Induces a smooth flow and also directs the vapor of the evaporator to the condensate directly through a separate bypass conduit rather than in the inner space of the pipe body, thereby increasing condensate production and thus leading to a more circulating flow of condensate. The vapor pressure of the evaporator can be lowered to increase the amount of condensate returned to the evaporator, thereby providing a heat pipe having a bypass loop capable of keeping the operating temperature of the heat pipe relatively low.

Description

Heat Pipe with Bypass Loop

본 발명은 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프에 관한 것이다. 보다 상세하게는 별도의 바이패스 연결관을 통해 증발부에서 증발한 작동 유체 중 일부를 증기 상태로 응축부로 이동시킴으로써, 증발부의 과도한 증기 압력을 방지하여 응축수의 원활한 흐름을 유도하고, 또한, 증발부의 증기를 파이프 본체의 내부 공간이 아니라 별도의 바이패스 연결관을 통해 직접 응축부로 이송시킴으로써, 응축수 생성량이 증가하고 이에 따라 응축수의 순환 흐름을 더욱 원활하게 유도하고, 증발부의 증기압력이 낮아져 증발부로 귀환하는 응축수의 양을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 히트 파이프의 작동 온도를 상대적으로 낮게 유지할 수 있는 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pipe having a bypass loop. More specifically, by moving a portion of the working fluid evaporated from the evaporator to the condensation unit in a vapor state through a separate bypass connection pipe, it prevents excessive vapor pressure of the evaporator to induce a smooth flow of condensate, and By transferring steam directly to the condensation unit through a separate bypass tube instead of the inner space of the pipe body, condensate production increases, thus guiding the circulating flow of condensate more smoothly, and lowering the vapor pressure of the evaporator to return to the evaporator. The present invention relates to a heat pipe having a bypass loop that can increase the amount of condensate, thereby keeping the operating temperature of the heat pipe relatively low.

일반적으로 히트파이프(Heat Pipe)는 자기증발, 온도차 등의 열적(熱的) 불균형으로 인하여 형성되는 유체의 밀도차 및 모세관 압력에 의해 유체 유동이 이루어지는 열전달 장치를 말한다. In general, a heat pipe refers to a heat transfer device in which fluid flow occurs due to capillary pressure and density difference of a fluid formed due to thermal imbalance such as evaporation and temperature difference.

이러한 히트파이프는 내부에 물(증류수) 또는 알콜 등의 작동 유체를 넣고 진공상태로 밀봉 처리한 관으로서, 응축부와, 증발부 및 이들을 연결하는 단열부로 구분되며, 증발부 쪽으로 열이 공급되면 작동유체가 기체로 증발하여 단열부를 통해 응축부 쪽으로 이동하게 되고, 그 지점에서 액체로 응축되면서 열을 방출한 후 모세관 현상에 의해 다시 증발부로 순환하며 열을 전달하게 된다.The heat pipe is a tube sealed with a working fluid such as water (distilled water) or alcohol and sealed in a vacuum state. The heat pipe is divided into a condenser, an evaporator, and a heat insulating part connecting the same, and is operated when heat is supplied to the evaporator. The fluid is evaporated to a gas is moved to the condensation unit through the adiabatic unit, and condensed into the liquid at that point to release the heat and then circulated back to the evaporator by the capillary phenomenon to transfer the heat.

히트파이프의 내벽에는 작동 유체에 대한 모세관 압력을 촉진시킬 수 있도록 윅(Wick)이 설치되어 있다. 윅은 밀폐관 내의 작동 유체를 응축부로부터 증발부로 원활히 이동시킬 수 있도록 모세관 현상을 유발하기 위한 수단으로 작용하므로, 그 재질의 선정과 구조 설계는 히트파이프의 성능을 좌우하는 매우 중요한 요소라 할 수 있다.The inner wall of the heat pipe is provided with a wick to promote capillary pressure on the working fluid. Wick acts as a means to induce capillary phenomenon to move the working fluid in the conduit from the condenser to the evaporator smoothly. Therefore, the material selection and the structural design are very important factors that influence the performance of the heat pipe. have.

일반적으로, 윅은 그 열 이송 인자를 크게 하려면 전체적으로 투과성(Permeability)이 좋아서 증발부의 열이 전해지는 어느 부위에서든 유체가 균일하게 분포되도록 하여야 하는데, 이를 만족시키기 위해서는 모세관의 반경이 작을수록 유리하다. 그러나, 윅의 직경이 너무 작으면 유동저항을 초래하게 되므로 적정한 두께를 실험적인 방법으로 찾아내야 한다. 윅은 구리 재질의 세선을 직조하여 망체의 형상으로 제작한 것이나 또는 소결 금속 등이 알려져 있다.Generally, in order to increase the heat transfer factor, the wick should have a good permeability as a whole so that the fluid is uniformly distributed in any part where the heat of the evaporator is transmitted. To satisfy this, the smaller the radius of the capillary is advantageous. However, if the diameter of the wick is too small, it will lead to flow resistance. Therefore, an appropriate thickness should be found experimentally. The wick is produced by woven fine copper wires in the shape of a mesh, or a sintered metal or the like.

이와 같은 히트파이프는 펌프 등의 기계요소에 의한 별도의 동력 공급이 없이도 자연대류에 의해 작동되는 것이며, 현재 이것은 열교환기, 전자제품의 냉각장치(온도상승으로 인해 제품성능이 저하되는 히트 페이드(Heat Fade) 현상을 저감시켜주기 위한 냉각용 방열기(Heat Sink)) 또는 의료장비 등에 다양하게 적용되어 있고, 그 응용 범위가 계속 확산되는 추세에 있다.Such heat pipes are operated by natural convection even without a separate power supply by a mechanical element such as a pump. Currently, this heat exchanger and a cooling device of an electronic product (heat fade that degrades product performance due to temperature rise) It is widely applied to cooling sinks or medical equipment for reducing the fade, and its application range is continuously spreading.

도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 히트 파이프의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a configuration of a general heat pipe according to the prior art.

일반적인 히트 파이프는, 내부에 작동 유체가 저장되도록 내부가 밀봉된 중공관 형태의 파이프 본체(100)와, 파이프 본체(100)의 내측면에 장착되는 모세 구조물의 윅(200)을 포함하여 구성된다.A general heat pipe includes a pipe body 100 in the form of a hollow tube sealed inside so that a working fluid is stored therein, and a wick 200 of a capillary structure mounted on an inner side of the pipe body 100. .

파이프 본체(100)는 내부에 작동 유체가 저장되는 중공관 형태로 형성되며, 일단부는 열을 흡수하여 작동 유체를 증발시키는 증발부(es)가 형성되고, 타단부는 열을 발산하여 작동 유체를 응축시키는 응축부(cs)가 형성된다. 증발부(es)와 응축부(cs) 사이에는 외부와 단열되도록 단열부(as)가 형성된다.Pipe body 100 is formed in the form of a hollow tube in which the working fluid is stored therein, one end is formed with an evaporation (es) for absorbing heat to evaporate the working fluid, the other end to dissipate heat to the working fluid The condensation part cs which condenses is formed. Between the evaporation unit (es) and the condensation unit (cs) is formed a heat insulating portion (as) to insulate the outside.

증발부(es)에서는 외부 열원(10)으로부터 열을 흡수하여 작동 유체를 증발시키고, 응축부(cs)에서는 외부 열전달 매체(20)에 열을 발산하여 작동 유체를 응축시킨다. 파이프 본체(100)의 증발부(es)에서 증발한 작동 유체는 증기 상태로 파이프 본체(100)의 내부 공간을 따라 증발부(es)에서 단열부(as)를 통과하여 응축부(cs)로 이동하고, 응축부(cs)에서 응축되어 액체 상태로 윅(200)을 통해 증발부(es) 측으로 다시 이동하는 방식으로 순환한다. The evaporator (es) absorbs heat from the external heat source 10 to evaporate the working fluid, and the condenser cs dissipates heat to the external heat transfer medium 20 to condense the working fluid. The working fluid evaporated from the evaporation unit (es) of the pipe body 100 passes through the heat insulating unit (as) from the evaporation unit (es) along the inner space of the pipe body 100 in a vapor state to the condensation unit (cs). It is condensed in the condensation unit (cs) and circulated in a manner of moving back to the evaporation unit (es) side through the wick 200 in a liquid state.

윅(200)은 파이프 본체(100)의 내측면을 따라 접촉 결합되도록 다공성 구조의 중공관 형태로 형성되며, 응축부(cs)에서 응축된 작동 유체를 모세관 현상에 의해 증발부(es) 측으로 이동시키도록 구성된다.Wick 200 is formed in the form of a hollow tube of a porous structure to be contacted along the inner surface of the pipe body 100, the working fluid condensed in the condensation unit (cs) by the capillary action to the evaporation unit (es) side It is configured to.

이와 같이 구성되는 히트 파이프는 증발부(es)에서 외부열을 흡수한 후 단열부(as)를 통과하여 응축부(cs)에서 냉각에 의해 잠열을 배출하는 기본적인 원리로 작동한다.The heat pipe configured as described above operates on a basic principle of absorbing external heat from the evaporator (es) and then passing through the heat insulator (as) to discharge latent heat by cooling in the condenser (cs).

즉, 증발부(es)에 열이 가해지면, 파이프 본체(100) 내부의 작동유체가 증발하여 증발부(es)와 응축부(cs)의 증기압력차이에 의해 응축부(cs)로 이동한다. 응축부(cs)의 증기는 냉각원에 의해 냉각되어 응축수가 되며, 응축수는 윅(200)의 모세 구조물의 미소한 기공에서 발생하는 모세 압력에 의해 증발부(es)로 귀환하는 과정을 반복한다.That is, when heat is applied to the evaporator (es), the working fluid inside the pipe main body 100 evaporates and moves to the condenser (cs) by the vapor pressure difference between the evaporator (es) and the condenser (cs). . The steam of the condensation unit (cs) is cooled by the cooling source to become condensate, and the condensate is returned to the evaporation unit (es) by capillary pressure generated in the micropores of the capillary structure of the wick 200. .

이러한 작동 유체의 흐름에 따라 증기와 응축수의 흐름이 서로 반대 방향이며, 이로 인해 액상과 기상 사이에 유동 접촉 저항이 히트 파이프의 열전달 성능에 영향을 미친다. 또한, 열부하가 높아짐에 따라 작동 유체의 온도와 압력이 상승하여 동시에 상변화 질량 유량이 증가한다. 히트 파이프에 최대 열부하를 가했을 때, 증기압력과 상변화 질량 유량이 증가하게 되며, 이로 인해 윅(200)을 따라 흐르는 응축수의 흐름이 끊어지게 되고, 증발부(es)에 드라이 아웃(dry-out) 현상이 발생하여 히트 파이프의 작동이 중단되는 경우가 발생할 수 있다.As the working fluid flows, the steam and condensate flows in opposite directions, so that the flow contact resistance between the liquid phase and the gas phase affects the heat transfer performance of the heat pipe. In addition, as the heat load increases, the temperature and pressure of the working fluid increase, and at the same time, the phase change mass flow rate increases. When the maximum heat load is applied to the heat pipe, the steam pressure and the phase change mass flow rate are increased, which causes the condensate flow to flow along the wick 200 to be cut off and to dry-out the evaporation unit (es). ), The heat pipe may be interrupted.

즉, 히트 파이프에 고열원에 의한 열부하가 증가하게 되면, 증발부(es)의 증기 압력이 높아져서 증발부(es)의 증기 발생량이 감소하고, 이에 따라 응축수가 감소하여 윅(200)을 따라 응축수가 정상적으로 순환하지 못하여 윅(200)이 건조해지고 작동 유체의 순환이 중단되는 등의 문제가 발생한다.That is, when the heat load by the high heat source in the heat pipe increases, the vapor pressure of the evaporator (es) is increased to reduce the amount of steam generated in the evaporator (es), thereby reducing the condensate water condensate along the wick 200 Does not circulate normally, such that the wick 200 is dried and the circulation of the working fluid is interrupted.

국내실용신안등록 제20-0331847호Domestic Utility Model Registration No. 20-0331847

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 별도의 바이패스 연결관을 통해 증발부에서 증발한 작동 유체 중 일부를 증기 상태로 응축부로 이동시킴으로써, 증발부의 과도한 증기 압력을 방지하여 응축수의 원활한 흐름을 유도하고, 또한, 증발부의 증기를 파이프 본체의 내부 공간이 아니라 별도의 바이패스 연결관을 통해 직접 응축부로 이송시킴으로써, 응축수 생성량이 증가하고 이에 따라 응축수의 순환 흐름을 더욱 원활하게 유도하고 증발부에서 윅의 드라이 아웃 현상을 방지할 수 있는 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프를 제공하는 것이다.The present invention has been invented to solve the problems of the prior art, an object of the present invention is to move some of the working fluid evaporated in the evaporator through a separate bypass tube to the condenser in the vapor state, excess vapor of the evaporator Prevents pressure to induce a smooth flow of condensate, and also directs vapor from the evaporator to the condensate directly through a separate bypass conduit rather than into the inner space of the pipe body, thereby increasing condensate production and thus circulating flow of condensate It is to provide a heat pipe having a bypass loop to more smoothly guide and prevent dry out of the wick in the evaporator.

본 발명의 다른 목적은, 바이패스 연결관을 통해 증기를 응축부를 직접 이동시킴으로써, 증기압력이 낮아져 증발부로 귀환하는 응축수의 양을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 히트 파이프의 작동 온도를 상대적으로 낮게 유지할 수 있는 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to move the steam directly through the conduit via a bypass conduit, thereby lowering the steam pressure and increasing the amount of condensate returning to the evaporator, thus maintaining a relatively low operating temperature of the heat pipe. It is to provide a heat pipe having a bypass loop.

본 발명의 또 다른 목적은, 바이패스 연결관에 별도의 압력계와 개폐 밸브를 장착함으로써, 압력계에 의해 측정된 내부의 압력 측정값에 따라 개폐 밸브를 선택적으로 작동하여 최적의 작동 상태를 유지시킬 수 있는 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프를 제공하는 것이다.Another object of the present invention, by installing a separate pressure gauge and on-off valve in the bypass connection pipe, it is possible to selectively operate the on-off valve in accordance with the internal pressure measurement value measured by the pressure gauge to maintain the optimum operating state It is to provide a heat pipe having a bypass loop.

본 발명은, 내부에 작동 유체가 저장되는 중공관 형태로 형성되며, 일단부는 열을 흡수하여 작동 유체를 증발시키는 증발부가 형성되고, 타단부는 열을 발산하여 작동 유체를 응축시키는 응축부가 형성되는 파이프 본체; 상기 파이프 본체의 내측면을 따라 접촉 결합되도록 다공성 구조의 중공관 형태로 형성되며, 상기 응축부에서 응축된 작동 유체를 모세관 현상에 의해 상기 증발부 측으로 이동시키는 윅; 및 일단이 상기 파이프 본체의 증발부 내부 공간에 연통되게 결합되고, 상기 증발부에 연결된 일단으로부터 상기 파이프 본체의 외부 공간으로 연장되어 타단이 상기 파이프 본체의 응축부 내부 공간에 연통되게 결합되는 바이패스 연결관을 포함하고, 상기 파이프 본체의 증발부에서 증발한 작동 유체는 증기 상태로 상기 증발부에서 상기 응축부로 이동하고, 상기 응축부에서 응축되어 액체 상태로 상기 윅을 통해 상기 증발부 측으로 이동하는 방식으로 순환하고, 상기 증발부에서 증발한 작동 유체 중 일부는 증기 상태로 상기 증발부에서 상기 바이패스 연결관을 통해 상기 응축부로 이동하는 것을 특징으로 하는 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프를 제공한다.The present invention is formed in the form of a hollow tube in which the working fluid is stored therein, one end is formed to evaporate to absorb the heat to evaporate the working fluid, the other end is a condensation is formed to condense the working fluid by dissipating heat Pipe body; A wick formed in the shape of a hollow tube having a porous structure to be in contact with the inner surface of the pipe body, and moving the working fluid condensed in the condenser to the evaporator by capillary action; And a bypass coupled to one end of the pipe body in communication with the inner space of the pipe body and extending from one end connected to the evaporator to an outer space of the pipe body so that the other end communicates with the condensation part of the pipe body. A working fluid evaporated from the evaporation part of the pipe body, the connecting pipe is moved from the evaporation part to the condensation part in a vapor state, and condensed in the condensation part and moved to the evaporation part side through the wick in a liquid state. Circulating in a manner, wherein some of the working fluid evaporated in the evaporator moves in vapor form from the evaporator to the condensate through the bypass connection pipe.

이때, 상기 바이패스 연결관의 중간에는 상기 바이패스 연결관의 내부 유로를 개폐할 수 있는 개폐 밸브가 장착될 수 있다.In this case, an opening and closing valve for opening and closing an inner flow path of the bypass connecting pipe may be mounted in the middle of the bypass connecting pipe.

또한, 상기 증발부에 연통되는 상기 바이패스 연결관의 일단에 인접한 부위에는 상기 바이패스 연결관의 내부 압력을 측정할 수 있는 압력계가 장착되고, 상기 압력계의 측정값은 별도의 제어부에 인가되며, 상기 제어부는 상기 압력계로부터 인가받은 측정값에 따라 상기 개폐 밸브를 동작 제어할 수 있다.In addition, a pressure gauge capable of measuring an internal pressure of the bypass connector is mounted at a portion adjacent to one end of the bypass connector communicating with the evaporator, and the measured value of the pressure gauge is applied to a separate controller. The controller may control the opening / closing valve according to a measurement value applied from the pressure gauge.

본 발명에 의하면, 별도의 바이패스 연결관을 통해 증발부에서 증발한 작동 유체 중 일부를 증기 상태로 응축부로 이동시킴으로써, 증발부의 과도한 증기 압력을 방지하여 응축수의 원활한 흐름을 유도하고, 또한, 증발부의 증기를 파이프 본체의 내부 공간이 아니라 별도의 바이패스 연결관을 통해 직접 응축부로 이송시킴으로써, 응축수 생성량이 증가하고 이에 따라 응축수의 순환 흐름을 더욱 원활하게 유도하고 증발부에서 윅의 드라이 아웃 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by moving a part of the working fluid evaporated from the evaporator to the condensation unit in a vapor state through a separate bypass connecting pipe, to prevent excessive vapor pressure of the evaporator to induce a smooth flow of condensate, and also, evaporation By transporting the negative steam directly to the condensate through a separate bypass conduit rather than the inner space of the pipe body, condensate production increases, thus guiding the circulating flow of condensate more smoothly and reducing the dry out of the wick at the evaporator. There is an effect that can be prevented.

또한, 바이패스 연결관을 통해 증기를 응축부를 직접 이동시킴으로써, 증기압력이 낮아져 증발부로 귀환하는 응축수의 양을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 히트 파이프의 작동 온도를 상대적으로 낮게 유지할 수 있는 효과가 있다.In addition, by moving the steam directly through the condenser through the bypass connecting pipe, the vapor pressure is lowered to increase the amount of condensate returned to the evaporator, thereby maintaining the operating temperature of the heat pipe relatively low. .

또한, 바이패스 연결관에 별도의 압력계와 개폐 밸브를 장착함으로써, 압력계에 의해 측정된 내부의 압력 측정값에 따라 개폐 밸브를 선택적으로 작동하여 최적의 작동 상태를 유지시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, by attaching a separate pressure gauge and the on-off valve to the bypass connection pipe, there is an effect that can selectively operate the on-off valve in accordance with the internal pressure measurement value measured by the pressure gauge to maintain the optimum operating state.

또한, 히트 파이프 시동 초기에 순간적인 증기 질량 유량의 증가로 발생하는 온도 오버슈트 현상을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that can reduce the temperature overshoot phenomenon caused by the instantaneous increase in the steam mass flow rate at the beginning of the heat pipe start.

또한, 동일한 입력 열부하에서 응축수의 원활한 귀환에 의해 상대적으로 더 높은 열부하에서 작동 한계가 나타나므로 처리할 수 있는 열전달량이 증가하는 효과가 있다.In addition, since the operating limit appears at a relatively higher heat load by the smooth return of condensate at the same input heat load, the amount of heat transfer that can be treated is increased.

또한, 파이프 본체 내부에서 유동하는 증기 질량 유량을 감소시킬 수 있으므로, 액체-증기 경계면의 유동 저항을 감소시켜 증발부로 귀환하는 응축수 양을 증가시키고 비산 한계를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, since the steam mass flow rate flowing inside the pipe body can be reduced, there is an effect that the flow resistance of the liquid-vapor interface can be reduced to increase the amount of condensate returned to the evaporator and increase the scattering limit.

도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 히트 파이프의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing the configuration of a typical heat pipe according to the prior art,
2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a heat pipe having a bypass loop according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a heat pipe having a bypass loop according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프는 내부의 과도한 증기압력을 감소시키고 응축수 유량을 증가시켜 작동 온도를 상대적으로 낮게 유지시키고 안정적인 작동 상태를 유지할 수 있는 구성으로, 파이프 본체(100)와, 윅(200)과, 바이패스 연결관(300)을 포함하여 구성된다.Heat pipe having a bypass loop according to an embodiment of the present invention is configured to reduce the excessive steam pressure and increase the condensate flow rate to maintain a relatively low operating temperature and maintain a stable operating state, the pipe body ( 100, a wick 200, and a bypass connector 300.

파이프 본체(100)는 내부 공간(101)에 작동 유체가 저장되는 중공관 형태로 형성되며, 일단부는 열을 흡수하여 작동 유체를 증발시키는 증발부(es)가 형성되고, 타단부는 열을 발산하여 작동 유체를 응축시키는 응축부(cs)가 형성된다. 증발부(es)와 응축부(cs) 사이에는 외부와 단열되도록 단열부(as)가 형성된다.Pipe body 100 is formed in the form of a hollow tube in which the working fluid is stored in the inner space 101, one end is formed with an evaporation (es) for absorbing heat to evaporate the working fluid, the other end is radiating heat Condensation (cs) is formed to condense the working fluid. Between the evaporation unit (es) and the condensation unit (cs) is formed a heat insulating portion (as) to insulate the outside.

이와 같이 구성되는 히트 파이프는 배경 기술에서 설명한 바와 같이 증발부(es)에서 외부열을 흡수한 후 단열부(as)를 통과하여 응축부(cs)에서 냉각에 의해 잠열을 배출하는 기본적인 원리로 작동한다.As described in the background art, the heat pipe configured as described above operates on a basic principle of absorbing external heat from the evaporator (es) and then passing through the heat insulator (as) to discharge latent heat by cooling in the condenser (cs). do.

이러한 구조에 따라 배경 기술에서 설명한 바와 같이 히트 파이프에 고열원에 의한 열부하가 증가하면, 증발부(es)의 증기 압력이 높아져서 증발부(es)의 증기 발생량이 감소하고, 이에 따라 응축수가 감소하여 윅(200)을 따라 응축수가 정상적으로 순환하지 못하여 윅(200)이 건조해져서 드라이 아웃 현상이 발생하고 작동 유체의 순환이 중단되는 등의 문제가 발생한다.According to this structure, as described in the background art, when the heat load of the heat pipe due to the high heat source increases, the vapor pressure of the evaporator es increases, so that the amount of steam generated in the evaporator es decreases, thereby reducing the condensate water. The condensed water does not circulate normally along the wick 200, so that the wick 200 is dried to cause a dry out phenomenon and the circulation of the working fluid is stopped.

본 발명의 일 실시예에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 바이패스 연결관(300)이 추가 구비된다.In one embodiment of the present invention, a bypass connector 300 is further provided to solve this problem.

바이패스 연결관(300)은 일단이 파이프 본체(100)의 증발부(es) 내부 공간에 연통되게 결합되고, 증발부(es)에 연결된 일단으로부터 파이프 본체(100)의 외부 공간으로 연장되어 타단이 파이프 본체(100)의 응축부(cs) 내부 공간에 연통되게 결합된다.The bypass connecting pipe 300 has one end coupled to communicate with the inner space of the evaporator (es) of the pipe body 100, and extends from the one end connected to the evaporator (es) to the outer space of the pipe body 100 and the other end. The pipe body 100 is coupled to communicate with the inner space of the condensation unit (cs).

이러한 구조에 따라 파이프 본체(100)의 증발부(es)에서 증발한 작동 유체 중 일부는 증기 상태로 증발부(es)에서 바이패스 연결관(300)을 통해 응축부(cs)로 이동한다.According to this structure, some of the working fluid evaporated in the evaporator (es) of the pipe body 100 moves from the evaporator (es) to the condenser (cs) through the bypass connection pipe 300 in a vapor state.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 파이프는 별도의 바이패스 연결관(300)을 통해 증발부(es)에서 증발한 작동 유체 중 일부를 증기 상태로 응축부(cs)로 이동시킴으로써, 증발부(es)의 과도한 증기 압력을 방지하여 응축수의 원활한 흐름을 유도하고, 또한, 증발부(es)의 증기를 파이프 본체(100)의 내부 공간이 아니라 별도의 바이패스 연결관(300)을 통해 직접 응축부(cs)로 이송시킴으로써, 응축수 생성량이 증가하고 이에 따라 응축수의 순환 흐름을 더욱 원활하게 유도하고 증발부(es)에서 윅(200)의 드라이 아웃 현상을 방지한다. 또한, 증발부(es)로 귀환하는 응축수의 양이 증가하므로, 히트 파이프의 작동 온도를 상대적으로 낮게 유지할 수 있다.Therefore, the heat pipe according to the embodiment of the present invention evaporates by moving a part of the working fluid evaporated in the evaporator (es) through a separate bypass connecting pipe 300 to the condenser (cs) in a vapor state. Prevents excessive steam pressure of the ees to induce a smooth flow of condensate, and also the vapor of the evaporation (es) through a separate bypass connector 300, not the internal space of the pipe body (100) By directly transferring to the condensation unit (cs), the amount of condensate production is increased, thereby guiding the circulating flow of the condensate more smoothly and preventing the dry out phenomenon of the wick 200 in the evaporation unit (es). In addition, since the amount of condensed water returned to the evaporator (es) increases, it is possible to keep the operating temperature of the heat pipe relatively low.

한편, 바이패스 연결관(300)의 중간 구간에는 바이패스 연결관(300)의 내부 유로를 개폐할 수 있는 개폐 밸브(400)가 장착될 수 있다. On the other hand, the intermediate section of the bypass connector 300 may be equipped with an on-off valve 400 that can open and close the internal flow path of the bypass connector (300).

이러한 개폐 밸브(400)를 통해 바이패스 연결관(300)을 선택적으로 개폐할 수 있다. 즉, 히트 파이프의 작동 상태에 따라 사용자가 개폐 밸브(400)를 선택적으로 개폐하여 증발부(es)의 증기를 바이패스 연결관(300)을 통해 응축부(cs)로 이동시킬 수 있다.The bypass connecting pipe 300 may be selectively opened and closed through the on / off valve 400. That is, the user may selectively open and close the open / close valve 400 according to the operating state of the heat pipe to move the vapor of the evaporation unit es to the condensation unit cs through the bypass connection pipe 300.

또한, 증발부(es)에 연통되는 바이패스 연결관(300)의 일단에 인접한 부위에는 바이패스 연결관(300)의 내부 압력을 측정할 수 있는 별도의 압력계(500)가 장착될 수 있으며, 사용자는 압력계(500)를 통해 증발부(es)의 압력을 알 수 있으며, 증발부(es)의 압력값에 따라 개폐 밸브(400)를 선택적으로 개폐 작동시킬 수 있다. 압력계(500)는 증발부(es)에 연통되는 바이패스 연결관(300)의 일단에 인접한 부위에 장착되기 때문에, 즉, 압력계(500)는 바이패스 연결관(300)에서 개폐 밸브(400)와 증발부(es) 사이에 장착되기 때문에, 압력계(500)에 의해 측정된 압력값은 실질적으로 증발부(es)에서의 압력값과 동일하다고 할 수 있다.In addition, a separate pressure gauge 500 capable of measuring the internal pressure of the bypass connection pipe 300 may be mounted at a portion adjacent to one end of the bypass connection pipe 300 communicating with the evaporator (es). The user can know the pressure of the evaporator (es) through the pressure gauge 500, and can selectively open and close the on / off valve 400 according to the pressure value of the evaporator (es). Since the pressure gauge 500 is mounted at a portion adjacent to one end of the bypass connecting pipe 300 communicating with the evaporator (es), that is, the pressure gauge 500 is the on-off valve 400 in the bypass connecting pipe 300. Since it is mounted between and the evaporator (es), it can be said that the pressure value measured by the pressure gauge 500 is substantially the same as the pressure value in the evaporator (es).

한편, 압력계(500)의 측정값은 별도의 제어부(미도시)에 인가되며, 제어부는 압력계(500)로부터 인가받은 측정값에 따라 개폐 밸브(400)를 자동으로 동작 제어할 수 있다. 즉, 개폐 밸브(400)의 작동은 사용자의 수작업으로 이루어질 수도 있으나, 압력계(500)의 측정값에 따라 제어부에 의해 자동 제어되는 방식으로 이루어질 수도 있다.On the other hand, the measurement value of the pressure gauge 500 is applied to a separate control unit (not shown), the control unit may automatically control the operation of the opening and closing valve 400 in accordance with the measurement value received from the pressure gauge 500. That is, the operation of the on-off valve 400 may be made by a user's manual operation, or may be performed in a manner that is automatically controlled by the controller according to the measured value of the pressure gauge 500.

이상에서 설명한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프는, 증기 유량의 일부를 증발부(es)에서 응축부(cs)로 바이패스 연결관(300)을 통해 이송함으로써, 증발부(es)의 증기압을 낮출 수 있어 응축수의 증발부 귀환이 상대적으로 원활해진다.According to the structure described above, a heat pipe having a bypass loop according to an embodiment of the present invention transfers a part of the steam flow rate from the evaporator (es) to the condenser (cs) through the bypass connecting pipe 300. As a result, the vapor pressure of the evaporation unit es can be lowered, and the return of the evaporation unit of the condensed water is relatively smooth.

또한, 히트 파이프 시동 초기에 순간적인 증기 질량 유량의 증가로 발생하는 온도 오버슈트 현상을 감소시킬 수 있다.In addition, it is possible to reduce the temperature overshoot phenomenon caused by the instantaneous increase in the steam mass flow rate at the beginning of the heat pipe startup.

또한, 동일한 입력 열부하에서 응축수의 원활한 귀환에 의해 상대적으로 더 높은 열부하에서 작동 한계가 나타나므로 처리할 수 있는 열전달량이 증가한다.In addition, the smooth return of condensate at the same input heat load results in an operating limit at relatively higher heat loads, thus increasing the amount of heat transfer that can be handled.

또한, 파이프 본체 내부에서 유동하는 증기 질량 유량을 감소시킬 수 있으므로, 액체-증기 경계면의 유동 저항을 감소시켜 증발부로 귀환하는 응축수 양을 증가시키고 비산 한계를 증가시킬 수 있다.In addition, it is possible to reduce the mass flow rate of steam flowing inside the pipe body, thereby reducing the flow resistance of the liquid-vapor interface to increase the amount of condensate returned to the evaporator and to increase the scattering limit.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

10: 외부 열원
20: 열전달 매체
100: 파이프 본체
200: 윅
300: 바이패스 연결관
400: 개폐 밸브
500: 압력계10: external heat source
20: heat transfer medium
100: pipe body
200: Wick
300: bypass connector
400: on-off valve
500: pressure gauge

Claims

delete

A pipe body formed in a hollow tube shape in which a working fluid is stored, one end of which absorbs heat to evaporate the working fluid, and the other end of which forms a condensation part to dissipate heat to condense the working fluid;
A wick formed in the form of a hollow tube having a porous structure to be in contact with the inner surface of the pipe body, and moving the working fluid condensed in the condenser to the evaporator by capillary action; And
One end is connected in communication with the inner space of the evaporator of the pipe body, the bypass connection extending from the one end connected to the evaporator to the outer space of the pipe body and the other end is connected to communicate with the inner space of the condenser of the pipe body tube
And a working fluid evaporated from the evaporator of the pipe body in a vapor state, moving from the evaporator to the condenser, and condensed in the condenser to move toward the evaporator through the wick in a liquid state. Circulating,
Some of the working fluid evaporated in the evaporator is moved from the evaporator to the condenser through the bypass connecting pipe in a vapor state.
In the middle of the bypass connector is equipped with an on-off valve for opening and closing the inner flow path of the bypass connector,
The bypass connecting pipe is equipped with a pressure gauge capable of measuring the internal pressure of the bypass connecting pipe in the section between one end of the bypass connecting pipe communicating with the evaporator and the open / close valve,
The measured value of the pressure gauge is applied to a separate control unit,
The control unit is a heat pipe having a bypass loop, characterized in that for controlling the operation of the on-off valve in accordance with the measurement value applied from the pressure gauge.