KR102458013B1 - Heat Exchanger with High Temperature for Heat Transfer with Finned and Bulkhead - Google Patents
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Abstract
본 발명은 핀과 격벽이 형성된 열전발전용 고온부 열교환기를 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 열전발전용 핀 격벽형 열교환기는 고온부에 구비되는 내부격벽의 가로폭을 변경하고, 핀의 직경과 개수를 변경하여, 고온 유체 경로를 연장하고, 외부 압력 조건에 대응할 수 있도록 하며, 교환기 내부 열 전달 효율이 향상될 수 있도록 하는 기술적 특징을 갖는다.The present invention provides a high-temperature heat exchanger for thermoelectric power generation in which fins and partition walls are formed. Such a fin bulkhead heat exchanger for thermoelectric power generation according to the present invention changes the width of the internal bulkhead provided in the high-temperature part, and changes the diameter and number of fins to extend the high-temperature fluid path and to respond to external pressure conditions. and has a technical feature that allows the heat transfer efficiency inside the exchanger to be improved.
Description
본 발명은 핀과 격벽이 형성된 열전발전용 고온부 열교환기에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 고온부 열교환기에 구비되는 내부격벽의 가로폭을 변경하고 핀의 직경과 개수를 변경하여 고온 유체 경로를 연장하고, 외부 압력 조건에 대응할 수 있도록 하며, 고온부 열교환기 내부 열 전달 효율이 향상될 수 있도록 하는 핀과 격벽이 형성된 열전발전용 고온부 열교환기에 관한 것이다.The present invention relates to a high-temperature heat exchanger for thermoelectric power in which fins and partition walls are formed, and more particularly, by changing the width of the inner partition provided in the high-temperature heat exchanger and changing the diameter and number of fins to extend the high-temperature fluid path, It relates to a high-temperature heat exchanger for thermoelectric power generation in which fins and partition walls are formed so as to cope with pressure conditions and to improve heat transfer efficiency inside the high-temperature heat exchanger.
열전발전기는 열전발전용 소자의 양단에 부과되는 온도 차이를 통해 전력을 발생시킨다. 열교환기는 실질적으로 소자 양단에 부하되는 온도차이를 발생시키며 열전발전량을 결정짓는 핵심적 구성체이다. 또한 열전발전기용 열전달체는 전력을 발생시키는 열전발전소자의 양단에 밀착되어 열손실을 최소화하는 구조를 가짐으로써 열전발전소자의 온도차이를 확보하고, 활용 열원의 열전달을 극대화할 수 있는 구조적인 특징을 가져야 한다.A thermoelectric generator generates electric power through a temperature difference imposed on both ends of a thermoelectric generator. The heat exchanger is a core component that generates a temperature difference applied to both ends of the element and determines the amount of thermoelectric power generation. In addition, the heat transfer body for the thermoelectric generator has a structure that minimizes heat loss by being in close contact with both ends of the thermoelectric generator that generates power, thereby securing the temperature difference between the thermoelectric generator and maximizing the heat transfer of the used heat source. do.
이러한 특징을 가지는 열교환기에 대해 연구되어지는 많은 기술들이 있는데, 대한민국특허청 공개특허 10-2014-0000863 '열전소자를 이용한 열교환기', 대한민국특허청 공개특허 10-2014-0000909 '열전소자를 이용한 열교환기', 대한민국특허청 등록특허 10-1509937 '열전소자가 구비된 열교환기 및 그 제조방법' 등이 그에 해당된다. There are many technologies being studied for a heat exchanger having these characteristics. Korean Patent Office Laid-Open Patent No. 10-2014-0000863 'Heat exchanger using thermoelectric element', Korean Patent Office Laid-Open Patent Publication 10-2014-0000909 'Heat exchanger using thermoelectric element' , Republic of Korea Patent Office Registration Patent No. 10-1509937 'a heat exchanger equipped with a thermoelectric element and a method for manufacturing the same', and the like.
상기 10-2014-0000863 '열전소자를 이용한 열교환기'는 원통 형상의 케이스, 방열기, 열전소자, 냉각기, 전원공급기, 온도센서, 제어부를 포함하는 구성으로 이루어져 냉각 및 가열 시간을 단축시킬 수 있으나 외부 압착 조건에 대응하는 내압성을 향상시키는데는 한계가 있다.The 10-2014-0000863 'heat exchanger using a thermoelectric element' consists of a cylindrical case, a radiator, a thermoelectric element, a cooler, a power supply, a temperature sensor, and a control unit. There is a limit to improving the pressure resistance corresponding to the compression condition.
상기 10-2014-0000909 '열전소자를 이용한 열교환기'는 케이스, 냉각기, 열전소자, 방열브래킷, 방열기, 냉각파이프, 전원공급기, 온도센서, 제어부를 포함하는 구성으로 이루어져 설정 온도의 유지가 간편하고 냉각 및 가열 시간을 단축시킬 수 있으나 열 전달 효율을 높이는데 한계가 있다. The 10-2014-0000909 'heat exchanger using a thermoelectric element' consists of a case, a cooler, a thermoelectric element, a heat dissipation bracket, a radiator, a cooling pipe, a power supply, a temperature sensor, and a control unit. The cooling and heating time can be shortened, but there is a limit to increasing the heat transfer efficiency.
상기 10-1509937 '열전소자가 구비된 열교환기 및 그 제조방법'은 유체채널, 열전소자, 방열핀으로 구성되어 열교환기의 중량을 감소시키며 독립적 구조로 조립이 가능하나, 외부 압착 조건이 불가피하나 대응이 어렵고, 구조적으로 복잡하여 생산성 향상 측면에서 한계가 있다. The 10-1509937 'heat exchanger equipped with thermoelectric element and manufacturing method thereof' is composed of a fluid channel, a thermoelectric element, and a heat dissipation fin to reduce the weight of the heat exchanger and can be assembled as an independent structure, but external compression conditions are inevitable This is difficult and structurally complicated, so there is a limit in terms of productivity improvement.
그리고 액체와 기체의 열전달율은 매질의 밀도 차이에 따라 다르기 때문에 고온 기체를 열원으로 사용하는 경우 열전달 효율이 저하되어 동일 고온 액체보다 효율이 낮은 문제점이 있다. 상기와 같은 종래 기술들은 액체와 기체의 열전달율 차이를 고려하지 않아 고온 기체를 열원으로 사용하는데는 한계가 있다. In addition, since the heat transfer rate between the liquid and the gas differs depending on the difference in density of the medium, when a high-temperature gas is used as a heat source, the heat transfer efficiency is lowered, so there is a problem that the efficiency is lower than that of the same high-temperature liquid. The conventional techniques as described above do not consider the difference in heat transfer rates between liquid and gas, so there is a limit to using a high-temperature gas as a heat source.
따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여 고온부 열교환기에 내부격벽과 핀을 형성하여 외부 압착 조건에 대응하는 핀과 격벽이 형성된 열전발전용 고온부 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-temperature heat exchanger for thermoelectric power generation in which fins and partitions corresponding to external compression conditions are formed by forming internal partitions and fins in the high-temperature heat exchanger by improving the problems of the prior art.
그리고 고온부 열교환기 내부에 내부격벽을 구비하는 구조만으로 기체의 통과 경로를 연장시키는 핀과 격벽이 형성된 열전발전용 고온부 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a high-temperature heat exchanger for thermoelectric power generation in which fins extending a passage of gas and partition walls are formed only with a structure including an internal partition wall inside the high-temperature heat exchanger.
그리고 고온부 열교환기 내부에 직경과 개수가 다른 핀을 구비하여 기체의 이동 속도에 변화를 주며 내부 접촉 면적을 증가시키는 핀과 격벽이 형성된 열전발전용 고온부 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a high-temperature heat exchanger for thermoelectric power generation in which fins having different diameters and numbers are provided inside the high-temperature heat exchanger to change the movement speed of gas and increase the internal contact area and fins and partition walls are formed.
또한 본 발명은 고온부 열교환기 내부 등분된 챔버 단위체 별로 핀의 직경과 개수를 변경하여 고온부 열교환기의 면적 전체에 기체의 열 전달이 균일하게 이루어지는 핀과 격벽이 형성된 열전발전용 고온부 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention provides a high-temperature heat exchanger for thermoelectric power generation in which fins and partition walls are formed so that heat transfer of gas is uniform over the entire area of the high-temperature heat exchanger by changing the diameter and number of fins for each chamber unit divided into equal parts inside the high-temperature heat exchanger. The purpose.
그리고 본 발명은 동일 온도 하에서 액체 열원에 비해 낮은 효율을 가지는 기체 열원의 특성이 고려되어 설계된 내부격벽과 핀이 구비되도록 하여 기체 열원의 저효율로 지적되었던 종래기술의 문제점을 향상시킬 수 있는 것을 목적으로 한다.And the present invention can improve the problems of the prior art pointed out as low efficiency of the gas heat source by providing an internal partition wall and fins designed in consideration of the characteristics of a gas heat source having a lower efficiency than a liquid heat source under the same temperature. do.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 핀과 격벽이 형성된 열전발전용 고온부 열교환기는, 열전발전용 고온부 열교환기에 있어서, 유체가 유입되는 유체 유입부와 유체가 배출되는 유체 유출부가 서로 이격된 위치에 형성되고, 내부에 상기 유체 유입부 및 유체 유출부와 연통된 공간이 형성되어, 상기 유체 유입부로부터 유입된 유체가 상기 유체 유출부로 이동하는 유체 통과 경로가 형성되는 몸체; 유체 통과 경로를 따라 상기 몸체 내부 공간의 벽면에서 마주보는 벽면을 향하여 돌출되어 상기 몸체의 내부 공간을 유체 통과 경로를 따라 복수의 부분 챔버로 구획하되, 복수의 부분 챔버 사이에 유체 통로가 형성되도록 돌출된 단부가 마주보는 벽면으로부터 이격되도록 형성되는 복수의 내부격벽; 상기 복수의 부분 챔버에 각각 구비되며, 열교환을 위한 복수의 핀;을 포함하며, 상기 복수의 내부격벽은, 상기 몸체 내부 공간에서 유체 통과 경로를 따라 서로 마주보는 벽면에 교차적으로 배치되어 유체 통과 경로가 지그재그 형상으로 길어지도록 하며, 유체 통과 경로를 따라 상기 유체 유입부 측에서 보다 상기 유체 유출부 측에서 단부가 마주보는 벽면에 더 인접하도록 더 길게 연장 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 핀은, 유체 유입부에서 유체 유출부까지 유체 통과 경로에 비례하여 각 부분 챔버에서 핀 직경이 증가하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 핀은, 유체 유입부에서 유체 유출부까지 유체 통과 경로에 비례하여 각 부분 챔버에서 핀 개수가 증가하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 핀은, 유체 유입부에서 유체 유출부까지 유체 통과 경로에 비례하여 각 부분 챔버에서 핀 직경과 핀 개수가 변경되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, in the high-temperature heat exchanger for thermoelectric power generation having fins and partition walls according to an embodiment of the present invention, in the high-temperature heat exchanger for thermoelectric power generation, the fluid inlet part through which the fluid is introduced and the fluid outlet part through which the fluid is discharged are mutually a body formed at a spaced apart position and having a space communicating with the fluid inlet and the fluid outlet therein to form a fluid passage path through which the fluid introduced from the fluid inlet moves to the fluid outlet; It protrudes from the wall surface of the internal space of the body toward the opposite wall surface along the fluid passage path to divide the internal space of the body into a plurality of partial chambers along the fluid passage path, and protrudes such that a fluid passage is formed between the plurality of partial chambers a plurality of internal partition walls formed so as to be spaced apart from the opposite wall surfaces; and a plurality of fins for heat exchange, respectively provided in the plurality of partial chambers, wherein the plurality of inner partition walls are alternately disposed on wall surfaces facing each other along a fluid passage path in the body internal space to pass the fluid It is characterized in that the path lengthens in a zigzag shape, and the end is formed to extend longer so as to be closer to the opposite wall surface at the fluid outlet side than at the fluid inlet side along the fluid passage path.
In addition, the pin is characterized in that the diameter of the pin increases in each partial chamber in proportion to the passage of the fluid from the fluid inlet to the fluid outlet.
And, in the fins, the number of fins in each partial chamber increases in proportion to the passage of the fluid from the fluid inlet to the fluid outlet.
In addition, the pin is characterized in that the pin diameter and the number of pins are changed in each partial chamber in proportion to the passage of the fluid from the fluid inlet to the fluid outlet.
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본 발명에 따른 핀과 격벽이 형성된 열전발전용 고온부 열교환기에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.According to the high-temperature heat exchanger for thermoelectric power generation in which fins and partition walls are formed according to the present invention, the following effects can be obtained.
첫째, 고온부 열교환기에 내부격벽과 핀을 형성함으로써 열교환기 모듈에 가해지는 강한 압착력에 대응하는 강력한 내압성을 가질 수 있다.First, by forming the internal partition wall and the fins in the high temperature heat exchanger, it is possible to have strong pressure resistance corresponding to the strong compression force applied to the heat exchanger module.
둘째, 별도로 형성된 내부격벽이 유체(기체)의 통과 경로를 연장시켜 유체(기체)가 고온부 열교환기에 머무르는 시간이 증가될 수 있다.Second, the separately formed internal partition wall extends the passage path of the fluid (gas), so that the time the fluid (gas) stays in the high-temperature heat exchanger can be increased.
셋째, 설정 직경을 가지는 핀을 고온부 열교환기 내부에 설정 개수만큼 이격 형성시키므로써 유체(기체)의 내부 접촉 면적을 증가시켜 열전달 효율을 향상시킬 수 있다.Third, the heat transfer efficiency can be improved by increasing the internal contact area of the fluid (gas) by forming the fins having the set diameter to be spaced apart by the set number inside the high-temperature heat exchanger.
넷째, 간단한 구조만으로 효율을 극대화하여 경제성과 생산성 향상을 도모할 수 있다. Fourth, economic efficiency and productivity can be improved by maximizing efficiency only with a simple structure.
다섯째, 동일 온도 하에서 액체 열원에 비해 낮은 효율을 가지는 기체 열원의 특성을 고려하여 내부격벽과 핀이 설계되도록 하여 기체 열원의 저효율로 인해 지적되었던 문제점이 해결되는 효과를 가진다.Fifth, the internal partition walls and fins are designed in consideration of the characteristics of the gas heat source having lower efficiency than the liquid heat source under the same temperature, thereby solving the problems pointed out due to the low efficiency of the gas heat source.
이러한 본 발명에 의한 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열전발전용 핀 격벽형 열교환기 모듈의 모식도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유체 경로에 비례하여 핀의 직경이 증가하는 고온부 열교환기를 보여주기 위한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유체 경로에 비례하여 핀의 개수가 증가하는 고온부 열교환기를 보여주기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복수개의 챔버 단위체 별로 핀의 직경이 증가하는 고온부 열교환기를 보여주기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복수개의 챔버 단위체 별로 핀의 개수가 증가하는 고온부 열교환기를 보여주기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 복수개의 챔버 단위체 별로 핀의 직경과 개수가 증가하는 고온부 열교환기를 보여주기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유체 경로에 비례하여 격벽의 길이가 증가하는 고온부 열교환기를 보여주기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 저온부 열교환기의 모식도1 is a schematic diagram of a fin bulkhead heat exchanger module for thermoelectric power generation according to an embodiment of the present invention;
2 is a view for showing a high-temperature heat exchanger in which a diameter of a fin increases in proportion to a fluid path according to an embodiment of the present invention;
3 is a view for showing a high-temperature heat exchanger in which the number of fins increases in proportion to a fluid path according to an embodiment of the present invention;
4 is a view for showing a high-temperature heat exchanger in which a diameter of a fin is increased for each of a plurality of chamber units according to an embodiment of the present invention;
5 is a view for showing a high-temperature heat exchanger in which the number of fins is increased for each of a plurality of chamber units according to an embodiment of the present invention;
6 is a view for showing a high-temperature heat exchanger in which the diameter and number of fins are increased for each of a plurality of chamber units according to an embodiment of the present invention;
7 is a view for illustrating a high-temperature heat exchanger in which a length of a partition wall increases in proportion to a fluid path according to an embodiment of the present invention;
8 is a schematic diagram of a low-temperature heat exchanger according to an embodiment of the present invention;
이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명은 생략할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings, and when it is determined that a detailed description of a related known technology or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention in describing the present invention, the detailed description thereof will be omitted. will be.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.And the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user or operator, so the definition should be made based on the content throughout this specification describing the present invention.
열전발전용 핀 격벽형 열교환기 모듈(1)은 본 발명의 실시예에서 도 1에서와 같이 고온부 열교환기(10), 저온부 열교환기(30), 열전소자팩(20)을 포함하여 구성되고, 본 발명은 열전발전용 핀 격벽형 열교환기 모듈(1) 중에서 고온부 열교환기(10)에 관하여 설명한 것 이다.The fin bulkhead heat exchanger module for thermoelectric power generation (1) is configured to include a high-
고온부 열교환기(10)는 고온 기체의 출입이 이루어져 열 교환이 이루어지도록 하며 열전소자팩(20)과 결합된다. 본 발명의 실시예에서 도 1 내지 도 7에서와 같이 고온부 열교환기(10)는 고온 유체(공기)의 출입이 이루어지며 내부격벽(100), 핀(200)을 포함하여 구성된다.The high-
여기서, 내부격벽(100)과 핀(200)은 동일한 높이로 형성되도록 한다.Here, the
내부격벽(100)은 유체 유입부(11)와 유체 유출부(12) 사이에 직사각형 벽체형상으로 설정 두께와 길이로 형성된다. 고온부 열교환기(10) 내부에서 설정 거리만큼 지그재그 이격 형성되어 유체 통과 경로를 연장시킨다. The
유체 유입부(11)는 고온부 열교환기(10)의 좌측 상단에 구비되어 고온 기체가 유입되도록 하는 입구의 기능을 한다.The
유체 유출부(12)는 고온부 열교환기(10)의 우측 상단에 구비되어 열 교환이 끝난 기체가 유출되도록 하는 출구의 기능을 한다.The
챔버(13)는 내부격벽(100)으로 인해 구획된 하나의 공간을 나타내며, 이는 종래기술에 해당되므로 추가 기술 설명은 생략하도록 한다.The
핀(200)은 기체의 이동 속도에 변화를 주면서 내부 접촉 면적을 증가시키는 기능을 하며, 내부격벽(100)으로 구획된 챔버(13) 내에 복수 개 구비되며 기둥형상과 설정 직경으로 형성된다. 복수 개 형성된 핀(200)은 외부 압착력을 견디며 대응하는 역할을 하여 고온부 열교환기(10)가 강한 내압성을 지니도록 한다.The
본 발명의 실시예에서 도 2에서와 같이 핀(200)은 유체 유입부(11)에서 유체 유출부(12)까지 유체 통과 경로에 비례하여 각 챔버(13)에서 점차적으로 직경이 증가할 수 있다. In an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2 , the diameter of the
각 챔버(13) 별로 5개의 핀(200)이 구비되었을 때, 유체 유입부(11) 방면 챔버(13)에 구비된 핀(200)의 직경은 2, 그 아래 챔버(13)에 구비된 핀(200)의 직경은 3, 다음 챔버(13)에 구비된 핀(200)의 직경은 4와 같이 비례하여 증가하고, 최종적으로 유체 유출부(12) 방면 챔버(13)에 구비된 핀(200)의 직경은 11이 될 수 있다.When five
즉, 기체가 유입되기 시작하는 유체 유입부(11) 방면의 기체 온도는 가장 고온이므로, 직경이 작은 핀(200)이 구비되어 접촉면적을 형성시키고, 반대로 유체 유출부(12) 방면으로 갈수록 기체 온도는 고온부 열교환기(10)를 돌아 점차 낮아지므로, 기체의 경로를 따라 직경이 증가되는 핀(200)이 구비되어 접촉면적이 증가되게 한다. 이는 기체의 내부 접촉 면적을 증가시켜 고온부 열교환기(10) 전체에 고르게 열량이 전달될 수 있도록 하기 위함이다.That is, since the gas temperature in the direction of the
본 발명의 실시예에서 도 3에서와 같이 핀(200)은 유체 유입부(11)에서 유체 유출부(12)까지 유체 통과 경로에 비례하여 각 챔버(13)에서 점차적으로 개수가 증가할 수 있다. In the embodiment of the present invention, the number of
유체 유입부(11) 방면 챔버(13)에 구비된 핀(200)의 개수는 2개, 그 아래 챔버(13)에 구비된 핀(200)의 개수는 3개, 다음 챔버(13)에 구비된 핀(200)의 개수는 4개와 같이 비례하여 증가하고, 최종적으로 유체 유출부(12) 방면 챔버(13)에 구비된 핀(200)의 개수는 11개가 될 수 있다.The number of
즉, 기체가 유입되기 시작하는 유체 유입부(11) 방면의 기체 온도는 가장 고온이므로, 핀(200)의 개수가 최소한으로 구비되어 접촉면적을 형성시키고, 반대로 유체 유출부(12) 방면으로 갈수록 기체 온도는 고온부 열교환기(10)를 돌아 점차 낮아지므로, 기체의 경로를 따라 핀(200)의 개수가 증가 구비되어 접촉면적이 증가되게 한다. 이는 기체의 내부 접촉 면적을 증가시켜 고온부 열교환기(10) 전체에 고르게 열량이 전달될 수 있도록 하기 위함이다.That is, since the gas temperature in the direction of the
본 발명의 실시예에서 도 4 에서와 같이 핀(200)은 유체 유입부(11)에서 유체 유출부(12)까지 유체 통과 경로를 따라 챔버(13)들을 등분시킨 복수개의 챔버 단위체 별로 핀(200) 직경이 변경될 수 있다.In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4 , the
유체 유입부(11) 방면 2개로 등분된 챔버(13) 단위체에 구비된 핀(200)의 직경은 3, 그 다음 2개의 챔버(13)에 구비된 핀(200)의 직경은 5, 다음 2개의 챔버(13)에 구비된 핀(200)의 직경은 7, 다음 2개의 챔버(13)에 구비된 핀(200)의 직경은 9와 같이 비례하여 변경되고, 최종적으로 유체 유출부(12) 방면 2개의 챔버(13)에 구비된 핀(200)의 직경은 11이 될 수 있다.The diameter of the
즉, 기체의 이동 경로를 따라 2개의 챔버(13)를 등분시킨 챔버(13) 단위체 별로 핀(200)의 직경을 조절하여, 기체의 온도가 가장 고온인 유체 유입부(11) 방면에는 직경이 작은 핀(200)이 구비되어 접촉면적을 형성시키고, 반대로 기체의 온도가 고온부 열교환기(10)를 돌아 점차 낮아진 유체 유출부(12) 방면으로는 핀(200)의 직경이 증가 구비되어 접촉면적이 증가되게 한다. 이 또한 기체의 내부 접촉 면적을 증가시켜 고온부 열교환기(10) 전체에 고르게 열량이 전달될 수 있도록 하기 위함이다.That is, by adjusting the diameter of the
본 발명의 실시예에서 도 5 에서와 같이 핀(200)은 유체 유입부(11)에서 유체 유출부(12)까지 유체 통과 경로를 따라 챔버(130)들을 등분시킨 복수개의 챔버 단위체 별로 핀(200)의 개수가 변경될 수 있다. In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5 , the
유체 유입부(11) 방면 3개로 등분된 챔버(13) 단위체에 구비된 핀(200)의 개수는 3개, 6개, 9개 그 다음 3개의 챔버(13) 단위체에 구비된 핀(200)의 개수도 3개, 6개, 9개 구비되고, 최종적으로 유체 유출부(12) 방면 3개의 챔버(13)에도 핀(200)이 3개, 6개, 9개 구비될 수 있다.The number of
즉, 기체의 이동 경로를 따라 3개의 챔버(13)로 등분시킨 챔버(13) 단위체 별로 핀(200)의 개수를 조절하여, 기체의 온도가 가장 고온인 유체 유입부(11) 방면에는 핀(200)의 개수가 최소한으로 구비되어 접촉면적을 형성시키고, 반대로 기체의 온도가 고온부 열교환기(10)를 돌아 점차 낮아진 유체 유출부(12) 방면으로는 핀(200)의 개수가 증가 구비되어 접촉면적이 증가되게 한다. 이 또한 기체의 내부 접촉 면적을 증가시켜 고온부 열교환기(10) 전체에 고르게 열량이 전달될 수 있도록 하기 위함이다.That is, by adjusting the number of
본 발명의 실시예에서 도 6 에서와 같이 핀(200)은 유체 유입부(11)에서 유체 유출부(12)까지 유체 통과 경로에 따라 등분된 복수개의 챔버(13) 단위체 별로 핀(200) 직경과 핀(200) 개수가 변경될 수 있다. In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6 , the
유체 유입부(11) 방면 3개의 챔버(13) 단위체에 3개, 6개, 9개, 직경은 3,6,9를 가지는 핀(200)이 구비되고, 그 다음 3개의 챔버(13)에도 3개, 6개, 9개, 직경은 3,6,9 를 가지는 핀(200)이 구비된다.The three
즉, 기체의 이동 경로를 따라 3개의 챔버(13)로 등분시킨 챔버(13) 단위체 별로 핀(200)의 개수와 직경을 비례하게 증가시켜, 고온부 열교환기(10) 전체로 고르게 열량이 전달될 수 있도록 한다.That is, the number and diameter of the
본 발명의 실시예에서 도 7에서와 같이 내부격벽(100)은 유체 유입부(11)에서 유체 유출부(12)까지 유체 통과 경로에 비례하여 각 챔버(13)를 연결시키는 가로폭이 증가할 수 있다. In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7 , the
즉, 기체의 온도가 가장 고온인 유체 유입부(11) 방면에는 가로폭이 가장 짧은 내부격벽(100)이 구비되어 기체 경로를 최소로 하여 접촉면적을 형성시키고, 반대로 기체의 온도가 고온부 열교환기(10)를 돌아 점차 낮아진 유체 유출부(12) 방면으로는 기체의 경로를 따라 가로폭이 증가하는 내부격벽(100)이 구비되어 기체 경로를 최대로 하여 접촉면적이 증가되게 한다. 이 또한 고온부 열교환기(10) 전체로 고르게 열량이 전달될 수 있도록 하기 위함이다.That is, the
그리고 내부격벽(100)의 가로폭 길이 변화는 상기에서 설명한 도 2 내지 도 6과 결합한 구조로 나타날 수 있다.In addition, the change in the width and length of the
열전소자팩(20)은 고온부 열교환기(10)와 저온부 열교환기(30) 사이에 배치되어 열전발전소자가 구비된 PCB 단위발전체이다. 본 발명의 실시예에서 도 1에서와 같이 열전소자팩(20)의 전후 방향으로 고온부 열교환기(10)와 저온부 열교환기(30)가 밀착되어 열손실이 최소화되도록 한다.The
저온부 열교환기(30)는 저온 기체의 출입이 이루어져 열 교환이 이루어지도록 하며, 본 발명의 실시예에서 도 8에서와 같이 내부격벽(100)이 구비된다.The low-
이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.The drawings shown above for the purpose of explanation of the present invention are one embodiment in which the present invention is embodied, and as shown in the drawings, it can be seen that various combinations of forms are possible in order to realize the gist of the present invention.
따라서 본 발명은 상기한 실시예에 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다. Therefore, it will be said that the present invention has the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made by anyone with ordinary knowledge in the field to which the invention pertains without departing from the above-described embodiments.
1 : 열전발전용 핀 격벽형 열교환기 모듈
10 : 고온부 열교환기
11 : 유체 유입부
12 : 유체 유출부
13 : 챔버
100 : 내부격벽
200 : 핀
20 : 열전소자팩
30 : 저온부 열교환기1: Fin bulkhead heat exchanger module for thermoelectric power generation
10: high-temperature heat exchanger
11: fluid inlet
12: fluid outlet
13 : chamber
100: internal bulkhead
200: pin
20: thermoelectric element pack
30: low-temperature heat exchanger
Claims (5)
유체가 유입되는 유체 유입부와 유체가 배출되는 유체 유출부가 서로 이격된 위치에 형성되고, 내부에 상기 유체 유입부 및 유체 유출부와 연통된 공간이 형성되어, 상기 유체 유입부로부터 유입된 유체가 상기 유체 유출부로 이동하는 유체 통과 경로가 형성되는 몸체;
유체 통과 경로를 따라 상기 몸체 내부 공간의 벽면에서 마주보는 벽면을 향하여 돌출되어 상기 몸체의 내부 공간을 유체 통과 경로를 따라 복수의 부분 챔버로 구획하되, 복수의 부분 챔버 사이에 유체 통로가 형성되도록 돌출된 단부가 마주보는 벽면으로부터 이격되도록 형성되는 복수의 내부격벽;
상기 복수의 부분 챔버에 각각 구비되며, 열교환을 위한 복수의 핀;을 포함하며,
상기 복수의 내부격벽은,
상기 몸체 내부 공간에서 유체 통과 경로를 따라 서로 마주보는 벽면에 교차적으로 배치되어 유체 통과 경로가 지그재그 형상으로 길어지도록 하며, 유체 통과 경로를 따라 상기 유체 유입부 측에서 보다 상기 유체 유출부 측에서 단부가 마주보는 벽면에 더 인접하도록 더 길게 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 핀과 격벽이 형성된 열전발전용 고온부 열교환기.In the high temperature heat exchanger for thermoelectric power generation,
The fluid inlet through which the fluid is introduced and the fluid outlet through which the fluid is discharged are formed at positions spaced apart from each other, and a space communicating with the fluid inlet and the fluid outlet is formed therein, so that the fluid introduced from the fluid inlet is a body having a fluid passage path moving to the fluid outlet;
It protrudes from the wall surface of the internal space of the body toward the opposite wall surface along the fluid passage path to divide the internal space of the body into a plurality of partial chambers along the fluid passage path, and protrudes such that a fluid passage is formed between the plurality of partial chambers a plurality of internal partition walls formed so as to be spaced apart from the opposite wall surfaces;
It is provided in each of the plurality of partial chambers, a plurality of fins for heat exchange; includes,
The plurality of inner partition walls,
In the body internal space, it is disposed on the opposite wall surfaces along the fluid passage path so that the fluid passage path lengthens in a zigzag shape, and ends at the fluid outlet side rather than at the fluid inlet side along the fluid passage path. A high-temperature heat exchanger for thermoelectric power generation with fins and partitions, characterized in that the fins and partitions are formed to be longer and more adjacent to the opposite wall.
상기 핀은,
유체 유입부에서 유체 유출부까지 유체 통과 경로에 비례하여 각 부분 챔버에서 핀 직경이 증가하는 것을 특징으로 하는 핀과 격벽이 형성된 열전발전용 고온부 열교환기.The method of claim 1,
The pin is
A high-temperature heat exchanger for thermoelectric power generation with fins and partitions, characterized in that the diameter of the fins increases in each partial chamber in proportion to the passage of the fluid from the fluid inlet to the fluid outlet.
상기 핀은,
유체 유입부에서 유체 유출부까지 유체 통과 경로에 비례하여 각 부분 챔버에서 핀 개수가 증가하는 것을 특징으로 하는 핀과 격벽이 형성된 열전발전용 고온부 열교환기.The method of claim 1,
The pin is
A high-temperature heat exchanger for thermoelectric power generation with fins and partition walls, characterized in that the number of fins in each partial chamber increases in proportion to the passage of the fluid from the fluid inlet to the fluid outlet.
상기 핀은,
유체 유입부에서 유체 유출부까지 유체 통과 경로에 비례하여 각 부분 챔버에서 핀 직경과 핀 개수가 변경되는 것을 특징으로 하는 핀과 격벽이 형성된 열전발전용 고온부 열교환기.The method of claim 1,
The pin is
A high-temperature heat exchanger for thermoelectric power generation with fins and partition walls, characterized in that the diameter of the fins and the number of fins are changed in each partial chamber in proportion to the passage of the fluid from the fluid inlet to the fluid outlet.
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