KR102504919B1 - Thermal management system for heating element with buffer tank - Google Patents

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KR102504919B1
KR102504919B1 KR1020210116819A KR20210116819A KR102504919B1 KR 102504919 B1 KR102504919 B1 KR 102504919B1 KR 1020210116819 A KR1020210116819 A KR 1020210116819A KR 20210116819 A KR20210116819 A KR 20210116819A KR 102504919 B1 KR102504919 B1 KR 102504919B1
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송용석
김화중
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현대로템 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a thermal management system for a heating body, and specifically, to a thermal management system for a heating body having a buffer tank, in which instead of separating gas refrigerant and liquid refrigerant, the gas refrigerant and the liquid refrigerant are transmitted to a cooler or cooling unit so that the gas refrigerant is condensed into liquid and the liquid refrigerant is super-cooled, thereby simplifying the configuration. The thermal management system for a heating body comprises a cooler or cooling module, a circulation pump, a gas-liquid separator, and a buffer tank, wherein the gas-liquid separator and the buffer tank are formed as one integrated chamber, the gas-liquid separator is installed after the cooler or cooling module to separate the gas refrigerant without condensing or cooling the gas refrigerant and simply transmit only the liquid refrigerant to the pump. The buffer tank is integrally installed at the top or bottom of the gas-liquid separator, discharges refrigerant in a two-phase flow, and is formed in height to correspond to the height of a plurality of vertically arranged heating bodies. The buffer tank has a plurality of inlet pipes formed on one surface for the flow of refrigerant to each heating body and a single outlet pipe formed on an upper portion at the other surface to discharge two phases of gas-liquid refrigerant as single-phase refrigerant. Accordingly, the temperature of the heating body which emits thermal energy can be controlled. The outlet pipe is formed at a higher point than the inlet pipe formed at the uppermost part of the buffer tank and is formed at a lower position than the uppermost end of the buffer tank.

Description

버퍼탱크를 적용한 발열체용 열관리시스템{Thermal management system for heating element with buffer tank}Thermal management system for heating element with buffer tank}

본 발명은 발열체용 열관리시스템에 관한 것으로서 특히, 기상 냉매와 액상 냉매를 따로 분리하지 않고 냉각기 또는 냉각모듈로 보내 기상 냉매는 액상으로 응축시키고 액상 냉매는 과냉시키도록 함으로써 구성을 단순하게 하는 버퍼탱크를 적용한 발열체용 열관리시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a thermal management system for a heating element, and more particularly, to a buffer tank that simplifies the configuration by sending gaseous refrigerant and liquid refrigerant to a cooler or a cooling module without separating them to condense the gaseous refrigerant into a liquid phase and supercool the liquid refrigerant It relates to a thermal management system for an applied heating element.

일반적으로 열관리(thermal management 또는 heat control)는 열을 사용하는 곳에서 최소의 열원(熱源)으로 최대의 효과를 거두기 위해 전체 열량을 분석 유효하게 이용, 관리하는 것과, 열에너지원의 절약을 위해, 장치 및 그 각 부에서의 에너지 손실을 조사하고 그 원인까지 거슬러 올라가 이것을 개조하거나 하는 기술인데, 최근에는 피열물(被熱物)의 시간적 및 공간적 온도 분포를 향상시키는 것 등을 포함하고 있다.In general, thermal management (or heat control) analyzes and effectively uses and manages the total amount of heat to achieve maximum effect with the minimum heat source in a place where heat is used, and for saving heat energy sources, equipment And a technique of investigating energy loss in each part and remodeling it by going back to the cause, and recently, it includes improving the temporal and spatial temperature distribution of the object to be heated.

이러한 열관리를 효율적으로 하기 위해 산업전반에는 다양한 구성의 열관리시스템이 알려져 있다.In order to efficiently perform such thermal management, thermal management systems having various configurations are known throughout the industry.

그 한예로써, 방위산업분야에서 전략 미사일 및 밀집부대로 공격해 오는 로켓탄, 포병탄, 박격포탄의 방어에 적용할 수 있도록 하거나, 일반산업에서 핵발전소 철거, 석유시추 그리고 터널 시공 등의 분야에 적용할 수 있는 고에너지 레이저 발생장치의 레이저를 안정하게 운영하기 위해서 레이저 다이오드와 이득매질에서 발생한 열을 대기로 방출하기 위한 발열체용 열관리시스템이 필수적으로 사용되고 있다.As an example, in the defense industry, it can be applied to the defense of rockets, artillery shells, and mortar shells attacked by strategic missiles and dense troops, or applied to areas such as nuclear power plant demolition, oil drilling, and tunnel construction in general industry. In order to stably operate the laser of a high-energy laser generator, a heat management system for a heating element is essential to dissipate heat generated from a laser diode and a gain medium to the atmosphere.

한 예로써, 도 1에 도시된 바와 같이 냉매를 이용한 상변화(비등) 냉각현상을 적용한 발열체용 냉각시스템 또는 발열체용 열관리시스템(100)은, 펌프(110), 발열체(120), 응축기(130) 및 냉각팬(140), 기액분리기(150)로 구성되며, 냉각수를 이용한 수냉각시스템과 구성품이 크게 다르지 않다. 단, 냉매를 이용하기 때문에, 방열기 대신 응축기(130)가 사용되고, 발열체(120)에서의 냉각이 일반적인 액상대류 열전달이 아닌 상변화(비등) 대류 열전달로 이뤄지며 이에 따라 열전달 성능이 탁월한 장점이 있다. As an example, as shown in FIG. 1, a cooling system for a heating element or a heat management system 100 for a heating element to which a phase change (boiling) cooling phenomenon using a refrigerant is applied is a pump 110, a heating element 120, and a condenser 130. ), a cooling fan 140, and a gas-liquid separator 150, and components are not significantly different from a water cooling system using cooling water. However, since the refrigerant is used, the condenser 130 is used instead of the radiator, and the cooling in the heating element 120 is performed by phase change (boiling) convection heat transfer rather than general liquid phase convection heat transfer, and thus heat transfer performance is excellent. There is an advantage.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 상변화 냉각기술인 발열체용 열관리시스템(200)은, 펌프(210), 다중 발열체(220), 응축기(230) 및 냉각팬(240), 기액분리기(250)와, 상기 다중 발열체(220)로의 냉각제어를 위해 각 라인에 유량계 및 제어밸브를 설치하고, 유량정보와 각 발열체(220)에서의 발열량 정보를 통해 유량을 조절하여 각 발열체(220) 라인의 건도를 제어하였다.In addition, as shown in FIG. 2, the thermal management system 200 for heating elements, which is a conventional phase change cooling technology, includes a pump 210, multiple heating elements 220, a condenser 230, a cooling fan 240, and a gas-liquid separator 250. ), and a flow meter and a control valve are installed in each line for cooling control to the multi-heating element 220, and the flow rate is adjusted through the flow rate information and the calorific value information in each heating element 220 to control the cooling of each heating element 220 line. Dryness was controlled.

그러나, 종래의 발열체용 열관리시스템은 상변화 냉각의 경우 도 3에 도시된 바와 같이 발열체(220)를 수직으로 배치할 경우 상변화 전후의 수직배관에서의 정수두 차이에 의해 압력손실 차이가 달라져 동일한 발열량에서도 유량 차이가 발생하는 문제점이 있었다. 즉, 정수두의 효과에 의해 동일한 발열량에 대해 하단에 설치한 발열체일수록 유량이 증가하고, 상단으로 갈수록 유량이 감소하는 경향이 있어 결국 상단으로 갈수록 건도가 증가하는 경향이 있다.However, in the conventional thermal management system for heating elements, when the heating element 220 is placed vertically as shown in FIG. 3 in the case of phase change cooling, the pressure loss difference is different due to the difference in the hydrostatic head in the vertical pipe before and after the phase change, and the same calorific value is obtained. There was also a problem that the flow rate difference occurred. That is, due to the effect of the hydrostatic head, the flow rate of the heating element installed at the bottom increases for the same calorific value, and the flow rate tends to decrease toward the top, so that the dryness tends to increase toward the top.

이는 도 4에 도시된 바와 같이 A에서 D로의 흐름에서 발열체(1) 즉, ACD에서의 압력강하(ΔPACD)와 발열체(2) 즉, ABD에서의 압력강하(ΔPABD)가 동일하기 때문에 결국 밀도차에 의한 정수두(ΔPS) 차이만큼 마찰손실 차이가 발생하게 된다. This is because, as shown in FIG. 4, the pressure drop (ΔP ACD ) in the heating element 1, that is, ACD , and the pressure drop (ΔP ABD ) in the heating element 2, that is, ABD , are the same in the flow from A to D. The difference in friction loss occurs as much as the difference in the hydrostatic head (ΔP S ) due to the difference in density.

또, 종래의 발열체용 열관리시스템은 각 발열체 라인의 건도 조절을 위해 발열량과 유량을 지속적으로 조절하게 되는데, 동일한 펌프에서의 유량을 사용하게 되므로, 한 라인의 유량조절이 다른 라인에 영향을 미쳐 제어가 어렵고 쉽게 수렴하지 않아 발산하는 문제점이 있었다.In addition, the conventional thermal management system for heating elements continuously adjusts the heating value and flow rate to adjust the dryness of each heating element line. Since the flow rate from the same pump is used, the flow rate control of one line affects the control of other lines. It was difficult and did not converge easily, so there was a problem of divergence.

특히 유량에 따라 건도가 변하게 되어 압력강하량이 냉각수 대비 크게 변하는 특징이 있어 더욱 제어가 쉽지 않은 문제점이 있었다.In particular, since the dryness changes according to the flow rate, the pressure drop varies greatly compared to the cooling water, so it is difficult to control.

또한, 종래의 발열체용 열관리시스템은 온도를 특정 범위로 조절하기 위해서는 발열체 입구에서의 냉매 온도가 특히 중요한데, 발열체 입구에서의 온도 조절은 순전히 응축기에서 과냉된 냉매에 좌우되므로, 냉매 측면에서 보면 발열체에서 얻은 열량을 응축기에서 방출을 해야 일정한 열적상태를 유지할 수 있으나, 응축기로 기상만 유입될 경우 기상의 질량유량이 작기 때문에 열량 방출이 제한되는 문제점이 있었다.In addition, in the conventional thermal management system for a heating element, the temperature of the refrigerant at the inlet of the heating element is particularly important in order to control the temperature within a specific range. Since the temperature control at the inlet of the heating element is purely dependent on the refrigerant supercooled in the condenser, from the refrigerant side, the temperature of the refrigerant at the heating element The obtained heat must be released from the condenser to maintain a constant thermal state, but when only the gas phase flows into the condenser, the mass flow rate of the gas phase is small, so there is a problem in that heat emission is limited.

또한, 종래의 발열체용 열관리시스템은 기액분리기에서 분리된 기상 냉매만을 응축시키기 위해 응축기 이전에 기액분리기를 설치하고, 기액분리기와 응축기 사이 냉매의 흐름을 원활하게 하기 위해 이젝터와 이덕터 및 유량조절밸브 등을 사용하기 때문에 구성이 복잡하고 유지보수 비용이 증가하는 문제점이 있었다.In addition, in the conventional heat management system for heating elements, a gas-liquid separator is installed before the condenser to condense only the gaseous refrigerant separated in the gas-liquid separator, and an ejector, an eductor, and a flow control valve are installed to facilitate the flow of refrigerant between the gas-liquid separator and the condenser. Since the etc. are used, there is a problem in that the configuration is complicated and the maintenance cost increases.

공개특허 제10-2010-0073204호Patent Publication No. 10-2010-0073204

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기상 냉매와 액상 냉매를 분리 하지 않고 통합하여 2상의 냉매를 냉각기 또는 냉각모듈로 보내 구성을 단순화하고 안정성을 높이는 버퍼탱크를 적용한 발열체용 열관리시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to integrate a gaseous refrigerant and a liquid refrigerant without separating them and send the two-phase refrigerant to a cooler or a cooling module to simplify the configuration and increase stability. It is to provide a thermal management system for a heating element to which a tank is applied.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉각기 또는 냉각모듈과, 순환펌프와, 기액분리기 및 버퍼탱크를 포함하고, 상기 기액분리기와 버퍼탱크는 일체를 이루는 하나의 통합챔버로 형성되고, 상기 기액분리기는 기상 냉매를 분리는 하되, 따로 응축이나 냉각을 하지 않고 단순히 펌프로 액상 냉매만 보내도록 상기 냉각기 또는 냉각모듈 이후에 설치되고, 상기 버퍼탱크는 기액분리기의 상부 또는 하부에 일체로 설치되어 2상 흐름 형태로 냉매를 배출하며, 높이를 복수 개가 수직으로 배치되는 발열체의 높이에 대응하도록 형성하고, 일측면으로는 각 발열체로의 냉매 흐름을 위한 복수 개의 입구 배관이 형성되고, 타 일측면 상부에는 기액 2상의 냉매를 하나로 배출하는 하나의 출구배관이 형성되어 열에너지를 방출하는 발열체의 온도를 제어하는 발열체용 열관리시스템에 있어서, 상기 출구배관은 버퍼탱크의 최상부에 형성되는 입구배관 보다 높은 지점이고, 버퍼탱크의 최상단부 보다 낮은 위치에 형성되는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object includes a cooler or cooling module, a circulation pump, a gas-liquid separator and a buffer tank, wherein the gas-liquid separator and the buffer tank are formed as one integral chamber, and the gas-liquid separator and the buffer tank are integrally formed. The separator separates the gaseous refrigerant, but is installed after the cooler or cooling module to simply send the liquid refrigerant to the pump without condensing or cooling it separately, and the buffer tank is integrally installed at the top or bottom of the gas-liquid separator The refrigerant is discharged in the form of a phase flow, and the height is formed to correspond to the height of a plurality of vertically arranged heating elements, a plurality of inlet pipes are formed on one side for the flow of refrigerant to each heating element, and an upper portion of one side of the tile In the heat management system for a heating element that controls the temperature of a heating element that emits thermal energy by forming one outlet pipe for discharging the refrigerant of the gas-liquid two phases into one, the outlet pipe is a point higher than the inlet pipe formed at the top of the buffer tank. , characterized in that it is formed at a position lower than the uppermost part of the buffer tank.

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본 발명은 버퍼탱크를 적용한 발열체용 열관리시스템에 있어서, 상기 각 입구 배관의 출구는 버퍼탱크의 내부에서 서로의 간섭이 방지되거나 최소화되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that in the thermal management system for a heating element to which a buffer tank is applied, the outlets of the respective inlet pipes are arranged such that mutual interference is prevented or minimized inside the buffer tank.

본 발명은 버퍼탱크를 적용한 발열체용 열관리시스템에 있어서, 상기 버퍼탱크는 각 입구배관의 단면적의 합보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that in a thermal management system for a heating element to which a buffer tank is applied, the buffer tank is formed larger than the sum of cross-sectional areas of each inlet pipe.

본 발명은 버퍼탱크를 적용한 발열체용 열관리시스템에 있어서, 상기 각 입구 배관은 상기 버퍼탱크의 내부에서 서로의 간섭이 방지되거나 최소화되도록 다른 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that in the thermal management system for a heating element to which a buffer tank is applied, the inlet pipes are disposed in different directions so as to prevent or minimize mutual interference inside the buffer tank.

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이상에서와 같은 본 발명은 통합챔버의 기액분리기를 냉각기 또는 냉각모듈 이후에 설치하여 기상 냉매를 분리는 하되, 응축이나 냉각을 하지 않고 펌프로 액상 냉매만 보낼 수 있도록 함으로써, 시스템의 구성을 단순히 할 수 있으며, 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention installs the gas-liquid separator of the integrated chamber after the cooler or the cooling module to separate the gaseous refrigerant, but allows only the liquid refrigerant to be sent to the pump without condensation or cooling, thereby simplifying the system configuration. and has the effect of increasing stability.

또한, 본 발명은 기액분리기와 버퍼탱크를 일체의 통합챔버로 형성함으로써, 제작 및 설치의 편의성을 도모하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of promoting convenience in manufacturing and installation by forming the gas-liquid separator and the buffer tank as an integrated chamber.

도 1은 종래의 발열체용 상변화 열관리시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 다중 발열체용 열관리시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 다중 발열체의 확대도이다.
도 4는 수직 배치에 따른 발열체 라인별 압력 강하를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 버퍼탱크를 적용한 발열체용 열관리시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 통합챔버를 좀 더 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 통합챔버의 정면 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 통합챔버의 요부 평면단면 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 버퍼탱크를 적용한 발열체용 열관리시스템의 냉매 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing the configuration of a conventional phase change thermal management system for a heating element.
2 is a diagram schematically showing the configuration of a conventional thermal management system for multiple heating elements.
FIG. 3 is an enlarged view of the multi-heating element of FIG. 2 .
4 is a diagram schematically illustrating a pressure drop for each heating element line according to a vertical arrangement.
5 is a diagram schematically showing the configuration of a thermal management system for a heating element to which a buffer tank according to a preferred embodiment of the present invention is applied.
6 is a view showing an integrated chamber according to the present invention in more detail.
7 is a view schematically showing the front state of the integrated chamber according to the present invention.
8 is a view schematically showing a planar cross-sectional state of the main part of the integrated chamber according to the present invention.
9 is a diagram schematically illustrating a refrigerant flow of a thermal management system for a heating element to which a buffer tank according to the present invention is applied.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in more detail based on the accompanying drawings.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.Here, components having the same function in all the drawings below use the same reference numerals, and repetitive descriptions are omitted, and terms to be described later are defined in consideration of the functions in the present invention, which has a unique commonly used meaning. to be interpreted as

도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 버퍼탱크를 적용한 발열체용 열관리시스템을 설명하면 다음과 같다.Referring to FIGS. 5 to 8 , a thermal management system for a heating element to which the buffer tank according to the present invention is applied will be described.

먼저, 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 버퍼탱크를 적용한 발열체용 열관리시스템(300)은 냉각기 또는 냉각모듈(310)과, 통합챔버(320)와, 순환펌프(330)로 대별되어 이루어진다.First, as shown in FIGS. 5 to 8, the thermal management system 300 for a heating element to which the buffer tank according to the present invention is applied includes a cooler or cooling module 310, an integrated chamber 320, and a circulation pump 330. It is done by separating

상기 냉각기 또는 냉각모듈(310)은 냉매를 냉각하여 열을 빼앗아서 응축열을 제거해 액화시키고, 내부로 이동된 냉매를 흡입된 외기와 열교환시키는 역할을 한다.The cooler or cooling module 310 serves to cool the refrigerant to take away heat, remove the condensation heat to liquefy it, and exchange heat with the refrigerant moved to the inside with the sucked outside air.

여기서, 상기 냉각기 또는 냉각모듈(310)은 냉각팬을 구비하는 응축기나, 응축기를 포함하는 칠러와 같이 냉매를 응축시킬 수 있는 냉각 에너지를 가지는 모든 장치를 포함할 수 있다.Here, the cooler or cooling module 310 may include any device having cooling energy capable of condensing a refrigerant, such as a condenser having a cooling fan or a chiller including a condenser.

상기 통합챔버(320)는 기액분리기(321)와 버퍼탱크(322)를 일체로 형성한 것이다.In the integrated chamber 320, the gas-liquid separator 321 and the buffer tank 322 are integrally formed.

여기서, 상기 기액분리기(321)와 버퍼탱크(322)는 단면이 동일한 일체형으로 형성되는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the gas-liquid separator 321 and the buffer tank 322 are integrally formed with the same cross section.

즉, 상기 통합챔버(320)는 기액분리기(321)와 버퍼탱크(322)를 단면이 동일한 일체형으로 형성함으로써, 제작 및 설치의 편의성을 도모할 수 있다.In other words, the integrated chamber 320 has the gas-liquid separator 321 and the buffer tank 322 integrally formed to have the same cross section, so that manufacturing and installation convenience can be promoted.

또, 상기 기액분리기(321)는 기상 냉매를 분리는 하되, 따로 응축이나 냉각을 하지 않고 단순히 펌프로 액상 냉매만 보내도록 상기 냉각기 또는 냉각모듈(310) 이후에 설치된다.In addition, the gas-liquid separator 321 separates the gaseous refrigerant, but is installed after the cooler or the cooling module 310 to simply send the liquid refrigerant to the pump without separately condensing or cooling it.

따라서, 열관리시스템의 구성을 보다 단순하게 할 수 있으며, 펌프로 기상 냉매가 흡입되어 펌프의 손상을 방지하여 안정성을 높일 수 있다.Therefore, the configuration of the thermal management system can be simplified, and the gas phase refrigerant is sucked into the pump to prevent damage to the pump, thereby increasing stability.

그리고, 상기 버퍼탱크(322)는 기액분리기(321)의 상부 또는 하부에 일체로 설치되어 발열체(400)를 통과한 냉매를 기액분리가 아닌 하나의 2상 냉매로 배출하게 된다.Also, the buffer tank 322 is integrally installed above or below the gas-liquid separator 321 to discharge the refrigerant passing through the heating element 400 as one two-phase refrigerant instead of gas-liquid separation.

즉, 상기 버퍼탱크(322)는 기액분리기(321)의 상부 또는 하부에 일체로 설치되어 2상 흐름 형태로 냉매를 배출하게 된다.That is, the buffer tank 322 is integrally installed above or below the gas-liquid separator 321 to discharge the refrigerant in a two-phase flow form.

또, 상기 버퍼탱크(322)는 그 높이를, 복수 개가 수직으로 배치되는 발열체(400)의 높이에 대응하도록 형성하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the height of the buffer tank 322 corresponds to the height of the plurality of heating elements 400 vertically disposed.

상기 버퍼탱크(322)의 일측면으로는 각 발열체(400)로의 냉매 흐름을 위한 복수 개의 입구배관(322a)이 형성되고, 타 일측면 상부에는 기상 냉매와 액상 냉매를 하나로 배출하는 하나의 출구배관(322b)이 형성된다.A plurality of inlet pipes 322a are formed on one side of the buffer tank 322 for the flow of refrigerant to each heating element 400, and one outlet pipe for discharging gaseous refrigerant and liquid refrigerant into one is formed on the upper side of the tile. (322b) is formed.

또, 상기 각 입구배관(322a)은 버퍼탱크(322)의 내부에서 서로의 간섭이 방지되거나 최소화되도록 다른 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the inlet pipes 322a are disposed in different directions so as to prevent or minimize interference with each other inside the buffer tank 322 .

또한, 상기 버퍼탱크(322)는 상기 복수 개의 입구배관(322a)의 단면적의 합보다 단면적이 크게 형성되는 것이 바람직하다. In addition, the buffer tank 322 preferably has a larger cross-sectional area than the sum of the cross-sectional areas of the plurality of inlet pipes 322a.

이는 버퍼탱크(322)의 단면적을 크게 하여 각 입구배관 내의 유속보다 버퍼탱크(322)의 유속을 낮추고 이로써 버퍼탱크(322) 내의 흐름에 의한 압력손실을 최소화하기 위함이다.This is to increase the cross-sectional area of the buffer tank 322 so that the flow rate in the buffer tank 322 is lower than the flow rate in each inlet pipe, thereby minimizing the pressure loss due to the flow in the buffer tank 322.

또, 본 발명의 버퍼탱크(322)는 각 발열체(400)를 통과하여 유입되는 냉매 온도의 급격한 변화를 커버할 수 있다.In addition, the buffer tank 322 of the present invention can cover a rapid change in the temperature of the refrigerant introduced through each heating element 400 .

즉, 상기 버퍼탱크(322)로 유입되는 냉매의 온도조절이 정밀하지 않더라도 상기 버퍼탱크(322)에 이미 저장된 냉매와 혼합되므로 온도의 변화를 크지 않게 할 수 있다.That is, even if the temperature of the refrigerant flowing into the buffer tank 322 is not accurately controlled, since it is mixed with the refrigerant already stored in the buffer tank 322, the change in temperature may not be large.

이를 위해, 상기 버퍼탱크(322)는 상기 냉각기 또는 냉각모듈(310)과, 발열체(400) 사이에 형성되어 기상 냉매와 액상 냉매를 일시적으로 저장하게 된다.To this end, the buffer tank 322 is formed between the cooler or cooling module 310 and the heating element 400 to temporarily store a gaseous refrigerant and a liquid refrigerant.

즉, 상기 버퍼탱크(322)는 이미 저장된 냉매와 유입된 냉매가 혼합되어 온도의 변화폭이 작아지도록 버퍼 역할을 한다.That is, the buffer tank 322 serves as a buffer so that the refrigerant already stored and the introduced refrigerant are mixed so that the range of change in temperature is reduced.

상기 순환펌프(330)는 상기 기액분리기(321)를 통해 배출되는 액상 냉매를 압력작용을 이용하여 이송시키는 역할을 한다.The circulation pump 330 serves to transport the liquid refrigerant discharged through the gas-liquid separator 321 using a pressure action.

즉, 상기 냉각기 또는 냉각모듈(310)에서 응축 및 과냉되어 상기 기액분리기(321)로 유입된 냉매를 압력작용을 이용하여 상기 발열체(400)로 이송시키는 역할을 한다.That is, the refrigerant condensed and supercooled in the cooler or the cooling module 310 and introduced into the gas-liquid separator 321 serves to transfer the refrigerant to the heating element 400 using a pressure action.

또, 상기 발열체(400)는 열에너지를 방출하는 레이저 모듈로 이루어지는 것이 바람직하다. In addition, the heating element 400 is preferably made of a laser module that emits thermal energy.

그러나, 이에 한정되지 않고 상기 발열체(400)는 열에너지를 방출하는 전력 전자장치나 배터리와 같은 기타 발열 장치 등으로 이루어질 수도 있다.However, the heating element 400 is not limited thereto and may be formed of other heating devices such as a power electronic device or a battery that emits thermal energy.

이와 같은 구성의 본 발명에 따른 버퍼탱크를 적용한 발열체용 열관리시스템(300)은 개도 조절이 필요 없는 On/Off용 개폐밸브 및 센서류, 피팅류 등 Minor한 구성품은 도식하지 않았으나 당 분야의 엔지니어라면 누구나 이들의 필요 지점을 당연하게 인지할 수 있을 것으로 판단되므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. In the thermal management system 300 for heating elements to which the buffer tank according to the present invention having such a configuration is applied, minor components such as on/off valves for on/off that do not require opening adjustment, sensors, and fittings are not illustrated, but engineers in the field can Since it is determined that these necessary points can be recognized for granted, detailed descriptions will be omitted.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 버퍼탱크를 적용한 발열체용 열관리시스템의 동작관계를 설명하면 다음과 같다.The operation relationship of the thermal management system for a heating element to which the buffer tank according to the present invention configured as described above is applied will be described below.

도 9에 도시된 바와 같이, 각 발열체(400)로 이송된 냉매는 상변화(비등) 과정을 통해 각 발열체(400)를 냉각한 후, 버퍼탱크(322)와 발열체(400) 사이에 형성된 각 입구배관(322a)을 통해 버퍼탱크(322)에 모이게 된다.As shown in FIG. 9, after the refrigerant transported to each heating element 400 cools each heating element 400 through a phase change (boiling) process, each formed between the buffer tank 322 and the heating element 400 They are gathered in the buffer tank 322 through the inlet pipe 322a.

여기서, 본 발명은 상기 버퍼탱크(322)를 각 발열체(400)의 높이에 맞춰 각 입구배관(322a)을 설치함과 동시에 버퍼탱크(322)를 복수 개의 입구배관(322a)의 단면적의 합보다 크게 형성하여 충분히 큰 단면적을 가지도록 함으로써, 버퍼탱크(322)의 액상 정수두 만큼이 각 발열체(400)와 버퍼탱크(322) 사이에 설치되는 각 입구배관(322a)의 출구 측에 고려되므로 정수두 차이는 무시할 수 있는 수준이 된다.Here, the present invention installs each inlet pipe 322a to match the height of the buffer tank 322 to the height of each heating element 400, and at the same time installs the buffer tank 322 to a greater than the sum of the cross-sectional areas of the plurality of inlet pipes 322a. By forming large enough to have a sufficiently large cross-sectional area, since the liquid phase hydrostatic head of the buffer tank 322 is considered on the outlet side of each inlet pipe 322a installed between each heating element 400 and the buffer tank 322, the difference in hydrostatic head becomes negligible.

따라서, 다중 발열체(400)를 수직 배치 시 상단부에 위치하는 발열체(400) 일지라도 냉매의 유량이 고르게 공급되어 건도가 상승하는 것을 방지할 수 있다.Therefore, when the multiple heating elements 400 are vertically arranged, even the heating element 400 located at the upper end can prevent the dryness from increasing because the flow rate of the refrigerant is evenly supplied.

다음, 상기 버퍼탱크(322)에 모인 냉매는 기상 냉매와 액상 냉매로 분리되지 않고 2상의 냉매가 모두 상기 냉각기 또는 냉각모듈(310)로 이송된다.Next, the refrigerant collected in the buffer tank 322 is not separated into a gaseous refrigerant and a liquid refrigerant, and both refrigerants of the two phases are transported to the cooler or the cooling module 310 .

이때, 상기 2상 냉매의 이송은 냉각기 또는 냉각모듈(310)에서 기상이 액상으로 응축되면서 밀도 감소에 의해 발생하는 진공현상과 버퍼탱크(322)와의 압력차에 의해 발생하는 흡입력과, 냉매 유체를 순환시키는 상기 순환펌프(330)의 압력작용에 의해 출구배관(322b)을 통해 냉각기 또는 냉각모듈(310)로 이송하게 된다.At this time, the transfer of the two-phase refrigerant is a vacuum phenomenon caused by a density decrease as the gas phase is condensed into a liquid phase in the cooler or the cooling module 310 and the suction force generated by the pressure difference between the buffer tank 322 and the refrigerant fluid By the pressure action of the circulation pump 330 for circulation, it is transported to the cooler or the cooling module 310 through the outlet pipe 322b.

이와 같이, 본 발명의 버퍼탱크(322)는 종래의 기액분리기와는 다르게 토출을 기/액 분리가 아닌 기액 2상을 통합하여 하나로 배출하게 된다.In this way, the buffer tank 322 of the present invention, unlike the conventional gas-liquid separator, discharges gas/liquid two phases together and discharges them into one, rather than gas/liquid separation.

따라서, 상기 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 버퍼탱크(322)에서 냉매 배출을 위한 출구배관(322b)의 위치 또한 버퍼탱크(322)의 최상부 높이 보다 소정의 간격을 두고 낮게 형성되어 있다.Therefore, as shown in FIGS. 6 and 7, the position of the outlet pipe 322b for discharging the refrigerant from the buffer tank 322 is also lower than the uppermost height of the buffer tank 322 at a predetermined interval. .

그 이유는, 출구배관(322b)의 설치 위치를 상기 버퍼탱크(322)의 최상부 높이로 할 경우, 각 발열체(400)에서 이송된 기상 냉매가 기포 형태로 이동하여 터지면서 저항이 크게 발생하여 냉매의 원활한 이송을 방해하고 상기 순환펌프(330)의 소모동력을 증가시키게 된다.The reason is that, when the installation position of the outlet pipe 322b is set to the uppermost height of the buffer tank 322, the gaseous refrigerant transported from each heating element 400 moves in the form of bubbles and bursts, resulting in a large resistance to the refrigerant It interferes with the smooth transfer of and increases the consumption power of the circulation pump 330.

그러므로, 상기 출구배관(322b)을 버퍼탱크(3220의 최상부 높이 보다 낮게 설치함으로써, 냉매의 배출 시에 압력강하를 줄일 수 있어 상기 순환펌프(330)의 소모동력을 줄일 수 있다.Therefore, by installing the outlet pipe 322b lower than the uppermost height of the buffer tank 3220, a pressure drop can be reduced when the refrigerant is discharged, and power consumption of the circulation pump 330 can be reduced.

다음, 상기 냉각기 또는 냉각모듈(310)로 이송된 2상 냉매 중, 기상 냉매는 냉각기 또는 냉각모듈(310)에 의해 응축되고, 액상 냉매는 과냉된다.Next, among the two-phase refrigerants transported to the cooler or the cooling module 310, the gaseous refrigerant is condensed by the cooler or the cooling module 310, and the liquid refrigerant is supercooled.

계속해서, 상기 냉각기 또는 냉각모듈(310)에서 응축과 과냉된 냉매는 상기 순환펌프(330)의 동작으로 압력작용에 의해 각 발열체(400)로 이송되어 비등과 같은 상변화 과정을 통해 발열체(400)를 냉각하게 된다.Subsequently, the refrigerant condensed and supercooled in the cooler or cooling module 310 is transported to each heating element 400 by pressure action by the operation of the circulation pump 330, and through a phase change process such as boiling, the heating element 400 ) to cool.

여기서, 상기 발열체(400) 내에서 냉매의 건도가 기준이상으로 높아지면 열전달 성능이 급격히 낮아지게 되므로 발열량 대비 유량을 적절하게 조절해줄 필요가 있다.Here, when the dryness of the refrigerant in the heating element 400 is higher than the standard, the heat transfer performance is drastically lowered, so it is necessary to appropriately adjust the flow rate compared to the calorific value.

이후, 상기 발열체(400)를 냉각한 냉매는 다시 상기 버퍼탱크(322)로 이동하여 기상 및 액상 냉매 모두 냉각기 또는 냉각모듈(310)로 이송되어 액화된 후 공급되는 과정을 반복하게 된다.Thereafter, the refrigerant that has cooled the heating element 400 moves back to the buffer tank 322, and both gaseous and liquid refrigerants are transported to the cooler or cooling module 310, liquefied, and then supplied.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes to other equivalent embodiments are possible within the scope of the technical spirit of the present invention. It will be clear to those skilled in the art to which the present invention pertains.

300 : 발열체용 열관리시스템 310 : 냉각기 또는 냉각모듈
320: 통합챔버 321 : 기액분리기
322 : 버퍼탱크 322a : 입구배관
322b : 출구배관 330 : 순환펌프
400 : 발열체300: thermal management system for heating element 310: cooler or cooling module
320: integrated chamber 321: gas-liquid separator
322: buffer tank 322a: inlet pipe
322b: outlet pipe 330: circulation pump
400: heating element

Claims (7)

삭제delete 냉각기 또는 냉각모듈과, 순환펌프와, 기액분리기 및 버퍼탱크를 포함하고, 상기 기액분리기와 버퍼탱크는 일체를 이루는 하나의 통합챔버로 형성되고, 상기 기액분리기는 기상 냉매를 분리는 하되, 따로 응축이나 냉각을 하지 않고 단순히 펌프로 액상 냉매만 보내도록 상기 냉각기 또는 냉각모듈 이후에 설치되고, 상기 버퍼탱크는 기액분리기의 상부 또는 하부에 일체로 설치되어 2상 흐름 형태로 냉매를 배출하며, 높이를 복수 개가 수직으로 배치되는 발열체의 높이에 대응하도록 형성하고, 일측면으로는 각 발열체로의 냉매 흐름을 위한 복수 개의 입구 배관이 형성되고, 타 일측면 상부에는 기액 2상의 냉매를 하나로 배출하는 하나의 출구배관이 형성되어 열에너지를 방출하는 발열체의 온도를 제어하는 발열체용 열관리시스템에 있어서,
상기 출구배관은 버퍼탱크의 최상부에 형성되는 입구배관 보다 높은 지점이고, 버퍼탱크의 최상단부 보다 낮은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 버퍼탱크를 적용한 발열체용 열관리시스템.It includes a cooler or cooling module, a circulation pump, a gas-liquid separator and a buffer tank, wherein the gas-liquid separator and the buffer tank are formed as one integral chamber, and the gas-liquid separator separates the gaseous refrigerant but condenses it separately It is installed after the cooler or cooling module so that only liquid refrigerant is simply sent to the pump without cooling or cooling, and the buffer tank is integrally installed at the top or bottom of the gas-liquid separator to discharge the refrigerant in the form of a two-phase flow, increasing the height A plurality of them are formed to correspond to the height of the vertically arranged heating element, a plurality of inlet pipes for refrigerant flow to each heating element are formed on one side, and a plurality of inlet pipes for refrigerant flow to each heating element are formed on the upper side of the tile. In the thermal management system for a heating element in which an outlet pipe is formed to control the temperature of a heating element emitting thermal energy,
The outlet pipe is a thermal management system for a heating element using a buffer tank, characterized in that it is formed at a point higher than the inlet pipe formed at the top of the buffer tank and at a position lower than the top of the buffer tank. 제2항에 있어서,
상기 각 입구 배관의 출구는 버퍼탱크의 내부에서 서로의 간섭이 방지되거나 최소화되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 버퍼탱크를 적용한 발열체용 열관리시스템.According to claim 2,
The thermal management system for a heating element using a buffer tank, characterized in that the outlet of each inlet pipe is arranged so that interference with each other is prevented or minimized inside the buffer tank. 제2항에 있어서,
상기 버퍼탱크는 각 입구배관의 단면적의 합보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 버퍼탱크를 적용한 발열체용 열관리시스템.According to claim 2,
The buffer tank is a thermal management system for a heating element using a buffer tank, characterized in that formed larger than the sum of the cross-sectional areas of each inlet pipe. 제2항에 있어서,
상기 각 입구 배관은 상기 버퍼탱크의 내부에서 서로의 간섭이 방지되거나 최소화되도록 다른 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 버퍼탱크를 적용한 발열체용 열관리시스템. According to claim 2,
The thermal management system for a heating element using a buffer tank, characterized in that the inlet pipes are disposed in different directions so that interference with each other is prevented or minimized inside the buffer tank. 삭제delete 삭제delete
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