KR102572792B1 - Rapid cooling heat exchaning method using cavitation generators and felt-thermal thermocouples - Google Patents

Rapid cooling heat exchaning method using cavitation generators and felt-thermal thermocouples Download PDF

Info

Publication number
KR102572792B1
KR102572792B1 KR1020210005422A KR20210005422A KR102572792B1 KR 102572792 B1 KR102572792 B1 KR 102572792B1 KR 1020210005422 A KR1020210005422 A KR 1020210005422A KR 20210005422 A KR20210005422 A KR 20210005422A KR 102572792 B1 KR102572792 B1 KR 102572792B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cavitation
cooling
peltier
storage tank
cooling water
Prior art date
Application number
KR1020210005422A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220102917A (en
Inventor
노승동
우종식
Original Assignee
피닉스코리아(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 피닉스코리아(주) filed Critical 피닉스코리아(주)
Priority to KR1020210005422A priority Critical patent/KR102572792B1/en
Priority to KR1020220056709A priority patent/KR102513121B1/en
Publication of KR20220102917A publication Critical patent/KR20220102917A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102572792B1 publication Critical patent/KR102572792B1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D15/00Devices not covered by group F25D11/00 or F25D13/00, e.g. non-self-contained movable devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D29/00Arrangement or mounting of control or safety devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/02Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using ice, e.g. ice-boxes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/0206Heat exchangers immersed in a large body of liquid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/10Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by imparting a pulsating motion to the flow, e.g. by sonic vibration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0028Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cooling heat generating elements, e.g. for cooling electronic components or electric devices
    • F28D2021/0029Heat sinks
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

Abstract

본 발명은 펠티어 열전소자(이하 펠티어) (130)와 초음파 발생장치(110)와 기포 공급기(120)와 기포공급관(180)(이하 캐비테이션 발생장치)를 구비하고, 캐비테이션 발생장치(110,120,180)로 생성된 캐비테이션이 펠티어(130)를 경유할 때 결빙되고, 캐비테이션의 해빙과 캐비테이션 소멸과정에 의해 고온의 유체를 급속 냉각시키는 열 교환 장치에 관한 것이다.
이를 달성하기 위한 수단으로 본 발명에 따라 캐비테이션 발생장치(110,120,180); 펠티어(130); 고체 유로관(170); 유로를 둘러싸는 냉각핀(150); 냉각수로 물이나 부동액(이하 냉각수)이 포함된 축열조 또는 수조(이하 축열조)(100); 송풍팬(160); 온도센서(190); 캐비테이션 발생장치(110,120,180), 펠티어(130), 송풍팬(160)에 구동전력을 인가하는 구동회로와 제어 장치(미도시)가 구비된다.
본 발명에 의하면 캐비테이션 발생장치(110,120,180)로 생성되는 캐비테이션이 펠티어(130)의 냉각 기능에 의해 미세하게 결빙되고, 뜨거운 유체에 의해 데워진 축열조(100) 안에서 해빙된 캐비테이션이 상승 이동하면서 팽창하고, 캐비테이션 소멸과정에 의해, 축열조(100) 내부의 냉각수가 강제 순환되어 내부를 빠르게 냉각시킨다. 또한 송풍팬(160)에 의해 축열조(100) 내부에서 발생되는 수증기를 빠르게 응축하고, 축열조(100) 상부를 냉각시킨다.
본 발명의 의해 온도 센서(190)를 구비하여 고온의 유체를 적절한 온도로 제어할 수 있는 급속 냉각장치를 소형으로 제작할 수 있으며, 냉각 열교환기를 경제적으로 구성될 수 있다.
The present invention includes a Peltier thermoelectric element (hereinafter referred to as Peltier) 130, an ultrasonic generator 110, a bubble supplier 120, and a bubble supply pipe 180 (hereinafter referred to as a cavitation generator), and is generated by the cavitation generators 110, 120, and 180. The present invention relates to a heat exchange device in which cavitation is frozen when it passes through the peltier 130 and rapidly cools a high-temperature fluid by thawing of cavitation and cavitation extinction.
Cavitation generators 110, 120 and 180 according to the present invention as a means for achieving this; peltier 130; solid flow tube 170; cooling fins 150 surrounding the passage; A heat storage tank or water tank (hereinafter referred to as heat storage tank) 100 containing water or antifreeze (hereinafter referred to as cooling water) as cooling water; Blowing fan 160; temperature sensor 190; A driving circuit for applying driving power to the cavitation generators 110 , 120 , and 180 , the peltier 130 , and the blowing fan 160 and a control device (not shown) are provided.
According to the present invention, the cavitation generated by the cavitation generators 110, 120, and 180 is finely frozen by the cooling function of the peltier 130, and the cavitation thawed in the heat storage tank 100 warmed by the hot fluid expands while moving upward, and the cavitation By the extinction process, the cooling water inside the heat storage tank 100 is forcibly circulated to quickly cool the inside. In addition, water vapor generated inside the heat storage tank 100 is quickly condensed by the blowing fan 160 and the upper part of the heat storage tank 100 is cooled.
According to the present invention, a rapid cooling device equipped with a temperature sensor 190 and capable of controlling a high-temperature fluid to an appropriate temperature can be manufactured in a compact size, and a cooling heat exchanger can be economically configured.

Description

캐비테이션 발생장치와 펠티어 열전소자를 이용한 급속 냉각 열 교환 방법{Rapid cooling heat exchaning method using cavitation generators and felt-thermal thermocouples}Rapid cooling heat exchaning method using cavitation generators and felt-thermal thermocouples}

본 발명은 펠티어 열전소자(이하 펠티어) (130)와 초음파 발생장치 또는 기포공급기와 기포공급관(이하 캐비테이션 발생장치)로 결빙을 생성하여 급속 냉각하는 열 교환 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 캐비테이션 발생장치(110,120,180)와 펠티어(130)를 구비하고, 캐비테이션 발생장치(110,120,180)로 생성된 캐비테이션이 펠티어(130) 근처에서 결빙되고, 고온의 유로를 캐비테이션의 해빙과 캐비테이션 소멸과정에 의해 급속 냉각시키는 열 교환장치 및 열 교환 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heat exchange device for rapidly cooling by generating ice with a Peltier thermoelectric element (hereinafter referred to as Peltier) 130, an ultrasonic generator or an air bubble supplier and a bubble supply pipe (hereinafter referred to as a cavitation generator), and more particularly, generates cavitation. The devices 110, 120, and 180 and the peltier 130 are provided, and the cavitation generated by the cavitation generators 110, 120, and 180 is frozen near the peltier 130, and heat for rapidly cooling the high-temperature passage by the cavitation thawing and cavitation extinction process. It relates to an exchange device and a heat exchange method.

열전소자에는 열전효과를 이용하여 전기저항의 온도변화를 이용한 소자(써미스터), 온도차에 의해 기전력(起電力)이 발생하는 현상(제베크효과)을 이용한 소자, 전류에 의해 열의 흡수(또는 발생)가 생기는 현상(펠티에효과)을 이용한 소자(펠티에소자)가 있다. Thermoelectric elements include a device using a temperature change in electrical resistance (thermistor) using a thermoelectric effect, a device using a phenomenon (Seebeck effect) in which electromotive force is generated by a temperature difference, and a heat absorption (or generation) by current There is a device (Peltier device) that uses the phenomenon (Peltier effect) that generates.

열교환기의 열전달 방식에 따르면 표면식 열교환기, 축열식 열교환기, 액체 연결 간접식 열교환기, 직접 접촉식 열교환기가 있다. 본 발명과 유사한 방식의 열교환기는 축열식으로, 고체의 축열제 (열을 저장하는 매체)를 고온의 유체에 접촉시켜 고온 유체의 열을 흡수한 다음, 저온 유체와 접촉하여, 저온 유체에 열을 전달하는 열교환기로서 회전형 축열식 열교환기, 밸브식 환형 축열식 열교환기 등이 있다. 종래의 축열식 열교환기를 고온의 유체에 사용할 경우 시스템의 복잡하고, 소형으로 구성하기에는 어려움이 있다. According to the heat transfer method of the heat exchanger, there are a surface heat exchanger, a regenerative heat exchanger, a liquid connection indirect heat exchanger, and a direct contact heat exchanger. The heat exchanger similar to that of the present invention is a heat storage type, which brings a solid heat storage agent (a medium for storing heat) into contact with a high-temperature fluid to absorb heat from the high-temperature fluid, and then contacts the low-temperature fluid to transfer heat to the low-temperature fluid. As the heat exchanger, there are a rotary regenerative heat exchanger, a valve type annular regenerative heat exchanger, and the like. When a conventional regenerative heat exchanger is used for a high-temperature fluid, it is difficult to complicate and compact the system.

대한민국 공개특허10-2016-0078764는 압전소자에서 발생되는 초음파를 이용하여 냉각 작용하는 압전소자의 초음파를 이용한 냉각 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파를 이용한 냉각 장치는, 압축 가능한 작동 유체를 내장하는 하우징, 상기 하우징의 내부에 설치되어 양측으로 제1공간과 제2공간을 구획하고 상기 제1공간과 상기 제2공간 사이에서 상기 작동 유체가 진동 및 이동하는 채널을 구비하는 스택, 상기 하우징의 내부에서 상기 스택의 양측에 구비되는 1쌍의 열교환기, 상기 1쌍의 열교환기 중 어느 하나에 마주하여 상기 하우징의 내부에 구비되는 압전소자를 포함한다.대한민국 공개특허 2000-0059898호 음파 냉동을 이용한 자동 제빙기 및 이 자동 제빙기를 채용한 냉장고가 개시되어 있다. 자동 제빙기는 그 내부에 불활성 가스를 저장하고 있는 U자형 공명기, U자형 공명기에 음압을 인가하여 U자형 공명기에 저장된 불활성 가스의 분자들을 압축 및 팽창시키므로써 U자형 공명기 내부의 온도 분포를 변화시키는 스피커, U자형 공명기의 내부 온도를 제빙 용기에 전달하고 내부에 통로를 형성하는 열교환기, 및 스피커를 작동시키는 전자 제어 유닛을 구비한다. 이와 같이, 파동 냉각 방법은 파동 에너지를 운동 에너지로 변환시켜 냉각 효과를 얻는 방법이다. 다른 예를 들면, 파동 냉각 장치는 하우징의 일측에 구비되는 스피커로 음파를 발생시켜 하우징 내에 설치되는 스택의 내부통로로 음파의 파동 에너지를 전달하며, 이때 작동 유체가 스택의 양측에 구비되는 콜드 열교환기와 핫 열교환기 사이에서 진동 및 이동하면서 냉각 작용한다.Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0078764 provides a cooling device using ultrasonic waves of a piezoelectric element that cools using ultrasonic waves generated from a piezoelectric element. A cooling device using ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention is installed inside a housing containing a compressible working fluid, the housing divides a first space and a second space on both sides, and the first space and the second space are installed. A stack having a channel through which the working fluid vibrates and moves between two spaces, a pair of heat exchangers provided on both sides of the stack inside the housing, and the housing facing any one of the pair of heat exchangers It includes a piezoelectric element provided inside. Korean Patent Publication No. 2000-0059898 An automatic ice maker using sonic wave refrigeration and a refrigerator employing the automatic ice maker are disclosed. The automatic ice maker is a U-shaped resonator that stores inert gas inside, and a speaker that changes the temperature distribution inside the U-shaped resonator by applying negative pressure to the U-shaped resonator to compress and expand the molecules of the inert gas stored in the U-shaped resonator. , a heat exchanger that transfers the internal temperature of the U-shaped resonator to an ice container and forms a passage therein, and an electronic control unit that operates a speaker. As such, the wave cooling method converts wave energy into kinetic energy to obtain a cooling effect. For another example, the wave cooling device generates sound waves with a speaker provided on one side of a housing and transfers the wave energy of the sound waves to an internal passage of a stack installed in the housing, wherein a working fluid is provided on both sides of the stack for cold heat exchange. It cools while vibrating and moving between the heat exchanger and the hot heat exchanger.

본 발명의 목적은 입력되는 고온의 유체를 캐비테이션 현상과 펠티어(130)를 이용하여 급속 냉각시키고, 온도를 제어하여 유체를 배출시키는 열 교환 장치를 제공하는 것이다. 또한 급속냉각 열교환장치가 소형, 저가로 구성 가능하도록 하는 경제적인 열교환 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a heat exchange device that rapidly cools an input high-temperature fluid using a cavitation phenomenon and a peltier 130 and discharges the fluid by controlling the temperature. In addition, it is to provide an economical heat exchanger that allows the rapid cooling heat exchanger to be compact and inexpensive.

이를 달성하기 위한 수단으로 본 발명에 따라 캐비테이션 발생장치(110,120,180); 펠티어(130); 고체 유로관; 유로를 둘러싸는 냉각핀 구조물; 냉각수를 포함하는 축열조(100); 송풍팬(160); 온도센서; 캐비테이션 발생장치(110,120,180)와 펠티어(130), 송풍팬(160)에 구동전력을 인가하는 구동회로와 제어 장치가 구비된다. Cavitation generators 110, 120 and 180 according to the present invention as a means for achieving this; peltier 130; solid flow tube; a cooling fin structure surrounding the passage; A heat storage tank 100 containing cooling water; Blowing fan 160; temperature Senser; A driving circuit and a control device for applying driving power to the cavitation generating devices 110 , 120 , and 180 , the peltier 130 , and the blowing fan 160 are provided.

본 발명에 의하면 캐비테이션 발생장치(110,120,180)로 생성되는 캐비테이션이 펠티어(130)의 냉각 기능에 의해 미세하게 결빙된다. 뜨거운 유로에 의해 데워진 축열조(100) 내부에서 해빙된 캐비테이션이 상승 이동하면서 팽창하고, 캐비테이션 소멸과정을 통해 축열조(100) 내부의 냉각수가 강제 순환되어 내부를 빠르게 냉각시킨다. 또한 상부의 송풍팬(160)에 의해 차가운 바람을 축열조(100) 내부로 공급하고, 축열조(100) 내부에서 발생되는 수증기를 빠르게 응축하고, 축열조(100) 상부의 온도를 냉각시킨다. 또한 온도센서를 참조하여 캐비테이션 발생장치(110,120,180), 펠티어(130), 송풍팬(160)을 제어하여 냉각된 유체를 적절한 온도로 배출한다.According to the present invention, the cavitation generated by the cavitation generators 110, 120, and 180 is finely frozen by the cooling function of the peltier 130. The cavitation melted inside the heat storage tank 100 warmed by the hot flow path expands while moving upward, and the cooling water inside the heat storage tank 100 is forcibly circulated through the cavitation extinction process to rapidly cool the inside. In addition, cold wind is supplied to the inside of the heat storage tank 100 by the blower fan 160 at the top, the water vapor generated inside the heat storage tank 100 is quickly condensed, and the temperature of the upper part of the heat storage tank 100 is cooled. In addition, the cooled fluid is discharged at an appropriate temperature by controlling the cavitation generators 110, 120, and 180, the peltier 130, and the blowing fan 160 with reference to the temperature sensor.

본 발명의 실시예에 따라, 캐비테이션 발생장치(110,120,180)로 캐비테이션이 생성되고, 펠티어(130)의 냉각부분을 통과하는 캐비테이션이 벤츄리관을 통해 이동하면서 결빙되고, 결빙된 캐비테이션이 상승하면서 해빙과 캐비테이션 소멸과정을 통해 냉각수의 강제 순환이 이루어져 급속 냉각이 가능하다.According to an embodiment of the present invention, cavitation is generated by the cavitation generators 110, 120, and 180, cavitation passing through the cooling portion of the peltier 130 is frozen while moving through the Venturi tube, and as the frozen cavitation rises, melting and cavitation occur. Through the dissipation process, forced circulation of the cooling water is made and rapid cooling is possible.

그리고 축열기 상부에서는 차가운 바람을 송풍팬(160)으로 공급하여, 수증기를 응축시켜 열을 회수하고, 냉각수 표면으로 응축된 액체를 재공급 하여 냉각 효과 높인다.간단한 캐비테이션 발생장치(110,120,180)와 펠티어(130)를 이용하여 최소형으로 고온의 유체를 급속 냉각시키는 효과가 있으며, 경제적인 구성이 가능하다.In addition, cold wind is supplied to the blower fan 160 at the top of the regenerator to condense water vapor to recover heat, and the condensed liquid is re-supplyed to the surface of the cooling water to increase the cooling effect. Simple cavitation generators 110, 120, and 180 130) has the effect of rapidly cooling the high-temperature fluid in the smallest size, and economical configuration is possible.

- 도1은 본 발명의 실시예에 따른 급속 냉각 열교환기 사시도
- 도2은 본 발명의 실시예에 따른 급속 냉각 열교환기 내부의 온도 분포도
- 도3는 다기관으로 구성되는 고체 유체관의 사시도
- 도4a는 고체유체관의 냉각 효율을 높이기 위한 냉각플레이트
- 도4b는 냉각플레이트의 외부를 감싸는 냉각핀 구조물
- 도5는 초음파 진동자 주파수와 발생하는 캐비테이션의 크기를 도시한 그래프
- 도6은 마이크로 노즐을 포함하는 기포공급관의 구조도와 벤츄리관 하부에 설치된 모양을 도시
- 도7은 냉각수(물)에 대한 상전이 그래프
- 도8은 초음파 음압에 따른 캐비테이션의 동작을 도시
- 도9는 유체내에서 캐비테이션이 소멸될 때 나타나는 현상을 도시
- 도10은 본 실시예에 따른 급속 냉각 단계를 표현하는 도면
- Figure 1 is a perspective view of a rapid cooling heat exchanger according to an embodiment of the present invention
- Figure 2 is a temperature distribution diagram inside the rapid cooling heat exchanger according to an embodiment of the present invention
- Figure 3 is a perspective view of a solid fluid pipe composed of a manifold
- Figure 4a is a cooling plate for increasing the cooling efficiency of the solid fluid pipe
- Figure 4b is a cooling fin structure surrounding the outside of the cooling plate
- Figure 5 is a graph showing the frequency of the ultrasonic transducer and the size of the cavitation that occurs
- Figure 6 shows the structure of the bubble supply pipe including the micro nozzle and the shape installed at the bottom of the venturi pipe
- Figure 7 is a phase transition graph for cooling water (water)
- Figure 8 shows the operation of cavitation according to ultrasonic sound pressure
- Figure 9 shows the phenomenon that occurs when cavitation disappears in a fluid
- Figure 10 is a diagram representing the rapid cooling step according to the present embodiment

본 발명의 실시예를 도1에 개시한다. 먼저 도면을 참조하여 캐비테이션과 펠티어(130)를 이용한 급속 냉각 열교환기를 설명한다.An embodiment of the present invention is disclosed in FIG. First, with reference to the drawings, a rapid cooling heat exchanger using cavitation and the Peltier 130 will be described.

본 발명의 의한 냉각 열교환기는 고체 유로관; 축열조(100); 냉각수; 냉각핀; 펠티어(130)와 히터싱크모듈; 초음파 발생장치; 기포공급기; 기포공급관; 송풍팬(160); 온도센서; 전자적인 제어 유닛으로 구성된다. The cooling heat exchanger according to the present invention includes a solid flow tube; heat storage tank 100; cooling water; cooling fins; Peltier 130 and the heater sink module; ultrasonic generator; bubble supplier; air bubble supply pipe; Blowing fan 160; temperature Senser; It consists of an electronic control unit.

도1의 고체 유로관은 고온 고압의 지탱할 수 있도록 구성되며, 지그재그 형태의 수평 또는 수직관으로 구성될 수 있다. 또한 수평 또는 수직관의 내부 구성이 도3처럼 다기관 형태로 구비될 수도 있다. 도3의 고온의 유체가 주입되는 고체 유로관 입구와 수조는 단열재로 분리된다.The solid flow pipe of FIG. 1 is configured to support high temperature and high pressure, and may be configured as a zigzag horizontal or vertical pipe. In addition, the internal configuration of the horizontal or vertical pipe may be provided in the form of a manifold as shown in FIG. The inlet of the solid flow pipe into which the high-temperature fluid is injected in FIG. 3 and the water tank are separated by an insulating material.

축열조(100)는 도1에 도시한 것처럼 내부에 고체 유로관; 고체 유로관에 접착하여 열교환 면적을 넓히는 냉각핀; 초음파 발생장치; 냉각수; 기포 공급관; 밴츄리관이 구비된다. 축열조(100)의 외부에는 냉각수 투입구 캡; 송풍팬(160); 기포공급기(120); 온도센서; 펠티어(130)와 히트싱크모듈; 전력구동을 위한 제어 유닛이 구비된다. 그리고 축열조(100)는 고체 유로관을 제외하고는 밀폐되어 고온의 수증기가 외부로 노출되지 않도록 구비한다.As shown in FIG. 1, the heat storage tank 100 includes a solid flow pipe therein; Cooling fins that expand the heat exchange area by adhering to the solid flow tube; ultrasonic generator; cooling water; air bubble supply pipe; A venturi tube is provided. A coolant inlet cap outside the heat storage tank 100; Blowing fan 160; bubble supplier 120; temperature Senser; Peltier 130 and the heat sink module; A control unit for power driving is provided. In addition, the heat storage tank 100 is sealed except for the solid flow pipe so that high-temperature water vapor is not exposed to the outside.

도2에서 축열조(100)내의 온도 분포를 도시한다. 온도분포는 상층부보다 하층부가 낮고, 밀도는 상층부보다 하층부가 높다. 결빙된 캐비테이션이 상승하면서 해빙되고, 케비테이션의 크기가 중간층에서 임계크기에 빠르게 도달하여 소멸하므로, 축열조(100) 높이에 따른 온도 분포는 상층부와 하층부에서의 온도변화는 작으며, 중간층에서 많은 열교환이 이루어진다. 2 shows the temperature distribution in the heat storage tank 100. The temperature distribution is lower in the lower layer than the upper layer, and the density is higher in the lower layer than in the upper layer. Since the frozen cavitation is thawed as it rises, and the size of the cavitation quickly reaches a critical size in the middle layer and disappears, the temperature distribution according to the height of the heat storage tank 100 has a small temperature change in the upper and lower layers, and a lot of heat exchange in the middle layer It is done.

도1의 냉각핀은 도4a 또는 도4b처럼 단독 구성도 가능하지만, 실시예에서는 도4a의 냉각플레이트 상하부에 도4b의 요철구조인 냉각핀을 복합하는 구조로 구비하여, 축열조(100)내의 냉각수와의 접촉면적을 최대한 높일 수 있도록 구비된다.The cooling fin of FIG. 1 can be configured independently as shown in FIG. 4A or 4B, but in the embodiment, the concavo-convex structure of FIG. 4B is provided in the upper and lower parts of the cooling plate of FIG. It is provided to increase the contact area with the maximum.

도1의 초음파 발생장치와 기포공급기, 기포 공급관은 캐비테이션 발생기로서 캐비테이션 생성을 위해 구비된다. The ultrasonic generator, bubble supplier, and bubble supply pipe of FIG. 1 are provided as a cavitation generator for generating cavitation.

도5에 초음파 발생장치의 주파수에 대한 캐비테이션의 입자크기를 도시한다. 캐비티이션은 초음파 주파수대에서 낮은 주파수에서는 캐비테이션 입자크기가 크고, 높은 주파수로 갈수록 작아진다. 초음파 발생장치 주파수 선택은 펠티어(130)와 결빙을 위한 결정핵의 크기를 고려하여 결정한다. 캐비테이션 입자크기가 작을수록 비표면적이 크고, 펠티어(130)의 냉각부에서 쉽게 결정핵이 생성된다. 그러나 캐비테이션의 크기가 크면, 결정핵이 생성되기 힘들지만 부력이 크고 냉각에 효과적일 수 있다. 따라서 도5에서 초음파 발생장치의 주파수를 비표면적, 결정핵과 부력을 동시에 고려하면, 50KHz~150KHz의 초음파 진동 주파수가 적절하다. 5 shows the particle size of cavitation versus the frequency of the ultrasonic generator. Cavitation has a large size of cavitation particles at low frequencies in the ultrasonic frequency band, and decreases at higher frequencies. The frequency selection of the ultrasonic generator is determined in consideration of the size of the peltier 130 and crystal nuclei for freezing. The smaller the cavitation particle size, the larger the specific surface area, and crystal nuclei are easily generated in the cooling part of the peltier 130. However, if the size of cavitation is large, it is difficult to generate crystal nuclei, but the buoyancy is large and it can be effective for cooling. Therefore, considering the frequency of the ultrasonic generator in FIG. 5 at the same time as the specific surface area, crystal nucleus, and buoyancy, an ultrasonic vibration frequency of 50 KHz to 150 KHz is appropriate.

도6에서 초음파 발생장치에서 생성되는 캐비테이션의 진행과 초음파의 음압을 도시한다. 초음파 발생장치의 표면에서 음압은 고압과 저압이 교대로 나타나고, 음압의 저압 위치에서 액체의 포화 수증기압 보다 낮아 액체가 증발하면서 캐비테이션을 생성한다. 음파가 진행하면서 캐비테이션의 압축과 팽창이 이루어진다, 캐비테이션 입자크기가 임계크기에 이르면 압축 폭발하여 소멸된다. 캐비테이션 폭발은 냉각수를 밀도가 낮은 상층부로 밀어낸다. 또한 폭발지점에서는 저압이 형성되어 온도이 낮은 하층부의 냉각수를 끌어당겨 냉각기능을 효율적으로 제공한다. 6 shows the progress of cavitation generated by the ultrasonic generator and the sound pressure of ultrasonic waves. On the surface of the ultrasonic generator, the negative pressure appears alternately with high pressure and low pressure, and at the low pressure position of the negative pressure, it is lower than the saturated vapor pressure of the liquid, and the liquid evaporates and creates cavitation. As the sound wave progresses, cavitation is compressed and expanded. When the cavitation particle size reaches a critical size, it is compressed and exploded and is extinguished. The cavitational explosion pushes the coolant into the upper layer where it is less dense. In addition, low pressure is formed at the point of explosion, which effectively provides a cooling function by attracting the cooling water in the lower layer where the temperature is low.

캐비테이션의 소멸 방법은 도9에 도시된 두가지 방식으로 구성된다. 등방성 소멸방법은 모든 방향에서 동일한 압축을 받아 소멸하면서 등방 형태로 부동액을 밀어내고, 비등방성 소멸 방법은 마이크로젯이 형성되어, 제트 압력으로 냉각수를 상층부로 강하게 밀어낸다. 기포공급기는 외부의 공기를 일정한 압력으로 기포공급관으로 배기하는 공기 에어펌프나 냉각수가 혼입된 캐비테이션용 에어펌프로 구성될 수 있다. 도1의 기포공급기에서 발생된 기포는 도6처럼 벤츄리관 하부에 배치된 기포공급관 마이크로 노즐을 통해 펠티어(130)에 인접하여 배기된다. The method of extinguishing cavitation consists of two methods shown in FIG. The isotropic extinguishing method pushes the antifreeze in an isotropic form while extinguishing by receiving the same compression in all directions, and the anisotropic extinguishing method forms a microjet and strongly pushes the coolant to the upper layer with jet pressure. The bubble supplier may be composed of an air pump for exhausting external air to a bubble supply pipe at a constant pressure or an air pump for cavitation mixed with cooling water. The bubbles generated in the bubble supplier of FIG. 1 are exhausted adjacent to the peltier 130 through the bubble supply pipe micro-nozzle disposed below the Venturi tube as shown in FIG. 6 .

도6처럼 기포공급관에는 초음파 발생장치와 마찬가지로 기포의 반경이 2~4μm 되도록 마이크로 노즐이 구비될 수 있다. 기포공급관에서 제공되는 기포는 초음파 발생장치의 음압에 의해 상기에 기술된 캐이테이션과 동일하게 동작한다. 기포공급관의 노즐을 크게 하여 많은 공기를 제공하면, 초음파 발생장치에서 생성되는 캐비테이션이 초음파 가습기의 연무처럼 빠르게 상승하고, 냉각수 내부나 표층에서 등방성이나 비등방성 형태로 소멸되면서, 냉각 효율을 높인다. As shown in FIG. 6, the bubble supply pipe may be provided with micro nozzles such that the bubble has a radius of 2 to 4 μm, similarly to the ultrasonic generator. Bubbles provided from the bubble supply pipe operate in the same way as the above-described cation by the sound pressure of the ultrasonic generator. If the nozzle of the bubble supply pipe is enlarged to provide a lot of air, the cavitation generated by the ultrasonic generator rises rapidly like the mist of the ultrasonic humidifier and disappears in an isotropic or anisotropic form inside the cooling water or on the surface layer, thereby increasing the cooling efficiency.

본 발명의 실시예에서는 초음파 발생장치와 기포공급기와 기포공급관을 동시에 구비하지만, 초음파 발생장치 또는 기포공급기와 기포공급관을 선택적으로 구비할 수도 있다. 이때 각 장치의 기포 성질은 차이가 있다. 초음파 발생장치는 음압을 고압과 저압을 교대로 제공하여 캐비테이션이 압축 팽창을 반복하여 소멸시키고, 기포공급기는 단순한 마이크로 버블을 형성하는 차이점이 있지만, 냉각 열교환기의 기능은 동일하게 제공된다. 도1과 도5에 도시한 것처럼 캐비테이션 발생장치(110,120,180)는 벤츄리관 하부에 위치하고, 캐비테이션의 생성 및 진행 방향이 상층부로 향하도록 펠티어(130)와 캐비테이션 발생장치(110,120,180)를 수직으로 근접 배치한다. 벤츄리관을 통해 캐비테이션의 유속이 상승하고, 벤츄리관 내부에서 압력을 낮아져서 결빙 생성이 용이하게 된다. In the embodiment of the present invention, the ultrasonic generator, the bubble supplier, and the bubble supply pipe are provided at the same time, but the ultrasonic generator, the bubble supplier, and the bubble supply pipe may be selectively provided. At this time, the bubble properties of each device are different. The ultrasonic generator provides negative pressure alternately with high pressure and low pressure so that cavitation repeats compression and expansion, and the bubble supplier has the difference that it forms simple micro bubbles, but the function of the cooling heat exchanger is provided the same. As shown in FIGS. 1 and 5, the cavitation generators 110, 120, and 180 are located in the lower part of the Venturi tube, and the peltier 130 and the cavitation generators 110, 120, and 180 are vertically adjacent to each other so that the generation and direction of cavitation is directed toward the upper layer. . The flow rate of cavitation increases through the Venturi tube, and the pressure inside the Venturi tube decreases, making it easy to generate ice.

도7에 냉각수인 물에 대한 상전이 그래프를 통해 결빙 생성에 대해 설명한다. 냉각수로 부동액을사용하는 경우도 동일하다. 도7에서 캐비테이션 발생장치(110,120,180) 의해 캐비테이션이 발생하고, 벤츄리관을 통해 저압이 형성되어 A점(액체)에서 B점(기체)으로 압력이 낮아지고, 펠티어(130)의 냉각 부분에 인접하여 B점(기체)에서 C점(결빙)으로 상전이가 발생하여 미세한 결정핵이 생성되고, 결정핵이 결빙으로 성장한다.Formation of ice formation will be described through a phase transition graph of water as cooling water in FIG. 7 . The same applies to using antifreeze as a coolant. In FIG. 7, cavitation occurs by the cavitation generators 110, 120, and 180, and low pressure is formed through the Venturi tube, so that the pressure is lowered from point A (liquid) to point B (gas), adjacent to the cooling part of the peltier 130. A phase transition occurs from point B (gas) to point C (freezing), and fine crystal nuclei are created, and the crystal nuclei grow into ice.

도1처럼 펠티어(130) 냉각부를 축열조(100)에 접촉하고, 온열부를 외부로 배치한다. 펠티어(130)의 냉각 성능을 유지하기 위해 온열부를 히트싱크모듈에 접합하여 펠티어(130)의 냉각 효율을 높인다.As shown in FIG. 1, the cooling part of the Peltier 130 is in contact with the heat storage tank 100, and the heating part is disposed outside. In order to maintain the cooling performance of the peltier 130, the heating unit is bonded to the heat sink module to increase the cooling efficiency of the peltier 130.

도1의 온도센서는 축열조(100)의 하층부 온도를 측정하도록 구비되며, 제어유닛은 온도센서에 의해 펠티어(130)와 캐비테이션 발생장치(110,120,180), 송풍팬(160)에 구동 전력을 제어한다. 제어유닛은 도2의 온도분포도를 이용하여 하층부의 온도가 설정값 이상이면 펠티어(130)에 최대전류를 인가하여 냉각하고, 캐비테이션 발생이 최대가 되도록 제어신호를 인가한다. 온도가 설정값보다 낮은면 펠티어(130)에 인가되는 전원을 차단하고, 캐비테이션 발생은 강제 순환을 위해 차단하지는 않는다.The temperature sensor of FIG. 1 is provided to measure the temperature of the lower layer of the heat storage tank 100, and the control unit controls driving power to the Peltier 130, the cavitation generators 110, 120, and 180, and the blowing fan 160 by the temperature sensor. The control unit applies a control signal to cool the Peltier 130 by applying a maximum current to the Peltier 130 when the temperature of the lower layer is higher than the set value using the temperature distribution diagram of FIG. 2 and to maximize the occurrence of cavitation. If the temperature is lower than the set value, the power applied to the peltier 130 is cut off, and the occurrence of cavitation is not blocked for forced circulation.

도1의 송풍팬(160)은 축열조(100)의 상층부로 증발하는 뜨거운 수증기를 응축시키고, 응축된 냉각수가 다시 축열조(100)로 공급될 수 있도록 구비된다.
도10은 본 발명의 급속냉각 방식이 구성되는 프로세서를 도시한다. 급속 냉각을 하기 위해 초기에 캐비테이션 발생장치(110,120,180)에 전력을 인가하는 단계(P10); 벤츄리관 부근에서 저압이 형성되는 단계(P20); 펠티어(130)를 구동하는 단계(P30); 벤츄리관 부근의 냉각수가 냉각되는 단계(P40); 벤츄리관 부근의 냉각수가 어는점에 도달하는 단계(P50); 벤츄리관 부근에서 캐비테이션의 결정핵이 형성되는 단계(P60); 결정핵이 결빙으로 성장하는 단계(P70); 결빙된 캐비테이션의 열교환에 의해 1차 냉각하는 단계(P80); 캐비테이션이 소멸되면서 냉각수를 밀도가 낮은 상부로 밀어내는 단계(P90); 캐비테이션이 소멸된 곳으로 냉각수가 강제 순환하는 단계(P100); 송풍팬(160)을 구동하여 수증기를 응축시키는 단계(P110);를 차례로 수행하여 축열조(100) 내부에서 냉각수를 강제 순환시켜 급속 냉각하게 된다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명은 고온의 유체를 유입시켜 냉각된 유체로 배출시키기 위한 고체 유로관, 상기 고체 유로관에 접착하여 열교환 면적을 넓히는 냉각핀; 캐비테이션 발생장치, 및 벤추리관을 포함하고 냉각수가 담겨있는 축열조를 이용한 급속 냉각 열 교환 방법으로서,
상기 캐비테이션 발생장치에 의하여 냉각수를 캐비테이션으로 생성시키는 단계; 상기 캐비테이션이 벤츄리관을 통과하는 단계; 펠티어(130)를 구동시켜 상기 벤츄리관을 통과하는 상기 캐비테이션을 냉각시키는 단계(P30); 상기 벤츄리관 부근의 냉각수가 어는점에 도달하는 단계(P50); 상기 벤츄리관 부근에서 캐비테이션의 결정핵이 형성되는 단계(P60); 상기 결정핵이 결빙으로 성장하는 단계(P70); 결빙된 캐비테이션의 열교환에 의해 1차 냉각하는 단계(P80); 캐비테이션이 소멸되면서 냉각수를 밀도가 낮은 상부로 밀어내는 단계(P90); 캐비테이션이 소멸된 곳으로 냉각수가 강제 순환하는 단계(P100); 송풍팬(160)을 구동하여 수증기를 응축시키는 단계(P110);를 차례로 수행하여 축열조(100) 내부에서 냉각수를 강제 순환시켜 급속 냉각하는 것을 특징으로 한다.
The blowing fan 160 of FIG. 1 condenses hot water vapor evaporating to the upper portion of the heat storage tank 100 and is provided so that the condensed cooling water can be supplied to the heat storage tank 100 again.
Figure 10 shows a processor in which the rapid cooling method of the present invention is configured. initially applying power to the cavitation generators 110, 120, and 180 to perform rapid cooling (P10); A step of forming a low pressure in the vicinity of the Venturi tube (P20); Driving the peltier 130 (P30); cooling the cooling water near the venturi tube (P40); Reaching the freezing point of the cooling water near the Venturi tube (P50); Formation of cavitation crystal nuclei in the vicinity of the Venturi tube (P60); growing crystal nuclei by freezing (P70); Primary cooling by heat exchange of frozen cavitation (P80); Pushing the coolant to the upper part of the lower density while the cavitation disappears (P90); Forcibly circulating cooling water to a place where cavitation is eliminated (P100); Condensing the water vapor by driving the blowing fan 160 (P110) is sequentially performed to forcibly circulate the cooling water inside the heat storage tank 100 to achieve rapid cooling.
More specifically, the present invention is a solid flow pipe for introducing a high-temperature fluid and discharging it as a cooled fluid, a cooling fin adhering to the solid flow pipe to widen a heat exchange area; A rapid cooling heat exchange method using a cavitation generator and a heat storage tank including a venturi tube and containing cooling water,
Generating cooling water by cavitation by the cavitation generator; passing the cavitation through a venturi tube; cooling the cavitation passing through the venturi tube by driving the peltier 130 (P30); Reaching the freezing point of the cooling water near the Venturi tube (P50); forming cavitation crystal nuclei in the vicinity of the venturi tube (P60); growing the crystal nuclei by freezing (P70); Primary cooling by heat exchange of frozen cavitation (P80); Pushing the coolant to the upper part of the lower density while the cavitation disappears (P90); Forcibly circulating cooling water to a place where cavitation is eliminated (P100); It is characterized in that rapid cooling is performed by forcibly circulating cooling water in the heat storage tank 100 by sequentially performing the step of condensing water vapor by driving the blowing fan 160 (P110).

본 발명의 캐비테이션 발생장치(110,120,180)에 전력을 인가하는 단계(P10)는 초음파 발생장치가 50 ~ 150kHz의 발진 주파수를 갖는 초음파 진동을 가하거나 기포공급기를 가동하게 된다. 초음파 진동은 도 7에 도시된 냉각수에 캐비테이션 현상을 발생시키게 된다. In the step (P10) of applying power to the cavitation generators 110, 120, and 180 of the present invention, the ultrasonic generator applies ultrasonic vibration having an oscillation frequency of 50 to 150 kHz or operates a bubble supplier. Ultrasonic vibration causes a cavitation phenomenon in the cooling water shown in FIG. 7 .

캐비테이션 현상은 초음파 진동이 액체에 전파될 때 초음파 진동의 압력 변화에 의해 미세 기포가 생성되고 소멸되는 현상으로 매우 큰 압력과 고온을 동반한다. 이 압력과 고온은 수백분의 1초에서 수천 분의 1초 단위의 짧은 시간 동안 발생한다. Cavitation is a phenomenon in which microbubbles are created and destroyed by pressure changes of ultrasonic vibrations when ultrasonic vibrations are propagated in a liquid, and it is accompanied by very high pressure and high temperature. This pressure and high temperature occurs for a short time, on the order of hundreds of seconds to thousands of seconds.

벤츄리관 부근에서 저압이 형성되는 단계(P20)는 초음파 발생장치나 기포 발생기에 의해 생성되는 캐비테이션이 통로가 좁아지는 관을 통과할 때 속도는 빨라지고, 내부의 압력을 낮아진다.In the step (P20) of forming a low pressure in the vicinity of the venturi tube, when the cavitation generated by the ultrasonic generator or the bubble generator passes through the tube in which the passage is narrowed, the speed is increased and the internal pressure is lowered.

펠티어(130) 열전소자를 구동하는 단계(30)는 온도센서1의 신호에 기초하여 펠티어(130)에 전력을 인가하고, 온열부에 장착된 히트싱크 모듈의 냉각팬을 구동 시킨다. 벤츄리관 부근의 냉각수가 냉각되는 단계(P40)에서는 펠티어(130)의 냉각부에 인접한 벤츄리관 부분의 냉각수가 주위보다 빠르게 냉각이 진행된다.In step 30 of driving the thermoelectric element of the peltier 130, power is applied to the peltier 130 based on the signal of the temperature sensor 1 and the cooling fan of the heat sink module mounted on the heating unit is driven. In the step of cooling the cooling water near the Venturi tube (P40), the cooling water in the portion of the Venturi tube adjacent to the cooling part of the Peltier 130 cools faster than the surroundings.

벤츄리관 부근에서 냉각수가 어느점에 도달하는 단계(P50)에서 상전이 그래프를 참조하면 벤츄리관에서 압력이 낮아질 때 냉각수의 어는점온도는 D->E로 상승하고, 끓는점의 온도는 F->G로 하강하여 주위보다 빠르게 어느점에 도달하게 된다. Referring to the phase transition graph at the stage where the cooling water reaches a certain point near the Venturi tube (P50), when the pressure in the Venturi tube decreases, the freezing point temperature of the cooling water rises from D->E, and the boiling point temperature goes from F->G It descends and reaches a certain point faster than its surroundings.

벤츄리관 부근에서 캐비테이션 결정핵이 형성되는 단계(P60)에서는 결빙이나 얼음으로 성장하기 쉬운 구조의 결정핵이 형성된다. 결정핵들이 집합되는 속도와 같은 속도로 결정핵들이 분사되려는 성질 때문에 집합체를 이루지 못하는데, 이런 상태에서 만약 온도의 감소 또는 압력의 감소, 농도의 증가 등이 이온들이 집체를 이룰 수 있는 유리한 조건이 되면, 다수의 결정핵이 생성된다. 또한 캐비테이션 현상에 의해 발생된 기포가 소멸될 때의 압력 및 기포 내에서의 방전은 결정핵의 형성을 촉발시킨다.In the step of forming cavitation crystal nuclei near the Venturi tube (P60), crystal nuclei having a structure that easily grows into freezing or ice are formed. Due to the nature of crystal nuclei being sprayed at the same rate as the rate at which crystal nuclei are aggregated, aggregates cannot be formed. , a large number of crystal nuclei are produced. In addition, the pressure generated by the cavitation phenomenon when the bubble disappears and the discharge within the bubble trigger the formation of crystal nuclei.

결정핵이 결빙으로 성장하는 단계(P70)에서는 펠티어(130) 냉각구동에 의해 결정핵을 중심으로 0.01 ~ 0.001mm의 입자경을 갖는 결정핵(미소 얼음결정)이 급격하게 성장하여 결빙으로 된다. 결빙된 캐비테이션의 열교환에 의해 1차 냉각하는 단계(P80)에서는 벤츄리관을 통해 상승하는 결빙된 캐비테이션이 축열조(100)내의 데워진 냉각수와 만나 열교환하여 1차 냉각기능을 제공한다. 캐비테이션이 소멸되면서 냉각수를 밀도가 낮은 상부로 밀어내는 단계(P90)에서는 캐비테이션이 압축되어 폭발할 때 고온 및 고압으로 인해 주위의 냉각수를 밀어낸다. 캐비테이션이 소멸된 곳으로 냉각수가 강제 순환하는 단계(P100)에서는 폭발한 곳에서 저압이 형성되어 순간적으로 주위의 냉각수가 들어와 강제 순환이 이루어 진다.In the step of growing crystal nuclei into freezing (P70), crystal nuclei (micro ice crystals) having a particle diameter of 0.01 to 0.001 mm centered on the crystal nucleus are rapidly grown by the cooling drive of the peltier 130, resulting in freezing. In the step of primary cooling by heat exchange of the frozen cavitation (P80), the frozen cavitation rising through the Venturi tube meets the cooled water warmed in the heat storage tank 100 and exchanges heat to provide a primary cooling function. In step P90 of pushing the cooling water to the upper part with low density as the cavitation disappears, when the cavitation is compressed and exploded, the high temperature and high pressure push the surrounding cooling water out. In the step of forcibly circulating the coolant to the place where the cavitation is eliminated (P100), low pressure is formed at the place where the explosion occurred, and the surrounding coolant is momentarily introduced to the forced circulation.

송풍팬(160)을 구동하여 수증기를 응축시키는 단계(P110)에서는 외부의 찬 공기를 축열조(100) 내부로 공급하여 수증기를 응축시키고, 축열조(100) 내부로 다시 냉각수를 재공급한다.In the step of condensing the water vapor by driving the blowing fan 160 (P110), outside cold air is supplied into the heat storage tank 100 to condense the water vapor, and cooling water is re-supplied into the heat storage tank 100.

이상으로 본 발명의 실시예에 따라 고온의 유체가 축열조(100)로 입력되더라도, 펠티어(130), 벤츄리관과 캐비테이션 발생장치(110,120,180), 송풍팬(160)이 구비되어, 축열조(100) 내부에서 결빙을 이용한 1차 냉각 열교환과 캐비테이션 폭발로 강제 순환시키는 2차 냉각 열교환에 의해 급속 냉각 열교환장치가 마련된다.As described above, even if the high-temperature fluid is input to the heat storage tank 100 according to the embodiment of the present invention, the Peltier 130, the Venturi tube, the cavitation generators 110, 120, and 180, and the blowing fan 160 are provided, so that the inside of the heat storage tank 100 A rapid cooling heat exchanger is provided by primary cooling heat exchange using ice and secondary cooling heat exchange forcibly circulated by cavitation explosion.

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 고온의 유체를 유입시켜 냉각된 유체로 배출시키기 위한 고체 유로관, 상기 고체 유로관에 접착하여 열교환 면적을 넓히는 냉각핀; 캐비테이션 발생장치, 및 벤추리관을 포함하고 냉각수가 담겨있는 축열조를 이용한 급속 냉각 열 교환 방법으로서,
상기 캐비테이션 발생장치에 의하여 냉각수를 캐비테이션으로 생성시키는 단계; 상기 캐비테이션이 벤츄리관을 통과하는 단계; 펠티어(130)를 구동시켜 상기 벤츄리관을 통과하는 상기 캐비테이션을 냉각시키는 단계(P30); 상기 벤츄리관 부근의 냉각수가 어는점에 도달하는 단계(P50); 상기 벤츄리관 부근에서 캐비테이션의 결정핵이 형성되는 단계(P60); 상기 결정핵이 결빙으로 성장하는 단계(P70); 결빙된 캐비테이션의 열교환에 의해 1차 냉각하는 단계(P80); 캐비테이션이 소멸되면서 냉각수를 밀도가 낮은 상부로 밀어내는 단계(P90); 캐비테이션이 소멸된 곳으로 냉각수가 강제 순환하는 단계(P100); 송풍팬(160)을 구동하여 수증기를 응축시키는 단계(P110);를 차례로 수행하여 축열조(100) 내부에서 냉각수를 강제 순환시켜 급속 냉각하는 것을 특징으로 하는 캐비테이션 발생장치와 펠티어 열전소자를 이용한 급속 냉각 열 교환 방법
A solid flow pipe for introducing a high-temperature fluid and discharging it as a cooled fluid, and a cooling fin adhering to the solid flow pipe to increase a heat exchange area; A rapid cooling heat exchange method using a cavitation generator and a heat storage tank including a venturi tube and containing cooling water,
Generating cooling water by cavitation by the cavitation generator; passing the cavitation through a venturi tube; cooling the cavitation passing through the venturi tube by driving the peltier 130 (P30); Reaching the freezing point of the cooling water near the Venturi tube (P50); forming cavitation crystal nuclei in the vicinity of the venturi tube (P60); growing the crystal nuclei by freezing (P70); Primary cooling by heat exchange of frozen cavitation (P80); Pushing the coolant to the upper part of the lower density while the cavitation disappears (P90); Forcibly circulating cooling water to a place where cavitation is eliminated (P100); Condensing water vapor by driving the blowing fan 160 (P110); rapid cooling using a cavitation generator and a Peltier thermoelectric element characterized in that rapid cooling is performed by forcibly circulating cooling water in the heat storage tank 100 in turn heat exchange method
제9항에 있어서,
상기 벤츄리관 부근에서 결정핵을 생성하고, 상기 결정핵을 성장시켜 결빙을 만들고, 이를 이용하여 냉각에 이용하는 것을 특징으로 하는 캐비테이션 발생장치와 펠티어 열전소자를 이용한 급속 냉각 열 교환 방법
According to claim 9,
Rapid cooling heat exchange method using a cavitation generator and a Peltier thermoelectric element, characterized in that crystal nuclei are generated in the vicinity of the Venturi tube, the crystal nuclei are grown to form ice, and used for cooling.
제9항에 있어서,
캐비테이션이 소멸되면서 냉각수를 밀도가 낮은 상부로 밀어내고, 캐비테이션이 소멸된 곳으로 냉각수가 강제 순환하게 하는 것을 특징으로 하는 캐비테이션 발생장치와 펠티어 열전소자를 이용한 급속 냉각 열 교환 방법
According to claim 9,
Rapid cooling heat exchange method using a cavitation generator and a Peltier thermoelectric element, characterized in that as the cavitation disappears, the cooling water is pushed to a lower density upper part and the cooling water is forcibly circulated to the place where the cavitation is eliminated.
KR1020210005422A 2021-01-14 2021-01-14 Rapid cooling heat exchaning method using cavitation generators and felt-thermal thermocouples KR102572792B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210005422A KR102572792B1 (en) 2021-01-14 2021-01-14 Rapid cooling heat exchaning method using cavitation generators and felt-thermal thermocouples
KR1020220056709A KR102513121B1 (en) 2021-01-14 2022-05-09 Rapid cooling heat exchanger using cavitation generators and felt-thermal thermocouples

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210005422A KR102572792B1 (en) 2021-01-14 2021-01-14 Rapid cooling heat exchaning method using cavitation generators and felt-thermal thermocouples

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220056709A Division KR102513121B1 (en) 2021-01-14 2022-05-09 Rapid cooling heat exchanger using cavitation generators and felt-thermal thermocouples

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220102917A KR20220102917A (en) 2022-07-21
KR102572792B1 true KR102572792B1 (en) 2023-08-29

Family

ID=82610044

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210005422A KR102572792B1 (en) 2021-01-14 2021-01-14 Rapid cooling heat exchaning method using cavitation generators and felt-thermal thermocouples
KR1020220056709A KR102513121B1 (en) 2021-01-14 2022-05-09 Rapid cooling heat exchanger using cavitation generators and felt-thermal thermocouples

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220056709A KR102513121B1 (en) 2021-01-14 2022-05-09 Rapid cooling heat exchanger using cavitation generators and felt-thermal thermocouples

Country Status (1)

Country Link
KR (2) KR102572792B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115790229B (en) * 2023-02-13 2023-05-09 成都天保节能环保工程有限公司 Heat storage method suitable for fluidized bed heat storage structure

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008286503A (en) 2007-05-21 2008-11-27 Tokyo Univ Of Science Evaporative cooling method, evaporative cooling device and functional product

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100301559B1 (en) 1999-03-09 2001-09-22 전주범 Automatic ice maker and refrigerator equipped with the same
US6915641B2 (en) * 2003-01-14 2005-07-12 Mark R. Harvie Personal cooling and heating system
KR100618154B1 (en) * 2004-07-09 2006-09-01 마케팅솔루션코리아 주식회사 Cooling apparatus for clean water device
KR20100094788A (en) * 2009-02-19 2010-08-27 이희장 Airconditioner by a ultrasonic waves vibrator and thermoelectricelement
IN2012KN01278A (en) * 2009-10-30 2015-05-22 Mentus Holding Ag
KR101209339B1 (en) * 2010-10-01 2012-12-06 고려대학교 산학협력단 Microchannel heat exchanger which hot and cold fluids flow alternately in each plate
KR20150033567A (en) * 2013-09-23 2015-04-01 김영선 elctronic power generator using heat pump and driving method thereof
KR101652038B1 (en) * 2014-12-24 2016-08-30 한국기계연구원 Refrigerator using ultrasonic waves of piezo electric element
KR101932702B1 (en) * 2017-06-14 2019-03-20 한국기계연구원 Module type ultrasonic waves refrigerator

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008286503A (en) 2007-05-21 2008-11-27 Tokyo Univ Of Science Evaporative cooling method, evaporative cooling device and functional product

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220102917A (en) 2022-07-21
KR102513121B1 (en) 2023-03-23
KR20220103070A (en) 2022-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2006275433A (en) Absorption type small cooling and refrigerating device
JP6738235B2 (en) Substrate processing apparatus and substrate processing method
US6443222B1 (en) Cooling device using capillary pumped loop
KR102513121B1 (en) Rapid cooling heat exchanger using cavitation generators and felt-thermal thermocouples
US11774153B2 (en) Apparatus for providing cooling energy to a target
TWI285912B (en) Processing apparatus and method of processing apparatus maintenance
US6993926B2 (en) Method and apparatus for high heat flux heat transfer
KR101798553B1 (en) Ice maker for refrigerator and refrigerator comprising the same
US20060060331A1 (en) Apparatus and method for enhanced heat transfer
US20120145361A1 (en) Apparatus and method for enhanced heat transfer
CA2757813A1 (en) Temperature regulation system with active jetting type refrigerant supply and regulation
JP2007527619A (en) Cooling method and apparatus
JPWO2007102498A1 (en) Boiling cooling method, boiling cooling device, flow channel structure, and application product thereof
Heffington et al. Vibration-induced droplet atomization heat transfer cell for high-heat flux applications
JP4816696B2 (en) Heat exchanger
JP2007093071A (en) Cooling device
KR100814687B1 (en) Ice maker having thermoelectric element
KR101648669B1 (en) Ice and cold water maker using thermoelectric element
KR102101030B1 (en) Air conditioner using thermoelement module
JP6054661B2 (en) Cooling device, cooling system, and cooling heating system
KR20170115842A (en) Refrigerator
JP4889747B2 (en) Heat exchanger and air conditioner equipped with the same
KR200493302Y1 (en) Liquid Phase Beverage Supercooling Device
JP2004084995A (en) Absorber and absorption type refrigerator using it
KR200489423Y1 (en) Liquid Phase Beverage Supercooling Device

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant