KR200232600Y1 - 열전소자를 이용한 열교환 장치 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 열전소자를 3차원상에 효과적으로 배열함으로써 열 교환장치의 크기를 최소화하며, 단위 부피 당 열교환 용량을 극대화시킨 열교환 장치에 관한 것으로, 냉각수가 흐르면서 열을 흡수하며 높이 방향으로 순차적으로 형성된 3개의 제 1 열교환기와, 제 1 열교환기 사이에 위치하며 열방출 물질이 흐르면서 열을 방출하는 2개의 제 2 열교환기, 및 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에 위치하며 제 2 열교환기로부터 열을 흡수하여 제 1 열교환기에 흡수된 열을 공급하는 다수의 열전소자로 이루어진 4개의 열전소자층이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 한다.
Description
본 고안은 열전소자를 이용한 열교환 장치에 관한 것으로, 상세하게는 열전소자를 3차원상에 효과적으로 배열함으로써 열교환 장치의 크기를 최소화할 수 있으며 단위 부피당 열 교환 용량을 극대화시킨 열전소자를 이용한 열교환 장치에 관한 것이다.
일반적으로 열교환 장치는 목표물을 가열하거나 냉각하기 위한 장치로서 2종류의 금속 끝을 접속시켜, 여기에 전류를 흘려보내면, 전류의 방향에 따라 한쪽 단자에서는 흡열하고, 다른 쪽 단자에서는 발열을 일으키는 열전소자를 이용한다.
이러한 열교환 장치는 도 1에 도시한 바와 같이 발열 또는 흡열 기능을 하는 열전소자들에 냉매가 흐르는 제 2 열교환기의 열을 냉각수가 흐르는 제 1 열교환기에 전달하도록 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이를 열전소자에 의해 접하는 형태로 설계된다. 일반적으로 제 1 열교환기는 냉각수를 사용하고, 제 2 열교환기는 냉매를 사용한다. 또한 열교환 장치는 수냉식의 경우를 예를 들었으나 방열판을 장착한 공냉식이 사용되기도 한다.
열교환 장치가 갖추어야 할 중요 조건으로는 단위시간당 열교환 용량이 커야 하며 그 크기는 되도록 작아야 한다는 점이다. 열교환 용량이 커야 목표물의 온도를 빠른 시간에 원하는 온도로 바꾸어 줄 수 있다. 또한 그 크기가 작아야 점유 면적을 줄일 수 있고, 점유 면적을 줄이면 열손실도 줄일 수 있다. 즉 점유 면적이 작은 열교환기 장치는 목표물로부터 가까운 거리, 예를 들면 목표물의 바로 옆에 설치할 수 있으며 이렇게 함으로써 냉매의 이송 거리가 짧아져서 열 손실을 최소화할 수 있다. 뿐만 아니라 목적물의 승온 또는 강온 속도를 빠르게 조절할 수 있다.
열교환 장치의 또 다른 중요 조건으로는 열전소자와 열교환기가 틈이 없이 완전히 밀착되어야 한다는 점이다. 틈이 있으면 열교환 효율이 나빠진다.
도 1과 같은 구조의 열전소자들에 전기를 흘리면 제1 과 제 2 열교환기에 온도 편차가 발생한다. 이로 인해 열교환기에 뒤틀림이 발생하고 이에 따라 열전소자들과 열 교환기의 접촉이 불량해져서 열 교환 효율이 떨어지는 문제가 발생한다. 이러한 문제점은 열교환 용량을 증가시키기 위해 열전소자의 수를 증가시킬수록 심각해진다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 도 2에 도시한 바와 같이 제 2 열 교환기의 상·하부에 열전소자 층을 배치하고 그 상·하부에 제 1 열 교환기를 배치시키고, 열전소자가 열교환기의 최장축을 따라 자유롭게 움직일 수 있도록 장비를 사용함으로써 열교환기의 변형에 따른 문제를 최소화하고자 하였다.
그러나, 이와 같은 열교환 장치의 최장축을 따라 자유롭게 움직일 수 있는 장비를 사용하더라도 열교환 용량을 증가시키기 위해서는 열교환 장치의 길이 방향으로 열전소자의 수를 증가시킬 수밖에 없으며, 열전소자를 증가시키면 온도구배에 의한 열응력이 더 커질 가능성이 있다. 또한 열전소자의 수가 증가하면 특정 방향으로 길이가 증가함으로써 열교환장치 설계의 제약을 받게 된다.
따라서, 이러한 문제점을 개선하기 위하여 작은 공간에 더 많은 수의 열전 소자를 배치함과 동시에 이로 인한 열응력을 최소화할 수 있는 방법이 요구되었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은 열전소자를 3차원상에 효과적으로 배열함으로써 열 교환장치의 크기를 최소화하며, 단위 부피 당 열교환 용량을 극대화시킨 열전소자를 이용한 열교환 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 열전소자를 이용한 열교환기의 평면도 및 측면도이다.
도 2는 본 고안의 일실시예에 따른 열전소자를 이용한 열교환 장치의 부분 분해 사시도이다.
도 3a와 도 3b는 본 고안의 일실시예에 따른 제 1 열교환기와 제 2 열교환기의 분기관이다.
도 4a와 도 4b는 본 고안의 일실시예에 따른 열전소자를 이용한 열교환 장치를 고정한 정면도 및 측면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 제 1 열교환기 3 : 열전소자
5 : 제 2 열교환기 7 : 냉각수 유입부
9 : 냉각수 회수부 11 : 냉매 유입부
13 : 냉매 회수부 15 : 냉각수 공급관
17, 21 : 분기관 19 : 냉매 공급관
23 : 고무 패드 25 : 체결판
27 : 볼트 29 : 너트
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 것으로, 본 고안의 열전소자를 이용한 열교환 장치는 일정 간격을 두고 적층 가능하게 위치하는 적어도 3개 이상의 제 1 열교환기와, 각각의 제 1 열교환기 사이에 위치하는 제 2 열교환기, 및 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에 위치하며 제 2 열교환기와 제 1 열교환기의 열 교환을 매개하는 다수의 열전소자로 이루어진 열전소자층이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 한다.
이때, 열전소자는 제 2 열교환기의 열을 흡수하여 제 1 열교환기로 방출하도록 설치하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제 1 열교환기에는 냉각수가 흐르도록 주입하고, 제 2 열교환기에는 사용한 냉매가 흐르도록 주입한 경우에는 열전소자가 냉매의 열을 흡수하여 냉각수에 방출하도록 설치한다.
바람직하게, 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 중의 어느 하나는 착탈가능한 분기관으로 결합된다.
또한 바람직하게, 최상층과 최하층의 제 1 열교환기 외부에 완충수단을 설치하고, 완충수단의 외부에 각각 체결판을 설치하여 체결판과 체결판을 볼트와 너트로 고정시킨 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 열교환장치의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 2는 본 고안의 일실시예에 따른 열전소자를 이용한 열교환 장치의 부분 분해 사시도이고, 도 3a와 도 3b는 본 고안의 일실시예에 따른 제 1 열교환기와 제 2 열교환기의 분기관이고, 도 4a와 도 4b는 본 고안의 일실시예에 따른 열전소자를 이용한 열교환 장치를 고정한 정면도 및 측면도이다. 이때, 본 고안의 일실시예에서는 제 1 열교환기에는 냉매가 흐르도록 하고, 제 2 열교환기에는 냉매가 흐르도록 하였으며, 열전소자는 제 2 열교환기에서 열을 흡수하여 제 1 열교환기에 방출하도록 설치하였다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 고안의 열전소자를 이용한 열교환 장치는 냉각수가 흐르면서 열을 흡수하는 3개의 제 1 열교환기(1)가 적층 방향으로 배치된다. 제 1 열교환기(1)의 일측에는 냉각수를 공급되는 냉각수 유입부(7)가 형성되고, 타측에는 유입된 냉각수를 회수하는 냉각수 회수부(9)가 형성된다.
각각의 제 1 열교환기(1) 사이에는 열을 방출하는 제 2 열교환기(5)가 형성된다. 이때, 제 1 열교환기(1)와 유사하게 제 2 열교환기(5)의 일측에는 냉매를 유입하는 냉매 유입부(11)가 형성되고, 타측에는 전열소자에 의해 냉각된 냉매를 회수하는 냉매 회수부(13)가 형성된다.
또한, 각각의 제 1 열교환기(1)와 제 2 열교환기(5) 사이에는 제 2 열교환기(5)로부터 열을 흡수하여 제 1 열교환기(1)에 흡수된 열을 방출하는 다수의 열전소자로 이루어진 열전소자층이 위치한다.
위와 같은 열교환 장치는, 도 2에 도시한 바와 같이, 열교환 장치의 구조는 순차적으로 제 1 열교환기(1), 열전소자(3), 제 2 열교환기(5), 열전소자(3), 제 1 열교환기(1), 열전소자(3), 제 2 열교환기(5), 열전소자(3) 및 제 1 열교환기(1)가 적층된 구조를 갖는다. 따라서, 하나의 제 2 열교환기는 인접하는 2개의 열전소자 층에 열을 공급하고, 열전소자층이 흡수한 열을 인접한 제 1 열교환기에 방출하기 때문에 열전달 효율을 향상시킬 수 있다.
이때, 제 1 열교환기의 냉각수 유입부(7)에 유입되는 냉각수는 도 3a에 도시한 바와 같이, 냉각수 공급관(15)에 착탈되어 냉각수 유입부(7)의 개수에 따라 분리된 분기관(17')에 의해 한꺼번에 연결되어 공급되고, 사용된 냉각수는 냉각수 회수부(9)의 개수에 따라 분리된 분기관(17')에 통합되어 하나의 냉각수 회수관(9')을 통해 회수된다. 즉, 제 1 열교환기가 3개인 열교환 장치의 냉각수 유입부(7)는 하나의 냉각수 공급관(15)으로부터 3개로 나누어진 분기관(17)으로 연결되며, 냉각수 회수부(9)는 3개로 나누어진 분기관(17)으로 연결되어 하나의 냉각수 회수관에 연결된다.
이와 함께 제 2 열교환기의 냉매 유입부(11)에 유입되는 냉매는 도 3b에 도시한 바와 같이, 냉매 공급관(19)에 착탈되어 냉매 유입부(11)의 개수에 따라 분리된 분기관(21)에 의해 한꺼번에 연결되어 공급되고, 감온된 냉매는 냉매 회수부(13)의 개수에 따라 분리된 분기관(21)에 통합되어 하나의 냉매 회수관에서 회수된다.
이와 같은 본 고안의 열교환 장치는 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 고정되는데, 최상층과 최하층에 위치하는 각각의 제 1 열교환기(1) 외부에 완충수단(23), 바람직하게는 고무패드를 설치하고, 완충수단(23)의 외부에 각각 체결판(25)을 설치하여 각 체결판(25)의 외부에 볼트(27), 너트(29)를 위치시켜 결합하여 제 1 열교환기(1), 열전소자(3), 제 2 열교환기(5), 열전소자, 제 1 열교환기(1), 열전소자(3), 제 2 열교환기(5), 열전소자(3), 제 1 열교환기(5)를 결합시킨다.
이상 본 고안의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 고안이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 실용신안등록청구범위와 도면에 정의된 본 고안의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 고안을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 고안의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 고안의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
본 고안에 따른 열교환 장치는 열전소자를 3차원상에 효과적으로 배열함으로써 열 교환장치의 크기를 최소화할 수 있으며 열교환장치의 단위 부피당 열 교환 용량을 극대화시킬 수 있다.
또한 본 고안의 열교환장치는 냉매의 량에 따라 적층 구조를 변화시켜 원하는 온도을 갖는 목적물이 되도록 승온 또는 강온 속도를 빠르게 조절할 수 있다.
또한, 열교환 장치를 다층 구조로 적층하기 때문에 제1 과 제 2 열교환기의온도 편차가 감소시켜 열교환기의 뒤틀림 현상을 방지할 수 있다.
Claims (4)
- 일정 간격을 두고 적층 가능하게 위치하는 적어도 3개 이상의 제 1 열교환기;상기 각각의 제 1 열교환기 사이에 위치하는 제 2 열교환기; 및상기 제 1 열교환기와 상기 제 2 열교환기 사이에 위치하며 상기 제 2 열교환기와 상기 제 1 열교환기의 열 교환을 매개하는 다수의 열전소자로 이루어진 열전소자층이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 열교환 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 중의 어느 하나는 착탈 가능한 분기관으로 결합된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 열교환 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 열교환기의 열방출 물질은 하나의 도입관으로부터 제 2 열교환기의 개수와 일치하게 분리된 분기관을 이용하여 각각의 제 2 열교환기에 공급되는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 열교환 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 최상층과 최하층의 제 1 열교환기 외부에 완충수단을 설치하고, 상기 완충수단의 외부에 각각 체결판을 설치하여 상기 체결판과 체결판을 볼트와 너트로 고정시킨 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 열교환 장치.
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Publications (1)
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| KR2020010004357U KR200232600Y1 (ko) | 2001-02-20 | 2001-02-20 | 열전소자를 이용한 열교환 장치 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101208577B1 (ko) * | 2011-01-04 | 2012-12-06 | 주식회사 제이에스티 | 냉각 모듈 및 이를 포함하는 냉각 시스템 |
| US9175886B2 (en) | 2012-12-26 | 2015-11-03 | Hyundai Motor Company | Heat exchanger having thermoelectric element |
| KR20190008763A (ko) * | 2017-07-17 | 2019-01-25 | 한국해양과학기술원 | 스택형 열전발전 시스템 |
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2001
- 2001-02-20 KR KR2020010004357U patent/KR200232600Y1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101208577B1 (ko) * | 2011-01-04 | 2012-12-06 | 주식회사 제이에스티 | 냉각 모듈 및 이를 포함하는 냉각 시스템 |
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| KR20190008763A (ko) * | 2017-07-17 | 2019-01-25 | 한국해양과학기술원 | 스택형 열전발전 시스템 |
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