KR200263749Y1 - Cooling device of radiator type for cooling of thermoelectric element - Google Patents
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Abstract
본 고안은 열전소자를 냉각시키기 위한 냉각 장치에 있어서, 상기 열전소자모듈과 접하도록 설치되며, 내부에는 상기 열전소자로부터 방출된 열에 의해 기화되는 냉매가 충진된 냉매 탱크와; 일단이 상기 냉매 탱크에 연결된 기화 파이프와; 하단에 상기 기화 파이프의 타단이 연결되며, 상기 기화 파이프를 통해 유입되는 냉매를 액화시켜 배출하는 라디에이터 유니트와; 상기 라디에이터 유니트로 냉각풍을 공급하는 냉각팬과; 상기 라디에이터 유니트에서 배출되는 액화 냉매를 냉매 탱크로 이송하는 액화 파이프를 포함함을 특징으로 하는 열전소자모듈을 냉각시키기 위한 라디에이터형 냉각장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a cooling apparatus for cooling a thermoelectric element, the coolant tank being installed to be in contact with the thermoelectric element module and filled with a refrigerant vaporized by heat discharged from the thermoelectric element; A vaporization pipe, one end of which is connected to the refrigerant tank; A radiator unit connected to the other end of the vaporization pipe and configured to liquefy and discharge the refrigerant introduced through the vaporization pipe; A cooling fan for supplying cooling air to the radiator unit; It provides a radiator type cooling device for cooling the thermoelectric module characterized in that it comprises a liquefied pipe for transferring the liquefied refrigerant discharged from the radiator unit to the refrigerant tank.
Description
본 고안은 열전소자 냉각 모듈에 관한 것으로서, 특히 메탄올 등의 냉매를 이용한 열전소자모듈을 냉각시키기 위한 라디에이터형 냉각장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric element cooling module, and more particularly, to a radiator type cooling device for cooling a thermoelectric element using a refrigerant such as methanol.
통상적으로, 열전소자는 전류에 의해 열의 흡수 또는 발생이 생기는 현상인 펠티에 효과를 이용한 소자로서, 상기 펠티에 효과는 2 종류의 금속 끝을 접속시켜 전류를 흘려보내면, 전류의 방향에 따라 한쪽 단자에서는 흡열하고, 다른 쪽 단자에서는 발열을 일으키는 현상이다.In general, a thermoelectric element is a device using a Peltier effect, which is a phenomenon in which heat is absorbed or generated by an electric current. The other terminal generates heat.
상기 열전소자는 전류의 방향에 따라 흡열 및 발열의 전환이 가능하고, 전류량에 따라 흡열량 및 발열량이 조절된다. 또한, 상기 열전소자는 어디든지 간편하게 냉각과 가열이 동시에 가능하여 상온에서 대상물을 - 30℃에서 180℃까지 냉각과 가열을 통해 일정 온도로 유지되게 하게 할 수 있으므로, 냉온기나 상온 부근의 정밀한 항온조 등에 응용된다.The thermoelectric element can switch between endothermic and exothermic according to the direction of the current, and the endothermic amount and the calorific value are adjusted according to the amount of current. In addition, the thermoelectric element can be easily cooled and heated at the same time anywhere, so that the object can be maintained at a constant temperature by cooling and heating at -30 ° C to 180 ° C at room temperature. Is applied.
한편, 상기 열전소자의 냉각 범위와 냉각 효율을 높이고 가열 모드에서 냉각 모드로 전환되는 시간을 단축시키기 위해서는 고효율 냉각 방식의 적용이 필수적이다. 이와 같이 열전소자를 냉각시키는 방식에는 대한민국 특허출원번호 제1997-44848호 '열전소자를 이용한 냉장고' 등에 개시된 바와 같은 히트 싱크(heat sink)를 이용한 방식과, 파이프 내에 충진된 냉매의 잠열을 이용하여 열전소자를 냉각시키는 냉매 파이프를 이용한 방식 등이 있다.On the other hand, in order to increase the cooling range and cooling efficiency of the thermoelectric element and to shorten the time for switching from the heating mode to the cooling mode, application of a high efficiency cooling method is essential. As such a method of cooling the thermoelectric element using a heat sink as disclosed in the Republic of Korea Patent Application No. 1997-44848 'refrigerator using a thermoelectric element' and the latent heat of the refrigerant filled in the pipe And a refrigerant pipe for cooling the thermoelectric element.
그러나, 상술한 히트 싱크를 이용한 냉각 방식과 냉매 파이프를 이용한 냉각 방식 모두 냉각 효율 및 냉각 속도가 우수하지 못해 열전소자를 효과적으로 냉각시키지 못하므로 열전소자의 냉각 범위와 냉각 효율을 향상시키는데에는 한계를 가지고 있었다.However, both the cooling method using the heat sink and the cooling method using the refrigerant pipe do not have excellent cooling efficiency and cooling rate, and thus do not effectively cool the thermoelectric element. Therefore, there is a limit in improving the cooling range and cooling efficiency of the thermoelectric element. there was.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 고안의 목적은 가열된 열전소자를 빠르고 효과적으로 냉각시킴으로써 열전소자의 냉각 범위 및 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 열전소자모듈을 냉각시키기 위한 라디에이터형 냉각장치를 제공하는데 있다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a radiator type cooling device for cooling a thermoelectric module that can improve the cooling range and cooling performance of the thermoelectric element by cooling the heated thermoelectric element quickly and effectively. .
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 열전소자모듈를 냉각시키기 위한 냉각 장치에 있어서, 상기 열전소자모듈과 접하도록 설치되며, 내부에는 상기 열전소자모듈로부터 방출된 열에 의해 기화되는 냉매가 충진된 냉매 탱크와; 일단이 상기 냉매 탱크에 연결된 기화 파이프와; 하단에 상기 기화 파이프의 타단이 연결되며, 상기 기화 파이프를 통해 유입되는 냉매를 액화시켜 배출하는 라디에이터 유니트와; 상기 라디에이터 유니트로 냉각풍을 공급하는 냉각팬과; 상기 라디에이터 유니트에서 배출되는 액화 냉매를 냉매 탱크로 이송하는 액화 파이프를 포함함을 특징으로 하는 열전소자모듈을 냉각시키기 위한 라디에이터형 냉각장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a cooling device for cooling a thermoelectric module, which is installed to be in contact with the thermoelectric module, and a refrigerant filled therein with a refrigerant vaporized by heat emitted from the thermoelectric module. A tank; A vaporization pipe, one end of which is connected to the refrigerant tank; A radiator unit connected to the other end of the vaporization pipe and configured to liquefy and discharge the refrigerant introduced through the vaporization pipe; A cooling fan for supplying cooling air to the radiator unit; It provides a radiator type cooling device for cooling the thermoelectric module characterized in that it comprises a liquefied pipe for transferring the liquefied refrigerant discharged from the radiator unit to the refrigerant tank.
도 1은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 열전소자모듈을 냉각시키기 위한 라디에이터형 냉각장치를 나타낸 정면 구성도,1 is a front configuration diagram showing a radiator type cooling device for cooling a thermoelectric module according to a preferred embodiment of the present invention;
도 2는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 열전소자모듈을 냉각시키기 위한 라디에이터형 냉각장치를 나타낸 측면 구성도,Figure 2 is a side configuration view showing a radiator type cooling device for cooling the thermoelectric module according to a preferred embodiment of the present invention,
도 3은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 열전소자모듈을 냉각시키기 위한 라디에이터형 냉각장치의 냉각 파이프를 나타낸 단면도.Figure 3 is a cross-sectional view showing a cooling pipe of the radiator type cooling device for cooling the thermoelectric module according to a preferred embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
110 : 냉매 탱크 120 : 기화 파이프110: refrigerant tank 120: vaporization pipe
130 : 라디에이터 유니트 132 : 로우어 실린더130: radiator unit 132: lower cylinder
134 : 어퍼 실린더 136 : 냉각 파이프134: upper cylinder 136: cooling pipe
138 : 냉각핀 140 : 냉각팬138: cooling fin 140: cooling fan
150 : 액화 파이프150: liquefied pipe
이하 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 고안을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 열전소자모듈을 냉각시키기 위한 라디에이터형 냉각장치를 나타낸 정면 구성도이고, 도 2는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 열전소자모듈을 냉각시키기 위한 라디에이터형 냉각장치를 나타낸 측면 구성도이며, 도 3은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 열전소자모듈을 냉각시키기 위한 라디에이터형 냉각장치의 냉각 파이프를 나타낸 단면도이다.1 is a front configuration diagram showing a radiator type cooling apparatus for cooling a thermoelectric module according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a radiator type cooling for cooling the thermoelectric module according to a preferred embodiment of the present invention 3 is a cross-sectional view illustrating a cooling pipe of a radiator type cooling device for cooling a thermoelectric module according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 열전소자모듈을 냉각시키기 위한 라디에이터형 냉각장치(100)는 냉매 탱크(110), 기화 파이프(120), 라디에이터 유니트(130), 냉각팬(140) 및 액화 파이프(150)로 이루어진다.1 to 3, the radiator type cooling device 100 for cooling the thermoelectric module according to the preferred embodiment of the present invention is a refrigerant tank 110, vaporization pipe 120, radiator unit 130 , The cooling fan 140 and the liquefied pipe 150.
(1) 냉매 탱크(1) refrigerant tank
상기 냉매 탱크(110)는 열전소자모듈(160)을 냉각시키는데 사용되는 냉매를 저장하며, 상기 열전소자모듈(160)과 열교환이 일어나는 부분이다. 상기 냉매 탱크(110)는 열전소자모듈(160)과 접하도록 설치되며, 내부에는 상기 열전소자모듈(160)로부터 방출된 열에 의해 기화되는 냉매가 충진된다. 상기 열전소자모듈(160)은 열전소자와, 상기 열전소자로의 직류전류 공급을 스위칭하는 열전소자 구동모듈로 구성된다. 상기 냉매 탱크(110)는 열전소자모듈(160)과의 접촉 면적이 넓도록 직육면체 모양의 것이 바람직하다.The refrigerant tank 110 stores a refrigerant used to cool the thermoelectric module 160, and is a portion where heat exchange occurs with the thermoelectric module 160. The refrigerant tank 110 is installed to be in contact with the thermoelectric module 160, the inside is filled with a refrigerant vaporized by the heat emitted from the thermoelectric module 160. The thermoelectric module 160 includes a thermoelectric element and a thermoelectric element driving module for switching a DC current supply to the thermoelectric element. The refrigerant tank 110 is preferably a rectangular parallelepiped shape so as to have a wide contact area with the thermoelectric module 160.
상기 냉매로는 메탄올을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 메탄올은 메틸 알코올이라고도 하며, 끓는점이 64.65℃로서 열에 의해 쉽게 기화되므로 냉매로 적합하다.It is preferable to use methanol as the refrigerant. The methanol is also referred to as methyl alcohol, it is suitable as a refrigerant because the boiling point is 64.65 ℃ easily vaporized by heat.
(2) 기화 파이프(2) vaporization pipe
상기 기화 파이프(120)는 냉매 탱크(110) 내에서 열에 의해 기화된 냉매가 라디에이터 유니트(130)로 이동하는 통로이다. 상기 기화 파이프(120)는 일단이 상기 냉매 탱크(110)에, 타단은 상기 라디에이터 유니트(130)에 연결된다. 상기 기화 파이프(120)는 가볍고 부식에 강한 알루미늄 합금 재질이 바람직하다.The vaporization pipe 120 is a passage through which the refrigerant vaporized by heat in the refrigerant tank 110 moves to the radiator unit 130. One end of the vaporization pipe 120 is connected to the refrigerant tank 110 and the other end is connected to the radiator unit 130. The vaporization pipe 120 is preferably a lightweight aluminum alloy material resistant to corrosion.
(3) 라디에이터 유니트(3) radiator unit
상기 라디에이터 유니트(130)는 냉매 탱크(110)로부터 기화된 냉매가 유입되면, 냉매로부터 열을 빼앗아 액화시킨 후 다시 냉매 탱크(110)로 배출하는 냉각 수단이다.The radiator unit 130 is cooling means for releasing heat from the refrigerant, liquefying it, and then discharging it again to the refrigerant tank 110 when the vaporized refrigerant flows from the refrigerant tank 110.
상기 라디에이터 유니트(130)는 기화 파이프(120)와 액화 파이프(150)의 일단과 연결된 로우어 실린더(132)와, 상기 로우어 실린더(132)와 이격되어 상부에 설치된 어퍼 실린더(134)와, 상기 로우어 실린더(132)와 어퍼 실린더(134) 사이를연결하는 다수개의 냉각 파이프(136) 및 상기 냉각 파이프(136)의 양측면에 각각 설치된 냉각핀(138)으로 이루어진다.The radiator unit 130 includes a lower cylinder 132 connected to one end of the vaporization pipe 120 and the liquefied pipe 150, an upper cylinder 134 spaced apart from the lower cylinder 132, and an upper portion thereof; It consists of a plurality of cooling pipes 136 connecting between the lower cylinder 132 and the upper cylinder 134 and cooling fins 138 respectively provided on both sides of the cooling pipe 136.
상기 어퍼 실린더(134)는 라디에이터 유니트(130)에 냉매를 공급할 수 있도록 일단에 냉매 공급 밸브(135)를 가진다. 상기 냉각 파이프(136)는 내부에 다수개의 관통홀(137)을 가진 다공 구조를 형성하는 것이 바람직하다.The upper cylinder 134 has a coolant supply valve 135 at one end to supply a coolant to the radiator unit 130. The cooling pipe 136 preferably forms a porous structure having a plurality of through holes 137 therein.
(4) 냉각팬(4) cooling fan
상기 냉각팬(140)은 라디에이터 유니트(130)로 냉각풍을 공급하는 수단이다. 상기 냉각팬(140)은 라디에이터 유니트(130)의 냉각 파이프(136)를 통해 이동하는 냉매에 냉각풍을 불어 넣어 기화 냉매가 액화 냉매로 변환하는 것을 돕는다.The cooling fan 140 is a means for supplying cooling air to the radiator unit 130. The cooling fan 140 blows cooling air into the refrigerant moving through the cooling pipe 136 of the radiator unit 130 to help the vaporized refrigerant convert into a liquefied refrigerant.
상기 냉각팬(140)으로는 크로스 플로우 팬(cross flow fan) 혹은 원심 팬(centrifugal fan)을 사용할 수 있다.As the cooling fan 140, a cross flow fan or a centrifugal fan may be used.
(5) 액화 파이프(5) liquefied pipe
상기 액화 파이프(150)는 라디에이터 유니트에서 배출되는 액화된 냉매를 냉매 탱크로 이송하는 통로이다. 상기 액화 파이프(150)는 일단이 로우어 실린더(132)에, 타단은 냉매 탱크(110)에 각각 연결된다.The liquefied pipe 150 is a passage for transferring the liquefied refrigerant discharged from the radiator unit to the refrigerant tank. One end of the liquefied pipe 150 is connected to the lower cylinder 132, and the other end is connected to the refrigerant tank 110.
상기 액화 파이프(150)는 도 2에 도시된 바와 같이 측면에서 보아 기화 파이프(120)와 이루는 각도(α)가 90도 내외인 것이 바람직하다. 또한, 상기 액화 파이프(150)는 기화 파이프(120)와 마찬가지로, 가볍고 부식에 강한 알루미늄 합금 재질이 바람직하다.As shown in FIG. 2, the liquefied pipe 150 may have an angle α of about 90 degrees with respect to the vaporization pipe 120. In addition, the liquefied pipe 150, like the vaporization pipe 120, is preferably a lightweight aluminum alloy material resistant to corrosion.
한편, 본 고안의 실시예에 따른 열전소자모듈을 냉각시키기 위한 라디에이터형 냉각장치(100)의 작동 과정을 살펴보면 다음과 같다.On the other hand, looking at the operation of the radiator-type cooling device 100 for cooling the thermoelectric module according to an embodiment of the present invention as follows.
대상물(R)을 냉각 혹은 가열시키는 과정 중 열전소자모듈(160)에 열이 발생하면, 냉매 탱크(110) 내에 저장된 냉매는 열전소자모듈(160)로부터 열을 빼앗아 기화된다. 기화된 냉매는 기화 파이프(120)를 통해 라디에이터 유니트(130)의 로우어 실린더(132)로 이동한다. 상기 로우어 실린더(132)로 이동한 기화 냉매는 다시 다공 구조의 냉각 파이프(136)를 통해 어퍼 실린더(134)로 이동한다. 이때, 상기 냉매는 냉각핀(138)과 냉각팬(140)의 냉각 작용에 의해 액화된다.When heat is generated in the thermoelectric module 160 during the cooling or heating of the object R, the refrigerant stored in the coolant tank 110 is vaporized by taking heat from the thermoelectric module 160. The vaporized refrigerant moves through the vaporization pipe 120 to the lower cylinder 132 of the radiator unit 130. The vaporized refrigerant moved to the lower cylinder 132 again moves to the upper cylinder 134 through the cooling pipe 136 of the porous structure. At this time, the refrigerant is liquefied by the cooling action of the cooling fin 138 and the cooling fan 140.
이어, 액화된 냉매는 다시 어퍼 실린더(134)에서 냉각 파이프(136)를 통해 로우어 실린더(132)로 이동하고, 상기 로우어 실린더(132)에서 액화 파이프(150)를 통해 냉매 탱크(110)로 유입된다. 상기 냉매 탱크(110)로 유입된 냉매는 상술한 바와 같은 냉각 순환을 계속한다.Subsequently, the liquefied refrigerant moves back from the upper cylinder 134 to the lower cylinder 132 through the cooling pipe 136 and from the lower cylinder 132 to the refrigerant tank 110 through the liquefied pipe 150. Flows into. The refrigerant introduced into the refrigerant tank 110 continues the cooling circulation as described above.
본 고안의 실시예에 따른 열전소자모듈을 냉각시키기 위한 라디에이터형 냉각장치은 라디에이터 유니트에 의한 빠른 냉매 순환이 이루어지므로, 종래 히트 싱크를 이용한 냉각 방식이나 냉매 파이프를 이용한 냉각 방식에 비해 10 내지 50배 정도 냉각 효율이 향상되며, 냉각 범위 또한 종래 -7 내지 -10℃까지만 가능했던데 반해 -17 내지 -20℃까지 넓혀주게 된다.Radiator type cooling device for cooling the thermoelectric module according to an embodiment of the present invention is a rapid refrigerant circulation by the radiator unit, 10 to 50 times compared to the conventional cooling method using a heat sink or a cooling method using a refrigerant pipe. The cooling efficiency is improved, and the cooling range is also limited to -7 to -10 ° C, while widening to -17 to -20 ° C.
상술한 바와 같이 본 고안의 실시예에 따른 열전소자모듈을 냉각시키기 위한 라디에이터형 냉각장치는 가열된 열전소자를 빠르고 효과적으로 냉각시켜줌으로써 열전소자의 냉각 범위를 넓힐 뿐만 아니라 냉각 속도 등 냉각 성능을 획기적으로 향상시켜주는 효과가 있다.As described above, the radiator type cooling device for cooling the thermoelectric module according to the embodiment of the present invention not only widens the cooling range of the thermoelectric element by cooling the heated thermoelectric element quickly and effectively, but also dramatically reduces the cooling performance such as cooling speed. It has the effect of improving.
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Cited By (2)
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| KR20030039206A (en) * | 2001-11-12 | 2003-05-17 | 주식회사 다온테크 | Improvement device of cooling fuction in cooling apparatus of radiator type |
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2001
- 2001-10-31 KR KR2020010033300U patent/KR200263749Y1/en not_active IP Right Cessation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| U107 | Dual application of utility model | ||
| REGI | Registration of establishment | ||
| T201 | Request for technology evaluation of utility model | ||
| T701 | Written decision to grant on technology evaluation | ||
| G701 | Re-publication after modification of scope of protection [utility model] | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |