KR20030062502A - 열교환용 히트파이프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환용 히트파이프에 관한 것으로,

본 발명에서는 다수개의 방열핀을 본체와 일체로 형성하여 향상된 열전도율을 갖도록 하며, 내경으로는 접촉면적을 증대시키기 위한 격자홈이 형성되는 열교환용 히트파이프가 제공된다.

Description

열교환용 히트파이프{HEAT PIPE}

본 발명은 열교환용 히트파이프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수개의 방열핀을 본체와 일체로 형성하여 향상된 열전도율을 갖도록 하며, 내경으로는 접촉면적을 증대시키기 위한 격자홈이 형성되는 열교환용 히트파이프에 관한 것이다.

일반적으로, 열교환기는 고온 또는 저온의 유체로부터 전열벽을 통해서 저온또는 고온의 유체에 열을 전달하는 장치인바, 열교환기는 가열기, 냉각기, 증발기, 응축기 등에 이용된다.

또한, 열교환에 사용되는 유체로는 기체 또는 액체를 사용하는 것이 일반적이며, 열교환기의 전열벽은 금속관을 이용하여 구성하게 된다.

이와같은 열교환기는 산업현장에서의 폐열 회수, 자동차 및 중장비의 엔진 과열, 에어컨, 냉장고 또는 난방을 위한 히터, 동력발생, 냉동, 공기정화, 식품제조공정, 화학공정, 기름정제 및 운송수단 등에 다양하게 사용되고 있다.

도 1은 종래 열교환기의 구성도로서, 공기를 냉각유체로 사용하는 열교환기(20)를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 열교환기(20) 좌측 상단에 유입구(23)가 구비되어 있으며, 또한 우측 하단에는 유출구(24)가 구비되어 열교환된 유체는 하부탱크(25)를 거쳐 유출구(24)로 배출된다. 피냉각 유체는 유입구(23)를 통해 상부탱크(22)로 유입된다.

한편, 상부탱크(22) 및 하부탱크(25) 사이에는 다수의 전열관(28)이 결합되어, 유입구(23)로부터 유입되어 유출구(24)로 배출되는 피냉각유체의 냉각 이동경로로서 작용하도록 하며, 전열관(28)의 측면에는 요철 형태의 핀(26)이 설치되어 피냉각 유체의 냉각효율이 향상되도록 한다.

즉, 고온의 피냉각 유체는 유입구(23)를 통하여 상부탱크(22)로 유입되고, 상부탱크(22) 내의 피냉각 유체는 다수개의 전열관(28)을 통과하면서, 전열관(28)의 외주연의 핀(26)이 대기와 열교환함에 따라 냉각된 후 하부탱크(24)를 거쳐 하부탱크(25) 일측에 형성되어 있는 유출구(24)로 배출된다.

이와같이, 종래 열교환기(20)에서 피냉각 유체의 이동경로는 상부탱크(22), 전열관(28), 하부탱크(25) 순으로 되어있어, 피냉각유체가 좁은 면적의 복수개의 전열관(28)을 통과하기 때문에 유로저항이 상승하여 열교환기(20)의 방열효율을 저하시키는 문제점이 있다.

또한, 상부탱크(22)와 하부탱크(25) 사이에 다개수의 전열관(28)이 용접되어 있으므로 피냉각유체의 누수, 누기 및 누유의 발생 가능성이 높은 문제점을 갖는 것이었다.

이에, 근래에는 도 2에서와 같은 구조의 히트파이프(Heat Pipe)를 열교환기에 열전달 매체로 적용하여, 유체의 냉각 또는 가열 속도를 향상시키고 열교환기의 구조를 보다 단순화하여 제품의 생산성을 향상시킨 제품이 제시된 바 있다.

하지만, 도 2에 도시된 구조의 히트파이프(100)는 봉상체를 취하는 본체의 외둘레로 방열핀(110)을 끼움한 상태에서 별도의 고정수단에 의해 고정하는 구조를갖는 것임에 따라 접촉부위의 마모 또는 파손의 우려가 있으며, 이로인해 방열성능이 저하되는 문제점을 갖는 것이었다.

또한, 종래 히트파이프는 고온의 피냉각 유체의 열을 흡수하여 기화, 증발되는 휘발성 작동유체(물이나, 알콜, 프레온, 열매체 등)와 방열핀과의 열접촉면적을 증대시키고 또한 작동유채가 원활하게 입열부로 되돌아올 수 있도록 하기 위해 안내망을 히트파이프의 내경으로 설치하게 되는데, 이와같은 안내망을 설치함에 따라 제작이 난해한 문제점을 갖는 것이었다.

이에, 본 발명은 전술한 종래 히트파이프가 갖는 제반적인 문제점을 해결하고자 창안된 것으로,

본 발명의 목적은 다수개로 설치되는 방열핀을 본체와 일체로 형성하여 향상된 열전도율을 갖도록 하며, 접촉면적을 증대시키기 위한 망설치를 배제하고 내경으로 격자홈을 형성하여 구조의 간소화할 수 있는 열교환용 히트파이프를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단으로는;

봉상체를 취하는 본체는 입열부와 방열부로 분할구성되며, 상기 방열부의 외둘레로는 다수개의 방열핀이 일체로 돌출형성되고, 휘발성작동유체가 충진되는 본체의 내경으로는 격자홈이 일정간격을 두고 형성됨을 특징으로 하는 열교환용 히트파이프를 구비하므로서 구현된다.

도 1은 종래 열교환기의 구성도

도 2는 종래 히트파이프가 적용된 열교환기의 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 히트파이프의 사시도

도 4는 본 발명에 따른 히트파이프의 단면도

도 5는 본 발명에 따른 히트파이프를 적용한 난방기의 구성도

도 6은 본 발명에 따른 히트파이프의 작용상태도

<도면주요부위에 대한 부호의 설명>

1 : 히트파이프본체 2 : 입열부

3 : 방열부 4 : 열교환기

11 : 격자홈 31 : 방열핀

32 : 고정구 41 : 가열원

42 : 피냉각체 43 : 가열탱크

44 : 송풍팬

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 히트파이프의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 히트파이프의 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 히트파이프를 적용한 난방기의 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 히트파이프의 작용상태도이다.

이에 도시된 바와같이 본 발명에 따른 히트파이프 본체(1)는 입열부(2)와 방열부(3)로 이루어지며, 상기 방열부(3)의 외둘레로는 방열핀(31)이 일체형성되고, 본체(1)의 내경으로는 격자홈(11)이 형성된다.

여기서, 본 발명의 히트파이프는 도 3에서와 같이 봉상체를 취하는 본체(1)의 중앙일측이 입열부(2)에 해당되며, 중앙타측은 방열부(3)에 해당되는 것인데, 이와같은 본체(1)의 구성재질로는 열전도율이 우수한 금속(구리 등)을 적용함이 바람직하다.

이때, 상기 방열부(3)의 외둘레로는 방열핀(31)이 돌출형성되는데, 이러한 방열핀(31)은 통상적으로 선반을 통해 이루어지는 선삭가공방법 중 나사산가공방법인 "핀"가공을 통해 방열부(3)의 외둘레에 나선형으로 돌출되며, 방열부(3)의 최상단은 방열핀(31)구성을 배제시켜, 후술하게 될 난방기의 설치시 고정구(32)로 적용하게 된다.(방열핀(31)의 가공시에는 핀의 휨방지를 위한 자체강도를 고려함이 바람직함.)

한편, 휘발성 작동유체가 충진되는 본체(1)의 내경으로는 도 4에서와 같이 격자형태로 홈(11)이 형성되는데, 이는 통상적인 널링가공방식과 같은 형태로 형성하게 된다.

이에, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 히트파이프는 각종 산업분야에서 사용되고 있는 열교환기에 적용되며, 도 5를 통해 대표적인 일례로서 난방기의 열교환기(4)에 적용례를 도시하였는데,

도시한 바와 같이, 본 발명의 히트파이프가 적용되는 열교환기(4)는 본체(1)의 하단으로 가열원(전기히터봉(41))이 설치되며 피냉각유체(42)가 충진되는 가열탱크(43)가 위치되며,

이러한 탱크(43)의 상부로는 적어도 하나 이상의 히트파이프를 설치하되, 각 히트파이프의 입열부(2)는 탱크(43)내에 관삽고정하여 방열부(3)의 방열핀(31)이 탱크(43)의 상부로 위치시키고, 방열부(3) 끝단 고정구(32)를 상부프레임에 고정시킨 구조를 갖는 것이다.

이에, 상기와 같이 본 발명의 히트파이프가 적용된 열교환기(4)는 가열원(41)에 의해 가열되는 피냉각유체(42)가 다수개의 히트파이프의 입열부(2)와 접촉하여 열을 교환한다.

이와같은 통상적인 열교환과정을 상세히 설명하면, 이는 도 6에서와 같이 히트파이프(4)내에 채워진 물이나, 알콜, 프레온, 열매체 등의 휘발성 작동유체가 입열부(2)에서 고온의 피냉각유체(42)의 열을 흡수하여 신속히 기화, 증발되고, 증발된 작동유체는 그 자체의 밀도 등에 의하여 히트파이프내에서 방열부(3)로 이동하게 된다.

이때, 증발된 작동유체는 방열부(3)를 통과하면서 방열부(3)의 외둘레로 형성된 다수개의 방열핀(31)에 의해 열을 빼앗기게 되므로 신속하게 응축되며, 응축된 작동유체는 다시 중력 등의 물리적 힘에 의하여 히트파이프 내벽면을 타고 입열부(2)로 돌아와 전자에 기술한 바와같은 순환과정을 반복하게 된다.

한편, 도 6에서와 같이 방열부(3)의 일측으로 송풍팬(44)을 두어 방열핀(31)에서 방열되는 열기를 외부로 배출시키므로서 실내난방을 행할 수 있는 것이다.

여기서 본 발명의 히트파이프는 전술한 바와같이 작동유체의 유로에 해당되는 본체(1)내경으로 격자홈(11)이 형성되어져 있어, 작동유체가 피냉각유체(44) 또는 방열핀(31)과 간접적으로 접촉되는 면적을 향상시킬 수 있어 열교환효율을 증대할 수 있으며, 방열부(3)로 형성되는 방열핀(31)은 외둘레에 일체화된 구조로서 형성됨에 따라 그만큼 방열효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 이와같은 히트파이프는 적용례로서 설명한 난방기 이외에 열교환 방식을 채택하고 있는 각종 산업기계(산업현장에서의 폐열 회수, 자동차 및 중장비의 엔진 과열, 에어컨, 냉장고, 동력발생, 냉동, 공기정화, 식품제조공정, 화학공정, 기름정제 및 운송수단 등에 적용되는 산업기계)에 적용할 수 있는 것이다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 열교환용 히트파이프는 방열부 외둘레로 형성되는 방열핀을 "핀"가공을 통해 방열부와 일체로 형성하므로서 기존과 같이 용접등의 제작과정을 배제할 수 있어 그만큼 제작용 용이함은 물론 향상된 열전도율을 갖게 되므로 방열효율또한 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 본체내경으로 접촉면적을 증대시키기 위한 격자홈을 형성하여 기존의망설치를 배제하므로서 구조의 간소화를 기할 수 있는 것이다.

Claims (3)

1. 봉상체를 취하는 본체는 입열부와 방열부로 분할구성되며, 상기 방열부의 외둘레로는 다수개의 방열핀이 일체로 돌출형성되고, 휘발성 작동유체가 충진되는 본체의 내경으로는 격자홈이 일정간격을 두고 형성됨을 특징으로 하는 열교환용 히트파이프.
2. 제 1항에 있어서, 방열부에 일체로 돌출형성되는 다수개 방열핀은 나선형태를 취하는 것을 특징으로 하는 열교환용 히트파이프.
3. 제 1항에 있어서, 방열부의 최상단으로는 본체의 고정수단인 고정구가 형성됨을 특징으로 하는 열교환용 히트파이프.