KR20040061286A - Hybrid heat exchanger having tec and heat pipe - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 TEC와 히트 파이프 조합의 하이브리드 히트 익스체인저에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 TEC(Thermo-Electric Cooler)와 히트 파이프(Heat Pipe)의 장점만을 살려 평상시에는 함체 내부 온도의 열이 히트 파이프에 의해 방출되고, 극고온의 외기 환경에서만 TEC가 작동하므로 항시 작동하는 TEC 열교환기에 비해 소모 전력이 현저히 낮은 TEC와 히트 파이프 조합의 하이브리드 히트 익스체인저에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid heat exchanger of a combination of a TEC and a heat pipe, and more particularly, the heat of the internal temperature of the enclosure is usually applied to the heat pipe by utilizing only the advantages of the TEC (Thermo-Electric Cooler) and the Heat Pipe. Is a hybrid heat exchanger with a combination of TEC and heat pipes, which emits energy and is significantly lower in power consumption than ever-used TEC heat exchangers.
일반적으로 옥외형 통신장비는 먼지, 고/저온, 및 습도 등의 외부 환경으로부터 함체 내부를 보호하기 위해 외부와 차폐해야 한다. 따라서, 내부 발열로 인한 온도 상승을 막기 위해 열교환 장치가 필수적이므로 열교환 장치의 시급성이 높아지고 있다.In general, outdoor communication equipment should be shielded from the outside to protect the interior of the enclosure from external environments such as dust, high / low temperatures, and humidity. Therefore, since the heat exchanger is essential to prevent the temperature rise due to internal heat generation, the urgent need of the heat exchanger is increasing.
이 때, 함체내의 장비 사용 환경은 일반적으로 -30 ~ 50℃이며, 장비 내부에 실장되는 부품의 작동온도는 0 ~ 60℃이므로 열교환기의 성능은 최소 △T 10℃를 만족해야 한다.At this time, the equipment use environment in the enclosure is generally -30 ~ 50 ℃, the operating temperature of the components mounted inside the equipment is 0 ~ 60 ℃, the performance of the heat exchanger must meet at least △ T 10 ℃.
그리고, 현재 가장 널리 사용되는 것은 판형 열교환기, 히트 파이프 열교환기, TEC 열교환기, 에어 컨디셔너(Air Condition) 열교환기 등이 있다.Currently, the most widely used are plate heat exchangers, heat pipe heat exchangers, TEC heat exchangers, air conditioner (Air Condition) heat exchanger and the like.
먼저, 판형 열교환기는 상대적으로 다른 종류의 열교환기에 비해 부피가 크며, 원심팬을 사용하여 소음이 크다.First, the plate heat exchanger is relatively bulky compared to other types of heat exchangers, and the noise is high by using a centrifugal fan.
이 때, 저온 환경에서는 장비 내부 온도를 영상으로 유지하기 위해 발열 히트를 사용해야 하며 이를 위한 별도의 AC 전원이 필요하다. 따라서, 내부 발열량이 큰 경우 △T를 10℃ 이하로 유지하기 어려운 문제점이 있었다.At this time, in a low temperature environment, an exothermic heat must be used to maintain an image of the internal temperature of the equipment, and a separate AC power source is required for this purpose. Therefore, when the amount of internal heat generation is large, there is a problem that it is difficult to maintain ΔT below 10 ° C.
그리고, 히트 파이프 열교환기는 판형 열교환기에 비해 부피가 작지만 △T를 10℃ 이하로 유지할 수 없는 문제점이 있었다.In addition, although the heat pipe heat exchanger is smaller in volume than the plate heat exchanger, there is a problem that ΔT cannot be maintained at 10 ° C. or less.
또한, TEC 열교환기 및 에어 컨디셔너 열교환기는 외기 온도가 아주 높거나 고온에 취약한 부품을 실장하는 경우와 같이 장비 내부 온도를 외기보다 낮게 유지할 필요가 있을 때에는 판형 열교환기나 히트 파이프 열교환기를 적용할 수 없으므로 TEC 모듈(Module)을 이용한 열교환기나 에어 컨디셔너를 사용한다. 하지만, 에어 컨디셔너는 냉각성능은 우수하지만 냉매의 누출 위험이 항상 존재하므로 냉매 보충 등의 지속적인 관리가 필요한 문제점이 있었다. 그 뿐만 아니라, TEC 열교환기는 유지보수가 필요없는 반면 열효율이 낮아서 냉각에 필요한 소모전력이 너무 큰 문제점이 있었다.In addition, TEC heat exchangers and air conditioner heat exchangers cannot apply plate heat exchangers or heat pipe heat exchangers when the temperature inside the equipment needs to be kept lower than outside, such as when components are mounted at very high ambient temperatures or where they are susceptible to high temperatures. Use a heat exchanger or air conditioner with a module. However, air conditioners have excellent cooling performance, but there is a problem in that there is a need for continuous management such as refrigerant replenishment because there is always a risk of leakage of refrigerant. Not only that, the TEC heat exchanger does not require maintenance, while the thermal efficiency is low, so the power consumption required for cooling is too large.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 이종 금속 접합부를 통해 전류를 흘렸을 때 열이 흡수되는 펠티에 효과(Peltier Effect)를 지닌 TEC 냉각기술과 수직방향으로 설치할 때 역방향으로 열이 전달되는 것을 차단하는 성질을 지닌 히트 파이프를 이용함으로서 외부 환경의 온도 및 함체 내부에 실장된 장비의 발열로 인한 온도 상승의 변화를 원하는 대로 제어할 수 있는 TEC와 히트 파이프 조합의 하이브리드 히트 익스체인저를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is a vertical direction with a TEC cooling technology having a Peltier effect in which heat is absorbed when a current flows through a dissimilar metal junction. TEC and heat pipe that can control the change of temperature rise due to the heat of the equipment mounted inside the enclosure and the temperature of the external environment by using the heat pipe having the property of blocking heat transfer in the reverse direction when installing To provide a combination of hybrid heat exchangers.
본 발명 TEC와 히트 파이프 조합의 하이브리드 히트 익스체인저는, 외부 환경에 따라 선택적으로 적용되는 열교환 장치에 있어서,The hybrid heat exchanger of the present invention TEC and heat pipe combination is a heat exchange device that is selectively applied according to the external environment,
상기 함체내 중단 부위에 설치되어 내부의 열을 순환시키는 내부 팬;An internal fan installed at the interruption portion of the enclosure to circulate heat therein;
상기 함체 벽 상단 중앙에 형성되어 전류가 흐를 때 이종도체로 접합된 접합점에서 열흡수 및 방출효과를 이용하여 상기 함체 내부의 열을 냉각시키는 TEC;A TEC formed at the top center of the enclosure wall to cool heat inside the enclosure by using heat absorption and release effects at junctions joined by hetero conductors when current flows;
상기 함체 벽 상단의 내/외부 표면과 열교환이 일어나는 상기 TEC 부분에 형성되어 열의 전달 및 냉각효과를 높이는 여러개의 방열핀이 형성된 히트 싱크;A heat sink formed at a portion of the TEC where heat exchange occurs with an inner / outer surface of the upper end of the enclosure wall to increase heat transfer and cooling effects;
상기 함체 내부에 형성된 상기 히트 싱크 방열핀에서 상기 함체 벽면을 관통하여 상기 함체 외부에 형성된 상기 히트 싱크 방열핀 부위까지 형성되어 내부의 열을 전달하거나 외부로 방출시키는 히트 파이프; 및A heat pipe formed through the wall of the heat sink radiating fin formed inside the enclosure to the portion of the heat sink radiating fin formed on the outside of the enclosure to transfer heat to or discharge heat from the outside; And
상기 함체 외부 상단에 형성되어 상기 TEC 및 상기 히트 파이프에 전달된 열을 외부로 방출시키는 외부 팬으로 구성된 것을 특징으로 구성된 것을 특징으로 한다.Is formed on the outer top of the enclosure is characterized in that consisting of an external fan for discharging the heat transferred to the TEC and the heat pipe to the outside.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 TEC와 히트 파이프 조합의 하이브리드 히트 익스체인저의 모습을 나타낸 단면도,1 is a cross-sectional view showing a state of a hybrid heat exchanger of a TEC and heat pipe combination according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1에 따른 TEC와 히트 파이프 조합의 하이브리드 히트 익스체인저의 작동 과정 모습을 나타낸 단면도이다.Figure 2 is a cross-sectional view showing the operation of the hybrid heat exchanger of the TEC and heat pipe combination according to FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 내부 팬 20 : TEC10: internal fan 20: TEC
30 : 히트 싱크 31 : 방열핀30: heat sink 31: heat sink fin
40 : 히트 파이프 50 : 외부 팬40: heat pipe 50: external fan
100 : 함체 벽100: enclosure wall
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 TEC와 히트 파이프 조합의 하이브리드 히트 익스체인저에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a hybrid heat exchanger of a combination of a TEC and a heat pipe according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 TEC와 히트 파이프 조합의 하이브리드 히트 익스체인저를 도시한 도면으로서, 본 발명은 내부 팬(10), TEC(20), 히트 싱크(30), 히트 파이프(40), 외부 팬(50)으로 구성되어 있다.1 is a view showing a hybrid heat exchanger of a TEC and a heat pipe combination according to an embodiment of the present invention, the present invention is an internal fan 10, TEC 20, heat sink 30, heat pipe ( 40) and an external fan 50.
상기 내부 팬(10)은 함체(100) 내부 중단 부위에 설치되고, 상기 함체(10) 내부에 실장된 장비에서 발생되는 발열량의 열을 지속적으로 순환시키는 역할을 한다.The inner fan 10 is installed at the interruption portion inside the enclosure 100, and serves to continuously circulate the heat of heat generated from the equipment mounted inside the enclosure 10.
또한, 상기 TEC(20)는 상기 함체(100) 벽 상단 중앙에 형성되고, 이종도체로 접합되어 접합점에서 열흡수 및 방출효과를 이용하여 냉각을 시키거나 온도를 조절하는 역할을 한다. 따라서, 펠티에 효과를 지닌 상기 TEC(20)는 두 종류의 금속을 접속하여 전류가 흐를 때 외부로부터 에너지를 얻어야 할 필요가 있으므로 접점에서 열에너지를 빼앗기고, 반대의 경우에는 열에너지가 방출되며, 극고온의 외기 환경에서만 작동하게 된다.In addition, the TEC 20 is formed in the center of the upper wall of the enclosure 100, is bonded to the hetero conductor serves to cool or control the temperature by using the heat absorption and release effect at the junction. Therefore, the TEC 20 having the Peltier effect needs to obtain energy from the outside when the current flows by connecting two kinds of metals, thereby depriving the thermal energy of the contact point, and in the opposite case, the thermal energy is released, It will only work in the outside environment.
한편, 상기 히트 싱크(30)는 열교환이 일어나는 상기 TEC(20) 및 상기 히트 파이프(40) 부분에 형성되고, 여러개의 방열핀(31)이 상기 함체(100) 열의 전달 및 냉각효과를 높여주는 역할을 한다.On the other hand, the heat sink 30 is formed in the portion of the TEC 20 and the heat pipe 40 where heat exchange takes place, a plurality of heat radiation fins 31 serves to enhance the heat transfer and cooling effect of the enclosure (100). Do it.
또한, 상기 히트 파이프(40)는 상기 함체(100) 내부에 형성된 상기 히트 싱크(30) 상기 방열핀(31)에서 상기 함체(100) 벽면을 관통하여 상기 함체(100) 외부에 형성된 상기 히트 싱크(30) 상기 방열핀(31) 부위까지 ㄷ자 형태로 결합되고, 수직방향으로 설치할 때 역방향으로 열이 전달되는 것을 차단하는 성질을 이용하여 고온 환경에서 상기 함체(100) 내부 온도를 외기보다 낮게 유지시키는 역할을 한다. 이 때, 윅(Wick) 구조를 가진 상기 히트 파이프(40)를 선택해야 함으로서 구르브 테이퍼, 스크린 테이퍼 또는 윅이 없는 히트 파이프는 작동할 수 있는 경사가 +90°에서 ±5°이므로 적용이 가능하다.In addition, the heat pipe 40 passes through the wall surface of the enclosure 100 from the heat sink 30 of the heat sink 30 formed in the enclosure 100, and the heat sink formed outside the enclosure 100. 30) is coupled to the portion of the radiating fin 31 in the U-shape, by using the property to block the heat transfer in the reverse direction when installed in the vertical direction to maintain the internal temperature of the enclosure 100 lower than the outside air in a high temperature environment Do it. At this time, the heat pipe 40 having a wick structure must be selected, so that the grooved taper, the screen taper, or the heat pipe without the wick can be applied because the operating slope is ± 5 ° at + 90 °. Do.
그리고, 상기 외부 팬(50)은 상기 함체(100) 외부 상단에 형성되고, 상기 TEC(20) 및 상기 히트 파이프(40)에 전달된 열을 외부로 방출시키는 역할을 한다.In addition, the external fan 50 is formed on the outer upper end of the enclosure 100, and serves to discharge the heat transferred to the TEC 20 and the heat pipe 40 to the outside.
따라서, 상기 함체(100) 내/외부에 온도 센서를 장착시켜 상기 TEC(20) 및 상기 히트 파이프(40)가 내/외부 온도 변화에 따라 자동적으로 제어되는 것이다.Therefore, by mounting a temperature sensor inside / outside the enclosure 100, the TEC 20 and the heat pipe 40 is automatically controlled according to the internal / external temperature change.
그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 의한 TEC와 히트 파이프 조합의 하이브리드 히트 익스체인저의 동작 과정에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Next, an operation process of the hybrid heat exchanger of the TEC and the heat pipe combination according to the exemplary embodiment having the above configuration will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 함체(100) 내부 온도가 상온이나 저온인 경우 상기 함체(100) 내/외부에 장착된 온도 센서가 이를 감지하여 상기 히트 파이프(40)에 의해 내부 열이 상기 외부 팬(50)에 의해 외부로 배출되고, 장비의 내부 온도는 상기 내부 팬(10)의 rpm을 변화시켜 원하는 대로 제어할 수 있다.First, as shown in FIG. 2, when the temperature inside the enclosure 100 is room temperature or low temperature, a temperature sensor mounted inside / outside the enclosure 100 detects the internal temperature and detects the internal heat by the heat pipe 40. It is discharged to the outside by the external fan 50, the internal temperature of the equipment can be controlled as desired by changing the rpm of the internal fan (10).
이 때, 극고온의 외기 환경에서만 상기 TEC(20)가 작동함으로 소모전력이 현저히 낮으며, 내부 온도가 외기보다 일반적으로 10℃ 가량 높은데 비해 상기 히트 파이프(40)는 필요 시 내부 온도를 외기보다 낮게 유지할 수 있다.At this time, the power consumption is significantly lower because the TEC 20 operates only in an extremely high temperature outdoor environment, and the internal temperature is generally about 10 ° C. higher than that of the external air. Can be kept low.
한편, 극고온의 외부 환경 때문에 상기 함체(100)의 내부 온도가 올라가면 상기 내부 팬(10)의 rpm을 최대로 하여도 내부 온도가 원하는 온도 이상일 경우 한해 상기 TEC(20)가 작동된다. 따라서, 이종도체로 접합되어 접합점에서 열흡수 및 방출효과를 이용하여 냉각을 시키거나 온도를 조절함과 동시에 상기 외부팬(50)을 통해 열이 외부로 방출된다.On the other hand, when the internal temperature of the enclosure 100 rises due to the extremely high external temperature, the TEC 20 operates only when the internal temperature is higher than the desired temperature even when the rpm of the internal fan 10 is maximized. Therefore, the heat is released to the outside through the external fan 50 at the same time by bonding to the hetero conductor to cool or control the temperature by using the heat absorption and release effect at the junction.
또한, 상기 함체(100) 외부의 상기 TEC(20) 가열면이 상기 함체(100) 내부의 냉각면보다 온도가 높기 때문에 상기 히트 파이프(40)를 통해 열이 역류할 수 있으며, 아래쪽으로 역열전달을 방지할 수 있는 윅 구조를 가진 상기 히트 파이프(40)를 사용해야 한다.In addition, since the heating surface of the TEC 20 outside the enclosure 100 has a higher temperature than the cooling surface inside the enclosure 100, heat may flow back through the heat pipe 40, and reverse heat transfer downwards. The heat pipe 40 having a wick structure that can be prevented should be used.
따라서, 외부 환경의 온도가 높은 조건에서도 상기 함체(100) 내부 온도를 원하는 조건의 온도로 맞추어 외기보다 낮게 유지할 수 있어 장비의 과열로 인한 오동작을 방지할 수 있다.Therefore, even when the temperature of the external environment is high, the internal temperature of the enclosure 100 may be adjusted to a temperature of a desired condition to be kept lower than the outside air, thereby preventing malfunction due to overheating of the equipment.
이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.Although the present invention has been described in more detail with reference to some embodiments, the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 TEC와 히트 파이프 조합의 하이브리드 히트 익스체인저에 의하면, 저온과 상온 환경에서는 TEC를 작동하지 않고도 원하는 내부 온도를 유지할 수 있으므로 소비 전력이 대폭 감소하고, 고온 환경인 경우나 장비의 발열량이 큰 경우 또는 실장 부품의 작동 온도가 낮은 경우에 한해서 TEC를 가동하여 히트 파이프 열교환기나 판형 열교환기에 비해 낮은 온도를 유지할 수 있으므로 장비의 신뢰성이 높아지는 뛰어난 효과가 있다.As described above, according to the hybrid heat exchanger of the TEC and heat pipe combination according to the present invention, since the desired internal temperature can be maintained without operating the TEC in a low temperature and room temperature environment, power consumption is greatly reduced, Only when the heating value of the equipment is high or the operating temperature of the mounting components is low, the TEC can be operated to maintain a lower temperature than the heat pipe heat exchanger or plate heat exchanger, thereby increasing the reliability of the equipment.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |