KR20070115312A

KR20070115312A - 냉각장치용 히트파이프 모듈

Info

Publication number: KR20070115312A
Application number: KR1020060049537A
Authority: KR
Inventors: 이재혁
Original assignee: 이재혁
Priority date: 2006-06-01
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2007-12-06

Abstract

본 발명은 냉장고, 제습기 등에 사용되는 냉각장치용 히트파이프 모듈에 관한 것으로서, 다수의 인접한 미세관으로 구획된 복수의 다지관으로 된 관체부와, 위의 복수의 다지관의 일단부가 연통되게 연결된 공간부를 가지고 적어도 일측에 평면부가 형성된 제1헤더와, 위의 복수의 다지관의 타단부가 연통되게 연결된 제2헤더로 이루어진 히트파이프부와; 위의 히트파이프부의 제1헤더의 평면부와 냉각면이 면접촉된 복수의 열전소자와; 열전소자의 발열면과 접촉하며 이면에 다수의 방열핀이 부착된 하나 이상의 히트싱크; 를 포함하여 구성되며, 냉각효율이 높고 구조가 간단하며, 설치 및 운용이 용이하여 다양한 용도의 냉각장치에 활용할 수 있다.

히트파이프 모듈, 열전소자, 다지관, 미세관

Description

냉각장치용 히트파이프 모듈 {A heatpipe module for cooling devices}

도 1a는 본 발명의 제1 실시예의 냉각장치용 히트파이프 모듈의 사시도,

도 1b는 도 1a의 냉각장치용 히트파이프 모듈의 측단면도,

도 2a는 본 발명의 제2 실시예의 냉각장치용 히트파이프 모듈의 사시도,

도 2b는 도2a의 히트파이프부의 사시도,

도 3a는 본 발명의 제3 실시예에 의한 냉각장치용 히트파이프 모듈의 사시 도,

도 3b는 도 3a의 냉각장치용 히트파이프 모듈의 분해사시도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 히트파이프부 11 : 관체부

11a : 원통형부 12 : 제1헤더

12a : 공간부 12b : 평면부

13 : 제2헤더 14 : 다지관

15 : 미세관 16 : 흡열핀(fin)

17 : 냉매가스 밀봉구 20 : 열전소자

30 : 히트싱크 31 : 체결구

32 : 방열핀(fin) 40 : 방열팬(fan)

본 발명은 히트파이프 모듈, 더욱 상세하게는 소형에어컨, 물이나 알코홀등의 유체냉각, 냉장고 또는 제습에 사용되는 냉각장치용 히트파이프 모듈에 관한 것이다.

종래의 열전소자를 이용한 냉각장치는 열전소자의 냉각면이 단열재 및 흡열전도체와 함께 냉각공간에 위치하도록 하고 축냉 매체를 사용하거나 축냉 매체 없이 공기의 자연대류 현상에 의해 유체를 냉각하는 방식을 취하고 있다. 따라서, 축냉 매체를 사용할 경우에는 냉각기의 중량이 무겁고 흡열면적이 열전소자의 면적에 한정되기 때문에 냉각효율이 낮을 뿐 아니라, 열전소자와 축냉매체간의 절연을 위한 절연체가 필요한 불편이 있었고, 축냉매체를 사용하지 않는 경우에 있어서는 유체의 유통관이 장착되는 챔버의 내부로 돌출된 열전소자의 냉각면에 냉각팬을 구동하여 냉기를 대류시키는 경우에 있어서도 전열면적이 매우 적어 냉매의 액화 및 기화현상에 의한 잠열을 이용하는 경우에 비해 냉각효율이 저조한 문제점이 있었다.

위의 문제점을 해결하고자 본 발명은 구조가 간단하면서도 냉각효율이 우수 한 냉각장치용 히트파이프 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 축냉매체의 사용이 필수적이지 않으며 냉매의 상변화에 관여하는 별도의 장치가 필요없고, 냉각면적이 큰 냉각장치용 히트파이프 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 다수의 인접한 미세관으로 구획된 복수의 다지관으로 된 관체부와, 상기 복수의 다지관의 일단부가 연통되게 연결된 공간부를 가지고 적어도 일측에 평면부가 형성된 제1헤더와, 위의 복수의 다지관의 타단부가 연통되게 연결된 공간부를 가지는 제2헤더로 이루어진 히트파이프부와; 위의 히트파이프부의 제1헤더의 평면부에 냉각면이 면접촉하는 복수의 열전소자와; 위의 열전소자의 발열면과 접촉하며 이면에 다수의 방열핀이 부착된 히트싱크; 를 포함하여 구성된 냉각장치용 히트파이프 모듈을 제공한다.

위의 제1헤더는 열전소자와의 접촉 면적을 크게 하기 위하여 일측 또는 양측에 원이나 직사각형 등 단면의 평면부를 가지도록 하고, 다지관의 내부를 흐르는 냉매의 유출입이 가능하도록 원형, 타원형 또는 사각형 단면의 공간부가 형성된다.

제2헤더는 일정 용적을 가지고 위의 복수의 다지관의 타단부가 연통되게 연결된 공간부를 가지는 원형 또는 사각형 단면의 관체이다.

위의 관체부의 다지관은 단면이 사각형 또는 타원형 등의 형상을 가지고, 5개 내지 20개의 미세관으로 구획되어 있으며 압출성형 등의 방법으로 제조된다. 위 의 히트파이프부의 내부를 진공 분위기로 만든 다음, 전체 체적 대비 30% ~ 45% 로 냉매를 충전하여 사용하게 되며, 충전되는 냉매가스는 모세관 현상, 기액분리에 의한 밀도차 등에 의해 미세관을 통하여 유동가능하게 되며 일정한 포화압력에서의 비등점 부근에 이르면 기화와 액화 현상이 동시에 일어나는 동적 평형 상태에서 미세관의 내부를 순환하게 된다.

냉매가 순환하는 복수의 다지관으로 된 관체부는 열전도성과 성형성 및 내부식성이 우수하고 값이 저렴한 알루미늄재를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 제1, 제2헤더에는 다지관의 형상에 걸맞는 연통구를 형성한 다음 다지관을 브레이징하여 결합한다.

열전소자의 냉각면은 제1헤더의 평면부와 면접촉하고 발열면에는 다수의 방열핀이 부착된 히트싱크가 면접촉, 고정되며, 냉각효과를 높이기 위해서는 히트싱크에 인접하게 설치되는 방열팬을 구동시켜 열전소자의 발열면의 온도를 낮추는 것이 바람직하다. 열전소자의 냉각면과 발열면의 온도차는 전류의 세기에 선형적(linear)으로 변하는 것이 아니므로 전류의 양을 늘임으로써 발생하는 냉각효과에 비해 방열팬의 사용으로 냉각면의 온도를 낮추는 것이 유리하다.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각장치용 히트파이프 모듈의 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 히트파이프 모듈의 측단면도이다.

도 1a 및 도 1b 의 히트파이프 모듈은, 측면에 흡열핀(16)이 부착된 복수의 다지관(14)을 가지는 관체부(11)와, 위의 관체부(11)의 상단부가 연통되게 연결되고 상면에 길이 방향의 개구부가 형성된 원통형튜브(11a)와, 직육면체의 공간부(12a)가 위의 원통형튜브(11a)의 개구부와 연통되게 원통형튜브(11a)와 결합되고 양측에 평면부(12b)를 가지는 H 형상의 제1헤더(12)와, 위의 관체부(11)의 하단부가 연통되게 연결되고 원형 단면의 공간부를 가지는 제2헤더(13)로 이루어진 히트파이프부(10)와; 위의 제1헤더(12)의 양측면의 평면부(12b)와 냉각면이 면접촉하게 고정된 다수의 열전소자(20)와; 위의 열전소자(20)의 발열면과 면접촉하게 고정되며 다수의 방열핀(32)이 부착된 한 쌍의 히트싱크(30)와; 위의 히트싱크(30)와 인접하게 배치된 한 쌍의 방열팬(40); 으로 구성되어 있다.

미 설명부호 중 "31"은 제1헤더(12)와 히트싱크(30) 사이에 열전소자를 고정시키는 체결구를 나타낸다.

위와 같은 구성을 가지는 냉각장치용 히트파이프 모듈은 일정한 압력으로 충전된 냉매가 열전소자(20)의 냉각면과 면접촉하는 제1헤더(12)의 내부 공간부(12a)를 흐르는 동안 냉각되어 기액분리현상이 일어난다. 기체와 액체의 혼합상태에 있는 냉매는 히트파이프부(10)의 제1헤더(12)와 제2헤더(13) 사이의 다수의 미세관(15) 내부를 상하로 이동하면서 미세관(15) 및 흡열핀(16)의 열을 흡수하여 증발된 상태로 제1헤더(12)의 공간부(12a)에 들어 간 냉매가 열전소자(20)의 냉각면과 접촉된 제1헤더(12)의 평면부(12b)를 통해 냉각되고, 이렇게 냉각된 냉매는 다시 미세관(15)을 통과하면서 열교환 기능을 수행한다. 한편, 열전소자(20)의 발열면에 발생하는 열은 인접하는 히트싱크(30) 및 방열팬(40)에 의하여 적절히 방열된다.

이와 같은 히트파이프 모듈은 열전소자(20)와 히트싱크(30)가 하우징의 외부에 위치되게 설치하고, 관체부(11)의 주위에 냉각될 유체의 유통관을 설치하며 하우징의 내부가 물등 열매체를 채워서 냉각기로 사용할 수 있고, 관체부(11)에 공기를 통과시켜 공기중의 습기를 제거하는 제습기 또는 냉방용 에어컨의 응축기 등에 사용할 수 있다.

위와 같은 본 발명의 히트파이프 모듈은 공간부(12a) 및 평면부(12b)가 형성된 제1헤더(12)와 히트싱크(30)를 사용함으로써 열전소자(20)의 냉각면만을 사용하여 냉각될 유체등과 열교환 시키는 경우에 비해 우수한 냉각효과를 얻을 수 있다.

또한, 위의 제1헤더(12)의 평면부(12b)와 히트싱크(30)는 열전소자(20)가 삽입된 상태에서 볼트너트 또는 리벳등의 체결구(31)를 사용하여 결합하며, 열전소자(20)의 냉각면과 접촉하는 제1헤더(12)의 평면부(12b)와 열전소자(20)의 발열면과 접촉하는 히트싱크(30) 사이의 열전도현상에 의한 열역류를 방지하기 위해 체결구(31)는 절연체로 하는 것이 바람직하다.

도 2a는 본 발명의 제2실시예의 냉각장치용 히트파이프 모듈의 사시도이고, 도2b는 도2a의 히프파이프부(10)의 사시도이다.

도2a의 히트파이프 모듈은 도1a의 히트파이프 모듈의 경우와는 달리, 제1헤더의 원통형튜브(11a)를 생략하고, 관체부(11)의 상단부가 제1헤더의(12)의 내부 공간부(12a)와 직접 상통하도록 한 것으로서, H형 헤더의 길이방향으로 다지관의 형상에 걸맞게 연통구를 형성한 다음, 브레이징에 의해 결합한다.

도 3a는 본 발명의 제3 실시예에 의한 냉각장치용 히트파이프 모듈의 사시도이고, 도 3b는 도 2a의 분해사시도이다.

도 3a와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 의한 냉각장치용 히트파이프 모듈은, 열전소자(20)와 방열팬(40), 히트싱크(30) 및 일정용적의 공간부(12a)를 가지는 제1헤더(12)가 상하로 중첩되게 배치되고, 상면에 평면부(12b)를 가지는 제1헤더(12)의 양측면에 상단부가 결합, 연통된 한 쌍의 관체부(11)가 수평부와 수직부로 절곡되고, 하단부에 냉매가스의 밀봉구(17)가 형성된 제2헤더(13)가 결합, 연통되어 있다.

도 3a 및 도 3b의 냉각장치용 히트파이프 모듈은, 수평부와 수직부를 가지고 8개의 미세관(15)으로 구획되며 측면에 다수의 흡열핀(16)이 부착된 12개의 다지관(14)으로 된 한 쌍의 좌우 관체부(11)와, 위의 한 쌍의 관체부(11)의 각 상단부가 양측면에서 연통되게 결합되며 직육면체의 공간부(12a)가 형성되고 상면에 평면부(12b)가 형성된 제1헤더(12)와, 위의 한 쌍의 관체부(11) 각각의 하단부가 연통되게 연결되고 공간부가 형성된 원통형인 제2헤더(13)로 이루어진 히트파이프부(10)와; 위의 제1헤더(12)의 평면부(12b) 위에 중첩되어 냉각면과 면접촉하는 3 개의 열전소자(20)와; 위의 열전소자(20)의 발열면과 면접촉하며 다수의 방열핀(32)이 상면에 부착된 히트싱크(30)와; 위의 히트싱크(30)와 인접하는 2개의 방열팬(40); 으로 구성되어 있다.

도 3a, 도 3b의 냉각장치용 히트파이프 모듈은 수평부와 수직부를 가지는 한 쌍의 관체부 사이의 공간을 활용하여 냉각장치를 만드는데 사용할 수 있다.

제1헤더(12)의 양측면에 한 쌍의 관체부(11)의 각 상단부가 연통되는 점, 제1헤더(12)의 상면의 편면 평면부(12b)를 통하여 열전소자(20)의 냉각면과 열교환하는 점을 제외하고는 히트파이프부의 내부의 냉매 순환 및 열교환 등에 관한 설명은 도 1a 내지 도 2b에서 설명한 바와 같으므로 생략하기로 한다.

위에서 본 발명을 실시예에 의해 설명하였으나, 본 발명이 위의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 실시예의 설명에 사용된 용어는 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 의미로 해석되어서는 아니된다.

본 발명에 있어서, 다지관의 수, 다지관의 크기나 미세관의 수 또는 다지관의 단면형상, 사용되는 열전소자 개수 등이 위의 실시예에 한정되는 것이 아님도 또한 같다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 히트파이프 모듈은 다수의 미세관이 형성된 복수의 다지관을 사용하여 열교환면적이 넓고, 발열면이 히트싱크에 면 접 촉되고 냉각면이 히트파이프의 헤더에 면접촉되어 우수한 열교환효과를 발휘하므로 구조가 간단하면서도 냉각효율이 우수한 냉각장치용 히트파이프 모듈을 제공할 수 있다.

Claims

다수의 인접한 미세관(15)으로 구획된 복수의 다지관(14)으로 된 하나이상의 관체부(11)와, 상기 관체부(11)의 일단부가 연통되게 연결된 공간부(12a)를 가지고 적어도 일측에 평면부(12b)가 형성된 제1헤더(12)와, 상기 관체부(11)의 타단부가 연통되게 연결되는 공간부를 가지는 제2헤더(13)로 이루어진 히트파이프부(10)와; 상기 히트파이프부(10)의 제1헤더(12)의 평면부(12b)에 냉각면이 접촉하는 복수의 열전소자(20)와; 상기 열전소자(20)의 발열면과 접촉하며 이면에 다수의 방열핀(32)이 부착된 히트싱크(30);를 포함하여 구성된 냉각장치용 히트파이프 모듈.
제1항에 있어서, 상기 히트싱크(30)와 평행하게 배치된 방열팬(40)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 냉각장치용 히트파이프 모듈.
제1항에 있어서, 상기 관체부(11)가 알루미늄제인 것을 특징으로 하는 냉각장치용 히트파이프 모듈.
제1항에 있어서, 상기 관체부(11)의 다지관(14)의 측면에 다수의 흡열핀(16)이 부착된 것을 특징으로 하는 냉각장치용 히트파이프 모듈.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히트파이프부(10)부의 제1 헤더(12)가 양측면에 평면부(12a)가 형성된 H형이고, 그 하측에 1개의 관체부(11)가 연통되게 설치된 것을 특징으로 하는 냉각장치용 히트파이프 모듈.
제5항에 있어서, 상기 관체부(11)가 일단부에 형성된 원통형부(11a)를 매개로 제1헤더(12)에 연통되게 결합되는 것을 특징으로 하는 냉각장치용 히트파이프 모듈.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히트파이프부(10)의 제1헤더(12)가 상면에 하나의 열전소자(20) 설치용 평면부(12b)를 가지며 상기 제1헤더(12)의 양측에 일단부가 연통되게 각각 설치되고, 수평부와 수직부를 가지며, 각 타단부에 상기 제2 헤더(13)가 결합된 한 쌍의 관체부(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치용 히트파이프 모듈.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히트싱크(30)와 제1헤더(12)의 평면부(12b)가 볼트너트 또는 리벳의 체결구(31)에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 냉각장치용 히트파이프 모듈.
제8항에 있어서, 상기 체결구(31)가 절연체인 것을 특징으로 하는 냉각장치용 히트파이프 모듈.