KR20080039115A - A heat exchanger using thermoelectric element - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 간략하게 도시한 열전소자의 작동원리.1 is a principle of operation of the thermoelectric element shown in brief.
도 2는 열전소자의 특성 그래프.2 is a characteristic graph of a thermoelectric element.
도 3은 종래기술에 의한 열전소자 열교환기.3 is a thermoelectric element heat exchanger according to the prior art.
도 4는 본 발명에 의한 열전소자 열교환기의 측면도 및 정면도.Figure 4 is a side view and front view of the thermoelectric element heat exchanger according to the present invention.
도 5는 수냉플레이트의 사시도.5 is a perspective view of a water cooling plate.
도 6은 열전소자 및 함몰부의 상세 측면도.6 is a detailed side view of the thermoelectric element and the depression.
도 7은 냉각수의 유동 방향 및 공기의 유동 방향.7 is a flow direction of cooling water and a flow direction of air.
도 8은 복수 개의 단위 열교환기로 이루어진 열전소자 열교환기에서의 냉각수 유통 경로 형성 방법.8 is a method of forming a cooling water distribution path in a thermoelectric element heat exchanger consisting of a plurality of unit heat exchangers.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **
1000: 열전소자 열교환기1000: thermoelectric heat exchanger
100, 100a, 100b, 100c: 단위 열교환기100, 100a, 100b, 100c: unit heat exchanger
110: 수냉플레이트 111: 수로110: water cooling plate 111: waterway
112: 입구 113: 출구112: entrance 113: exit
114: 함몰부 115: 연결파이프114: depression 115: connection pipe
120: 열전소자 130: 지지플레이트120: thermoelectric element 130: support plate
140: 방열핀 200: 구분플레이트140: heat dissipation fin 200: separation plate
본 발명은 열전소자 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공수냉식 열교환기에 열전소자를 사용하여 보다 냉각 효율을 높일 수 있도록 하는 열전소자 열교환기에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric element heat exchanger, and more particularly, to a thermoelectric element heat exchanger to increase the cooling efficiency by using a thermoelectric element in an air-cooled heat exchanger.
열전소자(Thermoelectric Element)란 열과 전기의 상호작용으로 일어나는 각종 효과를 이용하는 소자를 총칭하는 것으로서, 온도가 높아짐에 따라 전기저항이 감소하는 부저항온도계수의 특성을 가지는 소자인 서미스터(thermistor), 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제베크(Seebeck) 효과를 이용한 소자, 전류에 의해 열의 흡수(또는 발생)가 생기는 현상인 펠티에(Peltier) 효과를 이용한 소자 등이 있다. 여기에서는 펠티에 효과를 이용하여, 열-전기 열펌프로서 소형의 고체상의 소자로도 프레온식 컴프레서나 흡열식 냉동기와 비슷한 냉각기능을 수행할 수 있도록 만든 소자를 열전소자로 칭하기로 한다. 펠티에 효과란 서로 다른 두 개의 전기적 양도체에 직류 전원을 가하였을 때 전류의 방향에 따라 일측은 가열되고 타측은 냉각되는 현상으로, 이러한 현상은 전자가 한쪽의 반도체에서 다른 쪽의 반도체로 이동하면서 에너지 준위를 높이기 위해 열에너지를 흡수하기 때문에 발생하게 된다. 도 1은 이러한 열전소자의 작동원리를 설명할 수 있는 간단한 회로를 도시하고 있다. N형 반도체(전류 캐리어가 주로 전자인 반도체)와 P형 반도체(전류 캐리어가 주로 정공인 반도체)를 도 1과 같이 연결하고 직류 전원(3)을 인가하면 전자들은 시스템을 통과하는데 필요한 에너지를 얻게 되며, N형 반도체로부터 P형 반도체로 전자가 이동하는 과정에서, 상면(5)을 통과하는 전자들이 열에너지를 흡수함으로써 상면(5)은 냉각되며, 하면(4)에서는 전자들이 열에너지를 방출하게 되기 때문에 하면(4)은 가열되게 된다. 이 때, 냉각이 일어나는 상면(5)과 가열이 일어나는 하면(4) 사이에 적절한 열전달을 시키면, 열전소자는 상면(5)에서 하면(4)으로 열을 이동시키는 열펌프(Heat Pump)로서 작동하게 된다.Thermoelectric Element is a generic term for elements that use various effects caused by the interaction of heat and electricity.Thermistor, temperature, which is a device with the characteristics of negative resistance temperature coefficient that decreases as the temperature increases, the electrical resistance decreases. There is a device using the Seebeck effect, a phenomenon in which electromotive force is generated by a difference, and a device using the Peltier effect, a phenomenon in which heat absorption (or generation) is caused by current. Here, by using the Peltier effect, a device made to perform a cooling function similar to a freon compressor or an endothermic refrigerator even as a small solid-state device as a thermo-electric heat pump will be referred to as a thermoelectric device. The Peltier effect is a phenomenon in which one side is heated and the other side is cooled according to the direction of current when DC power is applied to two different electrical conductors. This phenomenon is caused by electrons moving from one semiconductor to the other. It is caused by absorbing thermal energy to increase Figure 1 shows a simple circuit that can explain the operating principle of such a thermoelectric element. Connecting an N-type semiconductor (semiconductor whose current carrier is mainly electrons) and a P-type semiconductor (semiconductor whose current carriers are mainly holes) as shown in FIG. 1 and applying a DC power source (3), electrons obtain the energy necessary to pass through the system. In the process of moving electrons from the N-type semiconductor to the P-type semiconductor, the electrons passing through the
열전소자는 작동 환경에 따라 그 효율과 용량이 변화하게 되는데, 도 2는 이러한 열전소자의 효율 및 용량 변화를 그래프로 도시한 것이다. 도 2에서 △T는 열전소자 냉온 양측면의 온도차이며, V는 전압, I는 전류, Q는 방열량을 나타내고, max 첨자는 다양한 작동조건에서의 최대값을 나타내고 있다. 도 2의 그래프에 보이고 있는 바와 같이, 냉온 양측면의 온도차 △T가 최대치에 접근할수록 Q/Qmax 값은 0에 접근하는, 즉 온도차가 클수록 방열량이 적어지는 경향을 보여주고 있다. 따라서, 열전소자의 냉온 양측면의 온도차 △T를 감소시켜 줄수록 열전소자의 용량이 증대되고 효율이 상승된다는 것을 알 수 있다.The thermoelectric device has a change in efficiency and capacity according to an operating environment. FIG. 2 is a graph showing the change in efficiency and capacity of the thermoelectric device. In Fig. 2, ΔT is the temperature difference between both sides of the thermoelectric element cold and cold, V is the voltage, I is the current, Q is the amount of heat dissipation, and the max subscript is the maximum value under various operating conditions. As shown in the graph of FIG. 2, as the temperature difference ΔT on both sides of the cold and hot approaches the maximum value, the Q / Q max value approaches 0, that is, as the temperature difference increases, the heat dissipation amount tends to decrease. Therefore, it can be seen that as the temperature difference ΔT on both sides of the cold temperature of the thermoelectric element is decreased, the capacity of the thermoelectric element is increased and the efficiency is increased.
이와 같이 열전소자는 전기에너지와 열에너지를 상호 교환할 수 있게 해 주는 소자로서, 열전소자를 이용하여 일반적인 열교환기의 성능을 향상시키려는 연구가 있어 왔다. 미국특허등록 제5,561,981호("Heat Exchanger for Thermoelectric Cooling Device", 이하 선행기술1)에서는 도 3(A)에 도시된 바와 같이 열전소자 열교환기의 중앙에 냉각수 유입구 및 배출구가 구비된 수냉블럭을 배치하고, 상기 수냉블럭의 바깥쪽에 다수 개의 열전소자들이 배열되어 있는 열전소자 어레이 및 방열핀블럭을 배치하여 하나의 열교환기에서 냉각 및 가열이 동시에 가능하도록 구설하고 있다. 방열핀블럭은 다수 열의 핀이 평행으로 적층된 구조로 되어 있으며, 중앙의 수냉블럭과 방열핀블럭도 서로 평행으로 배치된다.As such, a thermoelectric device is a device that enables electrical energy and thermal energy to be exchanged with each other, and there have been studies to improve performance of a general heat exchanger using a thermoelectric device. In US Pat. No. 5,561,981 (“Heat Exchanger for Thermoelectric Cooling Device”, hereinafter referred to as Prior Art 1), a water cooling block having a cooling water inlet and an outlet is disposed at the center of the thermoelectric element heat exchanger as shown in FIG. 3 (A). In addition, a thermoelectric element array and a heat dissipation fin block in which a plurality of thermoelectric elements are arranged outside of the water cooling block are arranged to allow cooling and heating at the same time in one heat exchanger. The heat dissipation fin block has a structure in which a plurality of rows of fins are stacked in parallel, and the central water cooling block and the heat dissipation fin block are arranged in parallel with each other.
일본특허공개 제1999-002421호(이하 선행기술2)에서는 열전모듈의 양단에 핀을 설치하여 냉각과 가열이 동시에 일어나도록 하고 있다. 도 3(B)는 상기 선행기술2에 의한 열전소자 열교환기의 일부를 도시하고 있다. 도 3(B)에 도시된 공기 흐름은 동절기일 때의 방향을 나타낸 것으로, 고온의 내기는 흡열측 열교환기에 의해 차가워져서 차량 외부로 배출되며, 저온의 외기는 방열측 열교환기에 의해 따뜻해져서 차량 내부로 유입되고, 흡열측 열교환기와 방열측 열교환기 사이에 구비된 열전소자는 이와 같이 상하 각각의 열교환기에서 일어나는 냉각 및 가열 작용을 돕는다.In Japanese Patent Laid-Open No. 1999-002421 (hereinafter referred to as Prior Art 2), fins are provided at both ends of a thermoelectric module so that cooling and heating occur simultaneously. Figure 3 (B) shows a part of the thermoelectric element heat exchanger according to the
그런데, 상기 선행기술1 및 선행기술2는 이러한 열전소자의 다음과 같은 여 러 가지 문제점을 가지고 있다. 도 2의 설명에서 기술한 바와 같이 열전소자의 양쪽 단면의 온도 차이가 적을수록 효율이 높아지게 되는데, 선행기술 1 및 선행기술2에서는 그 구성상 열전소자 양쪽 단면의 온도 차이가 커지게 되어 열전소자의 효율 역시 떨어지게 되는 문제점이 있다. 또한, 냉각수가 출입하는 수냉블록 또는 수냉플레이트의 입출구가 열교환기의 양단에 존재하여 공간을 많이 차지하게 되는 문제점이 있다. 또한, 열전소자와 냉각수 사이의 벽 두께가 큼으로써 열저항이 커서 열전달효율이 떨어질 뿐만 아니라, 공냉/공냉식 열교환기에 열전소자를 더 포함하는 구성에 의한 열교환기는 수냉식에 비해 효율 및 성능이 떨어진다는 문제점이 있다.By the way, the
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 열교환기 자체의 크기를 컴팩트화하여 엔진룸의 공간 활용도를 높일 뿐만 아니라, 열전소자와 냉각수 사이의 열저항을 줄이고 열전소자 양쪽 단면의 온도 차이를 줄임으로써 열전달효율을 향상시키는 열전소자 열교환기를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to compact the size of the heat exchanger itself to increase the space utilization of the engine room, as well as between the thermoelectric element and the cooling water It is to provide a thermoelectric element heat exchanger to improve the heat transfer efficiency by reducing the thermal resistance of the thermoelectric element and the temperature difference between both cross-sections.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열전소자 열교환기는, 내부에 냉각수가 유통되며 길이 방향으로 연장되되 유입 공기의 하류측에 냉각수가 유입되는 유입구(112)가 길이 방향으로 형성되고 유입 공기의 상류측의 상기 유입구(112)가 형성된 면에 냉각수가 배출되는 배출구(113)가 길이 방향으로 형성된 수로(111)가 그 내부에 형성되는 수냉플레이트(110); 상기 수로(111)와 나란한 위치에 상기 수로를 따라 상기 수냉플레이트(110)의 상하 양면에 구비되는 열전소자(120); 상기 열전소자(120)로 이루어지는 층의 바깥쪽 양측에 밀착되어 구비되는 지지플레이트(130); 상기 지지플레이트(130) 바깥쪽 양측에 지지되어 고정되며, 상기 수냉플레이트(110)의 폭 방향으로 공기를 유통시키는 방열핀(140); 으로 이루어지는 단위 열교환기(100)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 수냉플레이트(110)는 상기 열전소자(120)가 구비되는 위치에 상기 열전소자(120)가 삽입되도록 소정의 깊이를 갖는 함몰부(114)가 형성되는 것을 특징으로 한다.The thermoelectric element heat exchanger of the present invention for achieving the object as described above, the cooling water flows therein and extends in the longitudinal direction, the
또한, 본 발명의 열전소자 열교환기(1000)는 복수 개의 상기 단위 열교환기(100)가 높이 방향으로 적층되어 구성되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 열전소자 열교환기(1000)는 하나의 단위 열교환기(100)의 수로(111)와 다른 하나의 단위 열교환기(100)의 수로(111)를 서로 연결하여 냉각수를 유통하는 연결파이프(115); 및 적층 시 서로 근접하는 각 단위 열교환기(100)의 방열핀(140)을 보호하도록 상기 적층된 단위 열교환기(100)들의 적층면에 구비되는 구분플레이트(200); 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the thermoelectric
또한, 상기 연결파이프(115)는 하나의 단위 열교환기(100)의 수로(111) 유입구(112)와, 상기 하나의 단위 열교환기(100)에 가장 근접한 위치의 다른 하나의 단위 열교환기(100)의 수로(111) 배출구(113)를 서로 연결하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 열전소자 열교환기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the thermoelectric element heat exchanger according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 의한 열전소자 열교환기의 측면도 및 정면도이다. 도 4(A)의 측면도에 보이는 바와 같이, 본 발명의 열전소자 열교환기(1000)는 수냉플레이트(110), 열전소자(120), 지지플레이트(130), 방열핀(140)으로 이루어지는 단위 열교환기(100)에 의해 구성된다. 수냉플레이트(110)는 도 5에 도시된 바와 같이 그 내부에 냉각수가 유통하는 수로(111)가 형성되어 있다. 상기 수로(111)는 상기 수냉플레이트(110)의 길이 방향과 나란한 방향으로 연장되어, 상기 수냉플레이트(110) 일측의 동일면에 냉각수가 유입되는 유입구(112)와 냉각수가 배출되는 배출구(113)를 갖도록 U자 형태로 되어 있다. 물론, 상기 수냉플레이트(110)의 내부유로는 U자 뿐 아니라 W자 등의 다양한 형태일 수 있다. 이와 같이 유입구(112)와 배출구(113)가 동일면에 형성되어 있음으로써, 열교환기 양쪽으로 파이프나 호스 등을 연결해야만 했던 종래의 열교환기와 비교하여 한쪽에만 이러한 연결 장치들이 연결되면 되기 때문에 열교환기 자체의 크기를 컴팩트화할 수 있게 된다.4 is a side view and a front view of the thermoelectric element heat exchanger according to the present invention. As shown in the side view of Figure 4 (A), the thermoelectric
상기 수냉플레이트(111)의 상하 양측 바깥쪽으로 열전소자(120)와 지지플레이트(130)가 위치하며 이 외측에 방열핀(140)이 부착되는데, 상기 방열핀(140)은 상기 수냉플레이트(110)의 폭 방향과 직교하는 방향으로 공기가 통과하도록 배치된다. 또한, 유입 공기의 하류측에 냉각수가 유입되는 상기 유입구(112)가 배치되도 록 한다. 이와 같이 함으로써 공기의 유동 방향에 대해 냉각수의 유동 방향은 대향류가 되게 형성된다. 도 4(B)의 정면도에 의하면 우측의 유통구가 유입구(112), 좌측의 유통구가 배출구(113)인 것으로 도시되어 있으나, 이것은 공기의 흐름 방향이 도 4(B)를 기준으로 하였을 때 좌측에서 우측으로 흐르기 때문에 이와 같이 유입구(112)와 배출구(113)가 결정된 것이며, 공기의 방향에 따라 상기 유입구(112)와 배출구(113)의 위치는 바뀔 수 있다.The
열전소자(120)는 상기 수냉플레이트(110)를 통해 유통하는 냉각수와 상기 방열핀(140)을 통해 유통하는 공기 사이에서 열교환 효율을 높일 수 있도록 구비된다. 따라서 상기 열전소자(120)는 상기 수냉플레이트(110)와 방열핀 (140) 사이에 구비되며, 또한 동일한 이유에 의해 열전소자(120)는 수냉플레이트(110)의 수로(111) 위치에 나란하게 배치되도록 위치된다. 열전소자(120)는 수로(111)와 같이 라인 형태를 이루면서 수냉플레이트(110)의 상하 양측면에 부착되게 되는데, 여기에 직접 방열핀(140)을 부착하게 되면 견고하게 고정되지 않을 뿐만 아니라 방열핀(140) 또는 열전소자(120)가 손상될 가능성이 있기 때문에, 이러한 문제점을 해소하기 위하여 상기 열전소자(120)에 의해 만들어진 층 위에 지지플레이트(130)를 부착하고 그 바깥쪽에 방열핀(140)을 부착한다.The
상기 단위 열교환기(100)는, 수로(111) 내부를 유통하는 냉각수로부터 수냉플레이트(110)의 벽을 통해 열이 전달되고, 상기 열이 지지플레이트(130)를 통과하여 방열핀(140) 사이를 유통하는 공기로 발산됨으로써 냉각수의 냉각이 이루어지게 되며, 상기 열전소자(120)는 이 사이에서 상기 열교환효율을 더욱 높이기 위해 장착된다. 이 때 냉각수가 그 내부에 유통하게 되는 수냉플레이트(110)는 견고해야 하기 때문에 소정의 두께를 가지도록 제작되는 제한을 가진다. 그런데, 상기 열전소자(120)가 수냉플레이트(110)에서 수로(111)의 위치와 나란한 위치에 부착된다 해도 수로(111)로부터 열전소자(120)까지의 벽의 두께가 두껍기 때문에 열저항이 커지게 되며, 이에 따라 열전달효율이 감소하게 되는 악영향이 발생한다.The unit heat exchanger 100, the heat is transferred from the cooling water flowing through the
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 수냉플레이트(110) 상하 양측면에 있어서 상기 열전소자(120)가 배치되는 부분에 함몰부(114)가 형성되도록 하였다. 상기 함몰부(114)가 형성됨으로써 열전소자(120)와 수로(111), 즉 냉각수 사이의 수냉플레이트(110) 벽 두께가 얇아지고, 이에 따라 수냉플레이트(110) 자체의 견고성에는 거의 영향을 주지 않으면서도 열전소자(120)와 냉각수 사이의 열저항을 크게 감소시킬 수 있게 되며, 이에 따라 열전달효율이 증가하게 되는 효과가 나타나게 된다. 뿐만 아니라, 상기 함몰부(114)는 또한 열전소자(120)가 정위치에 단단히 고정될 수 있는 가이드 역할을 해 줌으로써 열전소자 열교환기(1000) 전체의 내구성 및 수명을 높일 수 있게 해 주는 이중의 효과가 있다.In the present invention, in order to solve such a problem, as shown in FIG. 6, the
또한 본 발명은 상술한 바와 같이 냉각수의 유동 방향과 공기의 유동 방향이 대향류를 이루도록 하고 있다. 열교환기로 유입된 저온의 냉각수는 열전소자 고온측의 열을 빼앗아 고온이 되어 배출되고, 열교환기로 유입된 고온의 공기는 열전소 자의 저온측으로 열을 전달하여 저온이 되어 배출된다. 도 7은 이와 같은 냉각수의 유동 방향 및 공기의 유동 방향을 도시한 것으로, 도시된 바에 의하면 공기가 고온인 측과 냉각수가 고온인 측, 또한 공기가 저온인 측과 냉각수가 저온인 측이 대체로 같은 방향에 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이 고온의 공기-고온의 냉각수 / 저온의 공기-저온의 냉각수가 대체로 같은 위치에 있도록 함으로써 각 열전소자(120) 상하 양쪽면의 온도차가 매우 커지지 않도록 할 수 있다. 도 2의 열전소자 특성 그래프에서 설명한 바와 같이 열전소자는 양쪽면의 온도차가 커질수록 효율이 낮아지며, 온도차가 줄어들수록 높은 성능을 발휘한다. 따라서 본 발명의 열전소자 열교환기(1000)를 사용하게 되면, 열교환이 일어나는 각 영역에서 냉각수와 공기 사이, 즉 열전소자(120) 양쪽면의 온도차를 최대한 줄일 수 있도록 유통 경로가 설계되어 있기 때문에 열전소자(120)의 성능이 최대로 발휘될 수 있게 된다.In addition, as described above, the present invention allows the flow direction of the cooling water and the flow direction of the air to be in opposite directions. The low temperature cooling water introduced into the heat exchanger takes away heat from the high temperature side of the thermoelectric element and is discharged at high temperature. The high temperature air introduced into the heat exchanger is discharged at low temperature by transferring heat to the low temperature side of the thermoelectric element. FIG. 7 shows the flow direction of the cooling water and the flow direction of the air, and it is shown that the side where the air is hot, the side where the coolant is hot, and the side where the air is low and the side where the coolant is low are generally the same. You can see that it is in the direction. As such, the temperature difference between the upper and lower surfaces of each of the
또한, 본 발명의 열전소자 열교환기(1000)는 단일 개의 수냉플레이트(110), 상하 한 쌍의 열전소자(120) 층, 상하 한 쌍의 지지플레이트(130) 및 상하 한 쌍의 방열핀(140)으로 구성되는 단위 열교환기(100)만으로도 독립적인 열교환기로서 작동될 수 있다. 그러나 본 발명은 그 뿐만 아니라, 상기 단위 열교환기(100)를 세로로 적층함으로써 보다 고용량의 열교환기를 매우 용이하고 간단하게 구현할 수 있다. 이 때, 세로로 적층할 시 방열핀(140)끼리 서로 접촉하게 되면 견고하게 적층되지 않을 뿐만 아니라, 방열핀(140)은 매우 얇은 소재로 되어 있기 때문에 방열핀(140) 자체가 손상되거나 파괴되는 등 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 발명에서 는 도 4에 도시된 바와 같이 적층면에 구분플레이트(200)를 삽입함으로써 이와 같은 문제 발생 가능성을 제거한다. 상기 구분플레이트(200)는 알루미늄 등과 같이 열전도성능이 높은 금속 재질인 것이 바람직하다.In addition, the thermoelectric
이와 같이 복수 개의 단위 열교환기(100)를 적층한 후에는 냉각수가 연결되어 유통될 수 있도록 유통 경로를 구성해 주기만 하면 고용량의 열전소자 열교환기(1000)를 형성할 수 있게 된다. 도 8은 복수 개의 단위 열교환기로 이루어진 열전소자 열교환기에서의 냉각수 유통 경로 형성 방법을 도시한 것이다. 도 8(A)는 본 발명의 단위 열교환기(100)를 3개 적층하고 연결파이프(115)를 사용하여 상기 단위 열교환기(100)들의 냉각수 유통 경로를 연결한 모습을 정면에서 도시하고 있다. 도 8(A)에 도시된 바에 의하면 공기는 좌측에서 우측을 향해 흐르고 있으므로, 각 단위 열교환기(100)에서 냉각수가 공기 유입 방향에서 먼 쪽에서 유입되어 가까운 쪽으로 배출되도록 하기 위해서는 상기 연결파이프(115)를 도시된 바와 같이 대각선 방향으로 구비하도록 한다. 도 8(A)에서, 제1 단위 열교환기(100a)의 입구(112a)로 유입된 냉각수는 출구(113a)로 배출되어 연결파이프(115)를 통해 제2 단위 열교환기(100b)의 입구(112b)로 유입된다. 냉각수는 역시 제2 단위 열교환기(100b)의 출구(113b)로 배출되며, 연결파이프(115)에 의해 제3 단위 열교환기(100c)의 입구(112c)로 유입된 후 출구(113c)로 배출된다. 도 8(A)에서의 냉각수의 흐름 방향을 간단하게 도시한 것이 도 8(B)인데, 이와 같이 연결파이프(115)를 연결함으로써 도 7에서와 같이 각 단위 열교환기(100)에서 공기와 냉각수 사이의 온도차를 최대한 줄일 수 있는 냉각수 유통 경로를 얻을 수 있게 된다. 즉, 이와 같이 복수 개의 단 위 열교환기(100)를 적층하여 구성한 열전소자 열교환기(1000)에서도 단일 개의 단위 열교환기(100)에서와 같이 열전소자(120)의 성능을 극대화할 수 있게 된다. 또한, 냉각수는 최하층의 단위 열교환기(100)로 유입되어 최상층의 단위 열교환기(100)로 배출되도록 함으로써 냉각수를 냉각함에 있어 열전소자의 냉각 성능을 최대로 할 수 있다.After stacking the plurality of unit heat exchangers 100 as described above, it is possible to form a high capacity thermoelectric
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application of the present invention is not limited to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Of course, various modifications can be made.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 열전소자가 위치하는 부분에 함몰부가 형성됨으로써 수냉플레이트와 열전소자 사이의 열저항을 줄임으로써 열전달효율을 향상시키는 효과가 있으며, 또한 상기 함몰부는 열전소자가 다른 위치로 이탈하지 않고 정위치에 단단히 고정시키는 가이드 역할까지 하게 됨으로써 열전소자 열교환기 전체의 내구성 및 수명 또한 높일 수 있는 이중의 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the depression is formed in the portion where the thermoelectric element is located, thereby reducing the thermal resistance between the water-cooled plate and the thermoelectric element, thereby improving heat transfer efficiency, and the recessed portion has a different position at the thermoelectric element. By acting as a guide that is firmly fixed in place without leaving the furnace, there is a dual effect of increasing durability and lifespan of the entire thermoelectric element heat exchanger.
또한 냉각수와 공기의 대향류 형성에 의해 열전소자 양단의 온도차를 줄이게 됨으로써 열전소자의 작동효율을 향상시키는 효과가 있다. 따라서 이와 같은 효과들에 의하여 결과적으로 열교환기의 열교환성능이 크게 증가하게 되는 효과가 있 다. 특히, 종래에 열전소자가 채용되어 사용되었던 공냉/공냉식 열교환기와 비교하였을 때, 본 발명은 수냉/공냉식 열교환기이기 때문에 훨씬 높은 냉난방 성능 및 효율 향상 효과를 얻을 수 있게 된다.In addition, the temperature difference between both ends of the thermoelectric element is reduced by forming a counter current between the cooling water and the air, thereby improving the operating efficiency of the thermoelectric element. Therefore, such effects have the effect that the heat exchange performance of the heat exchanger is greatly increased as a result. In particular, when compared with an air-cooled / air-cooled heat exchanger that is conventionally employed by using a thermoelectric element, the present invention is able to obtain a much higher cooling and heating performance and efficiency improvement effect because it is a water-cooled / air-cooled heat exchanger.
더불어, 수냉플레이트의 입출구를 일측면에 형성하도록 함으로써 열교환기 자체를 컴팩트화하는 효과가 있으며, 이에 따라 엔진룸 내부의 공간 활용도를 크게 증대시킬 수 있게 된다는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 단위의 열교환기를 적층한 구조로 되어 있음으로써 설계자가 원하는 용량에 따라 간단히 적층할 단위 열교환기의 개수만 결정하면 되기 때문에 용량의 조절이 훨씬 간단하게 되어 설계의 편의성 및 제작의 용이성이 크게 증가하는 효과가 있다.In addition, by forming the inlet and outlet of the water-cooled plate on one side has the effect of compacting the heat exchanger itself, thereby increasing the space utilization in the engine room significantly. In addition, according to the present invention, since the structure of the unit heat exchanger is stacked, the designer simply needs to determine the number of unit heat exchangers to be stacked according to the desired capacity, thereby making the adjustment of the capacity much simpler. The ease of the effect is greatly increased.
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