KR20080077448A - 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 종래기술에 의한 열전소자 열교환기.Figure 2 is a thermoelectric element heat exchanger according to the prior art.
도 3은 본 발명에 의한 열전소자 열교환기의 측면도 및 정면도.Figure 3 is a side view and a front view of the thermoelectric element heat exchanger according to the present invention.
도 4는 수냉플레이트의 사시도.4 is a perspective view of a water cooling plate.
도 5는 냉각수의 유동 방향 및 공기의 유동 방향.5 is a flow direction of cooling water and a flow direction of air.
도 6은 복수 개의 단위 열교환기로 이루어진 열전소자 열교환기에서의 냉각수 유통 경로 형성 방법.6 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: 유입구 113: 배출구112: inlet 113: outlet
114: 유입파이프 114a: 유입파이프 입구114:
115: 배출파이프 115b: 배출파이프 출구115: discharge pipe 115b: discharge pipe outlet
116: 기포방출기116: bubble emitter
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 고체 상의 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 thermoelectric element is a thermo-electric heat pump that is designed to perform a cooling function similar to a freon compressor or an endothermic refrigerator even with a small solid-state 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, 냉온 양측면의 온도차가 클수록 효율이 낮아지는 경향이 있다는 사실이 잘 알려져 있다. 따라서, 열전소자의 냉온 양측면의 온도차를 감소시켜 줄수록 열전소자의 효율이 상승된다는 것을 알 수 있다.It is well known that the thermoelectric element is changed in efficiency and capacity according to the operating environment, and the efficiency tends to decrease as the temperature difference between both sides of cold and hot increases. Therefore, it can be seen that the efficiency of the thermoelectric element increases as the temperature difference between both sides of the cold temperature of the thermoelectric element is reduced.
이와 같이 열전소자는 전기에너지와 열에너지를 상호 교환할 수 있게 해 주 는 소자로서, 열전소자를 이용하여 일반적인 열교환기의 성능을 향상시키려는 연구가 있어 왔다. 미국특허등록 제5,561,981호("Heat Exchanger for Thermoelectric Cooling Device", 이하 선행기술1)에서는 도 2(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, thermoelectric devices are devices that allow electrical energy and thermal energy to be exchanged with each other, and there have been studies to improve performance of general heat exchangers using thermoelectric devices. In US Patent 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. 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 2(B)는 상기 선행기술2에 의한 열전소자 열교환기의 일부를 도시하고 있다. 도 2(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. FIG. 2B shows a part of the thermoelectric element heat exchanger according to the
그런데, 상기 선행기술1 및 선행기술2는 이러한 열전소자의 다음과 같은 여러 가지 문제점을 가지고 있다. 상술한 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 되 는 문제점이 있다. 또한, 냉각수가 출입하는 수냉블록 또는 수냉플레이트의 입출구가 열교환기의 양단에 존재하여 공간을 많이 차지하게 되는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 열전소자와 냉각수 사이의 벽 두께가 큼으로써 열저항이 커서 열전달효율이 떨어질 뿐만 아니라, 공냉식 열교환기에 열전소자를 더 포함하는 구성에 의한 열교환기는 수냉식에 비해 효율 및 성능이 떨어진다는 문제점이 있다.However, the
또한, 종래의 열전소자 열교환기에서는 수냉플레이트로의 냉각수 분배가 고르지 못하여 열교환성능이 떨어지며, 특히 냉각수 유로의 압력저항이 커서 냉각수 순환펌프의 용량이 매우 커야 하기 때문에 전체적인 시스템의 효율이 떨어진다는 문제점이 있다. 또한, 냉각수 유로 내부에 기포가 발생하여 열전달면적이 줄어듦으로써 열교환성능에 손실이 발생하는 문제점이 있다.In addition, in the conventional thermoelectric element heat exchanger, the cooling water distribution to the water cooling plate is uneven, and the heat exchange performance is reduced. In particular, the pressure resistance of the cooling water flow path is large, so that the capacity of the cooling water circulation pump must be very large. have. In addition, there is a problem that a loss occurs in the heat exchange performance by bubbles generated inside the cooling water flow path to reduce the heat transfer area.
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 향상시키고, 더불어 냉각수 순환펌프의 용량을 줄이면서도 열전달이 효과적으로 일어날 수 있게 하는 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 that improves the heat transfer efficiency by reducing the thermal resistance of the thermoelectric element and the temperature difference between both cross-sections, and also reduce the capacity of the cooling water circulation pump.
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 상류측에 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 포함하되, 복수 개의 상기 단위 열교환기(100)가 높이 방향으로 적층되어 구성되고, 상기 단위 열교환기(100)들의 수로(111) 유입구(112)들을 병렬로 서로 연결하는 유입파이프 (114); 및 상기 단위 열교환기(100)들의 수로(111) 배출구(113)들을 병렬로 서로 연결하는 배출파이프 (115);를 포함하여 이루어진다.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
이 때, 상기 유입파이프(114)로 냉각수가 유입되는 유입파이프 입구(114a)는 상기 유입파이프(114)의 최하단 측에 위치하며, 상기 배출파이프(115)로부터 냉각수가 배출되는 배출파이프 출구(115a)는 상기 배출파이프(115)의 최상단 측에 위치하는 것을 특징으로 한다.At this time, the inlet pipe inlet 114a through which the coolant flows into the
또한, 상기 배출파이프 출구(115a)에는 기포방출기(116)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
더불어, 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
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 3은 본 발명에 의한 열전소자 열교환기의 측면도 및 정면도이다. 도 3(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 4에 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 W자 형태로 되어 있다. 물론, 상기 수냉플레이트(110)의 내부유로는 W자 뿐 아니라 U자 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.3 is a side view and a front view of a thermoelectric element heat exchanger according to the present invention. As shown in the side view of Figure 3 (A), the thermoelectric
상기 수냉플레이트(111)의 상하 양측 바깥쪽으로 열전소자(120)와 지지플레 이트(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 배치되도록 한다. 이와 같이 함으로써 공기의 유동 방향에 대해 냉각수의 유동 방향은 대향류가 되게 형성되도록 하여 성능이 향상된다. 도 3(B)의 정면도에 의하면 우측의 유통구가 유입구(112), 좌측의 유통구가 배출구(113)인 것으로 도시되어 있으나, 이것은 공기의 흐름 방향이 도 3(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. 본 발명에서는 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 열전소자의 저온측으로 열을 전달하여 저온이 되어 배출된다. 도 5는 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. 앞서 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.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. 물론, 상기 단위 열교환기(100)를 직렬로 배열함으로써 열교환용량을 증가시킬 수도 있겠으나, 직렬로 배열할 경우 냉각수의 온도차가 커지게 되어 오히려 열교환성능이 저감될 가능성이 높기 때문에, 상기 단위 열교환기(100) 복수 개를 연결할 경우 세로(병렬)로 적층하는 것이 바람직하다.In addition, the thermoelectric
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 발명에서는 도 3에 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.At this time, when the
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 6은 복수 개의 단위 열교환기로 이루어진 열전소자 열교환기에서의 냉각수 유통 경로 형성 방법을 도시한 것이다. 본 발명의 열전소자 열교환기는, 각 단위 열교환기(100)의 유입구(112)들을 서로 병렬로 연결하 는 유입파이프(114)와, 각 단위 열교환기의 배출구(113)들을 서로 병렬로 연결하는 배출파이프(115)를 포함하여 이루어진다. 이 때, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 유입파이프(114)로 냉각수가 유입되는 유입파이프 입구(114a)는 상기 유입파이프(114)의 최하단 측에 위치되며, 상기 배출파이프(115)로부터 냉각수가 배출되는 배출파이프 출구(115a)는 상기 배출파이프(115)의 최상단 측에 위치되는 것이 바람직하다.After stacking the plurality of
이와 같이 냉각수의 유입 및 배출이 병렬로 이루어짐으로써, 각 단위 열교환기(100)에 유통되는 냉각수의 양도 고르게 분배될 뿐만 아니라 유통되는 냉각수의 온도가 세로 방향으로 일정해진다. 이에 따라 각 단위 열교환기(100)에서의 열교환성능이 훨씬 증가할 수 있게 된다. 또한, 이와 같이 냉각수의 유통이 병렬로 이루어지게 되면, 수로(111)에서의 압력저항이 작아지기 때문에 냉각수 유통이 훨씬 용이해지며, 특히 냉각수 순환펌프의 용량이 커질 필요가 없어지고 작은 용량의 냉각수 순환펌프만으로도 본 발명의 열전소자 열교환기 수로(111)에 충분히 냉각수를 유통시킬 수 있으므로 시스템 전체적으로 볼 때 매우 효과적이다.As the inflow and outflow of the cooling water is performed in this manner, the amount of the cooling water circulated in each
또한, 본 발명의 열전소자 열교환기에서, 상술한 바와 같이 상기 유입파이프(114)로 냉각수가 유입되는 유입파이프 입구(114a)는 상기 유입파이프(114)의 최하단 측에 위치되며, 상기 배출파이프(115)로부터 냉각수가 배출되는 배출파이프 출구(115a)는 상기 배출파이프(115)의 최상단 측에 위치된다. 이와 같은 구성은 냉각수와의 열교환을 최대화하기 위한 구성으로서, 이와 같은 구성으로 인하여 냉각수 의 냉각성능이 극대화되고 있다.In addition, in the thermoelectric element heat exchanger of the present invention, the
그런데, 수로(111) 내부에서는 유로 설계에서의 문제 또는 예상치 못한 상황의 발생으로 인하여 기포가 발생할 가능성이 있다. 이와 같이 수로(111) 내에 기포가 존재하게 되면 수냉플레이트(110)에서의 열전달면적이 줄어들게 되고, 결과적으로 열전달효율의 손실이 발생된다. 따라서 수로(111) 내의 기포를 제거하는 것은 열전달효율의 증가를 위하여 매우 중요한 문제라 할 수 있다.However, there is a possibility that bubbles are generated in the
본 발명의 열전소자 열교환기에서는, 유입파이프 입구(114a)는 최하단에, 배출파이프 출구(115a)는 최상단에 위치됨으로써 냉각수의 흐름에 따라 자연스럽게 수로(111) 내의 기포가 제거될 수 있도록 하고 있다. 공기는 냉각수보다 훨씬 밀도가 작아서 냉각수 속에서 위쪽으로 움직이려는 경향이 있기 때문에, 냉각수의 흐름이 아래에서 위를 향하게 되면 냉각수의 흐름에 따라 기포가 위쪽을 향해 자연스럽게 올라가게 되는 것이다.In the thermoelectric element heat exchanger of the present invention, the
또한, 수로(111) 내부의 기포들이 제거되어 위쪽으로 올라가므로, 상기 배출파이프 출구(115a)에는 이와 같이 모인 공기를 방출할 수 있도록 기포방출기(116)가 더 구비되도록 하는 것이 바람직하다.In addition, since the bubbles inside the
이와 같이 본 발명에 의한 열전소자 열교환기에서는, 냉각수와의 열교환을 최대화할 수 있도록 유로 설계가 되어 있어 냉각수의 냉각 성능을 높일 뿐만 아니라, 유입파이프(114)/배출파이프(115)의 구조 및 기포방출기(116)에 의해 수로(111) 내의 기포가 효과적으로 제거됨으로써 열전달효율의 손실을 최소화함으로써 더욱 냉각수의 냉각 성능을 극대화할 수 있게 된다.As described above, in the thermoelectric element heat exchanger according to the present invention, the flow path is designed to maximize the heat exchange with the cooling water, thereby increasing the cooling performance of the cooling water, as well as the structure and bubble of the
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, 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 있다. 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.As described above, according to the present invention, the temperature difference between both ends of the thermoelectric element is reduced by forming a counter flow of cooling water and air, thereby improving the operating efficiency of the thermoelectric element. Therefore, these 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.
특히 본 발명에 의하면, 적층된 단위 열교환기들에 냉각수를 병렬로 유입 및 배출시키기 때문에, 유통되는 냉각수의 양이 고르게 분배될 뿐만 아니라 세로 방향으로의 냉각수 온도도 일정하기 때문에 열교환효율이 크게 향상되는 효과가 있다. 또한, 냉각수를 병렬로 유통시키기 때문에 냉각수 유로의 압력저항이 지나치게 커지지 않게 되고, 이에 따라 보다 작은 용량의 냉각수 순환펌프를 사용할 수 있게 되어 매우 효율적이라는 큰 효과가 있다.Particularly, according to the present invention, since the coolant is introduced and discharged in parallel to the stacked unit heat exchangers, the amount of the coolant circulated is distributed evenly and the coolant temperature in the longitudinal direction is also constant, so that the heat exchange efficiency is greatly improved. There is. In addition, since the cooling water flows in parallel, the pressure resistance of the cooling water flow passage does not become too large, and thus, a smaller capacity of the cooling water circulation pump can be used, which is very efficient.
뿐만 아니라 본 발명에 의하면, 냉각수 유로에서 발생되는 기포가 정체되지 않도록 기포방출기 및 유입파이프/배출파이프의 입구/출구 위치 설계를 통해 기포를 모아 배출함으로써 기포에 의한 열전달효율 감소 영향을 최소화시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.In addition, according to the present invention, by collecting the bubbles through the inlet / outlet position design of the bubble discharger and the inlet pipe / discharge pipe so that the bubbles generated in the cooling water flow path is not stagnant can minimize the effect of reducing the heat transfer efficiency due to bubbles Excellent effect
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Cited By (5)
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KR101144960B1 (en) * | 2010-06-30 | 2012-05-11 | 한국전력공사 | Apparatus for cooling gas |
KR20150025961A (en) * | 2013-08-30 | 2015-03-11 | 한라비스테온공조 주식회사 | Air conditioner for vehicle with thermoelement module |
US9273912B2 (en) | 2013-08-06 | 2016-03-01 | Hyundai Motor Company | Heat dissipation device for electronic controllers |
KR20160077619A (en) * | 2014-12-24 | 2016-07-04 | 한국전기연구원 | Thermoelectric generator using waste heat |
KR101962358B1 (en) * | 2017-10-10 | 2019-03-26 | 주식회사 파이온이엔지 | Power control apparatus with a temperature control device of semiconductor manefacturing equipment |
Family Cites Families (4)
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---|---|---|---|---|
JPH11274574A (en) | 1998-03-20 | 1999-10-08 | Kubota Corp | Manufacture of heat exchange block for thermoelectric power generating device |
JP2001082827A (en) | 1999-09-14 | 2001-03-30 | Orion Mach Co Ltd | Heat carrier supply unit |
JP3542548B2 (en) | 2000-06-30 | 2004-07-14 | 株式会社 ヒューテック | Fluid temperature controller |
KR100548100B1 (en) * | 2004-03-19 | 2006-01-31 | 오완호 | Cooling and heating device stacking thermoelectric element stack and method |
-
2007
- 2007-02-20 KR KR1020070016986A patent/KR101243674B1/en active IP Right Grant
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101144960B1 (en) * | 2010-06-30 | 2012-05-11 | 한국전력공사 | Apparatus for cooling gas |
US9273912B2 (en) | 2013-08-06 | 2016-03-01 | Hyundai Motor Company | Heat dissipation device for electronic controllers |
KR20150025961A (en) * | 2013-08-30 | 2015-03-11 | 한라비스테온공조 주식회사 | Air conditioner for vehicle with thermoelement module |
KR20160077619A (en) * | 2014-12-24 | 2016-07-04 | 한국전기연구원 | Thermoelectric generator using waste heat |
KR101962358B1 (en) * | 2017-10-10 | 2019-03-26 | 주식회사 파이온이엔지 | Power control apparatus with a temperature control device of semiconductor manefacturing equipment |
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