KR20110063018A - 팬이 없는 자연 냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 팬이 없는 자연 냉각시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 열교환이 이루어지는 부분에 구동모터에 의해 구동되는 냉각팬을 설치하지 아니하고서도 열교환이 이루어지도록 한 팬이 없는 자연 냉각시스템에 관한 것인바, 본 발명은 압축, 응축, 팽창, 증발의 4가지 과정을 반복하면서 장치 내를 순환하여 열교환이 이루어지는 냉각시스템에 있어서, 압축기와 응축기를 연결하는 관로에 코일과 같이 권선된 열교환관로부와; 상기 열교환관로부가 내측에 설치되면서 열매체가 채워지는 하우징과; 상기 하우징 내부에 채원진 열매체가 가열되어 기화/고온화된 가스가 전열관를 통해 하우징 밖으로 배출되었다가 코일과 같이 권선된 응축열교환부를 통과하면서 열교환이 이루어져 열매체가 액화 또는 저온화되어 다시 하우징 내측으로 들어가는 순환파이프로 이루어진 외측열교환수단을 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.

Description

팬이 없는 자연 냉각시스템{Passive cooling system without fans}

본 발명은 팬이 없는 자연 냉각시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 열교환이 이루어지는 부분에 구동모터에 의해 구동되는 냉각팬을 설치하지 아니하고서도 열교환이 이루어지도록 한 팬이 없는 자연 냉각시스템에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고와 같은 각종 냉각장치를 사용하게 되면, 종래 냉각장치는 압축, 응축, 팽창, 증발의 4가지 과정을 반복하면서 장치 내를 순환하여, 온도가 낮은 증발기에서 열을 빼앗아서 온도가 높은 응축기로 열을 이동시키는 역할을 한다. 첨부도면 도 1은 종래 냉동사이클의 4가지 변화과정을 그리고, 그 주위에 냉매상태 변화를 그려서 대비시킨 것이다.

① 압축과정(A → B)

압축기(100)는 증발기(400)에서 증발한 저온 저압의 건포화 증기를 흡입하며 이때의 온도와 압력을 흡입온도 및 흡입 압력이라 부른다. 흡입된 건포화 증기는 압축되어 상온의 냉각수 및 공기로서 쉽게 액화시킬 수 있는 고온 고압의 과열증기 로 되어 배출된다. 이 압력과 온도를 배출 압력 및 배출 온도라 하며, 일반적으로 이 과정을 단열 압축과정이라 가정하고 압축변화는 등엔트로피 선을 따라 응축압력에 도달하게 된다.

② 응축과정(B → C)

응축기(200)는 압축기(100)에서 보내온 고온고압의 과열증기를 흡입하여 물로 냉각한다. 과열증기는 압축열을 방출하여 포화 증기로 되고 응축 잠열을 제거하여 응축 액화시켜 포화액으로 되며 배출 부근에서 과냉각 되어 상온 고압의 과냉각액이 된다. 응축기에서 방출하는 열량은 냉매가 증발기에서 빼앗은 증발열과 압축하기 위하여 더해진 압축 일량의 합이며, 이 열량을 냉각수 및 공기 중에 방출하게 된다.

③ 팽창과정( C → D)

팽창과정은 냉매가 팽창 밸브(300)를 통과할 때에 냉매의 상태변화를 말하며, 외부와의 열 출입이 없는 단열 팽창으로 엔탈피의 변화가 없다. 팽창밸브(300)는 과냉각된 고압의 냉매를 감압시킨다. 팽창밸브를 통과한 냉매는 저온 저압이 되어 증발하기 쉬운 상태로 된다. 여기서 팽창밸브는 감압작용과 동시에 냉매 액의 유량을 제어한다.

④ 증발과정 (D → A)

증발기(400)는 저온 저압의 냉매가 가지고 있는 고온의 열을 구동모터에 의하여 작동하는 냉각팬(500)을 이용하여 강제적으로 저온의 공기를 이동시켜 열교환이 이루어지도록 하는 구조로서 냉각팬(500)의 작동에 의하여 소음이 발생되고 구 동모터가 별도로 필요함으로 전원 또한 필요하며 따라서 구조가 복잡해지는 문제점과 장치의 구성품이 많아 크기가 커지는 문제점과 또한 구동모터의 작동과 냉각팬의 작동으로 소음이 발생되는 문제점이 있다.

이러한 종래 문제점을 일거에 해소하기 위하여 안출한 것으로서 본 발명은 구동모터에 의해 작동되는 냉각팬을 미설치하여 구조를 보다 간단하게 할 수 있으며, 구동모터 및 냉각팬 등을 설치하지 않으므로 소음발생을 방지할 수 있는 냉각시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은 압축, 응축, 팽창, 증발의 4가지 과정을 반복하면서 장치 내를 순환하여 열교환이 이루어지는 냉각장치에 있어서, 압축기와 응축기를 연결하는 관로에 코일과 같이 권선된 열교환관로부와; 상기 열교환관로부가 내측에 설치되면서 열매체가 채워지는 하우징과; 상기 하우징 내부에 채원진 열매체가 가열되어 기화/고온화된 가스가 전열관를 통해 하우징 밖으로 배출되었다가 코일과 같이 권선된 응축열교환부를 통과하면서 열교환이 이루어져 열매체가 액화 또는 저온화되어 다시 하우징 내측으로 들어가는 순환파이프로 이루어진 외측열교환수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자연 냉각장치에 의하여 달성된다.

상기 응축열교환부는 수회 권선되어 형성된 코일형인 것을 특징으로 하는 자연 냉각장치에 의하여 달성된다.

상기 응축열교환부는 양측 끝단부로 갈 수록 폭이 좁아지고 중앙부는 단면 형태가 사각 판형의 찬넬 형태를 갖는 구조인 것을 특징으로 하는 자연 냉각장치에 의하여 달성된다.

상기 응축열교환부가 일측으로 기울어져 설치되는 것을 특징으로 하는 자연 냉각장치에 의하여 달성된다.

이와 같은 본 발명의 팬이 없는 자연 냉각시스템은 구동모터에 의해 작동되는 냉객팬을 미설치하여 구조를 보다 컴팩트하게 구성할 수 있으며, 또한 구동모터 및 냉각팬 등을 설치하지 않으므로서 소음발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 자연 냉각장치의 구성을 보여주는 설치상태도이고 도 3은 본 발명의 작동상태를 보여주는 예시도로서 이에 따르면 본 발명의 자연 냉각시템(1)은 압축, 응축, 팽창, 증발의 4가지 과정을 반복하면서 장치 내를 순환하여 열교환이 이루어지는 냉각장치에 있어서 압축기(10)와 응축 기(20)를 연결하는 관로에 코일과 같이 권선된 열교환관로부(30)가 내측에 설치되면서 열매체가 채워지는 하우징(41)과; 상기 하우징(41) 내부에 채원진 열매체가 가열되어 기화/고온화된 가스가 전열관(42)을 통해 하우징(41) 밖으로 배출되었다가 코일과 같이 권선된 응축열교환부(43)를 통과하면서 열교환이 이루어져 열매체가 액화 또는 저온화되어 다시 하우징(41) 내측으로 들어가는 순환파이프(44)로 이루어진 외측열교환수단(40)을 포함하여 이루어진 구조이다.

한편 상기 응축열교환부(43)는 수회 권선되어 형성된 코일형인 것을 사용할 수 있으며, 첨부도면 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상기 응축열교환부(43)는 양측 끝단부로 갈 수록 폭이 좁아지고 중앙부는 단면 형태가 사각 판형의 찬넬 형태를 갖는 구조인 것을 사용할 수도 있다.

이때 상기 응축열교환부(43)는 순환파이프(44)가 위치하는 일측으로 기울어져 설치되는 것이 바람직하다. 또한 첨부도면 도 6a 내지 도 6b에 도시된 바와 같이 응축열교환부(43)에 방열핀(43a)을 일체로 형성시켜 사용할 수 있다. 또한 첨부도면 도 7에 도시된 바와 같이 상기 응축열교환부(43)를 2개 이상 설치하여 사용할 수도 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 작동 상태를 설명하면 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 고온의 열매체가 응축기(20)에서 팽창밸브(50)를 경유하여 압축기(10)로 이송될 때 관로 상에 구비된 열교환관로부(30)를 지나게 되는데, 이때 열교환관로부(30)를 지나는 관로에는 고온 상태의 열매체가 흐르고 있으면서 증발잠열이 큰 매질의 열매체가 채워지는 하우징 내를 경유하는 열교환관로부(30)에서 하 우징(41) 내부에 채워진 열매체로 열교환이 이루어져 저온이 된다.

상기 열교환관로부(30)의 고온 상태의 열이 하우징(41) 내부에 채원진 열매체로 이전되면서 온도가 떨어져 냉각되고 상기 열교환이 이루어져 가열되어 기화 또는 고온화된 가스가 전열관(42)를 통해 하우징(41) 밖으로 배출되었다가 코일과 같이 권선된 응축열교환부(43)를 통과하면서 외부의 공기에 의해 열교환이 이루어져 열매체가 액화 또는 저온화되어 순환파이프(44)를 통해 다시 하우징(41) 내측으로 들어가게 된다.

외부 공기와 접촉하여 고온의 열을 외부로 배출하는 상기 응축열교환부(43)는 첨부도면 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 외부 공기와 접촉하는 면적을 보다 넓게 형성시키기 위해 파이프 형태의 관로를 코일과 같이 권선하여 사용할 수 있지만 첨부도면 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이 양측 끝단부로 갈수록 폭이 좁아지고 중앙부는 단면 형태가 사각 판형의 찬넬 형태를 갖도록 하여 고온 상태의 열매체가 확산되어 보다 넓은 대기와 접촉하여 냉각 열교환이 빠르고 효율적으로 이루어지도록 하기 위해 구조를 변경하여 사용할 수 있다.

더불어 상기 응축열교환부(43)를 전열관(42)은 낮게 순환파이프(44) 쪽은 높게 위치하게 기울어지도록 설치하면 열교환이 이루어지도록 할 수도 있다. 상기와 같이 순환파이프(44) 쪽을 높게 위치시키면 외기와 접촉하는 면적과 접촉하는 시간을 오래 할 수 있기 때문에 냉각효율을 증대시킬 수 있기 때문이다.

한편 첨부도면 도 6a 내지 도 6b에 도시된 바와 같이 응축열교환부(43)에 방열핀(43a)을 일체로 형성시켜 사용하면 냉각 효율을 증대시킬 수 있으며, 첨부도면 도 7에 도시된 바와 같이 상기 응축열교환부(43)를 2개 이상 설치하면 더욱더 냉각 효과를 얻을 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.

도 1은 일반적인 냉각시스템의 설치구조를 보여주는 설치상태도.

도 2는 본 발명인 팬이 없는 자연 냉각시스템의 구성을 보여주는 설치상태도

도 3은 본 발명의 기술이 적용된 팬이 없는 자연 냉각시스템의 작동상태를 보여주는 예시도.

도 4는 본 발명의 기술이 적용된 팬이 없는 자연 냉각시스템의 일 예를 보여주는 예시도.

도 5는 도 4의 요부인 응축열교환부의 다른 구조를 보여주는 단면도.

도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 요부인 응축열교환부에 방열핀을 일체로 형성킨 실시예의 구조를 보여주는 사시도.

도 7은 본 발명의 요부인 응축열교환부를 2개 이상 설치한 실시예를 보여주는 사시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 자연 냉각시템 10 : 압축기

20 : 응축기 30 : 열교환관로부

40 : 외측열교환수단 41 : 하우징

42 : 전열관 43 : 응축열교환부

43a : 방열핀 44 : 순환파이프

50 : 팽창밸브

Claims (6)

1. 압축, 응축, 팽창, 증발의 4가지 과정을 반복하면서 장치 내를 순환하여 열교환이 이루어지는 냉각시스템에 있어서,

   압축기와 응축기를 연결하는 관로에 코일과 같이 권선된 열교환관로부와;

   상기 열교환관로부가 내측에 설치되면서 열매체가 채워지는 하우징과;

   상기 하우징 내부에 채원진 열매체가 가열되어 기화/고온화된 가스가 전열관를 통해 하우징 밖으로 배출되었다가 코일과 같이 권선된 응축열교환부를 통과하면서 열교환이 이루어져 열매체가 액화 또는 저온화되어 다시 하우징 내측으로 들어가는 순환파이프로 이루어진 외측열교환수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 팬이 없는 자연 냉각시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 응축열교환부는 수회 권선되어 형성된 코일형인 것을 특징으로 하는 팬이 없는 자연 냉각시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 응축열교환부는 양측 끝단부로 갈 수록 폭이 좁아지고 중앙부는 단면 형태가 사각 판형의 찬넬 형태를 갖는 구조인 것을 특징으로 하는 팬이 없는 자연 냉각시스템.
4. 제 1 항 내지 제 2 항에 있어서, 상기 응축열교환부가 순환파이프가 위치하는 일측으로 기울어져 설치되는 것을 특징으로 하는 팬이 없는 자연 냉각시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 응축열교환부에 방열핀을 일체로 형성시킨 것을 특징으로 하는 팬이 없는 자연 냉각시스템.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 응축열교환부가 2개 이상 설치된 것을 특징으로 하는 팬이 없는 자연 냉각시스템.

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