KR20140141960A

KR20140141960A - 열전소자를 이용한 열교환기

Info

Publication number: KR20140141960A
Application number: KR20130063382A
Authority: KR
Inventors: 오만주; 김재웅; 박재우; 김재훈
Original assignee: 현대자동차주식회사; 갑을오토텍(주)
Priority date: 2013-06-03
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2014-12-11

Abstract

상면과 하면이 내부공간을 형성하도록 접합되고 양측에 유입구와 유출구가 형성되며 내부공간에 작동유체가 흐르는 평판형채널; 흡열과 발열을 수행하는 제1면과 제2면으로 구성되고, 평판형채널의 상면과 하면에 각각의 제1면이 밀착되도록 결합되는 상부열전소자 및 하부열전소자; 및 상부열전소자 및 하부열전소자의 제2면에 각각 밀착되도록 결합되며 공기와 열교환하는 상부열교환핀 및 하부열교환핀;을 포함하는 열전소자를 이용한 열교환기가 소개된다.

Description

열전소자를 이용한 열교환기 {HEAT EXCHANGER USING THERMOELECTRIC ELEMENT}

본 발명은 열전소자를 이용한 방열기로서, 방열성능을 극대화하고 열저항을 최소화하는 열전소자의 특성에 적합한 열전소자를 이용한 열교환기에 관한 것이다.

종래의 열전소자를 이용한 열 교환기의 경우 평판형 구조가 있었다. 평판형 구조는 평판의 일측면에 냉각수 유로를 형성 하고 반대측 측면에 공기측 핀을 설치하여 방열하는 구조로 구성된다. 이는 구조상 중량이 과다하며, 물측 접합부의 두께를 최소화시킬 수 없는 단점이 있어 열전소자 작동시 내부 과열의 원인 되기도 한다.

또한, 종래의 구조에는 코어형 구조도 있다. 이는 양측면에 파이프가 위치되고 파이프 사이에 가수개의 튜브가 연결되어지며, 튜브 위에 열전소자가 위치하고 열전소자 위에 공기측 방열핀이 위치한다. 다만, 이는 조립 공법상 코어를 조립 후에 열전소자를 조립해야 하기 때문에 조립이 어렵고 품질 산포의 과다원인이 된다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2012-0035010 A

본 발명은 열전소자를 이용한 방열기로서, 방열성능을 극대화하고 열저항을 최소화하는 열전소자의 특성에 적합한 열전소자를 이용한 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 열교환기는, 상면과 하면이 내부공간을 형성하도록 접합되고 양측에 유입구와 유출구가 형성되며 내부공간에 작동유체가 흐르는 평판형채널; 흡열과 발열을 수행하는 제1면과 제2면으로 구성되고, 평판형채널의 상면과 하면에 각각의 제1면이 밀착되도록 결합되는 상부열전소자 및 하부열전소자; 및 상부열전소자 및 하부열전소자의 제2면에 각각 밀착되도록 결합되며 공기와 열교환하는 상부열교환핀 및 하부열교환핀;을 포함한다.

평판형채널은 양 측단부에 수평으로 연장된 연장부가 형성되며 연장부에 유입구와 유출구가 형성될 수 있다.

평판형채널은 상면과 하면이 관통되어 유입구와 유출구가 형성될 수 있다.

평판형채널의 내부공간에는 작동유체의 흐름 방향으로 유로를 형성하며 열교환하는 내부핀이 마련되고, 내부핀은 그 상단과 하단이 각각 평판형채널의 상면과 하면에 밀착될 수 있다.

평판형 채널의 테두리를 감싸는 단열커버;를 더 포함할 수 있다.

단열커버는 평판형채널의 테두리를 감싸면서 상부열전소자 및 하부열전소자의 측단에 밀착될 수 있다.

복수의 평판형채널이 수평하게 배치되고, 평판형채널 각각에 상부열전소자 및 하부열전소자가 부착되며, 상부열전소자 및 하부열전소자 각각에 상부열교환핀 및 하부열교환핀이 부착될 수 있다.

인접하는 평판형채널들은 상부열교환핀 및 하부열교환핀을 공유할 수 있다.

복수의 평판형채널의 유입구와 유출구는 각각 일측과 타측으로 모여지고, 유입구를 연결하는 유입관 및 유출구를 연결하는 유출관;을 더 포함할 수 있다.

복수의 평판형채널이 수직으로 중첩되고, 평판형채널 각각에 상부열전소자 및 하부열전소자가 부착되며, 상부열전소자 및 하부열전소자 각각에 상부열교환핀 및 하부열교환핀이 부착될 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 열전소자를 이용한 열교환기에 따르면, 평판형 구조에 비해 플레이트 두께가 현저하게 얇아져 냉각수 측 열 저항이 작아지게된다. 따라서 열전소자의 과열을 방지하여 내구성능을 향상시키고 효율을 증대 시킨다. 또한 열 교환기의 중량을 현저히 감소시키는 것이 가능하다.

코어는 독립적 구조로 조립이 가능하다. 즉 열전소자 조립시 접합부의 품질을 향상시킬 수 있으며, 각각의 코어 성능을 확인 가능하다.

코어 적층 숫자를 조정하여 열교환기의 용량을 용이하게 조절이 가능하다.

동일한 플레이트를 상하 조립으로 사용할 수 있어 금형비 재료비의 절감을 구현 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 열교환기의 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 열교환기의 단면도.
도 3 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 열교환기의 실시예를 나타낸 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전소자를 이용한 열교환기에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 열교환기의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 열교환기의 단면도이며, 도 3 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 열교환기의 실시예를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 열전소자를 이용한 열교환기는, 상면(120)과 하면(140)이 내부공간을 형성하도록 접합되고 양측에 유입구(170)와 유출구(180)가 형성되며 내부공간에 작동유체가 흐르는 평판형채널(100); 흡열과 발열을 수행하는 제1면과 제2면으로 구성되고, 평판형채널(100)의 상면(120)과 하면(140)에 각각의 제1면이 밀착되도록 결합되는 상부열전소자(220) 및 하부열전소자(240); 및 상부열전소자(220) 및 하부열전소자(240)의 제2면에 각각 밀착되도록 결합되며 공기와 열교환하는 상부열교환핀(320) 및 하부열교환핀(340);을 포함한다.

도 1과 같이, 본 발명의 열교환기는 내부공간을 형성하는 평판형채널(100)이 마련되고, 그 평판형채널(100)에는 양측으로 유입구(170)와 유출구(180)가 형성된다. 유입구(170)와 유출구(180)는 상면(120)과 하면(140)을 관통하여 형성된다.

그러한 평판형채널(100)은 양 측단부에 수평으로 연장된 연장부가 형성되며 연장부에 유입구(170)와 유출구(180)가 형성되고, 평판형채널(100)은 상면(120)과 하면(140)이 관통되어 유입구(170)와 유출구(180)가 형성될 수 있다.

한편, 평판형채널(100)의 내부공간에는 작동유체의 흐름 방향으로 유로를 형성하며 열교환하는 내부핀(160)이 마련되고, 내부핀(160)은 그 상단과 하단이 각각 평판형채널(100)의 상면(120)과 하면(140)에 밀착될 수 있다.

이에 따라 평판형채널(100)의 유입구(170)로 유입된 유체는 내부를 흐르며 열교환되고 유출구(180)로 토출되는 것이다.

평판형채널(100)의 냉각 또는 가열을 위해 열전소자가 마련된다. 열전소자는 평판형채널(100)의 상면(120)과 하면(140)에 각각 배치되는데, 흡열과 발열을 수행하는 제1면과 제2면으로 구성되고, 평판형채널(100)의 상면(120)과 하면(140)에 각각의 제1면이 밀착되도록 결합되는 상부열전소자(220) 및 하부열전소자(240)로 구성된다. 상부열전소자(220) 및 하부열전소자(240)의 각각의 제1면이 평판형채널(100)에 접하기 때문에 위/아래에서 동시에 냉각 또는 가열이 이루어진다.

그리고 상부열전소자(220) 및 하부열전소자(240)의 제2면에 각각 밀착되도록 결합되며 공기와 열교환하는 상부열교환핀(320) 및 하부열교환핀(340)이 마련되어 열전소자의 반대측 방열을 수행하도록 하는 것이다.

한편, 이러한 평판형채널(100)의 테두리에는 테두리를 감싸는 단열커버(500)가 마련되어 열전소자의 제1면에 접촉된 평판형채널(100)과 제2면에 접촉된 열교환핀(320,340)의 사이를 열적으로 차단하도록 한다. 이를 통해 열전소자의 방열 및 공조 효율을 상승시킬 수 있게 된다. 또한, 단열커버(500)는 평판형채널(100)의 테두리를 감싸면서 상부열전소자(220) 및 하부열전소자(240)의 측단에 밀착될 수 있도록 함으로써 단열 효율을 더 높이도록 한다.

또한, 본 발명의 열교환기는 도 3과 같이 복수의 평판형채널(100)이 수평하게 배치되고, 평판형채널(100) 각각에 상부열전소자(220) 및 하부열전소자(240)가 부착되며, 상부열전소자(220) 및 하부열전소자(240) 각각에 상부열교환핀(320) 및 하부열교환핀(340)이 부착될 수 있다.

이 경우는 수평면상으로 열교환기를 형성하여 배치하는 경우 이용될 수 있는 것으로서, 인접하는 평판형채널(100)들은 상부열교환핀(320) 및 하부열교환핀(340)을 공유할 수도 있다. 이와 같이 구성함으로써 전체 열교환핀의 부피를 모두 사용할 수 있어 방열 효율이 상승되고, 더불어 열전소자의 효율도 상승된다.

또한, 복수의 평판형채널(100)의 유입구(170)와 유출구(180)는 각각 일측과 타측으로 모여지고, 유입구(170)를 연결하는 유입관(172) 및 유출구(180)를 연결하는 유출관(182)이 마련될 수 있다.

유입관(172)을 통해 유체가 유입되고 각각의 유입구(170)로 분배된 후 열교환된 유체가 다시 각각의 유출구(180)를 통해 유출관(182)으로 모여 토출되는 구조로써 한 번의 통과만으로도 유체의 높은 공조효율을 달성할 수 있게 한다.

한편, 도 4와 같이 복수의 평판형채널(100)이 수직으로 중첩되고, 평판형채널(100) 각각에 상부열전소자(220) 및 하부열전소자(240)가 부착되며, 상부열전소자(220) 및 하부열전소자(240) 각각에 상부열교환핀(320) 및 하부열교환핀(340)이 부착될 수도 있다. 이 경우는 수직으로 배치되는 경우에 사용되며, 유입측 혹은 유출측에서 중력을 이용할 수 있다는 장점이 있다. 한편, 이 경우에도 복수의 평판형채널(100)의 유입구(170)와 유출구(180)는 각각 일측과 타측으로 모여지고, 유입구(170)를 연결하는 유입관(172) 및 유출구(180)를 연결하는 유출관(182)이 마련될 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 평판형채널 120 : 상면
140 : 하면 220 : 상부열전소자
240 : 하부열전소자 320 : 상부열교환핀
340 : 하부열교환핀 500 : 단열커버

Claims

상면과 하면이 내부공간을 형성하도록 접합되고 양측에 유입구와 유출구가 형성되며 내부공간에 작동유체가 흐르는 평판형채널;
흡열과 발열을 수행하는 제1면과 제2면으로 구성되고, 평판형채널의 상면과 하면에 각각의 제1면이 밀착되도록 결합되는 상부열전소자 및 하부열전소자; 및
상부열전소자 및 하부열전소자의 제2면에 각각 밀착되도록 결합되며 공기와 열교환하는 상부열교환핀 및 하부열교환핀;을 포함하는 열전소자를 이용한 열교환기.
청구항 1에 있어서,
평판형채널은 양 측단부에 수평으로 연장된 연장부가 형성되며 연장부에 유입구와 유출구가 형성된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 열교환기.
청구항 1에 있어서,
평판형채널은 상면과 하면이 관통되어 유입구와 유출구가 형성된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 열교환기.
청구항 1에 있어서,
평판형채널의 내부공간에는 작동유체의 흐름 방향으로 유로를 형성하며 열교환하는 내부핀이 마련되고, 내부핀은 그 상단과 하단이 각각 평판형채널의 상면과 하면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 열교환기.
청구항 1에 있어서,
평판형 채널의 테두리를 감싸는 단열커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 열교환기.
청구항 5에 있어서,
단열커버는 평판형채널의 테두리를 감싸면서 상부열전소자 및 하부열전소자의 측단에 밀착된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 열교환기.
청구항 1에 있어서,
복수의 평판형채널이 수평하게 배치되고, 평판형채널 각각에 상부열전소자 및 하부열전소자가 부착되며, 상부열전소자 및 하부열전소자 각각에 상부열교환핀 및 하부열교환핀이 부착된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 열교환기.
청구항 7에 있어서,
인접하는 평판형채널들은 상부열교환핀 및 하부열교환핀을 공유하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 열교환기.
청구항 7에 있어서,
복수의 평판형채널의 유입구와 유출구는 각각 일측과 타측으로 모여지고,
유입구를 연결하는 유입관 및 유출구를 연결하는 유출관;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 열교환기.
청구항 1에 있어서,
복수의 평판형채널이 수직으로 중첩되고, 평판형채널 각각에 상부열전소자 및 하부열전소자가 부착되며, 상부열전소자 및 하부열전소자 각각에 상부열교환핀 및 하부열교환핀이 부착된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 열교환기.
청구항 10에 있어서,
복수의 평판형채널의 유입구와 유출구는 각각 일측과 타측으로 모여지고,
유입구를 연결하는 유입관 및 유출구를 연결하는 유출관;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 열교환기.