KR20150061166A - 열교환 어셈블리 - Google Patents

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KR20150061166A
KR20150061166A KR1020130144767A KR20130144767A KR20150061166A KR 20150061166 A KR20150061166 A KR 20150061166A KR 1020130144767 A KR1020130144767 A KR 1020130144767A KR 20130144767 A KR20130144767 A KR 20130144767A KR 20150061166 A KR20150061166 A KR 20150061166A
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heat sink
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KR1020130144767A
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박상웅
이상규
이서행
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잘만테크 주식회사
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D17/00—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces
    • F25D17/02—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating liquids, e.g. brine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings

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Abstract

본 발명은 열교환 어셈블리를 개시한다. 본 발명은, 목적유체와 접촉하는 열전도블럭과, 상기 열전도블럭과 접촉하는 열전소자와, 상기 열전도블럭과 대향하도록 상기 열전소자와 접촉하며, 내부에 순환수가 선택적으로 존재하는 워터블럭과, 상기 워터블럭과 접촉하거나 상기 워터블럭으로부터 이격되어 설치되며, 외기와 열교환하는 히트싱크와, 상기 워터블럭 및 상기 히트싱크와 연결되며, 내부에 순환수가 유동하는 유동유로와, 상기 유동유로에 설치되어 선택적으로 상기 순환수를 상기 히트싱크에서 상기 워터블럭으로 공급하는 펌프를 포함한다.

Description

열교환 어셈블리{Heat exchanging assembly}
본 발명은 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열교환 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로 물체를 냉각시키기 위하여 열교환 어셈블리를 물체에 부착할 수 있다. 이때, 열교환 어셈블리는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 열교환 어셈블리의 성능에 따라서 물체의 냉각 효율이 결정될 수 있다. 상기와 같은 열교환 어셈블리는 직접 물체에 설치되어 물체를 냉각시킬 수 있다. 이때, 열교환 어셈블리는 다양한 열전도블럭과 열전도매체 등을 구비할 수 있으며, 열전도 효율을 증대시키는 핀(Fin) 구조 등을 구비할 수 있다.
상기와 같은 구조는 열전달 효율과 설계 공간 등의 이유로 직렬 형태로 연결될 수 있다. 구체적으로 물체가 유체인 경우, 유체는 단열부재로 쌓여 있으며, 일부가 열전도블럭, 열전소자, 열전도블럭, 히트싱크 순으로 순차적으로 직렬 연결될 수 있다.
이때, 냉각을 위하여 열전소자가 작동한 후 열전소자의 작동이 중지되면, 유체와 접촉하는 열전도블럭 및 히트싱크로 인하여 외부로부터 유체로 열전달이 발생할 수 있다. 특히 상기와 같은 경우 지속적으로 열전소자가 작동하여야 하므로 열전소자의 작동 주기가 빨라질 수 있다. 또한, 열전도블럭, 히트싱크 등에 제품 내부의 수분이 고이는 현상이 발생함으로써 제품 수명을 단축하거나 오작동, 고장의 원인이 될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 열교환 어셈블리를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 목적유체와 접촉하는 열전도블럭과, 상기 열전도블럭과 접촉하는 열전소자와, 상기 열전도블럭과 대향하도록 상기 열전소자와 접촉하며, 내부에 순환수가 선택적으로 존재하는 워터블럭과, 상기 워터블럭과 접촉하거나 상기 워터블럭으로부터 이격되어 설치되며, 외기와 열교환하는 히트싱크와, 상기 워터블럭 및 상기 히트싱크와 연결되며, 내부에 순환수가 유동하는 유동유로와, 상기 유동유로에 설치되어 선택적으로 상기 순환수를 상기 히트싱크에서 상기 워터블럭으로 공급하는 펌프를 포함하는 열교환 어셈블리를 제공한다.
또한, 상기 워터블럭과 상기 히트싱크 사이의 상기 유동유로 상에 설치되는 상분리블럭을 더 포함하고, 상기 워터블럭과 상기 상분리블럭은 지면으로부터의 상기 히트싱크보다 더 높은 위치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 워터블럭과 상기 상분리블럭 내부의 순환수는 상기 열전소자의 작동 중지 시 상기 워터블럭과 상기 상분리블럭보다 하측에 위치하는 상기 유동유로 내부 및 상기 히트싱크에 존재할 수 있다.
또한, 상기 순환수가 상기 워터블럭으로 유입되는 상기 유동유로의 부분에 설치되거나, 상기 순환수가 상기 워터블럭으로 유입되는 상기 유동유로 부분과 상기 순환수가 상기 워터블럭으로부터 유출되는 상기 유동유로의 부분에 설치되어 상기 펌프의 정지 시 상기 유동유로를 차단하는 단속밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 펌프와 상기 히트싱크를 연결하는 상기 유동유로 상에 설치되며, 상기 유동유로를 유동하는 상기 순환수를 저장하는 제 1 상분리블럭과, 상기 워터블럭과 상기 히트싱크를 연결하는 상기 유동유로 상에 설치되며, 상기 유동유로를 유동하는 상기 순환수를 일시적으로 저장하는 제 2 상분리블럭과, 상기 제 1 상분리블럭과 상기 제 2 상분리블럭을 연결하며, 상기 제 1 상분리블럭 내부의 공기 및 상기 제 2 상분리블럭 내부의 공기 중 적어도 하나가 유동하는 공기유동유로를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 상분리블럭과 상기 공기유동유로의 연결 부분에 설치되며, 상기 제 2 상분리블럭 내부의 순환수가 상기 공기유동유로로 유동하는 것을 방지하는 단속밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 목적유체와 접촉하는 제 1 열전도블럭과, 상기 제 1 열전도블럭과 접촉하는 열전소자와, 상기 열전소자를 중심으로 상기 제 1 열전도블럭과 대향하도록 배치되는 제 2 열전도블럭과, 상기 제 2 열전도블럭과 접촉하도록 설치되며, 외기와 열교환하는 히트싱크와, 상기 열전소자와 상기 제 2 열전도블럭 사이에 일부가 설치되어 순환수가 유동하는 유동유로와, 상기 유동유로에 설치되어 선택적으로 상기 열전소자와 상기 제 2 열전도블럭 사이로 상기 순환수를 유동시키는 펌프와, 상기 펌프의 작동에 따라 상기 순환수를 상기 유동유로로 공급하는 리저브블럭을 포함하는 열교환 어셈블리를 제공한다.
또한, 상기 유동유로 상에 배치되며, 상기 펌프의 작동으로 상기 순환수가 상기 열전소자와 상기 제 2 열전도블럭 사이에 배치되는 상기 유동유로의 부분에 도달하는 경우 상기 유동유로를 폐쇄하는 솔레노이드밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 열전소자는 전원이 인가되는 경우 상기 목적유체 측이 상기 히트싱크 측보다 온도가 낮게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 용이하고 신속하게 열교환이 가능하며, 각 부재간의 열전달을 선택적으로 단절시킴으로써 각 부재에 발생하는 결로 등을 방지할 수 있다. 나아가, 본 발명의 실시예들은 열교환 어셈블리에서의 열손실을 감소시키고 에너지 효율을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환 어셈블리를 보여주는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열교환 어셈블리를 보여주는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열교환 어셈블리를 보여주는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 열교환 어셈블리를 보여주는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 열교환 어셈블리를 보여주는 개념도이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환 어셈블리(100)를 보여주는 개념도이다.
도 1을 참고하면, 열교환 어셈블리(100)는 목적유체(F)가 저장되는 챔버(110)를 포함할 수 있다. 이때, 목적유체(F)는 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 목적유체(F)는 다른 기기를 냉각시키기 위한 유체일 수 있다. 또한, 목적유체(F)는 냉온수기 등에서 사용되는 물일 수 있다. 본 발명에서는 목적유체(F)가 상기에 한정되는 것은 아니나 설명의 편의를 위하여 냉온수기에 사용되는 물인 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
상기와 같은 챔버(110)는 내부에 공간이 형성될 수 있다. 또한, 챔버(110)는 내부에 목적유체(F)가 저장되는 저장용기(112) 및 저장용기(112)를 감싸도록 설치되는 단열부재(111)를 포함할 수 있다. 이때, 저장용기(112)는 금속재질, 세라믹 재질 등과 같이 반응성이 적거나 없는 재질로 형성될 수 있다. 또한, 단열부재(111)는 합성수지, 천연섬유 등과 같이 외부로부터 열을 차단하는 재질일 수 있다.
한편, 열교환 어셈블리(100)는 챔버(110)에 설치되며, 목적유체(F)와 직접 접촉하는 열전도블럭(120)을 포함할 수 있다. 이때, 열전도블럭(120)은 목적유체(F)를 냉각시키는 경우 냉각블럭으로 사용될 수 있으며, 목적유체(F)를 가열시키는 경우 가열블럭으로 사용될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 열전도블럭(120)이 냉각블럭으로 사용되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
열전도블럭(120)은 열전도가 가능하며, 열전도 효율이 높은 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 열전도블럭(120)은 구리, 금 등의 금속 재질로 형성될 수 있다.
열교환 어셈블리(100)는 열전도블럭(120)과 접촉하는 열전소자(130)를 포함할 수 있다. 이때, 열전소자(130)는 외부로부터 공급되는 전원에 의하여 한쪽면은 차가워지고 한쪽면은 뜨거워지도록 작동할 수 있다. 특히 열전소자(130)는 열전도블럭(120) 측이 차가워지고 후술할 워터블럭(140) 측이 뜨거워지도록 배치될 수 있다.
상기와 같은 열전소자(130)는 외부의 전원과 연결될 수 있다. 이때, 외부의 전원은 목적유체(F)가 사용되는 장치에 설치될 수 있으며, 별도로 설치되는 것도 가능할 수 있다.
한편, 열교환 어셈블리(100)는 열전도블럭(120)과 대향하도록 열전소자(130)와 접촉하여 설치되는 워터블럭(140)을 포함할 수 있다. 이때, 워터블럭(140) 내부에는 선택적으로 순환수(C)가 존재할 수 있다.
특히 워터블럭(140) 내부에는 공간이 형성되어 있으며, 후술할 펌프(170)의 작동 여부에 따라서 순환수(C)가 워터블럭(140) 내부로 진입하거나 유출될 수 있다.
열교환 어셈블리(100)는 워터블럭(140)과 접촉하거나 워터블럭(140)으로부터 이격되어 설치되며 외기와 열교환하는 히트싱크(150)를 포함할 수 있다. 이때, 히트싱크(150)는 일반적인 라지에이터(radiator) 형태로 형성될 수 있으며, 핀(Fin)이 외부에 설치되는 것도 가능하다. 상기와 같은 히트싱크(150) 내부에는 순환수(C)가 유입된 후 순환함으로써 외기와 열교환할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 히트싱크(150)가 워터블럭(140)으로부터 이격되어 설치되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
한편, 열교환 어셈블리(100)는 워터블럭(140) 및 히트싱크(150)와 연결되며, 내부에 순환수(C)가 유동하는 유동유로(160)를 포함할 수 있다. 이때, 유동유로(160)는 히트싱크(150)에서 유출되는 순환수(C)를 워터블럭(140)으로 안내하거나 워터블럭(140)으로부터 유출되는 순환수(C)를 히트싱크(150)로 안내할 수 있다.
열교환 어셈블리(100)는 유동유로(160)에 설치되어 선택적으로 순환수(C)를 히트싱크(150)에 워터블럭(140)으로 공급하는 펌프(170)를 포함할 수 있다. 이때, 펌프(170)는 유동유로(160) 내부의 순환수(C)를 강제로 유동시킴으로써 히트싱크(150)에서 열교환된 유체를 워터블럭(140)으로 안내할 수 있다.
한편, 상기와 같은 열교환 어셈블리(100)의 작동을 살펴보면, 목적유체(F)를 냉각시키기 위하여 열교환 어셈블리(100)가 작동할 수 있다. 이때, 외부의 전원으로부터 열전소자(130)에 전류가 인가되면, 열전소자(130)의 양면은 서로 상이한 온도가 형성될 수 있다. 구체적으로 열전도블럭(120)과 접촉하는 열전소자(130)의 일면의 온도는 하강하며, 워터블럭(140)에 접촉하는 열전소자(130)의 타면의 온도는 상승할 수 있다.
상기와 같이 온도가 상이해지면, 열전도블럭(120)의 온도는 하강하면서 목적유체(F)의 온도를 하강시킬 수 있다. 반면, 워터블럭(140)의 내부의 온도는 상승할 수 있다. 이때, 펌프(170)가 작동하여 순환수(C)를 유동유로(160)를 통하여 순환시킬 수 있다. 펌프(170)의 작동에 따라서 워터블럭(140) 내부의 순환수(C)는 유동유로(160)를 따라서 히트싱크(150)로 이동할 수 있다. 히트싱크(150)에서는 순환수(C)와 외기 사이에 열교환을 통하여 순환수(C)의 온도를 하강시키고, 펌프(170)의 작동에 따라 히트싱크(150)의 순환수(C)를 워터블럭(140)으로 다시 유동시킬 수 있다. 따라서 목적유체(F)의 온도는 하강하게 되고, 상기의 과정은 목적유체(F)의 온도가 기 설정된 목표온도에 도달할 때까지 수행될 수 있다. 이때, 챔버(110)에는 온도센서(미도시)가 구비되어 목적유체(F)의 온도를 측정할 수 있다.
상기와 같이 작동하는 동안 목적유체(F)의 온도가 상기 목표온도에 도달하는 경우 외부의 전원은 열전소자(130)에 공급되는 전류를 차단하고, 펌프(170)의 작동이 중지될 수 있다.
상기와 같이 펌프(170)의 작동이 중지되면, 순환수(C)는 유동유로(160) 내부에서 정지하며, 열전소자(130)와 히트싱크(150) 사이는 순환수(C)에 의하여 차단될 수 있다. 특히 상기와 같은 경우 열전소자(130)와 히트싱크(150)가 직접 연결되는 경우 히트싱크(150)를 통하여 지속적으로 외기와 열교환함으로써 발생하는 에너지 손실 또는 에너지의 추가를 방지할 수 있다.
따라서 열교환 어셈블리(100)는 열전소자(130)의 온도를 유지함으로써 열전소자(130)의 재가동 시 필요한 에너지를 최소화할 수 있다. 특히, 열교환 어셈블리(100)는 히트싱크(150)와 외기 사이의 열전달 효과를 순환수(C)를 통하여 차단함으로써 목적유체(F)의 온도를 최대한 장시간 유지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열교환 어셈블리(100)를 보여주는 개념도이다.
도 2를 참고하면, 열교환 어셈블리(100)는 챔버(210), 열전도블럭(220), 열전소자(230), 워터블럭(240), 히트싱크(250), 유동유로(260) 및 펌프(270)를 포함할 수 있다. 이때, 챔버(210), 열전도블럭(220), 열전소자(230), 워터블럭(240), 히트싱크(250), 유동유로(260) 및 펌프(270)는 상기에서 설명한 바와 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 열교환 어셈블리(100)는 유동유로(260)에 배치되는 단속밸브(281,282)를 포함할 수 있다. 이때, 단속밸브(281,282)는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 단속밸브(281,282)는 솔레노이드 밸브를 구비할 수 있다. 또한, 단속밸브(281,282)는 체크밸브를 구비할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 단속밸브(281,282)가 체크밸브인 경우를 중심으로 상세히 설명하나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 단속밸브(281,282)는 순환수(C)를 일시적으로 워터블럭(240)에 가두도록 유동유로(260)를 차단하는 모든 종류의 밸브를 구비할 수 있다.
상기와 같은 단속밸브(281,282)는 순환수(C)가 워터블럭(240)으로 유입되는 유동유로 부분에 설치될 수 있다. 또한, 단속밸브(281,282)는 순환수(C)가 워터블럭(240)으로 유입되는 유동유로(260) 부분과 상기 순환수(C)가 워터블럭(240)으로부터 유출되는 유동유로(260) 부분에 각각 설치될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 단속밸브(281,282)가 유동유로(260)의 복수 곳에 설치되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
상기와 같은 단속밸브(281,282)는 순환수(C)가 워터블럭(240)으로 유입되는 유동유로(260) 부분에 설치되는 제 1 단속밸브(281)를 포함할 수 있다. 또한, 단속밸브(281,282)는 순환수(C)가 워터블럭(240)으로부터 유출되는 유동유로(260) 부분에 설치되는 제 2 단속밸브(282)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 단속밸브(281)와 제 2 단속밸브(282)는 펌프(270)의 작동에 따라 선택적으로 유동유로(260)를 차단할 수 있다.
한편, 상기와 같은 열교환 어셈블리(100)의 작동을 살펴보면, 목적유체(F)의 온도를 하강시키기 위하여 외부 전원으로부터 열전소자(230)에 전류가 인가될 수 있다. 이때, 열전소자(230)는 열전도블럭(220)에 접촉하는 면의 온도가 워터블럭(240)에 접촉하는 면의 온도보다 낮게 형성될 수 있다.
상기와 같이 온도가 형성되며, 목적유체(F)는 열전도블럭(220)과 열교환함으로써 온도가 하강할 수 있다. 또한, 열전소자(230)의 온도가 높은 면은 워터블럭(240)과 접촉하여 열교환할 수 있다. 이때, 펌프(270)가 작동하여 순환수(C)를 유동유로(260)를 통하여 히트싱크(250)로부터 워터블럭(240)으로 공급함으로써 열교환을 활성화시킬 수 있다. 또한, 히트싱크(250)에서는 워터블럭(240)으로부터 유입되는 순환수(C)와 외기를 열교환시킴으로써 순환수(C)의 온도를 하강시킬 수 있다.
한편, 상기와 같이 작동하다가 목적유체(F)의 온도가 기 설정된 온도에 도달하게 되면, 펌프(270)의 작동이 중지할 수 있다. 이때, 펌프(270)의 작동 중지에 따라서 유동유로(260) 내부의 순환수(C)의 유동도 정지할 수 있다.
상기와 같이 정지된 순환수(C) 중 워터블럭(240) 내부에 저장된 순환수(C)는 제 1 단속밸브(281)에 의하여 펌프(270) 측으로 이동하지 않을 수 있다. 또한, 워터블럭(240)의 상측 유동유로(260) 부분에 존재하는 순환수(C)도 워터블럭(240) 내부로 진입하지 못함으로써 워터블럭(240) 내부는 완전히 차단될 수 있다.
상기와 같이 워터블럭(240)이 차단되면, 워터블럭(240)과 히트싱크(250) 사이는 열적으로 완전히 차단될 수 있다. 또한, 열전도블럭(220), 열전소자(230) 및 워터블럭(240)을 통하여 목적유체(F)와 히트싱크(250)의 열전달이 차단됨으로써 목적유체(F)의 온도가 유지되며, 열전소자(230)의 온도도 유지될 수 있다.
따라서 열교환 어셈블리(100)는 히트싱크(250)와 목적유체(F) 사이의 열전달을 선택적으로 차단함으로써 히트싱크(250)와 목적유체(F) 사이의 온도차로 인하여 목적유체(F)의 온도가 가변하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 열교환 어셈블리(100)는 목적유체(F)의 온도를 장시간 유지함으로써 열전소자(230)의 작동을 제어하여 전체 시스템의 에너지 소비를 저감시키고 효율을 증대시킬 수 있다.
특히 열교환 어셈블리(100)는 히트싱크(250)와 외기 사이의 열교환으로 인하여 열전도블럭(220) 및 열전소자(230) 등의 온도 상승을 방지함으로써 열전도블럭(220) 및 열전소자(230) 등에서 발생하는 결로 현상을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열교환 어셈블리(300)를 보여주는 개념도이다.
도 3을 참고하면, 열교환 어셈블리(300)는 챔버(310), 열전도블럭(320), 워터블럭(340), 히트싱크(350), 유동유로(360) 및 펌프(370)를 포함할 수 있다. 이때, 챔버(310), 열전도블럭(320), 워터블럭(340), 히트싱크(350), 유동유로(360) 및 펌프(370)는 상기에서 설명한 바와 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 열교환 어셈블리(300)는 워터블럭(340)과 히트싱크(350) 사이의 유동유로(360) 상에 설치되는 상분리블럭(380)을 포함할 수 있다.
상분리블럭(380)에는 순환수(C)가 완전히 채워지지 않을 수 있다. 즉, 상분리블럭(380)의 일부분에는 순환수(C)가 저장되며, 일부분에는 공기가 저장될 수 있다. 또한, 상분리블럭(380)은 외기와 연통하도록 형성되어 순환수(C)의 수위에 따라 공기가 자유롭게 유출입이 가능할 수 있다.
상기와 같은 상분리블럭(380)은 히트싱크(350)보다 높은 곳에 위치할 수 있다. 구체적으로 상분리블럭(380)은 지면으로부터 히트싱크(350)의 최상측단보다 높은 곳에 위치할 수 있다.
또한, 상분리블럭(380) 이외에도 워터블럭(340)도 상분리블럭(380)과 유사하게 배치될 수 있다. 이때, 워터블럭(340)은 상분리블럭(380)과 동일한 위치에 설치되거나 상분리블럭(380)와 히트싱크(350) 사이의 높이에 설치되는 것도 가능하다.
한편, 상기와 같이 형성되는 열교환 어셈블리(300)는 상기에서 설명한 바와 유사하게 작동할 수 있다. 구체적으로 목적유체(F)를 냉각시키는 경우 열전소자(330)를 작동시키고, 열전도블럭(320)과 접촉하는 열전소자(330)의 일면의 온도는 워터블럭(340)과 접촉하는 열전소자(330)의 타면의 온도보다 낮게 형성될 수 있다. 상기와 같이 열전소자(330)가 작동하면, 목적유체(F)의 온도는 하강할 수 있다.
상기와 같이 열전소자(330)가 작동하는 경우 펌프(370)가 작동하여 순환수(C)를 순환시킬 수 있다. 이때, 순환수(C)는 히트싱크(350), 워터블럭(340) 및 상분리블럭(380)을 순환하면서 열전소자(330)의 열을 외부로 방출할 수 있다.
한편, 상기와 같이 열전소자(330)와 펌프(370)가 작동하는 동안 목적유체(F)의 온도가 기 설정된 온도와 동일해지면 열전소자(330)와 펌프(370)의 작동이 중지될 수 있다.
이때, 펌프(370)의 작동 중지에 따라서 순환수(C)의 유동은 정지할 수 있다. 특히 펌프(370)의 중지에 따라서 순환수(C)는 더 이상 유동하지 못하고 자중에 의하여 펌프(370) 측, 즉 지면 쪽으로 유동유로(360)를 따라서 이동할 수 있다. 이때, 워터블럭(340) 내부의 순환수(C)는 유동유로(360)를 따라서 펌프(370) 측으로 이동하며, 워터블럭(340) 내부는 공기가 채워질 수 있다. 또한, 상분리블럭(380)의 순환수(C)도 워터블럭(340)을 통하여 유동유로(360) 하측으로 이동하거나 히트싱크(350)와 상분리블럭(380) 사이의 유동유로(360)를 통하여 히트싱크(350) 측으로 이동할 수 있다.
상기와 같이 순환수(C)가 이동하는 경우 열전소자(330)는 히트싱크(350)와 열적으로 분리될 수 있다. 특히 열전소자(330)는 워터블럭(340) 내부의 공기와 접촉함으로써 발생하는 열전달 양이 저감될 수 있다.
따라서 열교환 어셈블리(300)는 열전소자(330)의 작동 시 열교환이 수행되도록 열전달 경로를 연결할 수 있으며, 반대의 경우 열전달 경로를 차단함으로써 목적유체(F)를 외부로부터 열적으로 차단시킬 수 있다.
또한, 열교환 어셈블리(300)는 목적유체(F)의 온도를 장시간 일정하게 유지시킬 뿐만 아니라 열전소자(330) 및 열전도블럭(320) 등의 온도가 가변하는 것을 방지함으로써 열전소자(330) 및 열전도블럭(320) 등의 표면에 수분이 응결되는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 열교환 어셈블리(400)를 보여주는 개념도이다.
도 4를 참고하면, 열교환 어셈블리(400)는 챔버(410), 열전도블럭(420), 열전소자(430), 워터블럭(440), 히트싱크(450), 유동유로(460) 및 펌프(470)를 포함할 수 있다. 이때, 챔버(410), 열전도블럭(420), 열전소자(430), 워터블럭(440), 히트싱크(450), 유동유로(460) 및 펌프(470)는 상기에서 설명한 바와 동일 또는 유사하게 형성될 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같은 열교환 어셈블리(400)는 펌프(470)와 히트싱크(450)를 연결하는 유동유로(460) 상에 설치되는 제 1 상분리블럭(481)을 포함할 수 있다. 또한, 열교환 어셈블리(400)는 워터블럭(440)과 히트싱크(450)를 연결하는 유동유로(460) 상에 설치되는 제 2 상분리블럭(482)을 포함할 수 있다.
상기와 같은 제 1 상분리블럭(481)과 제 2 상분리블럭(482) 내부에는 공간이 형성되며, 순환수(C)가 일부 채워질 수 있으며 나머지 부분은 공기가 채워질 수 있다. 이때, 제 1 상분리블럭(481) 및 제 2 상분리블럭(482)은 외부와 완전히 차단되도록 형성될 수 있으며, 제 2 상분리블럭(482)의 경우에는 외기가 유입되는 공기홀이 형성될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제 1 상분리블럭(481) 및 제 2 상분리블럭(482)은 밀폐되도록 형성되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
열교환 어셈블리(400)는 제 1 상분리블럭(481)과 제 2 상분리블럭(482)을 연결하는 공기유동유로(490)를 포함할 수 있다. 이때, 공기유동유로(490)는 순환수(C)의 유동에 따라서 이동하는 공기를 제 1 상분리블럭(481) 또는 제 2 상분리블럭(482) 중 하나로부터 제 1 상분리블럭(481) 또는 제 2 상분리블럭(482) 중 다른 하나로 이동시킬 수 있다.
열교환 어셈블리(400)는 제 2 상분리블럭(482)과 공기유동유로(490) 사이에 배치되는 단속밸브(485)를 포함할 수 있다. 이때, 단속밸브(485)는 제 2 상분리블럭(482)에 순환수(C)가 가득차는 경우 순환수(C)가 공기유동유로(490)로 유동하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 단속밸브(485)는 솔레노이드 밸브 또는 체크밸브 등으로 형성될 수 있다.
한편, 상기와 같이 형성되는 열교환 어셈블리(400)는 목적유체(F)의 온도에 대응하여 작동할 수 있다. 예를 들면, 열교환 어셈블리(400)는 목적유체(F)를 가열하거나 냉각시키도록 작동할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 열교환 어셈블리(400)는 목적유체(F)를 냉각시키도록 작동시키는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
상기와 같이 목적유체(F)를 냉각시키는 경우 열전소자(430)는 전류의 인가에 따라 온도가 하강하는 면이 열전도블럭(420)과 접촉할 수 있다. 또한, 열전소자(430)의 온도가 상승하는 면은 워터블럭(440)과 접촉할 수 있다.
반면, 목적유체(F)를 가열시키는 경우는 열전소자(430)는 상기와 반대로 배치되어 작동할 수 있다.
한편, 상기와 같이 열전소자(430)에 외부전원으로부터 전류가 인가되는 경우 목적유체(F), 열전도블럭(420) 및 열전소자(430)는 순차적으로 열교환함으로써 목적유체(F)의 온도를 하강시킬 수 있다.
또한, 펌프(470)의 작동에 따라서 순환하는 순환수(C)와 열전소자(430)의 온도가 상승하는 부분에서 열교환을 통하여 열전소자(430)의 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로 펌프(470)가 작동하는 경우 유동유로(460)의 일부 및 제 1 상분리블럭(481)에 존재하는 순환수(C)가 유동유로(460)를 따라서 워터블럭(440)으로 이동할 수 있다. 이때, 순환수(C)는 워터블럭(440)을 통과하여 유동유로(460)를 따라 히트싱크(450)로 이동하고, 히트싱크(450)의 순환수(C)는 다시 유동유로(460)를 다라 제 1 상분리블럭(481)으로 이동할 수 있다.
상기와 같이 순환수(C)가 이동하는 경우 제 2 상분리블럭(482) 내부에는 순환수(C)가 가득찰 수 있으며, 공기는 공기유동유로(490)를 통하여 제 2 상분리블럭(482)으로부터 제 1 상분리블럭(481)으로 이동할 수 있다.
이때, 상기와 같이 제 2 상분리블럭(482) 내부에 가득찬 순환수(C)는 단속밸브(485)를 작동시켜 단속밸브(485)는 공기유동유로(490)를 차단할 수 있으며, 이후 펌프(470)가 작동하는 동안 단속밸브(485)는 공기유동유로(490)를 차단할 수 있다.
한편, 상기와 같은 작업이 진행되는 동안 목적유체(F)의 온도는 하강할 수 있다. 이후 목적유체(F)의 온도가 기 설정된 온도와 동일해지면, 열전소자(430) 및 펌프(470)의 작동이 중지될 수 있다.
상기와 같이 펌프(470)의 작동이 중지하면 유동유로(460) 내부의 순환수(C)의 유동은 정지하고, 순환수(C)는 자중에 의하여 하측방향으로 이동할 수 있다. 이때, 순환수(C)는 제 2 상분리블럭(482)으로부터 워터블럭(440)을 통과하여 워터블럭(440) 하부의 유동유로(460)로 이동할 수 있다.
뿐만 아니라 히트싱크(450)에서 제 1 상분리블럭(481) 사이의 유동유로(460)에 존재하는 순환수(C)는 제 1 상분리블럭(481)으로 이동할 수 있다. 이때, 제 1 상분리블럭(481) 내부의 공기는 공기유동유로(490)를 통과하여 제 2 상분리블럭(482) 내부로 진입할 수 있다. 특히 단속밸브(485)는 공기 유동에 따른 압력에 의하여 개방되어 공기유동유로(490)를 개방할 수 있다.
상기와 같이 순환수(C)가 이동하는 경우 열전소자(430)는 히트싱크(450)와 열적으로 완전히 분리될 수 있다. 따라서 열교환 어셈블리(400)는 열교환 시 히트싱크(450)와 열전소자(430)를 연결하고, 열교환이 끝나면 히트싱크(450)와 열전소자(430)를 열적으로 단절시킴으로써 목적유체(F)의 온도를 장시간동안 일정하게 유지시킬 수 있다.
또한, 열교환 어셈블리(400)는 히트싱크(450)로 인한 열전소자(430)의 온도 하강이나 온도 상승을 방지함으로써 열전소자(430)의 재작동 시 필요한 에너지를 최소화할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 열교환 어셈블리(500)를 보여주는 개념도이다.
도 5를 참고하면, 열교환 어셈블리(500)는 챔버(510), 열전도블럭(521,522), 열전소자(530), 워터블럭(540), 히트싱크(550), 유동유로(560) 및 펌프(570)를 포함할 수 있다. 이때, 챔버(510), 열전소자(530), 워터블럭(540), 히트싱크(550), 유동유로(560) 및 펌프(570)는 상기에서 설명한 바와 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
열전도블럭(521,522)은 복수개 구비될 수 있다. 이때, 열전도블럭(521,522)은 열전소자(530)의 일면에 설치되는 제 1 열전도블럭(521)과, 열전소자(530)의 타면에 설치되는 제 2 열전도블럭(522)을 포함할 수 있다.
상기와 같은 제 1 열전도블럭(521)과 제 2 열전도블럭(522)은 열전소자(530)의 표면 온도에 따라 냉각블럭 또는 가열블럭으로 사용될 수 있다. 이때, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제 1 열전도블럭(521)은 냉각블럭으로 사용되고 제 2 열전도블럭(522)은 가열블럭으로 사용되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
한편, 열교환 어셈블리(500)는 순환수(C)를 저장하는 리저브블럭(590)을 포함할 수 있다. 이때, 리저브블럭(590)은 열전소자(530)와 제 2 열전도블럭(522) 사이로 가로지르도록 설치되는 유동유로(560)에 순환수(C)를 공급할 수 있다.
열교환 어셈블리(500)는 펌프(570)와 워터블럭(540) 사이의 유동유로(560)에 설치되는 솔레노이드밸브(580)를 포함할 수 있다. 이때, 솔레노이드밸브(580)는 펌프(570)의 작동 시 선택적으로 유동유로(560)를 개폐할 수 있다.
한편, 상기와 같이 열교환 어셈블리(500)의 작동을 살펴보면, 목적유체(F)를 냉각시키거나 가열시키는 경우 열전소자(530)를 작동시켜 목적유체(F)의 온도를 조절할 수 있다. 이때, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 목적유체(F)의 온도를 하강시키는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
상기와 같이 목적유체(F)의 온도를 하강시키는 경우 열전소자(530)에 전류가 인가되면, 제 1 열전도블럭(521)이 설치되는 열전소자(530)의 일면의 온도는 유동유로(560)와 접촉하는 열전소자(530)의 타면의 온도보다 낮을 수 있다.
상기와 같이 열전소자(530)의 온도가 형성되면, 열전소자(530)의 일면과 제 1 열전도블럭(521) 및 목적유체(F)는 서로 열교환하여 목적유체(F)의 온도를 하강시킬 수 있다.
반면, 열전소자(530)의 타면에서는 열전소자(530), 제 2 열전도블럭(522) 및 히트싱크(550) 사이에 열교환을 통하여 열전소자(530)의 타면의 열을 외부로 방출할 수 있다.
이때, 상기와 같이 열전소자(530)가 작동하는 경우 펌프(570)가 작동하여 순환수(C)를 열전소자(530)와 제 2 열전도블럭(522) 사이로 공급할 수 있다. 상기와 같은 순환수(C)는 열전소자(530)와 제 2 열전도블럭(522) 사이에 열전달 매개체가 될 수 있으며, 열전소자(530)의 타면의 열이 히트싱크(550)를 통하여 외부로 배출될 수 있다.
상기와 같은 작업이 진행되는 동안 솔레노이드밸브(580)는 순환수(C)를 제 2 열전도블럭(522)과 열전소자(530) 사이에 머물도록 유동유로(560)를 폐쇄할 수 있다. 이때, 펌프(570)의 작동은 중지할 수 있다.
상기와 같은 경우 이외에도 솔레노이드밸브(580)가 존재하지 않는 경우 펌프(570)가 작동하여 순환수(C)를 완전히 펌핑한 후 공기를 펌핑하여 순환수(C)가 낙하는 것을 방지하는 것도 가능하다.
한편, 상기와 같이 작동하는 동안 목적유체(F)의 온도가 기 설정된 온도에 도달하면, 펌프(570)의 작동을 중지하거나 솔레노이드밸브(580)를 개방할 수 있다. 이때, 제 2 열전도블럭(522)과 열전소자(530) 사이의 순환수(C)는 자중에 의하여 낙하하고, 리저브블럭(590)으로 저장될 수 있다.
또한, 상기와 같이 순환수(C)가 제거되면, 열전소자(530)와 제 2 열전도블럭(522) 사이가 단절될 수 있다. 이때, 히트싱크(550)에서는 외기와 지속적으로 열교환이 수행되고, 히트싱크(550)의 열교환으로 인하여 제 2 열전도블럭(522)의 온도가 가변할 수 있다.
그러나 상기와 같이 순환수(C)를 제거함으로써 제 2 열전도블럭(522)으로부터 열전소자(530)로 열전달되는 것을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라 목적유체(F)로부터 제 1 열전도블럭(511) 및 열전소자(530)로 열교환되는 에너지를 외부와 차단함으로써 목적유체(F)의 온도가 가변하는 것을 방지할 수 있다.
따라서 열교환 어셈블리(500)는 열전소자(530)와 제 2 열전도블럭(522) 사이를 단열시킴으로써 목적유체(F)의 온도를 기 설정된 온도로 장시간 유지시킬 수 있다. 뿐만 아니라 열교환 어셈블리(500)는 열전소자(530)의 온도가 가변하는 것을 방지하고 목적유체(F)의 온도를 유지함으로써 전체 시스템에 소요되는 에너지를 저감시킬 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
100, 200, 300, 400, 500 : 열교환 어셈블리
110, 210, 310, 410, 510 : 챔버
130, 230, 330, 430, 530 : 열전소자
140, 240, 340, 440, 540 : 워터블럭
150, 250, 350, 450, 550 : 히트싱크
160, 260, 360, 460, 560 : 유동유로
170, 270, 370, 470, 570 : 펌프

Claims (9)

  1. 목적유체와 접촉하는 열전도블럭;
    상기 열전도블럭과 접촉하는 열전소자;
    상기 열전도블럭과 대향하도록 상기 열전소자와 접촉하며, 내부에 순환수가 선택적으로 존재하는 워터블럭;
    상기 워터블럭과 접촉하거나 상기 워터블럭으로부터 이격되어 설치되며, 외기와 열교환하는 히트싱크;
    상기 워터블럭 및 상기 히트싱크와 연결되며, 내부에 순환수가 유동하는 유동유로; 및
    선택적으로 상기 순환수를 상기 히트싱크에서 상기 워터블럭으로 공급하는 펌프;를 포함하는 열교환 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 워터블럭과 상기 히트싱크 사이의 상기 유동유로 상에 설치되는 상분리블럭;을 더 포함하고,
    상기 워터블럭과 상기 상분리블럭은 지면으로부터의 상기 히트싱크보다 더 높은 위치에 배치되고,
    상기 워터블럭과 상기 상분리블럭 내부의 순환수는 상기 열전소자의 작동 중지 시 상기 워터블럭과 상기 상분리블럭보다 하측에 위치하는 상기 유동유로 내부 및 상기 히트싱크에 존재하는 열교환 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 순환수가 상기 워터블럭으로 유입되는 상기 유동유로의 부분에 설치되거나,
    상기 순환수가 상기 워터블럭으로 유입되는 상기 유동유로 부분과 상기 순환수가 상기 워터블럭으로부터 유출되는 상기 유동유로의 부분에 설치되어 상기 펌프의 정지 시 상기 유동유로를 차단하는 단속밸브;를 더 포함하는 열교환 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프와 상기 히트싱크를 연결하는 상기 유동유로 상에 설치되며, 상기 유동유로를 유동하는 상기 순환수를 저장하는 제 1 상분리블럭;
    상기 워터블럭과 상기 히트싱크를 연결하는 상기 유동유로 상에 설치되며, 상기 유동유로를 유동하는 상기 순환수를 일시적으로 저장하는 제 2 상분리블럭;
    상기 제 1 상분리블럭과 상기 제 2 상분리블럭을 연결하며, 상기 제 1 상분리블럭 내부의 공기 및 상기 제 2 상분리블럭 내부의 공기 중 적어도 하나가 유동하는 공기유동유로;를 더 포함하는 열교환 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 상분리블럭과 상기 공기유동유로의 연결 부분에 설치되며, 상기 제 2 상분리블럭 내부의 순환수가 상기 공기유동유로로 유동하는 것을 방지하는 단속밸브;를 더 포함하는 열교환 어셈블리.
  6. 목적유체와 접촉하는 제 1 열전도블럭;
    상기 제 1 열전도블럭과 접촉하는 열전소자;
    상기 열전소자를 중심으로 상기 제 1 열전도블럭과 대향하도록 배치되는 제 2 열전도블럭;
    상기 제 2 열전도블럭과 접촉하도록 설치되며, 외기와 열교환하는 히트싱크;
    상기 열전소자와 상기 제 2 열전도블럭 사이에 일부가 설치되어 순환수가 유동하는 유동유로;
    상기 유동유로에 설치되어 선택적으로 상기 열전소자와 상기 제 2 열전도블럭 사이로 상기 순환수를 유동시키는 펌프; 및
    상기 펌프의 작동에 따라 상기 순환수를 상기 유동유로로 공급하는 리저브블럭;을 포함하는 열교환 어셈블리.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유동유로 상에 배치되며, 상기 펌프의 작동으로 상기 순환수가 상기 열전소자와 상기 제 2 열전도블럭 사이에 배치되는 상기 유동유로의 부분에 도달하는 경우 상기 유동유로를 폐쇄하는 솔레노이드밸브;를 더 포함하는 열교환 어셈블리.
  8. 도 1 내지 도 7 중 적어도 하나의 항에 있어서,
    상기 열전소자는 전원이 인가되는 경우 상기 목적유체 측이 상기 히트싱크 측보다 온도가 낮게 형성되는 열교환 어셈블리.
  9. 도 1 내지 도 5 중 적어도 하나의 항에 있어서,
    상기 열전소자에 전원의 인가가 중단되는 경우, 상기 워터블록 내에서 상기 순환수가 제거되는 것을 특징으로 하는 열교환 어셈블리.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220015701A (ko) * 2020-07-31 2022-02-08 장윤희 냉동·냉장설비용 열전냉각모듈 및 이를 적용한 냉동탑차

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KR20220015701A (ko) * 2020-07-31 2022-02-08 장윤희 냉동·냉장설비용 열전냉각모듈 및 이를 적용한 냉동탑차

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