KR20190046527A - Heat Exchange using Heat Pipe - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 히트파이프가 적용된 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하부 냉매와 히트파이프의 액상 유체가 중력에 의해 만나는 구간이 형성되고, 상기 히트파이프의 액상 유체와 냉매간의 열교환되는 히트 파이프 및 이를 이용한 열교환기에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a heat pipe in which a liquid fluid of a lower refrigerant and a heat pipe meet by gravity and heat exchange is performed between a liquid fluid of the heat pipe and a refrigerant and a heat pipe Heat exchanger.
일반적으로 히트파이프(Heat pipe) 구조는 밀폐된 용기(단일 or 환형 파이프) 내를 진공하고, 작동 유체(물, 알콜 등)를 주입한다.Generally, a heat pipe structure vacuumizes a sealed container (single or annular pipe) and injects a working fluid (water, alcohol, etc.).
증발부를 가열하면 내부의 작동유체가 기화되어 응축부로 이동한다. 그리고 주변으로 열을 방출한 후 다시 응축되어 증발부로 귀환 및 반복이 진행된다.When the evaporator is heated, the working fluid inside is evaporated and moved to the condenser. After the heat is released to the surroundings, it condenses again and returns and repeats to the evaporator.
이러한 방식은 노트북/LED 등 소형 전자 기기의 냉각과, 인공위성/발전소, 태양열/지열/폐열 회수에 활용된다.This method is used for cooling small electronic devices such as notebook / LED, satellite / power plant, solar / geothermal / waste heat recovery.
상기 종래 발명의 장점은 1) 높은 열전달 성능 (AL의 25배), 2) 무동력/무전력 > 효율/수명 ▲, 진동/소음 ▼, 3) 경량화 (AL의 1/2이하 무게), 4) 고 신뢰성 (15년 이상), 5) 적용 자유도 높음(다양한 후가공)이 있다.The advantages of the above-described prior art are: 1) high heat transfer performance (25 times of AL), 2) no power / no power> efficiency / High reliability (more than 15 years), and 5) high freedom of application (various post-processing).
종래 기술의 분류는 히트파이프는 작동유체의 귀환 방법에 따라 히트파이프 (모세관력 메쉬, 그루브 등의 윅에 의한 액체 유동), 열싸이펀 (중력 증발부가 응축부 보다 아래쪽에 위치) 등으로 분류한다.In the prior art, the heat pipe is classified into a heat pipe (liquid flow by a wick such as a capillary force mesh or a groove) and a thermal siphon (a gravity evaporation portion is located below the condensation portion) according to a method of returning the working fluid .
또한 작동 유체 순환 형태에 따라 루프형, 단일형, 진동형 등으로 분류한다.It is also classified into a loop type, a single type, and a vibration type according to the working fluid circulation type.
한편 자동차의 적용 범위로는 전장화/고출력/고 에너지 밀도가 요구되고, 냉각 부족 시 안전성/효율 저하가 생긴다.On the other hand, the application range of the automobile is required to be an electric / high power / high energy density, and a safety / efficiency deterioration in case of insufficient cooling.
종래 발명은 기체 상태의 냉매가 열교환기 내부의 유로로 퍼져 지나가면서 핀이 달린 긴 채널에서 열을 방출하여 액화되어 나간다.In the prior art, refrigerant in a gaseous state flows through a flow path inside a heat exchanger, and is discharged as heat in a long channel with a fin.
즉 냉각 핀이 달린 부분으로 외부 공기가 지나가면서 팬 등의 열을 흡수하여 후단으로 나간다.In other words, the part with the cooling fins absorbs the heat of the fan as the outside air passes and goes to the rear end.
그러나 상술한 종래 발명들은 기존 공기와 열교환하던 열교환기로서 열교환 효율이 나쁘고, 차량의 이동 중 쏠림에 의한 성능 저하가 발생하며, 히트파이프의 두께를 넓히더라도 냉매가 넓은 채널로 고르게 확산되지 못하는 문제점이 있었다.However, the above-mentioned prior arts have a problem that the heat exchange efficiency of the heat exchanger is lowered due to heat exchange with the existing air, deterioration of performance due to drifting of the vehicle during movement, and even the thickness of the heat pipe is widened. there was.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 액상 유체와 냉매간의 열교환으로 기존 공기와 열교환하던 열교환기에 비하여 열교환 효율이 증가하여 냉매의 접촉면적을 줄일 수 있으므로 냉매의 총 순환 길이를 감소시킬 수 있는 히트파이프가 적용된 열교환기를 제공하는 데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to reduce the total circulation length of refrigerant since the heat exchange efficiency is increased and the contact area of the refrigerant can be reduced as compared with a heat exchanger exchanging heat with liquid air, And a heat pipe to which the heat pipe is applied.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 히트파이프를 루프식(고리 순환식)이나 단일형(일자형태)로 배치했을 때 발생가능 한 차량의 이동 중 쏠림에 의한 성능 저하를 방지 할 수 있는 히트 파이프를 제공하는 데 목적이 있다.Further, the present invention provides a heat pipe capable of preventing deterioration in performance due to migration of the vehicle during movement of the heat pipe according to the present invention when the heat pipe is arranged in a loop (ring circulation type) or a single type The purpose is to do.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 히트 파이프에 형성된 액상 영역, 히트파이프의 액상영역으로부터 수직으로 형성된 히트파이프에 형성된 다수의 기상영역, 다수의 히트파이프의 기상영역 사이로 히트파이프 유체가 이동하면서 공기와 열교환되는 동시에, 히트 파이프에 형성된 액상 영역은 냉매와 열교환이 되며, 히트파이프에 형성된 액상영영과 기상영역은 다수의 채널로 형성된 머리 빗형태인 히트파이프에 형성된 액상영역과 기상영역은 서로 수직으로, 기상영역의 유체는 중력에 의해 액상 영역으로 이동되고, 히트파이프에 루프식(고리 순환식)이나 단일형(일자형태)의 형태로 액상영역 및 기상영역이 위아래로 U자관 연결되어 형성된다. SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention is directed to a heat pump for a heat pipe, comprising a liquid region formed in a heat pipe, a plurality of vapor regions formed in a heat pipe formed vertically from a liquid region of the heat pipe, The liquid phase region formed in the heat pipe is heat exchanged with the liquid phase region formed in the heat pipe and the liquid phase region and the vapor phase region formed in the heat pipe, The fluid in the vapor phase region is moved to the liquid phase region by gravity, and the liquid phase region and the vapor phase region are formed in the form of a loop (ring circulation type) or a single type (straight phase)
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 기존 공기와 열교환하던 열교환기에 비하여 열교환 효율이 증가하여 냉매의 접촉면적을 줄일 수 있다.According to the present invention, The heat exchange efficiency is increased as compared with the heat exchanger exchanging heat with the existing air, so that the contact area of the refrigerant can be reduced.
또한 본 발명은 히트파이프를 루프식이나 단일형로 배치했을 때 발생가능 한 차량의 이동중 쏠림에 의한 성능 저하를 방지 할 수 있다.Further, the present invention can prevent degradation in performance due to leaning of the vehicle during movement, which may occur when the heat pipe is arranged in a loop or a single shape.
또한 본 발명은 냉매를 순환시키기 위해 소모되는 동력이 감소하므로 전체 에너지 효율이 향상된다.Further, the present invention reduces the power consumed to circulate the refrigerant, thereby improving the overall energy efficiency.
도 1은 종래의 열교환기이다.
도 2는 본 발명의 원리에 의한 히트파이프가 적용된 열교환기 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예로 진동형 히트파이프가 적용된 도면이다.1 is a conventional heat exchanger.
2 is a view of a heat exchanger to which a heat pipe according to the principle of the present invention is applied.
FIG. 3 is a view illustrating a vibration type heat pipe according to an embodiment of the present invention.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified into various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The present embodiments are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. Therefore, the shapes and the like of the elements in the drawings can be exaggeratedly expressed to emphasize a clearer description. It should be noted that in the drawings, the same members are denoted by the same reference numerals. Further, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.
도 1은 종래의 열교환기로서, 도 1(a)는 열교환기의 평면도로 외부의 공기가 열교환기를 통과하면서 온도가 올라간 열교환원리이고, 도 1(b)는 열교환기의 단면도로서 에어콘 등으로부터의 열교환되어 기상이된 냉매가 공냉이 되는 열교환기의 냉각핀 상하로 이동하면서 열교환된 뒤, 액상으로 변해 다시 에어콘 등으로 공급되는 원이를 보여주며, 도 1(c)는 이러한 열교환기의 실제 모습이다.FIG. 1 (a) is a plan view of a heat exchanger, and FIG. 1 (b) is a cross-sectional view of a heat exchanger, in which air from outside is passed through a heat exchanger The refrigerant that has become the heat exchange and becomes the gas phase is heat exchanged while moving to the upper side and the lower side of the cooling fin of the heat exchanger to be air-cooled, and then it is changed into the liquid phase and is supplied again to the air conditioner. FIG. 1 (c) is the actual appearance of this heat exchanger .
도 2는 본 발명의 열교환기로, 히트 파이프에 형성된 액상 영역, 히트파이프의 액상영역으로부터 수직으로 형성된 히트파이프에 형성된 다수의 기상영역, 다수의 히트파이프의 기상영역 사이로 히트파이프 유체가 이동하면서 공기와 열교환되는 동시에, 히트 파이프에 형성된 액상 영역은 냉매와 열교환이 되며, 히트파이프에 형성된 액상영영과 기상영역은 다수의 채널로 형성된 머리 빗형태인 히트파이프에 형성된 액상영역과 기상영역은 서로 수직으로, 기상영역의 유체는 중력에 의해 액상 영역으로 이동되고, 히트파이프에 형성된 액상영역 및 기상영역이 위아래로 U자관의 형태로 연결되어 형성된다. 이를 루프식(고리 순환식)이나 단일형(일자형태)이라고도 한다.FIG. 2 is a heat exchanger of the present invention, in which a heat pipe fluid moves between a liquid phase region formed in a heat pipe, a plurality of vapor phase regions formed in a heat pipe formed vertically from a liquid phase region of the heat pipe, The liquid phase region formed in the heat pipe is heat exchanged with the liquid phase region formed in the heat pipe and the liquid phase region and the vapor phase region formed in the heat pipe, The liquid in the vapor phase region is moved to the liquid phase region by gravity, and the liquid phase region and the vapor phase region formed in the heat pipe are connected in the form of a U-shaped tube up and down. It is also called loop type (ring circulation type) or single type (date type).
즉, 도 2(a)는 열교환기의 평면도로 외부의 공기가 열교환기를 통과하면서 온도가 올라간 열교환원리라는 점은 동일하다. 두께는 열교환기의 두께이면서도 히트파이프의 두께이기도 하다. 도 2(b)는 열교환기의 단면도로서 에어콘 등으로부터의 열교환되어 기상이된 냉매가 공냉이 되는 열교환기의 냉각핀 상하로 이동하면서 열교환된 뒤, 액상으로 변해 다시 에어콘 등으로 공급되는 원이를 보여주는 모습은 동일하다. That is, FIG. 2 (a) is a plan view of the heat exchanger in that the outside air passes through the heat exchanger and the heat exchange principle is increased. Thickness is not only the thickness of the heat exchanger but also the thickness of the heat pipe. FIG. 2 (b) is a cross-sectional view of the heat exchanger showing that the refrigerant, which has been heat exchanged from an air conditioner or the like, is heat-exchanged while moving up and down the cooling fins of the heat exchanger, The appearance is the same.
도 1(b)와의 차이점은 에어콘 등의 냉매가 직접 열교환기 냉각핀 사이사이를 지나가는 것이 아니라, 히트파이프의 일측면(액상영역)을 통과하면서 히트파이프 유체와의 열교환을 할 뿐이다. 대신, 히트파이프 유체는 액상영역으로부터 기상영역을 향해 모세관 현상에 의해 이동하면서 열교환기 냉각핀과의 열교환을 하게 된다. 히트파이프를 머리 빗모양으로 만드는 것도 액상영역을 공통영역으로 하고, 기상영역을 향해 머리 빗 형상으로 분기되어 히트파이프 유체가 이동하기 때문이다. 히트파이프 유체로는 물이 사용될 수 있다. 또한 기상영역은 도 2(b)에서 액상영역의 반대편에 위치한 머리 빗의 끝부분일 수도 있고, 액상영역과 동일한 형상을 하여 머리 빗 형상의 끝단에 공통으로 형성될 수도 있다. 이때 U자관을 사용한다면, 머리 빗 구간의 양단 끝 각각에 액상영역 및 기상영역을 U자관으로 연결함으로서 도 3(a)(b)(c)와 동일한 구조가 도 2(b)의 액상영역 및 기상영역대신에 적용될 수 있다. 도 3(a)는 끝단, 즉 히트파이프 열교환기의 상단부가 관으로 연결된 구조이고, 도 3(b)는 히트파이프 열교환기의 상단부가 관으로 연결된 구조의 중간에 원웨이 밸브가 형성되어 있고, 도 3(c)는 히트파이프의 양단이 상향되어 개방된 구조이다.The difference from FIG. 1 (b) is that a coolant such as an air-conditioner does not directly pass between the heat exchanger cooling fins but merely exchanges heat with the heat pipe fluid while passing through one side (liquid phase region) of the heat pipe. Instead, the heat pipe fluid travels by capillary action from the liquid phase region toward the vapor phase region to effect heat exchange with the heat exchanger cooling fins. The reason why the heat pipe is formed into a hair comb shape is that the liquid phase region is a common region and the heat pipe fluid is diverged in a hair comb shape toward the vapor phase region. Water can be used as the heat pipe fluid. Also, the vapor phase region may be the end portion of the hair comb located on the opposite side of the liquid phase region in FIG. 2 (b), or may be formed in common to the end of the hair comb tooth in the same shape as the liquid phase region. 3 (a), (b), and (c) are connected to the liquid phase region and the liquid phase region of FIG. 2 (b) by connecting the liquid phase region and the vapor phase region to the U- It can be applied instead of the meteorological region. 3 (a) shows a structure in which the upper end of the heat pipe heat exchanger is connected with a pipe, FIG. 3 (b) shows a structure in which a one-way valve is formed in the middle of a structure in which the upper end of the heat pipe heat exchanger is connected by pipes, 3 (c) is a structure in which both ends of the heat pipe are opened upward.
본 발명은 히트파이프(1)의 유체 액상과 냉매간의 열교환으로 기존 공기와 열교환하던 열교환기에 비하여 열교환 효율이 증가하여 냉매의 접촉면적을 줄일 수 있으므로 냉매의 총 순환 길이를 감소시킬 수 있다. The present invention can reduce the total circulation length of the refrigerant since the heat exchanging efficiency of the refrigerant can be reduced by increasing the heat exchange efficiency as compared with the heat exchanger that exchanges heat with the existing air by heat exchange between the fluid liquid phase of the
왜냐하면 물 대 냉매 > 공기 대 냉매 이므로, 비열 차이로 열교환에 유리하기 때문이다.Because water-to-refrigerant> air-to-refrigerant, it is advantageous for heat exchange because of the specific heat difference.
따라서 상기 히트파이프(1)는 중력으로 작동하여 냉매를 순환 시키기 위해 소모되는 동력(압축기 등)이 감소하므로 전체 에너지 효율이 향상된다.Therefore, the
또한 본 발명에 따른 히트파이프(1)를 루프식(고리 순환식)이나 단일형(일자형태)로 배치했을 때 발생가능 한 차량의 이동 중 쏠림에 의한 성능 저하를 방지 할 수 있다. 왜냐하면 차량 회전 등으로 유체가 한쪽으로 쏠리면 성능이 저하되기 때문이다.In addition, it is possible to prevent performance degradation due to leaning of the vehicle, which may occur when the
또한 본 발명의 일실시예에 따라 U자가 이어진 형태로 진동형으로 작동이 가능하므로 성능 향상이 가능하다. 여기에서 진동형이란 유체가 한쪽 관으로 올라갈때 다른쪽 관에서 내려오면서 컵의 물이 흔들리는 것처럼 자연스럽게 상승/하강하는 것을 말한다.Also, according to the embodiment of the present invention, since the U-shaped body can be operated in a vibration mode, the performance can be improved. Here, the vibrating type means that when the fluid ascends from one pipe to the other, it goes down from the other pipe and naturally ascends / descends as if the water of the cup is shaken.
또한 본 발명은 많은 열교환이 필요 할수록 라디에이터의 수량을 2~3개 장착하게 되는데, 본 발명은 하부 냉매와 히트파이프(1)의 유체 액상이 만나는 구간의 넓이(두께)를 확장하고, 히트파이프(1)의 두께를 넓히면 성능 조절이 가능하다.In the present invention, the number of radiators is increased to two or three as the number of heat exchanges is increased. The present invention extends the width (thickness) of the section where the liquid refrigerant of the
이러한 구조를 하는 이유는 기존 열교환기도 두께를 넓히면 가능하지만 냉매가 넓은 채널로 고르게 확산되어야 비례하여 성능이 상승되는 문제가 있기 때문이다.The reason for this structure is that it is possible to widen the thickness of the existing heat exchanger, but the performance of the refrigerant needs to be increased in proportion to the spread of the refrigerant evenly over a wide channel.
이하 본 발명의 실시를 위한 히트 파이프를 이용한 열교환기에 대해서는 먼저 히트파이프의 액상 유체와 냉매간의 열교환을 위한 U자가 이어진 형태로 작동되는 방법으로서, 상기 히트파이프는 중력으로 작동하여 냉매를 순환 시킨다. 그리고, 히트파이프의 액상 유체와 냉매간의 열교환 단계로 이루어진다. 또한 상기 하부 냉매와 히트파이프 유체 액상이 만나는 구간의 넓이 또는 두께를 확장한다.이 때 상기 히트파이프의 두께를 넓혀 성능을 조절할 수 있다.Hereinafter, a heat exchanger using a heat pipe for carrying out the present invention is operated in a U-shaped form for heat exchange between a liquid fluid of a heat pipe and a refrigerant. The heat pipe operates by gravity to circulate the refrigerant. And a heat exchange step between the liquid fluid of the heat pipe and the refrigerant. Further, the width or thickness of the section where the lower refrigerant meets the fluid liquid phase of the heat pipe is extended. At this time, the thickness of the heat pipe can be increased to control the performance.
1 : 히트 파이프
3 : 냉각핀1: Heat pipe
3: Cooling pin
Claims (4)
히트 파이프에 형성된 액상 영역;
상기 히트파이프의 액상영역으로부터 수직으로 형성된 상기 히트파이프에 형성된 다수의 기상영역;
다수의 상기 히트파이프의 기상영역 사이로 상기 히트파이프 유체가 이동하면서 공기와 열교환되는 동시에, 상기 히트 파이프에 형성된 액상 영역은 상기 냉매와 열교환이 되는 것을 특징으로 하는 히트파이프가 적용된 열교환기.In the refrigerant heat exchanger,
A liquid phase region formed in the heat pipe;
A plurality of vapor regions formed in the heat pipe formed vertically from the liquid phase region of the heat pipe;
Wherein the heat pipe fluid is heat-exchanged between the plurality of heat pipes and the air, and the liquid phase region formed in the heat pipe is heat-exchanged with the refrigerant.
상기 히트파이프에 형성된 액상영영과 기상영역은 다수의 채널로 형성된 머리 빗형태인 것을 특징으로 하는 히트파이프가 적용된 열교환기.The method according to claim 1,
And the liquid phase and the vapor phase region formed in the heat pipe are in the form of a hair comb formed by a plurality of channels.
상기 히트파이프에 형성된 액상영역과 기상영역은 서로 수직으로, 상기 기상영역의 유체는 중력에 의해 상기 액상 영역으로 이동되는 것을 특징으로 하는 히트파이프가 적용된 열교환기.3. The method of claim 2,
Wherein a liquid phase region and a vapor phase region formed in the heat pipe are perpendicular to each other and a fluid in the vapor phase region is moved to the liquid phase region by gravity.
상기 히트파이프에 형성된 액상영역 및 기상영역이 위아래로 U자관의 형태로 연결되어 형성된 것을 특징으로 하는 히트파이프가 적용된 열교환기.The method of claim 3,
And a liquid-phase region and a vapor-phase region formed on the heat pipe are connected to each other in the form of a U-shaped pipe upward and downward.
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Citations (2)
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| KR100313320B1 (en) | 1998-08-14 | 2001-12-28 | 김상식 | Heat Pipe Assembly |
| KR101319521B1 (en) | 2012-05-18 | 2013-10-17 | 김범진 | The working fluid composition and manufacturing method for heat pipe |
-
2017
- 2017-10-26 KR KR1020170140434A patent/KR20190046527A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |