KR20190082000A - Heat Pipe with Bypass Loop - Google Patents

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KR20190082000A
KR20190082000A KR1020170184909A KR20170184909A KR20190082000A KR 20190082000 A KR20190082000 A KR 20190082000A KR 1020170184909 A KR1020170184909 A KR 1020170184909A KR 20170184909 A KR20170184909 A KR 20170184909A KR 20190082000 A KR20190082000 A KR 20190082000A
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Abstract

The present invention relates to a heat pipe having a bypass loop and, more specifically, to a heat pipe having a bypass loop, wherein a portion of working fluids evaporated from an evaporation unit through an additional bypass connection pipe moves to a condensation unit in a steam state to prevent excessive steam pressure of the evaporation unit, thereby inducing condensate water to flow smoothly. Moreover, steam of the evaporation unit is directly transferred to the condensation unit through the additional bypass connection pipe instead of an inner space of a pipe body to increase condensate water production amounts, and thus the condensate water can be guided to be smoothly circulated. In addition, steam pressure of the evaporation unit is reduced to increase the amount of condensate water returning to the evaporation unit, and thus the heat pipe can be kept at relatively low operating temperature.

Description

바이패스 루프를 갖는 히트 파이프{Heat Pipe with Bypass Loop}A heat pipe having a bypass loop (Heat Pipe with Bypass Loop)

본 발명은 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프에 관한 것이다. 보다 상세하게는 별도의 바이패스 연결관을 통해 증발부에서 증발한 작동 유체 중 일부를 증기 상태로 응축부로 이동시킴으로써, 증발부의 과도한 증기 압력을 방지하여 응축수의 원활한 흐름을 유도하고, 또한, 증발부의 증기를 파이프 본체의 내부 공간이 아니라 별도의 바이패스 연결관을 통해 직접 응축부로 이송시킴으로써, 응축수 생성량이 증가하고 이에 따라 응축수의 순환 흐름을 더욱 원활하게 유도하고, 증발부의 증기압력이 낮아져 증발부로 귀환하는 응축수의 양을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 히트 파이프의 작동 온도를 상대적으로 낮게 유지할 수 있는 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pipe having a bypass loop. And more particularly, to a method of operating an evaporative fuel injection system in which a part of a working fluid evaporated in an evaporator through a separate bypass connection pipe is moved to a condenser in a vapor state, thereby preventing an excessive steam pressure in the evaporator, The amount of condensed water generated is increased and the circulation flow of the condensed water is more smoothly guided, and the steam pressure of the evaporator is lowered to return to the evaporator. To a heat pipe having a bypass loop that can increase the amount of condensed water flowing through the heat pipe and thereby keep the operating temperature of the heat pipe relatively low.

일반적으로 히트파이프(Heat Pipe)는 자기증발, 온도차 등의 열적(熱的) 불균형으로 인하여 형성되는 유체의 밀도차 및 모세관 압력에 의해 유체 유동이 이루어지는 열전달 장치를 말한다. Generally, a heat pipe refers to a heat transfer device in which fluid flow is caused by a density difference of a fluid formed due to a thermal imbalance such as self-evaporation, a temperature difference, and capillary pressure.

이러한 히트파이프는 내부에 물(증류수) 또는 알콜 등의 작동 유체를 넣고 진공상태로 밀봉 처리한 관으로서, 응축부와, 증발부 및 이들을 연결하는 단열부로 구분되며, 증발부 쪽으로 열이 공급되면 작동유체가 기체로 증발하여 단열부를 통해 응축부 쪽으로 이동하게 되고, 그 지점에서 액체로 응축되면서 열을 방출한 후 모세관 현상에 의해 다시 증발부로 순환하며 열을 전달하게 된다.Such a heat pipe is a tube in which a working fluid such as water (distilled water) or alcohol is put inside and sealed in a vacuum state, and is divided into a condensing portion, an evaporating portion, and a heat insulating portion connecting them. The fluid evaporates to the gas and moves to the condensing part through the heat insulating part, and the heat is condensed to the liquid at the point, and then the heat is circulated through the evaporating part again by the capillary phenomenon.

히트파이프의 내벽에는 작동 유체에 대한 모세관 압력을 촉진시킬 수 있도록 윅(Wick)이 설치되어 있다. 윅은 밀폐관 내의 작동 유체를 응축부로부터 증발부로 원활히 이동시킬 수 있도록 모세관 현상을 유발하기 위한 수단으로 작용하므로, 그 재질의 선정과 구조 설계는 히트파이프의 성능을 좌우하는 매우 중요한 요소라 할 수 있다.The inner wall of the heat pipe is provided with a wick for promoting the capillary pressure against the working fluid. The wick acts as a means to induce the capillary phenomenon so as to smoothly move the working fluid in the closed tube from the condenser to the evaporator. Therefore, the selection of the material and the design of the wick are very important factors that determine the performance of the heat pipe have.

일반적으로, 윅은 그 열 이송 인자를 크게 하려면 전체적으로 투과성(Permeability)이 좋아서 증발부의 열이 전해지는 어느 부위에서든 유체가 균일하게 분포되도록 하여야 하는데, 이를 만족시키기 위해서는 모세관의 반경이 작을수록 유리하다. 그러나, 윅의 직경이 너무 작으면 유동저항을 초래하게 되므로 적정한 두께를 실험적인 방법으로 찾아내야 한다. 윅은 구리 재질의 세선을 직조하여 망체의 형상으로 제작한 것이나 또는 소결 금속 등이 알려져 있다.Generally, in order to increase the heat transfer factor, the wick is required to have uniform permeability throughout the entire region where the heat of the evaporation portion is transmitted. In order to satisfy this requirement, it is advantageous that the radius of the capillary is small. However, if the diameter of the wick is too small, it will cause flow resistance, so an appropriate thickness must be found by an experimental method. Wicks are made of woven fabric made of copper and formed into the shape of a net, or sintered metal.

이와 같은 히트파이프는 펌프 등의 기계요소에 의한 별도의 동력 공급이 없이도 자연대류에 의해 작동되는 것이며, 현재 이것은 열교환기, 전자제품의 냉각장치(온도상승으로 인해 제품성능이 저하되는 히트 페이드(Heat Fade) 현상을 저감시켜주기 위한 냉각용 방열기(Heat Sink)) 또는 의료장비 등에 다양하게 적용되어 있고, 그 응용 범위가 계속 확산되는 추세에 있다.These heat pipes are operated by natural convection without the need for separate power supply by mechanical elements such as pumps, and they are currently used for heat exchangers and cooling devices for electronic products (heat fades (Heat Sink) to reduce the heat and fade phenomenon) or medical equipment, and its application range is continuously spreading.

도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 히트 파이프의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 1 is a view schematically showing the construction of a conventional heat pipe according to the related art.

일반적인 히트 파이프는, 내부에 작동 유체가 저장되도록 내부가 밀봉된 중공관 형태의 파이프 본체(100)와, 파이프 본체(100)의 내측면에 장착되는 모세 구조물의 윅(200)을 포함하여 구성된다.A typical heat pipe includes a pipe body 100 in the form of a hollow tube sealed inside to store a working fluid therein and a wick 200 of a capillary structure mounted on an inner surface of the pipe body 100 .

파이프 본체(100)는 내부에 작동 유체가 저장되는 중공관 형태로 형성되며, 일단부는 열을 흡수하여 작동 유체를 증발시키는 증발부(es)가 형성되고, 타단부는 열을 발산하여 작동 유체를 응축시키는 응축부(cs)가 형성된다. 증발부(es)와 응축부(cs) 사이에는 외부와 단열되도록 단열부(as)가 형성된다.The pipe body 100 is formed in the shape of a hollow tube in which a working fluid is stored. One end of the pipe body 100 is formed with an evaporator es which evaporates heat to evaporate the working fluid. A condensing portion cs for condensing is formed. A heat insulating portion (as) is formed between the evaporating portion (es) and the condensing portion (cs) so as to be insulated from the outside.

증발부(es)에서는 외부 열원(10)으로부터 열을 흡수하여 작동 유체를 증발시키고, 응축부(cs)에서는 외부 열전달 매체(20)에 열을 발산하여 작동 유체를 응축시킨다. 파이프 본체(100)의 증발부(es)에서 증발한 작동 유체는 증기 상태로 파이프 본체(100)의 내부 공간을 따라 증발부(es)에서 단열부(as)를 통과하여 응축부(cs)로 이동하고, 응축부(cs)에서 응축되어 액체 상태로 윅(200)을 통해 증발부(es) 측으로 다시 이동하는 방식으로 순환한다. In the evaporator (es), the working fluid is evaporated by absorbing heat from the external heat source (10), and the condenser (cs) condenses the working fluid by radiating heat to the external heat transfer medium (20). The working fluid evaporated in the evaporator part es of the pipe body 100 flows through the heat insulating part as from the evaporator es along the inner space of the pipe body 100 in a vapor state and flows into the condenser part cs And is circulated in such a manner that it condenses in the condensing section cs and moves back to the evaporating section es via the wick 200 in the liquid state.

윅(200)은 파이프 본체(100)의 내측면을 따라 접촉 결합되도록 다공성 구조의 중공관 형태로 형성되며, 응축부(cs)에서 응축된 작동 유체를 모세관 현상에 의해 증발부(es) 측으로 이동시키도록 구성된다.The wick 200 is formed in the shape of a hollow tube having a porous structure so as to be brought into contact with the inner surface of the pipe body 100. The working fluid condensed in the condensing portion cs is moved toward the evaporator portion es by capillary phenomenon .

이와 같이 구성되는 히트 파이프는 증발부(es)에서 외부열을 흡수한 후 단열부(as)를 통과하여 응축부(cs)에서 냉각에 의해 잠열을 배출하는 기본적인 원리로 작동한다.The heat pipe constructed as described above operates as a basic principle of absorbing external heat from the evaporator (es), passing through the heat insulating portion (as), and discharging the latent heat by cooling in the condensing portion cs.

즉, 증발부(es)에 열이 가해지면, 파이프 본체(100) 내부의 작동유체가 증발하여 증발부(es)와 응축부(cs)의 증기압력차이에 의해 응축부(cs)로 이동한다. 응축부(cs)의 증기는 냉각원에 의해 냉각되어 응축수가 되며, 응축수는 윅(200)의 모세 구조물의 미소한 기공에서 발생하는 모세 압력에 의해 증발부(es)로 귀환하는 과정을 반복한다.That is, when heat is applied to the evaporation part es, the working fluid inside the pipe body 100 evaporates and moves to the condensing part cs by the vapor pressure difference between the evaporation part es and the condensing part cs . The steam of the condensing portion cs is cooled by the cooling source to become condensed water and the condensed water is returned to the evaporating portion es by the capillary pressure generated in the minute pores of the capillary structure of the wick 200 .

이러한 작동 유체의 흐름에 따라 증기와 응축수의 흐름이 서로 반대 방향이며, 이로 인해 액상과 기상 사이에 유동 접촉 저항이 히트 파이프의 열전달 성능에 영향을 미친다. 또한, 열부하가 높아짐에 따라 작동 유체의 온도와 압력이 상승하여 동시에 상변화 질량 유량이 증가한다. 히트 파이프에 최대 열부하를 가했을 때, 증기압력과 상변화 질량 유량이 증가하게 되며, 이로 인해 윅(200)을 따라 흐르는 응축수의 흐름이 끊어지게 되고, 증발부(es)에 드라이 아웃(dry-out) 현상이 발생하여 히트 파이프의 작동이 중단되는 경우가 발생할 수 있다.According to the flow of the working fluid, the flow of the steam and the condensed water are opposite to each other. As a result, the flow contact resistance between the liquid phase and the vapor phase affects the heat transfer performance of the heat pipe. Also, as the heat load increases, the temperature and pressure of the working fluid increase and the phase change mass flow increases at the same time. When the maximum heat load is applied to the heat pipe, the steam pressure and the phase change mass flow rate are increased. This causes the flow of the condensate flowing along the wick 200 to be cut off and the dry-out ) Phenomenon may occur and the operation of the heat pipe may be interrupted.

즉, 히트 파이프에 고열원에 의한 열부하가 증가하게 되면, 증발부(es)의 증기 압력이 높아져서 증발부(es)의 증기 발생량이 감소하고, 이에 따라 응축수가 감소하여 윅(200)을 따라 응축수가 정상적으로 순환하지 못하여 윅(200)이 건조해지고 작동 유체의 순환이 중단되는 등의 문제가 발생한다.That is, when the heat load due to the heat source increases in the heat pipe, the steam pressure of the evaporator es increases to reduce the amount of steam generated in the evaporator es, and consequently the condensed water decreases, The wick 200 may become dry and the circulation of the working fluid may be interrupted.

국내실용신안등록 제20-0331847호Domestic Utility Model Registration No. 20-0331847

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 별도의 바이패스 연결관을 통해 증발부에서 증발한 작동 유체 중 일부를 증기 상태로 응축부로 이동시킴으로써, 증발부의 과도한 증기 압력을 방지하여 응축수의 원활한 흐름을 유도하고, 또한, 증발부의 증기를 파이프 본체의 내부 공간이 아니라 별도의 바이패스 연결관을 통해 직접 응축부로 이송시킴으로써, 응축수 생성량이 증가하고 이에 따라 응축수의 순환 흐름을 더욱 원활하게 유도하고 증발부에서 윅의 드라이 아웃 현상을 방지할 수 있는 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for operating a steam turbine by moving a part of a working fluid evaporated in an evaporator through a separate bypass connection pipe to a condenser in a vapor state, And the steam of the evaporator is transferred to the condenser directly through the separate bypass connection pipe instead of the inner space of the pipe body, thereby increasing the amount of condensed water generated and consequently increasing the circulation flow of the condensate And to prevent a dry-out phenomenon of the wick in the evaporator.

본 발명의 다른 목적은, 바이패스 연결관을 통해 증기를 응축부를 직접 이동시킴으로써, 증기압력이 낮아져 증발부로 귀환하는 응축수의 양을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 히트 파이프의 작동 온도를 상대적으로 낮게 유지할 수 있는 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a steam turbine that is capable of increasing the amount of condensate returned to the evaporator by lowering the steam pressure by moving the condenser directly through the bypass connection tube thereby maintaining the operating temperature of the heat pipe relatively low And a bypass loop having a bypass loop.

본 발명의 또 다른 목적은, 바이패스 연결관에 별도의 압력계와 개폐 밸브를 장착함으로써, 압력계에 의해 측정된 내부의 압력 측정값에 따라 개폐 밸브를 선택적으로 작동하여 최적의 작동 상태를 유지시킬 수 있는 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프를 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide an apparatus and a method for controlling an internal pressure of an internal combustion engine by selectively operating an on / off valve according to an internal pressure measurement value measured by a pressure gauge, And a heat pipe having a bypass loop.

본 발명은, 내부에 작동 유체가 저장되는 중공관 형태로 형성되며, 일단부는 열을 흡수하여 작동 유체를 증발시키는 증발부가 형성되고, 타단부는 열을 발산하여 작동 유체를 응축시키는 응축부가 형성되는 파이프 본체; 상기 파이프 본체의 내측면을 따라 접촉 결합되도록 다공성 구조의 중공관 형태로 형성되며, 상기 응축부에서 응축된 작동 유체를 모세관 현상에 의해 상기 증발부 측으로 이동시키는 윅; 및 일단이 상기 파이프 본체의 증발부 내부 공간에 연통되게 결합되고, 상기 증발부에 연결된 일단으로부터 상기 파이프 본체의 외부 공간으로 연장되어 타단이 상기 파이프 본체의 응축부 내부 공간에 연통되게 결합되는 바이패스 연결관을 포함하고, 상기 파이프 본체의 증발부에서 증발한 작동 유체는 증기 상태로 상기 증발부에서 상기 응축부로 이동하고, 상기 응축부에서 응축되어 액체 상태로 상기 윅을 통해 상기 증발부 측으로 이동하는 방식으로 순환하고, 상기 증발부에서 증발한 작동 유체 중 일부는 증기 상태로 상기 증발부에서 상기 바이패스 연결관을 통해 상기 응축부로 이동하는 것을 특징으로 하는 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프를 제공한다.In the present invention, an evaporation part for evaporating the working fluid is formed by absorbing heat, and a condensing part for condensing the working fluid by radiating heat is formed at the other end A pipe body; A wick that is formed in the shape of a hollow pipe having a porous structure to be brought into contact with the inner surface of the pipe body and moves the condensed working fluid in the condensing portion to the evaporator portion by capillary phenomenon; And a bypass which is connected to the space inside the evaporator of the pipe body and has one end extending from one end connected to the evaporator to an outer space of the pipe body and the other end connected to the space inside the condenser of the pipe body, Wherein the working fluid evaporated in the evaporating portion of the pipe body moves from the evaporating portion to the condensing portion in a vapor state and is condensed in the condensing portion to move to the evaporating portion side through the wick in a liquid state And a part of the working fluid evaporated in the evaporator moves in a vapor state from the evaporator to the condenser through the bypass connection tube.

이때, 상기 바이패스 연결관의 중간에는 상기 바이패스 연결관의 내부 유로를 개폐할 수 있는 개폐 밸브가 장착될 수 있다.At this time, an opening / closing valve that can open / close the internal flow path of the bypass connection pipe may be installed in the middle of the bypass connection pipe.

또한, 상기 증발부에 연통되는 상기 바이패스 연결관의 일단에 인접한 부위에는 상기 바이패스 연결관의 내부 압력을 측정할 수 있는 압력계가 장착되고, 상기 압력계의 측정값은 별도의 제어부에 인가되며, 상기 제어부는 상기 압력계로부터 인가받은 측정값에 따라 상기 개폐 밸브를 동작 제어할 수 있다.In addition, a pressure gauge capable of measuring the internal pressure of the bypass connection pipe is installed at a portion adjacent to one end of the bypass connection pipe communicating with the evaporator, a measurement value of the pressure gauge is applied to a separate control unit, The control unit may control the operation of the on / off valve according to a measurement value applied from the pressure gauge.

본 발명에 의하면, 별도의 바이패스 연결관을 통해 증발부에서 증발한 작동 유체 중 일부를 증기 상태로 응축부로 이동시킴으로써, 증발부의 과도한 증기 압력을 방지하여 응축수의 원활한 흐름을 유도하고, 또한, 증발부의 증기를 파이프 본체의 내부 공간이 아니라 별도의 바이패스 연결관을 통해 직접 응축부로 이송시킴으로써, 응축수 생성량이 증가하고 이에 따라 응축수의 순환 흐름을 더욱 원활하게 유도하고 증발부에서 윅의 드라이 아웃 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by moving a part of the working fluid evaporated in the evaporator through the separate bypass connection pipe to the condenser in the vapor state, the excessive steam pressure of the evaporator is prevented to induce smooth flow of the condensed water, The steam is directly transferred to the condenser through a separate bypass connection pipe instead of the internal space of the pipe body, thereby increasing the amount of condensed water generated, thereby more smoothly inducing the circulation flow of the condensed water, There is an effect that can be prevented.

또한, 바이패스 연결관을 통해 증기를 응축부를 직접 이동시킴으로써, 증기압력이 낮아져 증발부로 귀환하는 응축수의 양을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 히트 파이프의 작동 온도를 상대적으로 낮게 유지할 수 있는 효과가 있다.In addition, by directly moving the condenser through the bypass connection pipe, the steam pressure can be lowered and the amount of condensed water returned to the evaporator can be increased, so that the operating temperature of the heat pipe can be kept relatively low .

또한, 바이패스 연결관에 별도의 압력계와 개폐 밸브를 장착함으로써, 압력계에 의해 측정된 내부의 압력 측정값에 따라 개폐 밸브를 선택적으로 작동하여 최적의 작동 상태를 유지시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, by installing a separate pressure gauge and an on-off valve in the bypass connection pipe, it is possible to selectively operate the on-off valve according to the internal pressure measurement value measured by the pressure gauge, thereby maintaining the optimum operation state.

또한, 히트 파이프 시동 초기에 순간적인 증기 질량 유량의 증가로 발생하는 온도 오버슈트 현상을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that the temperature overshoot phenomenon caused by an increase in the instantaneous vapor mass flow rate at the start of the heat pipe can be reduced.

또한, 동일한 입력 열부하에서 응축수의 원활한 귀환에 의해 상대적으로 더 높은 열부하에서 작동 한계가 나타나므로 처리할 수 있는 열전달량이 증가하는 효과가 있다.In addition, since the condensation water is smoothly returned at the same input heat load, the operation limit is increased at a relatively higher heat load, so that the heat transfer amount that can be processed is increased.

또한, 파이프 본체 내부에서 유동하는 증기 질량 유량을 감소시킬 수 있으므로, 액체-증기 경계면의 유동 저항을 감소시켜 증발부로 귀환하는 응축수 양을 증가시키고 비산 한계를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.Also, since the vapor mass flow rate flowing inside the pipe body can be reduced, the flow resistance at the liquid-vapor interface can be reduced to increase the amount of condensed water returned to the evaporator and increase the scatter limit.

도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 히트 파이프의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a conventional heat pipe according to the prior art;
2 is a schematic view illustrating a heat pipe having a bypass loop according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a schematic view illustrating a heat pipe having a bypass loop according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프는 내부의 과도한 증기압력을 감소시키고 응축수 유량을 증가시켜 작동 온도를 상대적으로 낮게 유지시키고 안정적인 작동 상태를 유지할 수 있는 구성으로, 파이프 본체(100)와, 윅(200)과, 바이패스 연결관(300)을 포함하여 구성된다.A heat pipe having a bypass loop according to an embodiment of the present invention is configured such that the excessive steam pressure therein is reduced and the condensation water flow rate is increased to keep the operating temperature relatively low and maintain a stable operation state. 100, a wick 200, and a bypass connection pipe 300.

파이프 본체(100)는 내부 공간(101)에 작동 유체가 저장되는 중공관 형태로 형성되며, 일단부는 열을 흡수하여 작동 유체를 증발시키는 증발부(es)가 형성되고, 타단부는 열을 발산하여 작동 유체를 응축시키는 응축부(cs)가 형성된다. 증발부(es)와 응축부(cs) 사이에는 외부와 단열되도록 단열부(as)가 형성된다.The pipe body 100 is formed in a hollow tube shape in which a working fluid is stored in the inner space 101. One end of the pipe body 100 is formed with an evaporation portion es for absorbing heat to evaporate the working fluid, Thereby forming a condensing portion cs for condensing the working fluid. A heat insulating portion (as) is formed between the evaporating portion (es) and the condensing portion (cs) so as to be insulated from the outside.

증발부(es)에서는 외부 열원(10)으로부터 열을 흡수하여 작동 유체를 증발시키고, 응축부(cs)에서는 외부 열전달 매체(20)에 열을 발산하여 작동 유체를 응축시킨다. 파이프 본체(100)의 증발부(es)에서 증발한 작동 유체는 증기 상태로 파이프 본체(100)의 내부 공간을 따라 증발부(es)에서 단열부(as)를 통과하여 응축부(cs)로 이동하고, 응축부(cs)에서 응축되어 액체 상태로 윅(200)을 통해 증발부(es) 측으로 다시 이동하는 방식으로 순환한다. In the evaporator (es), the working fluid is evaporated by absorbing heat from the external heat source (10), and the condenser (cs) condenses the working fluid by radiating heat to the external heat transfer medium (20). The working fluid evaporated in the evaporator part es of the pipe body 100 flows through the heat insulating part as from the evaporator es along the inner space of the pipe body 100 in a vapor state and flows into the condenser part cs And is circulated in such a manner that it condenses in the condensing section cs and moves back to the evaporating section es via the wick 200 in the liquid state.

윅(200)은 파이프 본체(100)의 내측면을 따라 접촉 결합되도록 다공성 구조의 중공관 형태로 형성되며, 응축부(cs)에서 응축된 작동 유체를 모세관 현상에 의해 증발부(es) 측으로 이동시키도록 구성된다.The wick 200 is formed in the shape of a hollow tube having a porous structure so as to be brought into contact with the inner surface of the pipe body 100. The working fluid condensed in the condensing portion cs is moved toward the evaporator portion es by capillary phenomenon .

이와 같이 구성되는 히트 파이프는 배경 기술에서 설명한 바와 같이 증발부(es)에서 외부열을 흡수한 후 단열부(as)를 통과하여 응축부(cs)에서 냉각에 의해 잠열을 배출하는 기본적인 원리로 작동한다.As described in the Background Art, the heat pipe constructed as above operates as a basic principle of absorbing external heat in the evaporator (es), passing through the heat insulating portion (as), and discharging latent heat by cooling in the condensing portion cs do.

즉, 증발부(es)에 열이 가해지면, 파이프 본체(100) 내부의 작동유체가 증발하여 증발부(es)와 응축부(cs)의 증기압력차이에 의해 응축부(cs)로 이동한다. 응축부(cs)의 증기는 냉각원에 의해 냉각되어 응축수가 되며, 응축수는 윅(200)의 모세 구조물의 미소한 기공에서 발생하는 모세 압력에 의해 증발부(es)로 귀환하는 과정을 반복한다.That is, when heat is applied to the evaporation part es, the working fluid inside the pipe body 100 evaporates and moves to the condensing part cs by the vapor pressure difference between the evaporation part es and the condensing part cs . The steam of the condensing portion cs is cooled by the cooling source to become condensed water and the condensed water is returned to the evaporating portion es by the capillary pressure generated in the minute pores of the capillary structure of the wick 200 .

이러한 구조에 따라 배경 기술에서 설명한 바와 같이 히트 파이프에 고열원에 의한 열부하가 증가하면, 증발부(es)의 증기 압력이 높아져서 증발부(es)의 증기 발생량이 감소하고, 이에 따라 응축수가 감소하여 윅(200)을 따라 응축수가 정상적으로 순환하지 못하여 윅(200)이 건조해져서 드라이 아웃 현상이 발생하고 작동 유체의 순환이 중단되는 등의 문제가 발생한다.According to this structure, as described in the background art, when the heat load due to the high heat source is increased in the heat pipe, the steam pressure of the evaporator (es) is increased to reduce the amount of steam generated in the evaporator (es) The condensed water does not circulate normally along the wick 200, causing the wick 200 to dry, causing a dry-out phenomenon, and the circulation of the working fluid is interrupted.

본 발명의 일 실시예에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 바이패스 연결관(300)이 추가 구비된다.In an embodiment of the present invention, a bypass connection pipe 300 is additionally provided to solve this problem.

바이패스 연결관(300)은 일단이 파이프 본체(100)의 증발부(es) 내부 공간에 연통되게 결합되고, 증발부(es)에 연결된 일단으로부터 파이프 본체(100)의 외부 공간으로 연장되어 타단이 파이프 본체(100)의 응축부(cs) 내부 공간에 연통되게 결합된다.The bypass connection pipe 300 is connected to the inner space of the evaporation portion es of the pipe body 100 at one end and extends from the one end connected to the evaporation portion es to the outer space of the pipe body 100, Is connected to the inner space of the condensing portion (cs) of the pipe body (100).

이러한 구조에 따라 파이프 본체(100)의 증발부(es)에서 증발한 작동 유체 중 일부는 증기 상태로 증발부(es)에서 바이패스 연결관(300)을 통해 응축부(cs)로 이동한다.According to this structure, a part of the working fluid evaporated in the evaporator (es) of the pipe body (100) moves from the evaporator (es) to the condenser (cs) through the bypass connection pipe (300) in a vapor state.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 파이프는 별도의 바이패스 연결관(300)을 통해 증발부(es)에서 증발한 작동 유체 중 일부를 증기 상태로 응축부(cs)로 이동시킴으로써, 증발부(es)의 과도한 증기 압력을 방지하여 응축수의 원활한 흐름을 유도하고, 또한, 증발부(es)의 증기를 파이프 본체(100)의 내부 공간이 아니라 별도의 바이패스 연결관(300)을 통해 직접 응축부(cs)로 이송시킴으로써, 응축수 생성량이 증가하고 이에 따라 응축수의 순환 흐름을 더욱 원활하게 유도하고 증발부(es)에서 윅(200)의 드라이 아웃 현상을 방지한다. 또한, 증발부(es)로 귀환하는 응축수의 양이 증가하므로, 히트 파이프의 작동 온도를 상대적으로 낮게 유지할 수 있다.Accordingly, in the heat pipe according to the embodiment of the present invention, some of the working fluid evaporated in the evaporator (es) is moved to the condenser (cs) in a vapor state via the bypass connection pipe (300) The steam of the evaporator es is prevented from flowing through the separate bypass connection pipe 300 instead of the inner space of the pipe body 100 by preventing excessive steam pressure of the evaporator es to induce smooth flow of the condensed water, By directly transferring the condensed water to the condenser cs, the amount of condensed water generated increases, thereby more smoothly inducing the circulation flow of the condensed water and preventing dry-out of the wick 200 in the evaporator es. Further, since the amount of the condensed water returned to the evaporator (es) increases, the operating temperature of the heat pipe can be kept relatively low.

한편, 바이패스 연결관(300)의 중간 구간에는 바이패스 연결관(300)의 내부 유로를 개폐할 수 있는 개폐 밸브(400)가 장착될 수 있다. On the other hand, an open / close valve 400 that can open and close the internal flow path of the bypass connection pipe 300 may be mounted in the intermediate section of the bypass connection pipe 300.

이러한 개폐 밸브(400)를 통해 바이패스 연결관(300)을 선택적으로 개폐할 수 있다. 즉, 히트 파이프의 작동 상태에 따라 사용자가 개폐 밸브(400)를 선택적으로 개폐하여 증발부(es)의 증기를 바이패스 연결관(300)을 통해 응축부(cs)로 이동시킬 수 있다.The bypass connection pipe 300 can be selectively opened and closed through the opening / closing valve 400. That is, according to the operating state of the heat pipe, the user can selectively open / close the on / off valve 400 to move the vapor of the evaporator es to the condenser cs through the bypass connection pipe 300.

또한, 증발부(es)에 연통되는 바이패스 연결관(300)의 일단에 인접한 부위에는 바이패스 연결관(300)의 내부 압력을 측정할 수 있는 별도의 압력계(500)가 장착될 수 있으며, 사용자는 압력계(500)를 통해 증발부(es)의 압력을 알 수 있으며, 증발부(es)의 압력값에 따라 개폐 밸브(400)를 선택적으로 개폐 작동시킬 수 있다. 압력계(500)는 증발부(es)에 연통되는 바이패스 연결관(300)의 일단에 인접한 부위에 장착되기 때문에, 즉, 압력계(500)는 바이패스 연결관(300)에서 개폐 밸브(400)와 증발부(es) 사이에 장착되기 때문에, 압력계(500)에 의해 측정된 압력값은 실질적으로 증발부(es)에서의 압력값과 동일하다고 할 수 있다.A separate pressure gauge 500 for measuring the internal pressure of the bypass connection pipe 300 may be installed adjacent to one end of the bypass connection pipe 300 communicating with the evaporator es, The user can know the pressure of the evaporator es through the pressure gauge 500 and selectively open and close the open / close valve 400 according to the pressure value of the evaporator es. The pressure gauge 500 is installed in the vicinity of one end of the bypass connection pipe 300 communicating with the evaporator es, that is, the pressure gauge 500 is connected to the on / off valve 400 in the bypass connection pipe 300, The pressure value measured by the pressure gauge 500 is substantially equal to the pressure value in the evaporator portion es.

한편, 압력계(500)의 측정값은 별도의 제어부(미도시)에 인가되며, 제어부는 압력계(500)로부터 인가받은 측정값에 따라 개폐 밸브(400)를 자동으로 동작 제어할 수 있다. 즉, 개폐 밸브(400)의 작동은 사용자의 수작업으로 이루어질 수도 있으나, 압력계(500)의 측정값에 따라 제어부에 의해 자동 제어되는 방식으로 이루어질 수도 있다.Meanwhile, the measurement value of the pressure gauge 500 is applied to a separate control unit (not shown), and the control unit can automatically control the operation of the open / close valve 400 according to the measurement value applied from the pressure gauge 500. That is, the operation of the opening / closing valve 400 may be manually performed by the user, but may be performed in a manner that is automatically controlled by the control unit according to the measured value of the pressure gauge 500.

이상에서 설명한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프는, 증기 유량의 일부를 증발부(es)에서 응축부(cs)로 바이패스 연결관(300)을 통해 이송함으로써, 증발부(es)의 증기압을 낮출 수 있어 응축수의 증발부 귀환이 상대적으로 원활해진다.According to the above-described structure, the heat pipe having the bypass loop according to an embodiment of the present invention transfers part of the steam flow rate from the evaporator es to the condenser cs through the bypass connection pipe 300 , The vapor pressure of the evaporation portion (es) can be lowered, and the return of the evaporation portion of the condensed water becomes relatively smooth.

또한, 히트 파이프 시동 초기에 순간적인 증기 질량 유량의 증가로 발생하는 온도 오버슈트 현상을 감소시킬 수 있다.In addition, it is possible to reduce the temperature overshoot phenomenon caused by an increase in the instantaneous vapor mass flow rate at the start of the heat pipe.

또한, 동일한 입력 열부하에서 응축수의 원활한 귀환에 의해 상대적으로 더 높은 열부하에서 작동 한계가 나타나므로 처리할 수 있는 열전달량이 증가한다.In addition, due to the smooth return of condensate under the same input heat load, the operating limits are increased at relatively higher heat loads, thus increasing the amount of heat transferable.

또한, 파이프 본체 내부에서 유동하는 증기 질량 유량을 감소시킬 수 있으므로, 액체-증기 경계면의 유동 저항을 감소시켜 증발부로 귀환하는 응축수 양을 증가시키고 비산 한계를 증가시킬 수 있다.Also, since the vapor mass flow rate flowing inside the pipe body can be reduced, the flow resistance at the liquid-vapor interface can be reduced to increase the amount of condensed water returned to the evaporator and increase the scatter limit.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

10: 외부 열원
20: 열전달 매체
100: 파이프 본체
200: 윅
300: 바이패스 연결관
400: 개폐 밸브
500: 압력계10: external heat source
20: Heat transfer medium
100: Pipe body
200: Wick
300: Bypass connector
400: opening / closing valve
500: Pressure gauge

Claims (3)

내부에 작동 유체가 저장되는 중공관 형태로 형성되며, 일단부는 열을 흡수하여 작동 유체를 증발시키는 증발부가 형성되고, 타단부는 열을 발산하여 작동 유체를 응축시키는 응축부가 형성되는 파이프 본체;
상기 파이프 본체의 내측면을 따라 접촉 결합되도록 다공성 구조의 중공관 형태로 형성되며, 상기 응축부에서 응축된 작동 유체를 모세관 현상에 의해 상기 증발부 측으로 이동시키는 윅; 및
일단이 상기 파이프 본체의 증발부 내부 공간에 연통되게 결합되고, 상기 증발부에 연결된 일단으로부터 상기 파이프 본체의 외부 공간으로 연장되어 타단이 상기 파이프 본체의 응축부 내부 공간에 연통되게 결합되는 바이패스 연결관
을 포함하고, 상기 파이프 본체의 증발부에서 증발한 작동 유체는 증기 상태로 상기 증발부에서 상기 응축부로 이동하고, 상기 응축부에서 응축되어 액체 상태로 상기 윅을 통해 상기 증발부 측으로 이동하는 방식으로 순환하고,
상기 증발부에서 증발한 작동 유체 중 일부는 증기 상태로 상기 증발부에서 상기 바이패스 연결관을 통해 상기 응축부로 이동하는 것을 특징으로 하는 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프.
A pipe body formed in the shape of a hollow tube in which a working fluid is stored, one end of which is formed with an evaporation portion for evaporating the working fluid by absorbing heat, and the other end of which is formed with a condensing portion for radiating heat to condense the working fluid;
A wick that is formed in the shape of a hollow pipe having a porous structure to be brought into contact with the inner surface of the pipe body and moves the condensed working fluid in the condensing portion to the evaporator portion by capillary phenomenon; And
A bypass connection which is connected to the inner space of the evaporator of the pipe main body and extends from one end connected to the evaporator to the outer space of the pipe main body and has the other end communicated with the inner space of the condenser of the pipe main body, tube
Wherein the working fluid evaporated in the evaporating portion of the pipe body moves from the evaporating portion to the condensing portion in a vapor state and is condensed in the condensing portion and moves to the evaporating portion side through the wick in a liquid state Circulating,
Wherein some of the working fluid evaporated in the evaporator moves in a vapor state from the evaporator to the condenser through the bypass connection tube.
제 1 항에 있어서,
상기 바이패스 연결관의 중간에는 상기 바이패스 연결관의 내부 유로를 개폐할 수 있는 개폐 밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프.
The method according to claim 1,
And an opening / closing valve capable of opening / closing an internal flow path of the bypass connection pipe is mounted in the middle of the bypass connection pipe.
제 2 항에 있어서,
상기 증발부에 연통되는 상기 바이패스 연결관의 일단에 인접한 부위에는 상기 바이패스 연결관의 내부 압력을 측정할 수 있는 압력계가 장착되고,
상기 압력계의 측정값은 별도의 제어부에 인가되며,
상기 제어부는 상기 압력계로부터 인가받은 측정값에 따라 상기 개폐 밸브를 동작 제어하는 것을 특징으로 하는 바이패스 루프를 갖는 히트 파이프.

3. The method of claim 2,
A pressure gauge capable of measuring the internal pressure of the bypass connection pipe is mounted at a portion adjacent to one end of the bypass connection pipe communicating with the evaporator,
The measured value of the pressure gauge is applied to a separate control unit,
Wherein the control unit controls operation of the on-off valve according to a measurement value applied from the pressure gauge.

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