KR20220102917A - 캐비테이션 발생장치와 펠티어 열전소자를 이용한 급속 냉각 열 교환 방법 - Google Patents

캐비테이션 발생장치와 펠티어 열전소자를 이용한 급속 냉각 열 교환 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 펠티어 열전소자(이하 펠티어) (130)와 초음파 발생장치(110)와 기포 공급기(120)와 기포공급관(180)(이하 캐비테이션 발생장치)를 구비하고, 캐비테이션 발생장치(110,120,180)로 생성된 캐비테이션이 펠티어(130)를 경유할 때 결빙되고, 캐비테이션의 해빙과 캐비테이션 소멸과정에 의해 고온의 유체를 급속 냉각시키는 열 교환 장치에 관한 것이다.
이를 달성하기 위한 수단으로 본 발명에 따라 캐비테이션 발생장치(110,120,180); 펠티어(130); 고체 유로관(170); 유로를 둘러싸는 냉각핀(150); 냉각수로 물이나 부동액(이하 냉각수)이 포함된 축열조 또는 수조(이하 축열조)(100); 송풍팬(160); 온도센서(190); 캐비테이션 발생장치(110,120,180), 펠티어(130), 송풍팬(160)에 구동전력을 인가하는 구동회로와 제어 장치(미도시)가 구비된다.
본 발명에 의하면 캐비테이션 발생장치(110,120,180)로 생성되는 캐비테이션이 펠티어(130)의 냉각 기능에 의해 미세하게 결빙되고, 뜨거운 유체에 의해 데워진 축열조(100) 안에서 해빙된 캐비테이션이 상승 이동하면서 팽창하고, 캐비테이션 소멸과정에 의해, 축열조(100) 내부의 냉각수가 강제 순환되어 내부를 빠르게 냉각시킨다. 또한 송풍팬(160)에 의해 축열조(100) 내부에서 발생되는 수증기를 빠르게 응축하고, 축열조(100) 상부를 냉각시킨다.
본 발명의 의해 온도 센서(190)를 구비하여 고온의 유체를 적절한 온도로 제어할 수 있는 급속 냉각장치를 소형으로 제작할 수 있으며, 냉각 열교환기를 경제적으로 구성될 수 있다.

Description

캐비테이션 발생장치와 펠티어 열전소자를 이용한 급속 냉각 열 교환기{Rapid cooling heat exchanger using cavitation generators and felt-thermal thermocouples}
본 발명은 펠티어 열전소자(이하 펠티어) (130)와 초음파 발생장치 또는 기포공급기와 기포공급관(이하 캐비테이션 발생장치)로 결빙을 생성하여 급속 냉각하는 열 교환 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 캐비테이션 발생장치(110,120,180)와 펠티어(130)를 구비하고, 캐비테이션 발생장치(110,120,180)로 생성된 캐비테이션이 펠티어(130) 근처에서 결빙되고, 고온의 유로를 캐비테이션의 해빙과 캐비테이션 소멸과정에 의해 급속 냉각시키는 열 교환장치이다.
열전소자에는 열전효과를 이용하여 전기저항의 온도변화를 이용한 소자(써미스터), 온도차에 의해 기전력(起電力)이 발생하는 현상(제베크효과)을 이용한 소자, 전류에 의해 열의 흡수(또는 발생)가 생기는 현상(펠티에효과)을 이용한 소자(펠티에소자)가 있다.
열교환기의 열전달 방식에 따르면 표면식 열교환기, 축열식 열교환기, 액체 연결 간접식 열교환기, 직접 접촉식 열교환기가 있다. 본 발명과 유사한 방식의 열교환기는 축열식으로, 고체의 축열제 (열을 저장하는 매체)를 고온의 유체에 접촉시켜 고온 유체의 열을 흡수한 다음, 저온 유체와 접촉하여, 저온 유체에 열을 전달하는 열교환기로서 회전형 축열식 열교환기, 밸브식 환형 축열식 열교환기 등이 있다. 종래의 축열식 열교환기를 고온의 유체에 사용할 경우 시스템의 복잡하고, 소형으로 구성하기에는 어려움이 있다.
대한민국 공개특허10-2016-0078764는 압전소자에서 발생되는 초음파를 이용하여 냉각 작용하는 압전소자의 초음파를 이용한 냉각 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파를 이용한 냉각 장치는, 압축 가능한 작동 유체를 내장하는 하우징, 상기 하우징의 내부에 설치되어 양측으로 제1공간과 제2공간을 구획하고 상기 제1공간과 상기 제2공간 사이에서 상기 작동 유체가 진동 및 이동하는 채널을 구비하는 스택, 상기 하우징의 내부에서 상기 스택의 양측에 구비되는 1쌍의 열교환기, 상기 1쌍의 열교환기 중 어느 하나에 마주하여 상기 하우징의 내부에 구비되는 압전소자를 포함한다.대한민국 공개특허 2000-0059898호 음파 냉동을 이용한 자동 제빙기 및 이 자동 제빙기를 채용한 냉장고가 개시되어 있다. 자동 제빙기는 그 내부에 불활성 가스를 저장하고 있는 U자형 공명기, U자형 공명기에 음압을 인가하여 U자형 공명기에 저장된 불활성 가스의 분자들을 압축 및 팽창시키므로써 U자형 공명기 내부의 온도 분포를 변화시키는 스피커, U자형 공명기의 내부 온도를 제빙 용기에 전달하고 내부에 통로를 형성하는 열교환기, 및 스피커를 작동시키는 전자 제어 유닛을 구비한다. 이와 같이, 파동 냉각 방법은 파동 에너지를 운동 에너지로 변환시켜 냉각 효과를 얻는 방법이다. 다른 예를 들면, 파동 냉각 장치는 하우징의 일측에 구비되는 스피커로 음파를 발생시켜 하우징 내에 설치되는 스택의 내부통로로 음파의 파동 에너지를 전달하며, 이때 작동 유체가 스택의 양측에 구비되는 콜드 열교환기와 핫 열교환기 사이에서 진동 및 이동하면서 냉각 작용한다.
본 발명의 목적은 입력되는 고온의 유체를 캐비테이션 현상과 펠티어(130)를 이용하여 급속 냉각시키고, 온도를 제어하여 유체를 배출시키는 열 교환 장치를 제공하는 것이다. 또한 급속냉각 열교환장치가 소형, 저가로 구성 가능하도록 하는 경제적인 열교환 장치를 제공하는 것이다.
이를 달성하기 위한 수단으로 본 발명에 따라 캐비테이션 발생장치(110,120,180); 펠티어(130); 고체 유로관; 유로를 둘러싸는 냉각핀 구조물; 냉각수를 포함하는 축열조(100); 송풍팬(160); 온도센서; 캐비테이션 발생장치(110,120,180)와 펠티어(130), 송풍팬(160)에 구동전력을 인가하는 구동회로와 제어 장치가 구비된다.
본 발명에 의하면 캐비테이션 발생장치(110,120,180)로 생성되는 캐비테이션이 펠티어(130)의 냉각 기능에 의해 미세하게 결빙된다. 뜨거운 유로에 의해 데워진 축열조(100) 내부에서 해빙된 캐비테이션이 상승 이동하면서 팽창하고, 캐비테이션 소멸과정을 통해 축열조(100) 내부의 냉각수가 강제 순환되어 내부를 빠르게 냉각시킨다. 또한 상부의 송풍팬(160)에 의해 차가운 바람을 축열조(100) 내부로 공급하고, 축열조(100) 내부에서 발생되는 수증기를 빠르게 응축하고, 축열조(100) 상부의 온도를 냉각시킨다. 또한 온도센서를 참조하여 캐비테이션 발생장치(110,120,180), 펠티어(130), 송풍팬(160)을 제어하여 냉각된 유체를 적절한 온도로 배출한다.
본 발명의 실시예에 따라, 캐비테이션 발생장치(110,120,180)로 캐비테이션이 생성되고, 펠티어(130)의 냉각부분을 통과하는 캐비테이션이 벤츄리관을 통해 이동하면서 결빙되고, 결빙된 캐비테이션이 상승하면서 해빙과 캐비테이션 소멸과정을 통해 냉각수의 강제 순환이 이루어져 급속 냉각이 가능하다.
그리고 축열기 상부에서는 차가운 바람을 송풍팬(160)으로 공급하여, 수증기를 응축시켜 열을 회수하고, 냉각수 표면으로 응축된 액체를 재공급 하여 냉각 효과 높인다.간단한 캐비테이션 발생장치(110,120,180)와 펠티어(130)를 이용하여 최소형으로 고온의 유체를 급속 냉각시키는 효과가 있으며, 경제적인 구성이 가능하다.
- 도1은 본 발명의 실시예에 따른 급속 냉각 열교환기 사시도
- 도2은 본 발명의 실시예에 따른 급속 냉각 열교환기 내부의 온도 분포도
- 도3는 다기관으로 구성되는 고체 유체관의 사시도
- 도4a는 고체유체관의 냉각 효율을 높이기 위한 냉각플레이트
- 도4b는 냉각플레이트의 외부를 감싸는 냉각핀 구조물
- 도5는 초음파 진동자 주파수와 발생하는 캐비테이션의 크기를 도시한 그래프
- 도6은 마이크로 노즐을 포함하는 기포공급관의 구조도와 벤츄리관 하부에 설치된 모양을 도시
- 도7은 냉각수(물)에 대한 상전이 그래프
- 도8은 초음파 음압에 따른 캐비테이션의 동작을 도시
- 도9는 유체내에서 캐비테이션이 소멸될 때 나타나는 현상을 도시
- 도10은 본 실시예에 따른 급속 냉각 단계를 표현
본 발명의 실시예를 도1에 개시한다. 먼저 도면을 참조하여 캐비테이션과 펠티어(130)를 이용한 급속 냉각 열교환기를 설명한다.
본 발명의 의한 냉각 열교환기는 고체 유로관; 축열조(100); 냉각수; 냉각핀; 펠티어(130)와 히터싱크모듈; 초음파 발생장치; 기포공급기; 기포공급관; 송풍팬(160); 온도센서; 전자적인 제어 유닛으로 구성된다.
도1의 고체 유로관은 고온 고압의 지탱할 수 있도록 구성되며, 지그재그 형태의 수평 또는 수직관으로 구성될 수 있다. 또한 수평 또는 수직관의 내부 구성이 도3처럼 다기관 형태로 구비될 수도 있다. 도3의 고온의 유체가 주입되는 고체 유로관 입구와 수조는 단열재로 분리된다.
축열조(100)는 도1에 도시한 것처럼 내부에 고체 유로관; 고체 유로관에 접착하여 열교환 면적을 넓히는 냉각핀; 초음파 발생장치; 냉각수; 기포 공급관; 밴츄리관이 구비된다. 축열조(100)의 외부에는 냉각수 투입구 캡; 송풍팬(160); 기포공급기(120); 온도센서; 펠티어(130)와 히트싱크모듈; 전력구동을 위한 제어 유닛이 구비된다. 그리고 축열조(100)는 고체 유로관을 제외하고는 밀폐되어 고온의 수증기가 외부로 노출되지 않도록 구비한다.
도2에서 축열조(100)내의 온도 분포를 도시한다. 온도분포는 상층부보다 하층부가 낮고, 밀도는 상층부보다 하층부가 높다. 결빙된 캐비테이션이 상승하면서 해빙되고, 케비테이션의 크기가 중간층에서 임계크기에 빠르게 도달하여 소멸하므로, 축열조(100) 높이에 따른 온도 분포는 상층부와 하층부에서의 온도변화는 작으며, 중간층에서 많은 열교환이 이루어진다.
도1의 냉각핀은 도4a 또는 도4b처럼 단독 구성도 가능하지만, 실시예에서는 도4a의 냉각플레이트 상하부에 도4b의 요철구조인 냉각핀을 복합하는 구조로 구비하여, 축열조(100)내의 냉각수와의 접촉면적을 최대한 높일 수 있도록 구비된다.
도1의 초음파 발생장치와 기포공급기, 기포 공급관은 캐비테이션 발생기로서 캐비테이션 생성을 위해 구비된다.
도5에 초음파 발생장치의 주파수에 대한 캐비테이션의 입자크기를 도시한다. 캐비티이션은 초음파 주파수대에서 낮은 주파수에서는 캐비테이션 입자크기가 크고, 높은 주파수로 갈수록 작아진다. 초음파 발생장치 주파수 선택은 펠티어(130)와 결빙을 위한 결정핵의 크기를 고려하여 결정한다. 캐비테이션 입자크기가 작을수록 비표면적이 크고, 펠티어(130)의 냉각부에서 쉽게 결정핵이 생성된다. 그러나 캐비테이션의 크기가 크면, 결정핵이 생성되기 힘들지만 부력이 크고 냉각에 효과적일 수 있다. 따라서 도5에서 초음파 발생장치의 주파수를 비표면적, 결정핵과 부력을 동시에 고려하면, 50KHz~150KHz의 초음파 진동 주파수가 적절하다.
도6에서 초음파 발생장치에서 생성되는 캐비테이션의 진행과 초음파의 음압을 도시한다. 초음파 발생장치의 표면에서 음압은 고압과 저압이 교대로 나타나고, 음압의 저압 위치에서 액체의 포화 수증기압 보다 낮아 액체가 증발하면서 캐비테이션을 생성한다. 음파가 진행하면서 캐비테이션의 압축과 팽창이 이루어진다, 캐비테이션 입자크기가 임계크기에 이르면 압축 폭발하여 소멸된다. 캐비테이션 폭발은 냉각수를 밀도가 낮은 상층부로 밀어낸다. 또한 폭발지점에서는 저압이 형성되어 온도이 낮은 하층부의 냉각수를 끌어당겨 냉각기능을 효율적으로 제공한다.
캐비테이션의 소멸 방법은 도9에 도시된 두가지 방식으로 구성된다. 등방성 소멸방법은 모든 방향에서 동일한 압축을 받아 소멸하면서 등방 형태로 부동액을 밀어내고, 비등방성 소멸 방법은 마이크로젯이 형성되어, 제트 압력으로 냉각수를 상층부로 강하게 밀어낸다. 기포공급기는 외부의 공기를 일정한 압력으로 기포공급관으로 배기하는 공기 에어펌프나 냉각수가 혼입된 캐비테이션용 에어펌프로 구성될 수 있다. 도1의 기포공급기에서 발생된 기포는 도6처럼 벤츄리관 하부에 배치된 기포공급관 마이크로 노즐을 통해 펠티어(130)에 인접하여 배기된다.
도6처럼 기포공급관에는 초음파 발생장치와 마찬가지로 기포의 반경이 2~4μm 되도록 마이크로 노즐이 구비될 수 있다. 기포공급관에서 제공되는 기포는 초음파 발생장치의 음압에 의해 상기에 기술된 캐이테이션과 동일하게 동작한다. 기포공급관의 노즐을 크게 하여 많은 공기를 제공하면, 초음파 발생장치에서 생성되는 캐비테이션이 초음파 가습기의 연무처럼 빠르게 상승하고, 냉각수 내부나 표층에서 등방성이나 비등방성 형태로 소멸되면서, 냉각 효율을 높인다.
본 발명의 실시예에서는 초음파 발생장치와 기포공급기와 기포공급관을 동시에 구비하지만, 초음파 발생장치 또는 기포공급기와 기포공급관을 선택적으로 구비할 수도 있다. 이때 각 장치의 기포 성질은 차이가 있다. 초음파 발생장치는 음압을 고압과 저압을 교대로 제공하여 캐비테이션이 압축 팽창을 반복하여 소멸시키고, 기포공급기는 단순한 마이크로 버블을 형성하는 차이점이 있지만, 냉각 열교환기의 기능은 동일하게 제공된다. 도1과 도5에 도시한 것처럼 캐비테이션 발생장치(110,120,180)는 벤츄리관 하부에 위치하고, 캐비테이션의 생성 및 진행 방향이 상층부로 향하도록 펠티어(130)와 캐비테이션 발생장치(110,120,180)를 수직으로 근접 배치한다. 벤츄리관을 통해 캐비테이션의 유속이 상승하고, 벤츄리관 내부에서 압력을 낮아져서 결빙 생성이 용이하게 된다.
도7에 냉각수인 물에 대한 상전이 그래프를 통해 결빙 생성에 대해 설명한다. 냉각수로 부동액을사용하는 경우도 동일하다. 도7에서 캐비테이션 발생장치(110,120,180) 의해 캐비테이션이 발생하고, 벤츄리관을 통해 저압이 형성되어 A점(액체)에서 B점(기체)으로 압력이 낮아지고, 펠티어(130)의 냉각 부분에 인접하여 B점(기체)에서 C점(결빙)으로 상전이가 발생하여 미세한 결정핵이 생성되고, 결정핵이 결빙으로 성장한다.
도1처럼 펠티어(130) 냉각부를 축열조(100)에 접촉하고, 온열부를 외부로 배치한다. 펠티어(130)의 냉각 성능을 유지하기 위해 온열부를 히트싱크모듈에 접합하여 펠티어(130)의 냉각 효율을 높인다.
도1의 온도센서는 축열조(100)의 하층부 온도를 측정하도록 구비되며, 제어유닛은 온도센서에 의해 펠티어(130)와 캐비테이션 발생장치(110,120,180), 송풍팬(160)에 구동 전력을 제어한다. 제어유닛은 도2의 온도분포도를 이용하여 하층부의 온도가 설정값 이상이면 펠티어(130)에 최대전류를 인가하여 냉각하고, 캐비테이션 발생이 최대가 되도록 제어신호를 인가한다. 온도가 설정값보다 낮은면 펠티어(130)에 인가되는 전원을 차단하고, 캐비테이션 발생은 강제 순환을 위해 차단하지는 않는다.
도1의 송풍팬(160)은 축열조(100)의 상층부로 증발하는 뜨거운 수증기를 응축시키고, 응축된 냉각수가 다시 축열조(100)로 공급될 수 있도록 구비된다. 도10은 본 발명의 급속냉각 방식이 구성되는 프로세서를 도시한다. 급속 냉각을 하기 위해 초기에 캐비테이션 발생장치(110,120,180)에 전력을 인가하는 단계(P10); 벤츄리관 부근에서 저압이 형성되는 단계(P20); 펠티어(130)를 구동하는 단계(P30); 벤츄리관 부근의 냉각수가 냉각되는 단계(P40); 벤츄리관 부근의 냉각수가 어는점에 도달하는 단계(P50); 벤츄리관 부근에서 캐비테이션의 결정핵이 형성되는 단계(P60); 결정핵이 결빙으로 성장하는 단계(P70); 결빙된 캐비테이션의 열교환에 의해 1차 냉각하는 단계(P80); 캐비테이션이 소멸되면서 냉각수를 밀도가 낮은 상부로 밀어내는 단계(P90); 캐비테이션이 소멸된 곳으로 냉각수가 강제 순환하는 단계(P100); 송풍팬(160)을 구동하여 수증기를 응축시키는 단계(P110);를 차례로 수행하여 축열조(100) 내부에서 냉각수를 강제 순환시켜 급속 냉각하게 된다.
캐비테이션 발생장치(110,120,180)에 전력을 인가하는 단계(P10)는 초음파 발생장치가 50 ~ 150kHz의 발진 주파수를 갖는 초음파 진동을 가하거나 기포공급기를 가동하게 된다. 초음파 진동은 도 7에 도시된 냉각수에 캐비테이션 현상을 발생시키게 된다.
캐비테이션 현상은 초음파 진동이 액체에 전파될 때 초음파 진동의 압력 변화에 의해 미세 기포가 생성되고 소멸되는 현상으로 매우 큰 압력과 고온을 동반한다. 이 압력과 고온은 수백분의 1초에서 수천 분의 1초 단위의 짧은 시간 동안 발생한다.
벤츄리관 부근에서 저압이 형성되는 단계(P20)는 초음파 발생장치나 기포 발생기에 의해 생성되는 캐비테이션이 통로가 좁아지는 관을 통과할 때 속도는 빨라지고, 내부의 압력을 낮아진다.
펠티어(130) 열전소자를 구동하는 단계(30)는 온도센서1의 신호에 기초하여 펠티어(130)에 전력을 인가하고, 온열부에 장착된 히트싱크 모듈의 냉각팬을 구동 시킨다. 벤츄리관 부근의 냉각수가 냉각되는 단계(P40)에서는 펠티어(130)의 냉각부에 인접한 벤츄리관 부분의 냉각수가 주위보다 빠르게 냉각이 진행된다.
벤츄리관 부근에서 냉각수가 어느점에 도달하는 단계(P50)에서 상전이 그래프를 참조하면 벤츄리관에서 압력이 낮아질 때 냉각수의 어는점온도는 D->E로 상승하고, 끓는점의 온도는 F->G로 하강하여 주위보다 빠르게 어느점에 도달하게 된다.
벤츄리관 부근에서 캐비테이션 결정핵이 형성되는 단계(P60)에서는 결빙이나 얼음으로 성장하기 쉬운 구조의 결정핵이 형성된다. 결정핵들이 집합되는 속도와 같은 속도로 결정핵들이 분사되려는 성질 때문에 집합체를 이루지 못하는데, 이런 상태에서 만약 온도의 감소 또는 압력의 감소, 농도의 증가 등이 이온들이 집체를 이룰 수 있는 유리한 조건이 되면, 다수의 결정핵이 생성된다. 또한 캐비테이션 현상에 의해 발생된 기포가 소멸될 때의 압력 및 기포 내에서의 방전은 결정핵의 형성을 촉발시킨다.
결정핵이 결빙으로 성장하는 단계(P70)에서는 펠티어(130) 냉각구동에 의해 결정핵을 중심으로 0.01 ~ 0.001mm의 입자경을 갖는 결정핵(미소 얼음결정)이 급격하게 성장하여 결빙으로 된다. 결빙된 캐비테이션의 열교환에 의해 1차 냉각하는 단계(P80)에서는 벤츄리관을 통해 상승하는 결빙된 캐비테이션이 축열조(100)내의 데워진 냉각수와 만나 열교환하여 1차 냉각기능을 제공한다. 캐비테이션이 소멸되면서 냉각수를 밀도가 낮은 상부로 밀어내는 단계(P90)에서는 캐비테이션이 압축되어 폭발할 때 고온 및 고압으로 인해 주위의 냉각수를 밀어낸다. 캐비테이션이 소멸된 곳으로 냉각수가 강제 순환하는 단계(P100)에서는 폭발한 곳에서 저압이 형성되어 순간적으로 주위의 냉각수가 들어와 강제 순환이 이루어 진다.
송풍팬(160)을 구동하여 수증기를 응축시키는 단계(P110)에서는 외부의 찬 공기를 축열조(100) 내부로 공급하여 수증기를 응축시키고, 축열조(100) 내부로 다시 냉각수를 재공급한다.
이상으로 본 발명의 실시예에 따라 고온의 유체가 축열조(100)로 입력되더라도, 펠티어(130), 벤츄리관과 캐비테이션 발생장치(110,120,180), 송풍팬(160)이 구비되어, 축열조(100) 내부에서 결빙을 이용한 1차 냉각 열교환과 캐비테이션 폭발로 강제 순환시키는 2차 냉각 열교환에 의해 급속 냉각 열교환장치가 마련된다.

Claims (11)

  1. 고체 유로관; 축열조(100); 냉각수; 냉각핀(150); 펠티어(130)와 히터싱크모듈; 초음파 발생장치(110); 기포공급기(120); 기포공급관(180); 벤츄리관(200); 송풍팬(160); 온도센서(190); 전자적인 제어 유닛(미도시)으로 구성되는 급속 냉각 열교환기
  2. 제1항에서 고체유로관(170)이 지그재그나 다기관 형태로 구성되는 냉각 열교환기
  3. 제1항에서 냉각핀(150)은 냉각 효율을 높이기 위해 도4a처럼 고체유로관(170)이 포함되는 냉각 플레이트와 냉각플레이트 상하부에 도4b의 냉각핀으로 복합되어 냉각핀을 구성되는 냉각 열교환기
  4. 제1항에서 축열조 내부에 벤츄리관(200), 초음파 발생장치(110), 기포공급관(180)이 포함되며; 벤츄리관(200) 하부에 초음파 발생장치(110)와 기포 공급관(180)이 위치하고; 초음파 발생장치(110)와 기포공급관(180)의 마이크로 노즐(181)이 축열조 외부의 펠티어(130)와 수직으로 구비되는 냉각 열교환기
  5. 제1항 초음파 발생장치(110) 또는 기포공급기(120)와 연결된 기포 공급관(180)을 포함하는 기포 발생장치를 캐비테이션 발생기로 이용하는 냉각 열교환기
  6. 제1항의 기포공급관(180)이 벤츄리관(200) 하단에 배치되고, 기포공급관(180)에 마이크로노즐(181)을 구비하여 캐비테이션 발생장치로 사용하거나 또는 초음파발생장치(110)에서 생성된 캐비테이션을 상승이 용이하게 만드는 공기 공급기로 사용하는 냉각 열교환기
  7. 제1항에서 축열조(100) 상부의 수증기를 응축시켜, 축열조(100) 내부로 재공급하기 위한 송풍팬(160)을 구비한 열교환기
  8. 제1항에서 캐비테이션의 결빙을 위해 1개의 초음파발생장치(110); 1개의 펠티어(130); 기포공급관(180)에 포함된 1개의 마이크로 노즐(181)은 1개의 기능 모듈이며, 실시예에서는 2개의 기능 모듈이 구비되며, 냉각 효율을 위해 여러 개의 기능 모듈이 마련되는 급속 냉각 열교환기
  9. 캐비테이션 발생장치(110,120,180)에 전력을 인가하는 단계(P10); 벤츄리관 부근에서 저압이 형성되는 단계(P20); 펠티어(130)를 구동하는 단계(P30); 벤츄리관 부근의 냉각수가 냉각되는 단계(P40); 벤츄리관 부근의 냉각수가 어는점에 도달하는 단계(P50); 벤츄리관 부근에서 캐비테이션의 결정핵이 형성되는 단계(P60); 결정핵이 결빙으로 성장하는 단계(P70); 결빙된 캐비테이션의 열교환에 의해 1차 냉각하는 단계(P80); 캐비테이션이 소멸되면서 냉각수를 밀도가 낮은 상부로 밀어내는 단계(P90); 캐비테이션이 소멸된 곳으로 냉각수가 강제 순환하는 단계(P100); 송풍팬(160)을 구동하여 수증기를 응축시키는 단계(P110);를 차례로 수행하여 축열조(100) 내부에서 냉각수를 강제 순환시켜 급속 냉각하는 열교환 방법
  10. 제9항에서 벤츄리관(200) 부근에서 결정핵을 생성하고, 결정핵을 성장시켜 결빙을 만들고, 이를 이용하여 냉각에 이용하는 방법
  11. 제9항에서 캐비테이션이 소멸되면서 냉각수를 밀도가 낮은 상부로 밀어내고, 캐비테이션이 소멸된 곳으로 냉각수가 강제 순환하게 하는 냉각 열교환 방법
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