KR20230102156A - Phase change thermal management system for heating elements with ejectors - Google Patents

Phase change thermal management system for heating elements with ejectors Download PDF

Info

Publication number
KR20230102156A
KR20230102156A KR1020210192064A KR20210192064A KR20230102156A KR 20230102156 A KR20230102156 A KR 20230102156A KR 1020210192064 A KR1020210192064 A KR 1020210192064A KR 20210192064 A KR20210192064 A KR 20210192064A KR 20230102156 A KR20230102156 A KR 20230102156A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heating element
thermal management
refrigerant
ejector
condenser
Prior art date
Application number
KR1020210192064A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102591849B1 (en
Inventor
송용석
김화중
Original Assignee
현대로템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대로템 주식회사 filed Critical 현대로템 주식회사
Priority to KR1020210192064A priority Critical patent/KR102591849B1/en
Publication of KR20230102156A publication Critical patent/KR20230102156A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102591849B1 publication Critical patent/KR102591849B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/0407—Liquid cooling, e.g. by water
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/042—Arrangements for thermal management for solid state lasers

Abstract

본 발명은 발열체용 상변화 열관리시스템에 관한 것으로서 특히, 이젝터를 적용하여 응축기의 냉매 흐름이 강제적으로 이루어지도록 함으로써, 충분한 응축량을 확보하여 열관리 효율을 향상시키도록 하는 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템에 관한 것이다. 구성은 기액분리기, 펌프와, 응축기, 냉각팬을 포함하여 발열체의 온도를 제어하는 상변화 열관리시스템에 있어서, 상기 발열체와 펌프 사이에는 이젝터를 형성하여 응축기의 냉매 흐름이 강제적으로 이루어지도록 하여 응축량을 충분히 확보할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a phase change thermal management system for a heating element, and more particularly, phase change thermal management for a heating element to which an ejector is applied to ensure a sufficient amount of condensation to improve thermal management efficiency by forcibly refrigerant flow in a condenser by applying an ejector. It's about the system. The composition is a phase change thermal management system that controls the temperature of a heating element including a gas-liquid separator, a pump, a condenser, and a cooling fan. It is characterized in that it is possible to sufficiently secure.

Description

이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템{Phase change thermal management system for heating elements with ejectors}Phase change thermal management system for heating elements with ejectors}

본 발명은 발열체용 상변화 열관리시스템에 관한 것으로서 특히, 이젝터를 적용하여 응축기의 냉매 흐름이 강제적으로 이루어지도록 함으로써, 충분한 응축량을 확보하여 열관리 효율을 향상시키도록 하는 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a phase change thermal management system for a heating element, and more particularly, phase change thermal management for a heating element to which an ejector is applied to ensure a sufficient amount of condensation to improve thermal management efficiency by forcibly refrigerant flow in a condenser by applying an ejector. It's about the system.

일반적으로 열관리(thermal management 또는 heat control)는 열을 사용하는 곳에서 최소의 열원(熱源)으로 최대의 효과를 거두기 위해 전체 열량을 분석하여 유효하게 이용, 관리하는 것과, 열에너지원의 절약을 위해, 장치 및 그 각 부에서의 에너지 손실을 조사하고 그 원인까지 거슬러 올라가 이것을 개조하거나 하는 기술인데, 최근에는 피열물(被熱物)의 시간적 및 공간적 온도 분포를 향상시키는 것 등을 포함하고 있다.In general, thermal management (or heat control) analyzes the total amount of heat to achieve the maximum effect with the minimum heat source in a place where heat is used and effectively uses and manages it, and for saving heat energy sources, It is a technique to investigate the energy loss in the device and its parts, trace back to the cause, and remodel it. Recently, it includes improving the temporal and spatial temperature distribution of the object to be heated.

이러한 열관리를 효율적으로 하기 위해 산업전반에는 다양한 구성의 열관리시스템이 알려져 있다.In order to efficiently perform such thermal management, thermal management systems having various configurations are known throughout the industry.

그 한 예로써, 방위산업분야에서 전략 미사일 및 밀집부대로 공격해 오는 로켓탄, 포병탄, 박격포탄의 방어에 적용할 수 있도록 하거나, 일반산업에서 핵발전소 철거, 석유시추 그리고 터널 시공 등의 분야에 적용할 수 있는 고에너지 레이저 발생장치의 레이저를 안정하게 운영하기 위해서 레이저 다이오드와 이득매질에서 발생한 열을 대기로 방출하기 위한 발열체용 열관리시스템이 필수적으로 사용되고 있다.As an example, in the field of defense industry, it can be applied to the defense of rockets, artillery shells, and mortar shells attacked by strategic missiles and dense troops, or in the fields of nuclear power plant demolition, oil drilling, and tunnel construction in general industry. In order to stably operate the laser of the applicable high-energy laser generator, a thermal management system for a heating element is essential to dissipate heat generated from a laser diode and a gain medium to the atmosphere.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 냉매를 이용하는 발열체용 상변화 열관리시스템(100)은 발열체(110)와, 응축기(120) 및 냉각팬(130)과, 기액분리기(140)와, 펌프(150)를 포함하여 구성되며, 냉각수를 이용한 수냉각시스템과 구성품이 크게 다르지 않다.As shown in FIG. 1, the phase change thermal management system 100 for a heating element using a conventional refrigerant includes a heating element 110, a condenser 120, a cooling fan 130, a gas-liquid separator 140, a pump ( 150), and the components are not significantly different from the water cooling system using cooling water.

단, 냉매를 이용하기 때문에 방열기 대신 응축기가 사용되고 발열체에서의 냉각이 일반적인 액상대류 열전달이 아닌 상변화 대류 열전달로 이루어지며, 이에 따라 열전달 성능이 탁월한 장점이 있다.However, since a refrigerant is used, a condenser is used instead of a radiator, and cooling in the heating element is performed by phase change convection heat transfer rather than general liquid phase convection heat transfer, and thus has an advantage of excellent heat transfer performance.

이러한 종래의 발열체용 상변화 열관리시스템은 펌프의 힘에 의해 2상(액상+기상) 냉매가 응축기(120)로 유입되므로 응축기(120) 내에서 기상과 열교환해야 하는 면적이 액상의 비율만큼 줄어들게 되어 상대적으로 응축기(120)의 크기가 커지는 문제가 있다. In such a conventional phase change thermal management system for a heating element, since the two-phase (liquid phase + gas phase) refrigerant is introduced into the condenser 120 by the power of the pump, the area to exchange heat with the gas phase in the condenser 120 is reduced by the ratio of the liquid phase There is a problem that the size of the condenser 120 is relatively increased.

또한, 상기 응축기(120)에서의 압력강하가 2상유동 전체에 대해서 발생하므로 상대적으로 큰 압력강하량으로 인해 펌프(150)의 수두가 증가하여 더 과냉각된 상태로 발열체로 공급된다. In addition, since the pressure drop in the condenser 120 occurs over the entire two-phase flow, the head of the pump 150 increases due to the relatively large pressure drop, so that the supercooled state is supplied to the heating element.

따라서, 사용할 수 있는 엔탈피 영역에서 현열구간이 증가하여 온도균일도 및 냉각성능이 감소하게 된다.Therefore, the sensible heat section increases in the usable enthalpy range, resulting in a decrease in temperature uniformity and cooling performance.

이를 해결하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 발열체(110)와, 응축기(120) 및 냉각팬(130)과, 기액분리기(140)와, 펌프(150)를 포함하는 발열체용 상변화 열관리시스템(100)은, 상기 발열체(110)에서의 2상 흐름을 응축기(120)로 모두 보내지 않고 기액분리기(140)로 먼저 보낸 후에, 분리된 기상만 응축한다. To solve this problem, as shown in FIG. 2, a phase change thermal management system for a heating element including a heating element 110, a condenser 120, a cooling fan 130, a gas-liquid separator 140, and a pump 150. (100) first sends the two-phase flow from the heating element 110 to the gas-liquid separator 140 without sending all of them to the condenser 120, and then condenses only the separated gas phase.

따라서 액상이 줄어든 만큼 응축 열전달 면적 확보가 용이하여 응축기(120)를 소형화 할 수 있다. Therefore, it is easy to secure the condensation heat transfer area as much as the liquid phase is reduced, and the condenser 120 can be miniaturized.

또한, 상기 응축기(120)에서의 압력강하가 기상유동에 대해서만 발생하므로 상대적으로 작은 압력강하량으로 인해 펌프(150)의 수두가 감소하여 덜 과냉각된 상태로 발열체로 공급된다. In addition, since the pressure drop in the condenser 120 occurs only for gaseous flow, the head of the pump 150 is reduced due to the relatively small pressure drop, and the water is supplied to the heating element in a less supercooled state.

따라서, 도 3과 도 4에서의 비교를 통해 확인할 수 있듯이, 사용할 수 있는 엔탈피 영역에서 현열구간이 감소하여 온도균일도 및 냉각성능이 증가하게 된다.Therefore, as can be confirmed through comparison in FIGS. 3 and 4, the sensible heat section decreases in the usable enthalpy region, thereby increasing temperature uniformity and cooling performance.

그러나, 도 2의 상변화 열관리시스템(100)은 응축기(120)로의 흐름을 응축기(120) 내에서의 냉매 응축에 의한 부피감소(진공 발생)와 응축 후 중력에 의한 기액분리기(140)로의 흐름에 의존하는 문제가 있다. However, in the phase change thermal management system 100 of FIG. 2, the flow to the condenser 120 is reduced in volume by condensation of the refrigerant in the condenser 120 (vacuum generation) and the flow to the gas-liquid separator 140 by gravity after condensation. There is a problem that depends on

따라서, 상기 응축기(120)로의 흐름을 확보하기 위해 응축기(120)가 기액분리기(140)보다 높은 지점에 설치되어야 하며, 냉각팬(130)을 과도하게 가동해야 하는 문제점이 있었다.Therefore, in order to secure the flow to the condenser 120, the condenser 120 must be installed at a higher point than the gas-liquid separator 140, and the cooling fan 130 must be operated excessively.

또, 종래의 발열체용 열관리시스템은, 도 5에 도시된 바와 같이 냉각수를 이용해 발열체(레이저)를 열관리(냉각/가열)하는데, 이는 전통적인 방식으로 상변화 효과를 이용한 상변화 열관리에 비해 열전달 효율이 낮아 목표로 하는 열관리 성능을 확보하려면 열관리시스템의 용량이 상대적으로 증가되어야 한다.In addition, as shown in FIG. 5, the conventional heat management system for a heating element thermally manages (cooling/heating) a heating element (laser) using cooling water, which has higher heat transfer efficiency than phase change thermal management using a phase change effect in a traditional method. In order to secure the target thermal management performance, the capacity of the thermal management system must be relatively increased.

이에 따라, 열관리시스템의 부피, 하중, 소모동력이 크게 증가하는 문제점이 있다.Accordingly, there is a problem in that the volume, load, and power consumption of the thermal management system are greatly increased.

또한, 발열체가 레이저의 경우 발열부에서의 균일한 온도 분포가 레이저의 품질을 결정하는 중요한 요소 중의 하나인데, 냉각수를 이용한 선행 기술은 냉각수의 입구 온도와 출구 온도가 다르기 때문에 균일한 온도 분포를 위해 유량을 크게 증가시켜야 하고, 이에 따라 상기와 유사하게 열관리시스템의 용량이 증가하게 된다.In addition, in the case of a laser heating element, uniform temperature distribution in the heating part is one of the important factors determining the quality of the laser. In the prior art using cooling water, since the inlet and outlet temperatures of the cooling water are different, uniform temperature distribution is required. The flow rate must be greatly increased, which, similarly to the above, increases the capacity of the thermal management system.

이러한 문제점 및 단점에 의해 종래의 발열체용 열관리시스템은 차량 탑재용으로서는 소형, 경량화에 적합하지 않다.Due to these problems and disadvantages, the conventional thermal management system for a heating element is not suitable for compactness and light weight for use in a vehicle.

공개특허 제10-2010-0073204호Patent Publication No. 10-2010-0073204

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 발열체와 펌프 사이에 이젝터를 적용하여 응축기의 냉매 흐름이 강제적으로 이루어지도록 함으로써 충분한 응축량을 확보하여 열관리 효율을 이루는 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템을 제공하는 것이다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to achieve thermal management efficiency by securing a sufficient amount of condensation by applying an ejector between a heating element and a pump so that the refrigerant flow in the condenser is forcibly made. It is to provide a phase change thermal management system for a heating element to which an ejector is applied.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기액분리기, 펌프와, 응축기, 냉각팬을 포함하여 발열체의 온도를 제어하는 상변화 열관리시스템에 있어서, 상기 발열체와 펌프 사이에는 이젝터를 형성하여 응축기의 냉매 흐름이 강제적으로 이루어지도록 하여 응축량을 충분히 확보할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, in the phase change thermal management system for controlling the temperature of a heating element including a gas-liquid separator, a pump, a condenser, and a cooling fan, an ejector is formed between the heating element and the pump to form a refrigerant in the condenser It is characterized in that the flow is forcibly made so that a sufficient amount of condensation can be secured.

본 발명은 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템에 있어서, 상기 이젝터는 후방에 냉매 배출구가 형성되고, 전방에는 냉매 유입구가 형성되며, 상면 일측으로는 액상 냉매 유입관이 형성되는 것을 특징으로 한다.The present invention is a phase change thermal management system for a heating element to which an ejector is applied, wherein the ejector has a refrigerant outlet at the rear, a refrigerant inlet at the front, and a liquid refrigerant inlet pipe at one side of the upper surface.

본 발명은 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템에 있어서, 상기 이젝터는 발열체와 펌프 사이의 배관 및 응축기 출구 배관과 연결되는 것을 특징으로 한다.The present invention is a phase change thermal management system for a heating element to which an ejector is applied, characterized in that the ejector is connected to a pipe between the heating element and a pump and a condenser outlet pipe.

본 발명은 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템에 있어서, 상기 발열체는 레이저 또는 레이저 모듈인 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that in the phase change thermal management system for a heating element to which an ejector is applied, the heating element is a laser or a laser module.

본 발명은 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템에 있어서, 상기 냉매 배출구와 냉매 유입구의 단면적은 넓고 상기 냉매 배출구와 냉매 유입구 사이의 단면적은 좁아 단면적이 감소되는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that in the phase change thermal management system for a heating element to which an ejector is applied, the cross-sectional area of the refrigerant outlet and the refrigerant inlet is wide and the cross-sectional area between the refrigerant outlet and the refrigerant inlet is narrow to reduce the cross-sectional area.

이상에서와 같이 본 발명은 발열체와 펌프 사이에 이젝터를 적용하여 응축기의 냉매 흐름이 강제적으로 이루어지도록 함으로써, 응축량을 충분히 확보할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has an effect of securing a sufficient amount of condensation by applying an ejector between the heating element and the pump so that the refrigerant flows in the condenser forcibly.

또, 본 발명은 이젝터를 이용하여 충분한 응축량을 확보할 수 있어 응축기로의 흐름을 확보하기 위해 응축기가 기액분리기보다 높은 지점에 설치되어야 하는 점도 해결할 수 있어, 설치공간의 제약을 최소화하는 효과가 있다.In addition, the present invention can secure a sufficient amount of condensation by using an ejector, so that the condenser must be installed at a higher point than the gas-liquid separator to secure the flow to the condenser. there is.

도 1은 종래의 냉매를 이용한 상변화 냉각현상을 적용한 발열체용 열관리시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 냉매를 발열체에서 응축기로 모두 보내지 않고 기액분리기로 먼저 보내 후 분리된 기상만 응축하는 발열체용 열관리시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 발열체용 열관리시스템의 냉각 사이클을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 발열체용 열관리시스템의 냉각 사이클을 나타낸 도면이다.
도 5는 종래의 냉각수를 이용한 발열체용 열관리시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 이젝터를 좀 더 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템의 냉매 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing the configuration of a thermal management system for a heating element to which a phase change cooling phenomenon using a conventional refrigerant is applied.
FIG. 2 is a view schematically showing the configuration of a thermal management system for a heating element in FIG. 1 in which the refrigerant is first sent to a gas-liquid separator without sending all of the refrigerant from the heating element to the condenser and then only the separated gas phase is condensed.
FIG. 3 is a diagram showing a cooling cycle of the thermal management system for a heating element of FIG. 1 .
FIG. 4 is a diagram showing a cooling cycle of the thermal management system for the heating element of FIG. 2 .
5 is a diagram schematically showing the configuration of a conventional thermal management system for a heating element using cooling water.
6 is a diagram schematically showing the configuration of a phase change thermal management system for a heating element to which an ejector is applied according to a preferred embodiment of the present invention.
7 is a view showing an ejector according to the present invention in more detail.
8 is a diagram schematically illustrating a refrigerant flow of a phase change thermal management system for a heating element to which an ejector according to a preferred embodiment of the present invention is applied.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in more detail based on the accompanying drawings.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.Here, components having the same function in all the drawings below use the same reference numerals, and repetitive descriptions are omitted, and terms to be described later are defined in consideration of the functions in the present invention, which has a unique commonly used meaning. to be interpreted as

도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 다중 발열체용 상변화 열관리시스템을 설명하면 다음과 같다.The phase change thermal management system for multiple heating elements according to the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7 as follows.

먼저, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템(200)은 발열체(R)를 열관리하기 위한 냉각팬(210a)을 구비하는 응축기(210)와, 기액분리기(220)와, 펌프(230)와, 이젝터(240)로 대별되어 이루어진다.First, as shown in FIGS. 6 and 7 , the phase change thermal management system 200 for a heating element to which an ejector according to a preferred embodiment of the present invention is applied is a condenser having a cooling fan 210a for thermal management of the heating element R. 210, a gas-liquid separator 220, a pump 230, and an ejector 240.

상기 응축기(210)는 냉각팬(210a)을 구비하여 고온, 고압의 냉매를 냉각하고 응축열을 제거해 액화시키도록 구성된다.The condenser 210 includes a cooling fan 210a to cool the high-temperature, high-pressure refrigerant and remove condensation heat to liquefy it.

여기서, 상기 냉각팬(210a)은 응축기(210) 내로 이동된 냉매를 흡입된 외기와 열교환되도록 한다.Here, the cooling fan 210a allows the refrigerant moved into the condenser 210 to exchange heat with the sucked outside air.

또, 상기 냉각팬(210a)을 구비하는 응축기(210)는 증기-압축 또는 흡수 냉동 사이클로 액체의 열을 제거하는 데 쓰는 기계인 칠러 등과 같은 냉각모듈로 구성될 수 있다.In addition, the condenser 210 having the cooling fan 210a may be composed of a cooling module such as a chiller, which is a machine used to remove heat from liquid through a vapor-compression or absorption refrigeration cycle.

즉, 상기 응축기(210)는 시스템의 열을 시스템 외부로 방출하는 역할을 하기 위해 냉매를 냉각 및 응축시킬 수 있는 냉각 에너지를 가지는 모든 장치를 포함하는 것으로서, 특정 형태에 한정되지 않으며 칠러 등으로 대체될 수 있다.That is, the condenser 210 includes all devices having cooling energy capable of cooling and condensing the refrigerant in order to release heat of the system to the outside of the system, and is not limited to a specific form and is replaced by a chiller or the like. It can be.

상기 기액분리기(220)는 상기 응축기(210)의 후방에 형성되어 배출되는 2상 냉매를 기상과 액상으로 분리한 후 액상의 냉매만 발열체(R)로 보내 냉각할 수 있도록 한다.The gas-liquid separator 220 is formed at the rear of the condenser 210 to separate the discharged two-phase refrigerant into a gas phase and a liquid phase, and then sends only the liquid refrigerant to the heating element R for cooling.

여기서, 상기 기액분리기(220)는 리저버, 어큐뮬레이터, 냉매저장용기 등의 다양한 용어로 사용되는 모든 것을 포함할 수 있다.Here, the gas-liquid separator 220 may include everything used in various terms such as a reservoir, an accumulator, and a refrigerant storage container.

또, 상기 펌프(230)는 상기 기액분리기(220)를 통해 배출되는 액상 냉매를 압력작용을 이용하여 순환, 이송시키는 역할을 한다.In addition, the pump 230 serves to circulate and transfer the liquid refrigerant discharged through the gas-liquid separator 220 using a pressure action.

상기 이젝터(240)는 상기 펌프(230)와 발열체(R) 사이에 형성되어 응축기(210)의 냉매 흐름이 강제적으로 유도되도록 하여 응축량을 충분히 확보할 수 있도록 하는 역할을 한다.The ejector 240 is formed between the pump 230 and the heating element R to forcibly induce the refrigerant flow of the condenser 210 to ensure a sufficient amount of condensation.

여기서, 상기 이젝터(240)는 후방에 발열체(R)로 2상 또는 액상 냉매의 배출을 위한 냉매 배출구(241)가 형성되고, 전방에는 펌프(230)를 통과하는 액상 냉매의 유입을 위한 냉매 유입구(242)가 형성되며, 상면 일측으로는 응축기(210)를 통해 액화된 냉매의 유입을 위한 액상 냉매 유입관(243)이 형성된다.Here, the ejector 240 has a refrigerant outlet 241 for discharging two-phase or liquid refrigerant as a heating element R at the rear, and a refrigerant inlet for inflow of liquid refrigerant passing through the pump 230 at the front. 242 is formed, and a liquid refrigerant inlet pipe 243 for introducing liquefied refrigerant through the condenser 210 is formed on one side of the upper surface.

또, 상기 이젝터(240)는 후방으로 형성되는 냉매 배출구(241)와 전방으로 형성되는 냉매 유입구(242)가 냉매의 주 흐름에서 단면적이 감소되는 지점에서 증가한 속도만큼 압력이 감소되고 상기 응축기(210)로부터 냉매가 유입될 수 있도록 형성되는 액상 냉매 유입관(243)으로부터의 흡입력이 발생되도록 나팔관 형태로 형된다.In addition, the ejector 240 has a refrigerant outlet 241 formed in the rear and a refrigerant inlet 242 formed in the front, the pressure is reduced by the increased speed at the point where the cross-sectional area is reduced in the main flow of the refrigerant, and the condenser 210 ) is formed in the shape of a fallopian tube so that suction force is generated from the liquid refrigerant inlet pipe 243 formed so that the refrigerant can flow in.

즉, 상기 냉매 배출구(241)와 냉매 유입구(242)의 단면적은 넓고 상기 냉매 배출구(241)와 냉매 유입구(242) 사이의 단면적은 좁아 단면적이 감소된다.That is, the cross-sectional area of the refrigerant outlet 241 and the refrigerant inlet 242 is wide and the cross-sectional area between the refrigerant outlet 241 and the refrigerant inlet 242 is narrow, resulting in a reduced cross-sectional area.

이러한 구성의 상기 이젝터(240)는펌프(230)와 발열체(R) 사이의 배관(도면부호 미도시) 및 응축기(210) 출구 배관(도면부호 미도시)과 연결되는 것이 바람직하다.The ejector 240 having this configuration is preferably connected to a pipe (reference numeral not shown) between the pump 230 and the heating element R and an outlet pipe (reference numeral not shown) of the condenser 210.

이에 따라, 냉매가 주도적으로 흐르는 냉매 배출구(241)와 냉매 유입구(242) 사이에는 속도는 증가하고 압력은 감소되어 상기 액상 냉매 유입관(243)으로부터의 흡입력이 발생되어 응축기(210)를 통해 액화된 액상 냉매의 흐름이 강제적으로 이루어지게 된다.Accordingly, between the refrigerant outlet 241 and the refrigerant inlet 242 through which the refrigerant primarily flows, the speed increases and the pressure decreases, and a suction force is generated from the liquid refrigerant inlet pipe 243 to liquefy through the condenser 210. The flow of the liquid refrigerant is forced.

이와 같이, 본 발명은 이젝터(240)에 의해 응축기(210)로의 냉매 흐름이 강제적으로 확보되기 때문에 응축량을 충분히 확보할 수 있는 장점이 있고, 또 응축기(210)가 기액분리기(220)보다 높은 지점에 설치되어야 한다는 점도 해결할 수 있어, 설치공간의 제약이 덜 하다는 장점이 있다.As described above, the present invention has the advantage of sufficiently securing a condensation amount because the refrigerant flow to the condenser 210 is forcibly secured by the ejector 240, and the condenser 210 has a higher level than the gas-liquid separator 220. It can also solve the fact that it must be installed at a point, so there is an advantage that the installation space is less restricted.

또, 상기 발열체(R)는 열에너지를 방출하는 레이저 또는 레이저 모듈로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the heating element (R) is preferably made of a laser or a laser module that emits thermal energy.

그러나, 이에 한정되지 않고 열에너지를 방출하는 전력 전자장치나 배터리와 같은 기타 발열 장치 등으로 이루어질 수도 있다.However, it is not limited thereto and may be formed of other heating devices such as power electronic devices or batteries that emit thermal energy.

그리고, 본 발명에 따른 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템(200)은 개도 조절이 필요 없는 On/off용 개폐밸브 및 센서류, 피팅류 등 Minor한 구성품은 도식하지 않았으나 당 분야의 통상 기술자라면 누구나 이들의 필요 지점을 당연하게 인지할 수 있을 것으로 판단된다.In addition, in the phase change thermal management system 200 for heating elements to which the ejector according to the present invention is applied, minor components such as on/off valves for on/off that do not require opening adjustment, sensors, and fittings are not illustrated, but anyone skilled in the art can It is judged that they can recognize their necessary points for granted.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템의 동작관계를 설명하면 다음과 같다.The operating relationship of the phase change thermal management system for a heating element to which the ejector according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described as follows.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 펌프(230)를 통과하면서 가압되어 압력이 상승한 냉매는 상기 이젝터(240)에 의해 발열체(R)로 이동된다.As shown in FIG. 8 , the refrigerant that is pressurized while passing through the pump 230 and whose pressure has increased is moved to the heating element R by the ejector 240 .

즉, 상기 펌프(230)에서 가압된 액상 냉매는 이젝터(240)의 냉매 유입구(242)를 통해 유입되어 냉매 배출구(241)를 통해 발열체(R)로 2상 또는 액상의 냉매가 이동된다.That is, the liquid refrigerant pressurized by the pump 230 is introduced through the refrigerant inlet 242 of the ejector 240, and the two-phase or liquid refrigerant is moved to the heating element R through the refrigerant outlet 241.

이때, 상기 이젝터(240)는 전방으로 형성되는 나팔관 형태의 냉매 배출구(241)와 후방으로 형성되는 나팔관 형태의 냉매 유입구(242)에 의해 냉매가 흐르는 냉매 배출구(241)와 냉매 유입구(242) 사이에는 속도는 증가하고 압력은 감소된다.At this time, the ejector 240 is formed between the refrigerant outlet 241 and the refrigerant inlet 242 through which the refrigerant flows by the fallopian tube-shaped refrigerant outlet 241 formed forward and the fallopian tube-shaped refrigerant inlet 242 formed rearward. The speed increases and the pressure decreases.

그리고, 상기 액상 냉매 유입관(243)으로부터의 흡입력이 발생되어 응축기(210)를 통해 액화된 액상 냉매의 흐름이 강제적으로 이루어지게 되어 응축량을 충분히 확보할 수 있게 된다.In addition, a suction force from the liquid refrigerant inlet pipe 243 is generated so that the liquefied liquid refrigerant flows through the condenser 210 forcibly, so that a sufficient amount of condensation can be secured.

즉, 상기 이젝터(240)에 의해 응축기(210)를 통해 액화된 액상 냉매의 흐름이 강제적으로 확보되기 때문에 응축량을 충분히 확보할 수 있음과 동시에, 또 응축기(210)가 기액분리기(220)보다 높은 지점에 설치되어야 한다는 점도 해결할 수 있어, 설치공간의 제약이 덜 하다는 장점이 있다.That is, since the flow of the liquid refrigerant liquefied through the condenser 210 is forcibly secured by the ejector 240, a sufficient amount of condensation can be secured, and the condenser 210 is better than the gas-liquid separator 220. It can also solve the problem of having to be installed at a high point, so there is an advantage that the installation space is less restricted.

다음, 상기 발열체(R)로 이송된 냉매는 열교환으로 발열체(R)를 냉각한 다음 상기 기액분리기(220)에 모이게 된다.Next, the refrigerant transported to the heating element (R) cools the heating element (R) by heat exchange and then is collected in the gas-liquid separator (220).

그 후, 냉매는 기상 냉매와 액상 냉매로 분리되고, 분리된 액상 냉매는 상기 펌프(230)의 동작에 의해 이젝터(240)로 이송되는 과정을 반복하게 되며 발열체(R)를 냉각시킨 후 2상으로 기액분리기(220)로 이동된 후 분리된 기상 냉매는 상기 응축기(210)로 이동된다.Thereafter, the refrigerant is separated into a gaseous refrigerant and a liquid refrigerant, and the separated liquid refrigerant is transported to the ejector 240 by the operation of the pump 230. The process is repeated, and after cooling the heating element R, the two-phase After moving to the gas-liquid separator 220, the separated gaseous refrigerant is moved to the condenser 210.

상기 응축기(210)로 이동된 기상 냉매는 냉각팬(210a)에 의해 외부 공기와 열교환하여 응축 및 과냉각된 후 이젝터(240)의 액상 냉매 유입관(243)을 통해 유입된 후, 발열체(R)로 모이게 된다.The gaseous refrigerant moved to the condenser 210 is condensed and supercooled by exchanging heat with external air by the cooling fan 210a, then introduced through the liquid refrigerant inlet pipe 243 of the ejector 240, and then the heating element R will be gathered with

따라서, 본 발명에 따른 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템은 이와 같은 동작을 지속적으로 반복함으로써 응축기의 냉매 흐름을 강제적으로 확보할 수 있기 때문에 응축기를 기액분리기 보다 높은 지점에 설치하지 않고도 충분한 응축량을 확보할 수 있는 것이다. Therefore, the phase-change thermal management system for heating elements to which the ejector according to the present invention is applied can forcibly secure the flow of refrigerant in the condenser by continuously repeating such an operation, so that a sufficient amount of condensation can be obtained without installing the condenser at a higher point than the gas-liquid separator. can be obtained.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes to other equivalent embodiments are possible within the scope of the technical spirit of the present invention. It will be clear to those skilled in the art to which the present invention pertains.

200 : 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템
210 : 응축기 210a : 냉각팬
220 : 기액분리기 230 : 펌프
240 : 이젝터 241 : 냉매 배출구
242 : 냉매 유입구 243 : 액상 냉매 유입구
R : 발열체 200: phase change thermal management system for heating elements applied with an ejector
210: condenser 210a: cooling fan
220: gas-liquid separator 230: pump
240: ejector 241: refrigerant outlet
242: refrigerant inlet 243: liquid refrigerant inlet
R: heating element

Claims (5)

기액분리기, 펌프와, 응축기, 냉각팬을 포함하여 발열체의 온도를 제어하는 상변화 열관리시스템에 있어서,
상기 발열체와 펌프 사이에는 이젝터를 형성하여 응축기의 냉매 흐름이 강제적으로 이루어지도록 하여 응축량을 충분히 확보할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템.In a phase change thermal management system for controlling the temperature of a heating element including a gas-liquid separator, a pump, a condenser, and a cooling fan,
An ejector is formed between the heating element and the pump so that the refrigerant flow in the condenser is forced so that a sufficient amount of condensation can be secured. 청구항 1에 있어서,
상기 이젝터는 후방에 냉매 배출구가 형성되고, 전방에는 냉매 유입구가 형성되며, 상면 일측으로는 액상 냉매 유입관이 형성되는 것을 특징으로 하는 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템.The method of claim 1,
The ejector has a refrigerant outlet at the rear, a refrigerant inlet at the front, and a liquid refrigerant inlet pipe formed on one side of the upper surface. 청구항 1에 있어서,
상기 이젝터는 발열체와 펌프 사이의 배관 및 응축기 출구 배관과 연결되는 것을 특징으로 하는 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템.The method of claim 1,
The ejector is a phase change thermal management system for a heating element applied with an ejector, characterized in that connected to the pipe between the heating element and the pump and the condenser outlet pipe. 청구항 1에 있어서,
상기 발열체는 레이저 또는 레이저 모듈인 것을 특징으로 하는 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템.The method of claim 1,
The heating element is a phase change thermal management system for a heating element using an ejector, characterized in that a laser or a laser module. 청구항 2에 있어서,
상기 냉매 배출구와 냉매 유입구의 단면적은 넓고 상기 냉매 배출구와 냉매 유입구 사이의 단면적은 좁아 단면적이 감소되는 것을 특징으로 하는 이젝터를 적용한 발열체용 상변화 열관리시스템.The method of claim 2,
The phase change thermal management system for heating elements using an ejector, characterized in that the cross-sectional area of the refrigerant outlet and the refrigerant inlet is wide and the cross-sectional area between the refrigerant outlet and the refrigerant inlet is narrow to reduce the cross-sectional area.
KR1020210192064A 2021-12-30 2021-12-30 Phase change thermal management system for heating elements with ejectors KR102591849B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210192064A KR102591849B1 (en) 2021-12-30 2021-12-30 Phase change thermal management system for heating elements with ejectors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210192064A KR102591849B1 (en) 2021-12-30 2021-12-30 Phase change thermal management system for heating elements with ejectors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230102156A true KR20230102156A (en) 2023-07-07
KR102591849B1 KR102591849B1 (en) 2023-10-19

Family

ID=87154241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210192064A KR102591849B1 (en) 2021-12-30 2021-12-30 Phase change thermal management system for heating elements with ejectors

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102591849B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201066213Y (en) * 2007-04-02 2008-05-28 河北科技大学 Refrigerating circulation device with eductor
KR20100073204A (en) 2008-12-23 2010-07-01 두산디에스티주식회사 Chiller for high energy solid state laser device
US20120266618A1 (en) * 2009-09-06 2012-10-25 Ben-Gurion University Of The Negev Research And Development Authority Air cooled absorption cooling system operable by low grade heat
JP2013174145A (en) * 2012-02-23 2013-09-05 Miura Co Ltd Binary power generation system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201066213Y (en) * 2007-04-02 2008-05-28 河北科技大学 Refrigerating circulation device with eductor
KR20100073204A (en) 2008-12-23 2010-07-01 두산디에스티주식회사 Chiller for high energy solid state laser device
US20120266618A1 (en) * 2009-09-06 2012-10-25 Ben-Gurion University Of The Negev Research And Development Authority Air cooled absorption cooling system operable by low grade heat
JP2013174145A (en) * 2012-02-23 2013-09-05 Miura Co Ltd Binary power generation system

Also Published As

Publication number Publication date
KR102591849B1 (en) 2023-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2012533046A (en) Jet pump system, apparatus, arrangement, and method of use for heat and cold management
KR101043156B1 (en) Chiller for high energy solid state laser device
JP2011133123A (en) Refrigerating cycle device
JPWO2016017430A1 (en) Outdoor unit and refrigeration cycle equipment
US20190383232A1 (en) Gas engine driven heat pump system with generator
JP2022501785A (en) Vehicle temperature control system
CN109449730B (en) Cold accumulation type heat management device applied to high-power laser equipment
KR20230102156A (en) Phase change thermal management system for heating elements with ejectors
JP2006327350A (en) Air-conditioner for vehicle
KR102185416B1 (en) Cooling system
JP2013044239A (en) Exhaust heat recovery system for vehicle
KR20230126836A (en) Phase change thermal management system for heating elements with preheater
KR102557650B1 (en) Phase change thermal management system for multiple heating elements
KR102627702B1 (en) Thermal management system for heating element using heat source supply system
JPWO2017051532A1 (en) Cooling system and cooling method
KR102504919B1 (en) Thermal management system for heating element with buffer tank
KR20230091259A (en) A phase change thermal management system for multiple heating elements including a flow equalization resistor
KR102388447B1 (en) Thermal management system for heater element using chiller
KR102630473B1 (en) Phase change heat management system for heating element using heat source supply system
KR20220144939A (en) Heat management system for heater element
KR102641069B1 (en) Water purifier with ice maker
KR101870672B1 (en) smart Air conditioner control apparatus
KR100838368B1 (en) Heat pump system of air heat source
US20170343266A1 (en) Refrigeration appliance with a heat circuit
KR102038934B1 (en) A Lower Global Warming Potential Type of a Cooling System for a Refrigerator Truck

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant