WO2017192015A1 - 사이펀 튜브 - Google Patents

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WO2017192015A1
WO2017192015A1 PCT/KR2017/004704 KR2017004704W WO2017192015A1 WO 2017192015 A1 WO2017192015 A1 WO 2017192015A1 KR 2017004704 W KR2017004704 W KR 2017004704W WO 2017192015 A1 WO2017192015 A1 WO 2017192015A1
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WO
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high temperature
low temperature
space
heat transfer
siphon tube
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PCT/KR2017/004704
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English (en)
French (fr)
Inventor
이성재
Original Assignee
한국원자력연구원
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    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the present invention relates to a siphon tube, and more particularly to a siphon tube which is a heat exchanger of a novel structure comprising a structure using the siphon principle. More specifically, the present invention relates to a siphon tube which is a new concept heat exchanger capable of controlling the amount of heat transfer and the heat transfer direction using the siphon principle or the like.
  • a heat exchanger is a generic term for a device that allows the exchange of heat energy from one fluid to another without mixing the fluid.
  • a heat exchanger is configured to transfer heat from a high temperature fluid to a low temperature fluid through a heat transfer wall.
  • a representative heat transfer principle used in heat exchangers is a convective heat transfer principle, which is a principle of transferring heat between a solid surface and a fluid flowing around it. Therefore, the general heat exchanger has been designed to increase the heat exchange efficiency by improving the structure of increasing the speed of the fluid or increasing the heat exchange area between the fluid and the solid, using the basic principle to increase the heat exchange efficiency in convective heat transfer.
  • 1 illustrates one form of a common heat exchanger that is most widely used. In the heat exchanger illustrated in FIG.
  • a fluid to be heat exchanged flows into a tube, and air flows outside the heat exchanger, thereby performing heat exchange between the fluid and the air.
  • the heat exchanger of FIG. 1 is a condenser
  • the fluid in the tube loses heat of condensation to the air
  • the gaseous fluid condenses to the liquid state
  • the air absorbs the heat of condensation while passing through the heat exchanger, thereby increasing the temperature.
  • the heat exchanger of FIG. 1 is an evaporator
  • the fluid in the tube absorbs the heat of evaporation from the air so that the liquid fluid evaporates to the gaseous state, and the air is absorbed by the heat of the evaporation while passing through the heat exchanger, thereby lowering the temperature.
  • the existing heat exchanger functions as a component in a heat exchange system, such as a cooling system / heating system, and adjusts the flow rate and the heat transfer direction of the fluid supplied from the outside to be manually controlled.
  • a heat exchange system such as a cooling system / heating system
  • Examples thereof include Korean Patent Publication No. 2011-0028180 ("Air conditioner and its control method", 2011.03.17, hereinafter related art) and the like.
  • 2 shows a system of the prior art, which basically comprises a compressor 10, an indoor heat exchanger 21, a capillary 20 (as expansion means) and an outdoor heat exchanger 41 Form a cooling cycle.
  • the indoor heat exchanger 21 and the outdoor heat exchanger 41 in FIG. 2 correspond to a heat exchanger having a classical meaning as described above.
  • the prior art includes a four-way valve (70) to switch the flow direction of the refrigerant in accordance with the cooling or heating mode of the air conditioner
  • the refrigerant in the heating mode is the outdoor heat exchanger (41)-four-way valve (70)- Compressor (10) -four-way valve (70)-indoor heat exchanger 21 in order to pass through the indoor heat exchanger 21 acts as a condenser to heat the air supplied to the room, the refrigerant in the cooling mode
  • the heat exchanger 41 passes through the four-way valve 70, the compressor 10, the four-way valve 70, and the outdoor heat exchanger 41, and the indoor heat exchanger 21 acts as an evaporator. Made to cool the air.
  • the heating mode or the heating defrost mode is realized by adjusting the opening degree of the first valve 80 provided in the first bypass passage 81.
  • the conventional heat exchanger is merely made to change the heat transfer amount or the heat transfer direction passively by controlling the direction, state, etc. of the fluid supplied to the heat exchanger from the outside.
  • the heat exchanger itself could not actively control the heat transfer amount or heat transfer direction.
  • the conventional heat exchange system has a basic configuration of a cooling and heating cycle in which a heat exchange medium circulates a compressor, a condenser (heat exchanger), an expansion means, and an evaporator (heat exchanger). As in the above, it was necessary to design the flow to be changed and bypassed.
  • the heat exchange medium does not flow into the flow path used in the heating mode, so that it becomes a surplus part, and vice versa. It is inevitable that the system cannot be made without these parts, so there is a big limitation in miniaturizing the system.
  • the siphon tube 100 of the present invention for achieving the above object is formed in a cylindrical shape sealed to the outside to accommodate the working fluid therein, the inner space is a high temperature space (V1) and a low temperature space (V2) Body portion 151 made to be divided into; Is formed in a tubular shape extending in the vertical direction, the top is open and the bottom is a water level control pipe 152 made to communicate with one side lower end of the body portion 151; A high temperature body 111 disposed in the high temperature space V1 and having a relatively high temperature compared to the following low temperature body 121; A low temperature spray tube 112 which is disposed in the high temperature space V1 and sprays a working fluid that is relatively lower than a working fluid sprayed by the high temperature spray tube 122 to the high temperature body 111; A low temperature body 121 disposed in the low temperature space V2 and having a relatively low temperature compared with the high temperature body 111; A high temperature spray tube 122 disposed in the low temperature space V2 and spraying a working fluid having
  • the siphon tube 100 is sprayed from the working fluid or the low temperature injection tube 112 in contact with the high temperature body 111 to evaporate the working fluid in contact with the high temperature body 111 to generate steam. While absorbing heat from the high temperature body 111, and the generated steam is condensed by contacting the low temperature body 121, the working fluid condensed into the body portion 151 is received away to the low temperature body 121 It is made to transfer heat, heat transfer can be made by the ideal flow heat transfer principle.
  • the siphon tube 100, the saturated steam pressure space is formed in the upper portion of the body portion 151 by the steam generated from around the high temperature body 111, the abnormal flow heat transfer can be made in the saturated steam pressure space.
  • the siphon tube 100, the working fluid accommodated in the body portion 151 is pushed by the pressure of the saturated steam pressure space, the pushed working fluid is introduced into the water level control pipe 152, the saturated steam pressure and The pressure difference between the atmospheric pressure and the working fluid height in the water level control pipe 152 is made to be balanced, the water level in the body portion 151 and the water level control pipe 152 can be adjusted by the siphon principle.
  • the siphon tube 100, the water level control passage 131 is provided in communication with the water level control pipe 152 to discharge the working fluid to the outside or to receive the working fluid from the outside;
  • the siphon tube 100, the flow rate of the working fluid injected from the low-temperature injection tube 112 is adjusted, the heat transfer amount from the high temperature body 111 to the low temperature body 121 can be adjusted.
  • the siphon tube 100 is a high temperature working fluid is injected from the high-temperature injection pipe 122 in the state that the abnormal flow heat transfer is made, the high temperature as the condensed contact with the low temperature body 121
  • the steam generated from around the sieve 111 is prevented from contacting and condensing the low temperature body 121, and heat transfer from the high temperature body 111 to the low temperature body 121 is suppressed, thereby preventing the high temperature body 111.
  • the heat transfer amount from the low temperature body 121 to the can be adjusted.
  • the high temperature body 111 and the low temperature body 112 may be a thermofluid heat transfer device through which a heat exchange medium flows, or an electrical heat transfer device including a thermoelectric element.
  • the high temperature space (V1) may be formed in any one of the space divided by the partition wall 153, the low temperature space (V2) may be formed.
  • the siphon tube 100 is provided in the lower portion of the body portion 151, one end is in communication with the high temperature space (V1) and the other end is a flow rate control passage 132 to communicate with the low temperature space (V2) ;
  • the siphon tube 100 may include a steam induction pipe 154 extending in a vertical direction and formed in a cylindrical shape having a lower portion thereof and provided in the body portion 151; It further comprises a, the high temperature space (V1) is formed in the upper space of the steam induction pipe 154, the low temperature space (V2) may be formed in the lower space.
  • the steam induction pipe 154 may be formed relatively narrow in diameter between the high temperature space (V1) and the low temperature space (V2).
  • the heat transfer principle can be used to achieve rapid heat transfer by using heat transfer principle much faster than conventional heat exchangers.
  • the siphon principle is also introduced here, so that the level of the heat exchange medium can be flexibly and easily responded to the change in the heat transfer amount or the heat transfer direction. That is, according to the heat exchanger of the present invention, not only can a much faster heat transfer rate be obtained than the conventional one, but also has a great effect of being able to adjust as desired while reversibly varying the heat transfer amount or heat transfer direction.
  • the space becomes a saturated steam pressure space during operation of the heat exchange unit can be achieved quickly and effectively abnormal flow heat transfer.
  • the level control of the heat exchange medium in the space filled with the heat exchange medium is naturally interlocked with the heat transfer amount and the heat transfer direction in the heat exchanger by the siphon principle, there is also a great effect of maximizing operational convenience.
  • the heat exchanger of the present invention unlike the existing heat exchange system by having a design structure without the parts to operate as a surplus part by varying the heat transfer amount or the heat transfer direction, compared to the conventional heat exchange system to completely replace the surplus parts It will be removed. That is, according to the present invention, the device of the present invention is ultimately compared to the conventional heat exchange system when the heat transfer amount and the heat transfer direction can be reversibly changed as desired, while the same operation is achieved with the existing heat exchange system. The big effect which can drastically reduce the volume of is obtained.
  • 1 is an illustration of the form of a general heat exchanger.
  • Figure 2 is an example of the heat transfer amount and heat transfer direction control method according to the prior art.
  • Figure 6 is a stage of operation of the siphon tube according to the present invention.
  • FIG 7 is another embodiment of a siphon tube according to the present invention.
  • level control flow path 131v level control valve
  • body portion 152 water level control tube
  • V1 high temperature space
  • V2 low temperature space
  • the siphon tube of the present invention is basically a device configured by using the ideal flow heat transfer principle and the siphon principle, and is a heat exchanger configured to reversibly change the heat transfer amount and the heat transfer direction as desired.
  • the ideal flow heat transfer principle and the saturated steam pressure space formation principle (which is formed inside the body portion in which the level of the working fluid is controlled using the siphon principle in the siphon tube of the present invention) will be described.
  • the construction of the siphon tube of the invention and its operation principle will be described.
  • the heat exchange unit using a two-phase heat transfer mechanism includes a discharge tube (a left tube in FIG. 3) through which a high temperature heat exchange medium flows, and an absorption tube through which a low temperature heat exchange medium flows.
  • a discharge tube a left tube in FIG. 3
  • an absorption tube through which a low temperature heat exchange medium flows.
  • a high temperature heat exchange medium flows in the discharge tube, and a low temperature heat exchange medium flows in the absorption tube.
  • the two tubes are brought into close contact with each other so that heat is transferred from the high temperature side to the low temperature side through the tube wall surface, but in the heat exchange part of the present invention using an abnormal flow heat transfer phenomenon, the two tubes are not properly spaced. Spaced apart.
  • the nozzle is provided on the discharge tube side to inject cooling water into the discharge tube.
  • the coolant droplets instantly absorb the heat of the high temperature heat exchange medium in the discharge tube and rapidly evaporate. That is, on the outer surface of the discharge tube, a rapid amount of evaporative heat is absorbed by the coolant droplets (Tube outside: Quenching), and inside the discharge tube, a high-temperature heat exchange medium is used as the evaporative heat of the coolant droplets. The existing heat is taken away, released, cooled and condensed (Tube inside: Condensation).
  • the discharge tube and the absorption tube are spaced apart from each other, and a separate heat exchange medium (cooling water in the example of FIG. 3) sprayed from the nozzle is sprayed in a liquid state from the nozzle and close to the discharge tube.
  • the heat transfer is carried out in a gas-liquid two-phase manner by evaporation at the gas phase, condensation near the absorption tube and back to the liquid state.
  • FIG. 4 illustrates the principle of forming a saturated steam pressure space.
  • the first heat exchanger (high temperature fluid flow) in FIG. 4 corresponds to the discharge tube in FIG. 3
  • the second heat exchanger in FIG. 4 Low temperature fluid flow
  • the flow path in FIG. 4 corresponds to the nozzle in FIG. 3. That is, in the heat exchanger having the structure as shown in FIG. 4, heat transfer from the high temperature fluid to the low temperature fluid according to the ideal flow heat transfer principle as described above may be performed smoothly.
  • the abnormal flow heat transfer uses heat of evaporation and condensation of the coolant as described above, heat transfer takes place, and thus, efficiency is significantly higher than heat transfer in general fluid, that is, convective heat transfer. That is, the ideal flow heat transfer method can realize heat transfer much faster and more effectively than conventional heat transfer methods.
  • the coolant injected from the flow path (corresponding to the nozzle in FIG. 3) is around the first heat exchanger (corresponding to the discharge tube in FIG. 3).
  • Heat transfer is achieved by condensing around the second heat exchanger (corresponding to the absorption tube in FIG. 3), and as much of the coolant vapor as possible exists around the first heat exchanger and the second heat exchanger. It is advantageous.
  • the higher the ratio of non-condensable gases, such as air, around the first heat exchanger and the second heat exchanger the lower the ideal flow heat transfer efficiency.
  • FIG. 5 shows one embodiment of a siphon tube according to the present invention
  • FIG. 6 shows various operating steps of the siphon tube according to the present invention
  • Figure 7 also shows another embodiment of the siphon tube according to the present invention.
  • the operating principle of the siphon tube of the present invention will be described based on the first embodiment shown in FIGS. 5 and 6, and the detailed configuration of the first embodiment shown in FIGS. 5 and 6 will be described.
  • the modified detailed configuration of the second embodiment shown by will be described.
  • the siphon tube 100 of the present invention basically, the body portion 151, water level control tube 152, high temperature body 111, low temperature spray tube 112, low temperature body And a high-temperature injection tube 122.
  • the body portion 151 is formed in a cylindrical shape sealed to the outside to accommodate the working fluid therein, the inner space is made to be divided into a high temperature space (V1) and a low temperature space (V2).
  • V1 high temperature space
  • V2 low temperature space
  • the body portion 151 is formed in a tubular shape having a certain diameter
  • the body portion 151 has a relatively long tubular shape. ought.
  • the body portion 151 serves to contain various components and working fluids so that heat exchange can be stably performed therein, and in each embodiment, the shape is changed because the arrangement of these components is changed. Will follow.
  • the water level control pipe 152 is formed in a tubular shape extending in the vertical direction, the upper end is opened and the lower end is made to communicate with one side lower end of the body portion 151. As will be described in more detail later, the water level control pipe 152 serves to adjust the pressure inside the body portion 151 using the height of the water column in the water level control pipe 152.
  • the water level control tube 152 In the body portion 151, the working fluid is accommodated as described above, the water level control tube 152 is in communication with the lower end of the body portion 151 and the top is open, the siphon tube 100 is operated When the working fluid is filled up in the siphon tube 100 when it is not in the state, as shown in FIG. 6 (A), the level of the working fluid in the water level control tube 152 is determined by the body portion 151. It becomes as much as the height.
  • the high temperature body 111 is disposed in the high temperature space V1 so as to have a relatively high temperature compared with the low temperature body 121, and the low temperature injection pipe 112 is also disposed in the high temperature space V1. Thus, it serves to spray the working fluid, which is relatively low temperature than the working fluid injected from the high temperature injection pipe 122, to the high temperature body 111.
  • the low temperature body 121 is disposed in the low temperature space V2 to have a relatively low temperature compared to the high temperature body 111, and the high temperature injection pipe 122 is disposed in the low temperature space V2. It serves to spray a relatively high temperature working fluid to the low temperature body 121 than the working fluid injected from the low temperature injection pipe (112).
  • Siphon tube working principle of the present invention heat transfer rate and heat transfer efficiency improvement
  • the set of [high temperature body 111-low temperature injection tube 112] and [low temperature body 121-high temperature injection tube 122] are formed symmetrically with each other, and the siphon tube 100 Is basically a heat exchanger for the purpose of transferring heat from the high temperature body 111 to the low temperature body 121.
  • the high temperature body 111 and the low temperature body 112 may be a thermofluid heat transfer device through which a heat exchange medium flows, or an electrical heat transfer device including a thermoelectric element.
  • FIG. 6 (A) is a state before the siphon tube 100 is operated, that is, a state in which the temperature difference between the high temperature body 111 and the low temperature body 121 is not formed (that is, no heat transfer occurs). Stationary state). In this state, the working fluid is filled up so that there is no empty space (that is, a portion filled with air) in the siphon tube 100. As described above, in this state, the working fluid level in the water level control tube 152 corresponds to the height of the siphon tube 151.
  • FIG. 6 (B) shows a state in which the vapor generated in this way is formed in the upper portion of the body 151 to form a space, from which the siphon tube 100 performs full-scale heat transfer.
  • the working fluid which is injected from the low temperature spray pipe 112 and in contact with the high temperature body 111 evaporates to further generate steam. do.
  • the working fluid to be evaporated in contact with the high temperature body 111 absorbs the heat of the evaporation heat from the high temperature body 111.
  • Heat exchange medium flows through the absorption tube; and the working fluid corresponds to the [heat exchange medium].
  • the siphon tube 100 of the present invention transfers heat from the high temperature body 111 to the low temperature body 121 by using an ideal flow heat transfer principle, so that the heat transfer speed can be much improved as compared with a conventional heat exchanger. It can be seen that.
  • Siphon generally refers to a tube that transfers a liquid at a higher level to a lower one.
  • a siphon is a liquid that is pushed into a tube by an air pressure acting on the liquid level at a higher level. It is called the siphon principle that the liquid moves from the high place to the low place because it is weaker than the force pushed into the tube by the air pressure acting on it.
  • the working fluid accommodated in the body portion 151 is pushed out by the pressure of the saturated steam pressure space.
  • the pushed working fluid naturally flows into the water level control pipe 152, and the pressure difference between the saturated steam pressure and the atmospheric pressure and the working fluid height in the water level control pipe 152 are balanced. That is, in the siphon tube 100 of the present invention, the water level in the body portion 151 and the water level control tube 152 is naturally adjusted by the siphon principle.
  • the height of the water column (that is, the working fluid level) formed in the water level control tube 152 was formed to a certain degree in a state where the saturated steam pressure space was largely formed.
  • the saturated vapor pressure space pressure will be reduced, and then the working fluid level in the body portion 151 will be increased, and thus the working fluid level formed in the water level control pipe 152 will naturally be lowered. Since the body portion 151 and the water level control tube 152 are in communication with each other, the working fluid level in the body portion 151 and the working fluid level in the water level control pipe 152 according to the siphon principle without additional adjustment The difference between the saturated steam pressure and the atmospheric pressure is naturally determined and stable.
  • the siphon tube 100 is provided in communication with the lower portion of the water level control pipe 152 to discharge the working fluid to the outside or to receive the working fluid from the outside of the water level control passage 131 and the water level control passage 131 It is preferable to further include a water level control valve (131v) for adjusting the degree of opening and closing of the.
  • a water level control valve (131v) for adjusting the degree of opening and closing of the.
  • Siphon tube working principle of the present invention heat transfer amount or heat transfer direction variable
  • the siphon tube 100 of the present invention is configured to transfer heat from the high temperature body 111 to the low temperature body 121 by using an ideal flow heat transfer principle, so that the heat transfer rate is higher than that of a conventional heat exchanger.
  • the advantage is that it can be much improved.
  • the siphon tube 100 of the present invention the heat transfer amount or heat transfer direction can be adjusted as desired, there is a great advantage that the excess parts are not generated in this process. This will be described in more detail below.
  • a relatively high temperature working fluid may be injected from the high temperature injection pipe 122 to adjust the heat transfer amount from the high temperature body 111 to the low temperature body 121.
  • the set of [high temperature body 111-low temperature injecting tube 112] and the set of [low temperature body 121-high temperature injecting tube 122] are formed symmetrically with each other. If heat transfer continues from 111 to the low temperature body 121, the temperature of the high temperature body 111 will be equal to the temperature of the low temperature body 121 at some point. At this time, if the temperature of the low temperature body 121 is increased and the low temperature working fluid is injected from the high temperature injection pipe 122 (although it may be contrary to the name), an operation exactly opposite to that of FIG. 6 (B) may occur. Heat transfer from the low temperature body 121 to the high temperature body 111 may occur.
  • the amount of heat transfer and the direction of heat transfer can be freely varied as desired.
  • the remaining parts do not operate and no surplus parts are generated.
  • the heating mode is operated.
  • the flow path portion used only in the cooling mode becomes a surplus part, and in the cooling mode operation, a surplus part is generated in the same way, and a surplus part is inevitably generated in any mode.
  • the siphon tube 100 of the present invention can change the amount of heat transfer and the direction of heat transfer freely, and at the same time, no surplus parts are generated. That is, compared to the existing system, the waste space generated by the surplus parts can be eliminated by source. Accordingly, the siphon tube 100 of the present invention can minimize the volume of the heat exchanger dramatically.
  • the siphon tube 100 extends upwardly from a bottom of the body portion 151, and an upper end thereof is spaced apart from a ceiling of the body portion 151. It further comprises a partition wall 153 is formed to be. At this time, the high temperature space V1 is formed in one of the spaces divided by the partition wall 153, and the low temperature space V2 is formed in the remaining space. Since the operation of the siphon tube 100 according to the first embodiment follows the operation described above, further description thereof will be omitted.
  • the siphon tube 100 is provided in the lower portion of the body portion 151, one end is in communication with the high temperature space (V1) and the other end is made to communicate with the low temperature space (V2) It may further comprise a flow rate control passage 132 and a flow rate control valve 132v for adjusting the opening or closing degree of the flow rate control passage 132.
  • V1 / low temperature space (V2) is divided by the partition wall 153, when the heat transfer occurs so quickly that the amount of working fluid condensed and dropped into the low temperature space (V2) becomes too low.
  • the working fluid in V2) may pass over the partition wall 153, or the amount of working fluid in the high temperature space V1 decreases so quickly that sufficient steam is generated fast enough for rapid heat transfer to occur. You may not be able to.
  • the flow control valve 132v is opened, in most cases, as shown in FIG. 6 (B), the working fluid level of the low temperature space V2 is higher than the working fluid level of the high temperature space V1.
  • the siphon tube 100 is formed in a cylindrical shape extending in a vertical direction with an open lower portion thereof, and being provided in the body portion 151. ) Is further included.
  • the high temperature space V1 is formed as an upper space of the steam induction pipe 154
  • the low temperature space V2 is formed as a lower space.
  • the high temperature space (V1) and the low temperature space (V2) are in communication with each other, in order to be separated to some extent, the steam induction pipe 154 is the high temperature space (V1) and the low temperature space. It is preferable to make the diameter relatively narrow between (V2).
  • the second embodiment is also common to the first embodiment in that heat transfer occurs by applying the ideal flow heat transfer principle, the saturated steam pressure space formation principle, and the siphon principle. More specifically, in the siphon tube 100 according to the second embodiment, a low temperature working fluid is injected from the low temperature spray pipe 112 to contact the high temperature body 111 to generate steam. The steam generated by the injector stream formed by the injection of the working fluid in the low-temperature injection pipe 112 flows downward. The steam flowing in this way is condensed by contacting the low temperature body 121, and heat transfer from the high temperature body 111 to the low temperature body 121 is performed by an ideal flow heat transfer principle.
  • the high temperature space V1 is formed at the upper portion and the low temperature space V2 is formed at the lower portion, it is possible to realize a completely different arrangement from the existing heat exchangers.
  • the conventional heat exchanger since the gas of high temperature rises, it was natural to place a high temperature object underneath and a low temperature object upward in order to perform heat transfer smoothly. It also worked.
  • the high temperature space (V1) can be arranged on the upper side is large compared to the existing heat exchangers There is a difference.
  • the device of the present invention is ultimately compared to the conventional heat exchange system when the heat transfer amount and the heat transfer direction can be reversibly varied as desired, while the same operation can be achieved with the existing heat exchange system.
  • the big effect which can reduce a volume remarkably can be acquired.

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Abstract

본 발명은 사이펀 튜브에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 사이펀 원리를 이용하는 구조물을 포함하며 기존의 열교환기와는 전혀 다른 구조로 이루어져 기존보다 훨씬 소형화되면서도 열전달량 및 열전달방향을 원하는 대로 제어할 수 있도록 하는 새로운 열교환기로서의 사이펀 튜브를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 이상유동 열전달원리를 이용하여 열전달이 이루어지도록 함으로써 열전달속도를 기존의 열교환기보다 훨씬 향상할 수 있는 열교환기인 사이펀 튜브를 제공함에 있다.

Description

사이펀 튜브
본 발명은 사이펀 튜브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사이펀 원리를 이용하는 구조물을 포함하여 이루어지는 새로운 구조의 열교환기인 사이펀 튜브에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 사이펀 원리 등을 이용하여 열전달량 및 열전달방향의 제어가 가능한 신개념 열교환기인 사이펀 튜브에 관한 것이다.
열교환기란 하나의 유체로부터 다른 유체로 유체를 혼합하지 않고 열에너지를 교환하도록 해 주는 장치를 총칭하는 것으로, 일반적으로 전열벽을 거쳐서 고온의 유체로부터 저온의 유체로 열이 전달되도록 이루어진다. 열교환기에서 사용되는 대표적인 열전달원리는 일반적으로 고체로 된 면과 그 주위를 흐르는 유체 간에 열이 전달되는 원리인 대류 열전달원리이다. 따라서 일반적인 열교환기에서는, 대류 열전달에서 열교환효율을 높이기 위한 기본적인 원리를 사용하여, 유체의 속도를 늘리거나 유체 및 고체 간 열교환면적을 늘리는 구조 개선을 통하여 열교환효율을 높이도록 설계해 왔다. 도 1은 가장 널리 사용되고 있는 일반적인 열교환기의 한 형태를 도시하고 있다. 도 1에 도시된 열교환기에서, 튜브 내로 열교환을 하고자 하는 유체가 흘러가며, 열교환기 외측으로는 공기가 흘러가서, 유체 및 공기 간 열교환이 이루어진다. 예를 들어 도 1의 열교환기가 응축기라면, 튜브 내 유체가 공기로 응축열을 빼앗김으로써 기체 상태의 유체가 액체 상태로 응축되고, 공기는 열교환기를 통과하면서 응축열을 흡수하여 온도가 올라가게 된다. 다른 예로 도 1의 열교환기가 증발기라면, 튜브 내 유체가 공기로부터 증발열을 흡수함으로써 액체 상태의 유체가 기체 상태로 증발하고, 공기는 열교환기를 통과하면서 증발열을 흡수당해 온도가 내려가게 된다.
이러한 대부분의 열교환기 설계에 있어서, 상술한 바와 같은 관점에서 열교환효율을 높이기 위한 설계가 이루어진다. 즉 기존에 비해 열교환면적을 더욱 늘리기 위해서 핀(fin)을 더 구비하거나, 핀의 밀도를 높이거나, 핀 표면에 루버를 더 형성하는 등과 같은 설계가 도입되기도 하고, 또는 부분적으로 유속이 느려지는 것을 방지하기 위해 유로 궤적을 변형하거나 해당 부분의 형상을 수정하는 등과 같은 설계가 도입되기도 한다. 그런데, 이러한 기존의 열교환기의 경우 상술한 바와 같이 대류 열전달원리를 기본으로 사용하고 있을 뿐이라서 열교환효율을 어느 수준 이상으로 끌어올리는 데 한계가 있으며, 또한 열전달속도에 있어서도 그러하다.
한편, 기존의 열교환기는 어떤 냉방시스템/난방시스템 등과 같은 열교환시스템 내의 한 부품으로서 기능하면서 외부에서 공급되는 유체의 유량, 속도 등이 조절됨으로써 열전달량이나 열전달방향이 수동적으로 조절되도록 이루어졌다. 이러한 예시로서 한국특허공개 제2011-0028180호("공기 조화기 및 그 제어방법", 2011.03.17, 이하 종래기술) 등이 있다. 도 2는 종래기술의 시스템을 도시한 것으로, 기본적으로 압축기(10), 실내열교환기(21), (팽창수단으로서의) 캐필러리(20), 실외열교환기(41)를 포함하여 난방사이클 또는 냉방사이클을 형성한다. 이 때 도 2에서의 실내열교환기(21), 실외열교환기(41)가 앞서 설명한 바와 같은 고전적인 의미의 열교환기에 해당된다. 종래기술에서는 공기조화기의 냉방 또는 난방모드에 따라 냉매의 유동 방향을 절환되도록 하는 4방밸브(70)가 포함되어, 난방모드에서는 냉매가 실외열교환기(41)-4방밸브(70)-압축기(10)-4방밸브(70)-실내열교환기(21) 순으로 통과하여 실내열교환기(21)가 응축기로 작용함으로써 실내로 공급되는 공기를 가열하도록 이루어지며, 냉방모드에서는 냉매가 실내열교환기(41)-4방밸브(70)-압축기(10)-4방밸브(70)-실외열교환기(41) 순으로 통과하여 실내열교환기(21)가 증발기로 작용함으로서 실내로 공급되는 공기를 냉각하도록 이루어진다. 또한 제1바이패스유로(81)에 구비된 제1밸브(80)의 개방 정도를 조절하여 난방모드 또는 난방제상모드가 실현되도록 한다.
이러한 종래기술의 예시로부터도 잘 알 수 있는 바와 같이, 종래의 열교환기는 단지 외부에서 그 열교환기에 공급되는 유체의 방향, 상태 등을 제어해 줌에 따라 열전달량 또는 열전달방향이 수동적으로 바뀌도록 이루어질 뿐, 열교환기 자체가 열전달량 또는 열전달방향을 능동적으로 조절할 수는 없었다. 또한 종래의 열교환시스템은 열교환매체가 압축기-응축기(열교환기)-팽창수단-증발기(열교환기)를 순환하는 냉난방사이클을 기본 구성으로 하고 있어, 열전달량 또는 열전달방향을 변경시키기 위해서는 종래기술의 예시에서와 같이 유로 변경, 우회가 가능하도록 설계해야 하였다. 따라서 열교환시스템이 예를 들어 냉방모드로 작동 중일 때는 난방모드에 사용되는 유로로는 열교환매체가 흐르지 않아 말하자면 잉여부품이 되고, 반대의 경우도 마찬가지가 되어, 어느 모드에서든 작동하지 않고 있는 잉여부품이 발생할 수밖에 없는데, 이러한 부품들을 빼놓고 시스템을 구성할 수는 없으므로 시스템을 소형화하는 데에 큰 한계가 있을 수밖에 없었다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
1. 한국특허공개 제2011-0028180호("공기 조화기 및 그 제어방법", 2011.03.17)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 사이펀 원리를 이용하는 구조물을 포함하며 기존의 열교환기 또는 열교환시스템과는 전혀 다른 구조로 이루어져 기존보다 훨씬 소형화되면서도 열전달량 및 열전달방향을 원하는 대로 제어할 수 있도록 하는 새로운 열교환장치로서의 사이펀 튜브를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 이상유동 열전달원리를 이용하여 열전달이 이루어지도록 함으로써 열전달속도를 기존의 열교환기 또는 열교환시스템보다 훨씬 향상할 수 있는 열교환장치인 사이펀 튜브를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 사이펀 튜브(100)는, 외부와 밀폐된 통 형상으로 형성되어 내부에 작동유체를 수용하며, 내부공간이 고온공간(V1) 및 저온공간(V2)으로 구분되도록 이루어지는 몸체부(151); 상하 방향으로 연장되는 관 형상으로 형성되어, 상단은 개방되고 하단은 상기 몸체부(151)의 일측 하단과 연통되도록 이루어지는 수위조절관(152); 상기 고온공간(V1) 내에 배치되어 하기 저온체(121)에 비해 상대적으로 고온을 띠는 고온체(111); 상기 고온공간(V1) 내에 배치되어 하기 고온분사관(122)에서 분사되는 작동유체보다 상대적으로 저온인 작동유체를 상기 고온체(111)에 분사하는 저온분사관(112); 상기 저온공간(V2) 내에 배치되어 상기 고온체(111)에 비해 상대적으로 저온을 띠는 저온체(121); 상기 저온공간(V2) 내에 배치되어 상기 저온분사관(112)에서 분사되는 작동유체보다 상대적으로 고온인 작동유체를 상기 저온체(121)에 분사하는 고온분사관(122); 를 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때 상기 사이펀 튜브(100)는, 상기 고온체(111)와 접촉되어 있던 작동유체 또는 상기 저온분사관(112)에서 분사되어 상기 고온체(111)에 접촉된 작동유체가 증발됨으로써 증기를 생성하면서 상기 고온체(111)로부터 열을 흡수하고, 생성된 증기가 상기 저온체(121)에 접촉하여 응축됨으로써 상기 몸체부(151) 내로 응축된 작동유체가 떨어져 수용되면서 상기 저온체(121)로 열을 전달하도록 이루어져, 이상유동 열전달원리에 의하여 열전달이 이루어질 수 있다.
또한 상기 사이펀 튜브(100)는, 상기 고온체(111) 주변으로부터 발생된 증기에 의하여 상기 몸체부(151) 내부 상부에 포화증기압공간이 형성되도록 이루어져, 포화증기압공간 내에서 이상유동 열전달이 이루어질 수 있다.
또한 상기 사이펀 튜브(100)는, 포화증기압공간의 압력에 의하여 상기 몸체부(151) 내부에 수용된 작동유체가 밀려나되, 밀려난 작동유체가 상기 수위조절관(152)으로 유입되어, 포화증기압 및 대기압 간의 기압차와 상기 수위조절관(152) 내 작동유체 높이가 평형을 이루도록 이루어져, 사이펀 원리에 의하여 상기 몸체부(151) 및 상기 수위조절관(152) 내 수위가 조절될 수 있다.
또한 상기 사이펀 튜브(100)는, 상기 수위조절관(152) 하부에 연통 구비되어 외부로 작동유체를 배출하거나 외부로부터 작동유체를 유입받는 수위조절유로(131); 상기 수위조절유로(131)의 개폐 또는 개방 정도를 조절하는 수위조절밸브(131v); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 사이펀 튜브(100)는, 상기 저온분사관(112)에서 분사되는 작동유체의 유량이 조절되어, 상기 고온체(111)로부터 상기 저온체(121)로의 열전달량이 조절될 수 있다.
또는 상기 사이펀 튜브(100)는, 이상유동 열전달이 이루어지고 있는 상태에서, 상기 고온분사관(122)에서 상대적으로 고온의 작동유체가 분사되어 상기 저온체(121)에 접촉되어 응축됨에 따라 상기 고온체(111) 주변으로부터 생성된 증기가 상기 저온체(121)에 접촉되어 응축되는 것을 방해하여, 상기 고온체(111)로부터 상기 저온체(121)로의 열전달이 억제됨으로써, 상기 고온체(111)로부터 상기 저온체(121)로의 열전달량이 조절될 수 있다.
또한 상기 고온체(111) 및 상기 저온체(112)는, 내부에 열교환매체가 흐르는 열유체적 열전달장치이거나, 열전소자를 포함하여 이루어지는 전기적 열전달장치일 수 있다.
또한 상기 사이펀 튜브(100)는, 상기 몸체부(151) 바닥으로부터 상측 방향으로 연장되되 상측 끝단이 상기 몸체부(151) 천장과 이격되도록 형성되는 격벽(153); 을 더 포함하여 이루어지며, 상기 격벽(153)에 의하여 나누어지는 공간 중 선택되는 어느 한 공간으로 상기 고온공간(V1)이 형성되고, 나머지 공간으로 상기 저온공간(V2)이 형성될 수 있다.
이 때 상기 사이펀 튜브(100)는, 상기 몸체부(151) 하부에 구비되며, 일단은 상기 고온공간(V1)과 연통되고 타단은 상기 저온공간(V2)과 연통되도록 이루어지는 유량조절통로(132); 상기 유량조절통로(132)의 개폐 또는 개방 정도를 조절하는 유량조절밸브(132v); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또는 상기 사이펀 튜브(100)는, 상하 방향으로 연장되며 하부가 개방된 통 형상으로 형성되어 상기 몸체부(151) 내에 구비되는 증기유도관(154); 을 더 포함하여 이루어지며, 상기 증기유도관(154)의 상부 공간으로 상기 고온공간(V1)이 형성되고, 하부 공간으로 상기 저온공간(V2)이 형성될 수 있다.
이 때 상기 증기유도관(154)은, 상기 고온공간(V1) 및 상기 저온공간(V2) 사이에서 상대적으로 직경이 좁게 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 열교환기의 구조에 사이펀 원리 및 이상유동 열전달원리를 도입함으로써, 이상유동 열전달원리를 이용하여 기존의 열교환기에 비해 훨씬 신속한 열전달이 이루어지게 하여 급속 열전달을 실현할 수 있다는 효과를 얻을 수 있으며, 동시에 여기에 사이펀 원리도 도입하여 열전달량 또는 열전달방향의 변화에 열교환매체 수위가 유연하고 용이하게 대응할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 열교환기에 따르면, 기존에 비해 훨씬 빠른 열전달 속도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 열전달량 또는 열전달방향을 가역적으로 가변시키면서 원하는 대로 조절할 수 있다는 큰 효과가 있는 것이다.
좀더 구체적으로는, 본 발명에 의하면, 열교환매체가 채워진 공간 내에 이상유동 열전달을 이용하는 열교환부가 배치되도록 함으로써, 열교환부 작동 시 해당 공간이 포화증기압공간이 됨으로써 신속하고 효과적인 이상유동 열전달이 이루어질 수 있다. 또한 이처럼 열교환매체가 채워진 공간에서의 열교환매체의 수위 조절이, 사이펀 원리에 의하여 열교환장치에서의 열전달량 및 열전달방향과 자연적으로 연동되어 이루어지기 때문에, 운용 상의 편리함이 극대화되는 큰 효과 또한 있다.
또한 본 발명의 열교환장치는, 기존의 열교환시스템과는 달리 열전달량 또는 열전달방향을 가변시킴에 따라 잉여부품으로 작동하는 부품이 없는 설계 구조를 가짐으로써, 기존의 열교환시스템과 비교하자면 잉여부품을 완전히 제거하는 셈이 된다. 즉 본 발명에 의하면, 궁극적으로는, 열전달량 및 열전달방향을 원하는 대로 가역적으로 가변시킬 수 있으면서도, 기존의 열교환시스템으로 동일한 작동을 실현하고자 할 때 본 발명의 장치가 기존의 열교환시스템에 비해 장치 자체의 부피를 비약적으로 저감할 수 있는 큰 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 일반적인 열교환기의 형태의 한 예시.
도 2는 종래기술에 따른 열전달량 및 열전달방향 제어 방식의 한 예시.
도 3은 이상유동 열전달원리.
도 4는 포화증기압공간 형성원리.
도 5는 본 발명에 의한 사이펀 튜브의 한 실시예.
도 6은 본 발명에 의한 사이펀 튜브의 여러 작동 단계.
도 7은 본 발명에 의한 사이펀 튜브의 다른 실시예.
** 부호의 설명 **
100: 사이펀 튜브
111: 고온체 112: 저온분사관
121: 저온체 122: 고온분사관
131: 수위조절유로 131v: 수위조절밸브
132: 유량조절유로 132v: 유량조절밸브
151: 몸체부 152: 수위조절관
153: 격벽 154: 증기유도관
V1: 고온공간 V2: 저온공간
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 사이펀 튜브를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 사이펀 튜브는, 기본적으로 이상유동 열전달원리 및 사이펀 원리를 이용하여 구성되는 장치로서, 열전달량 및 열전달방향을 원하는 대로 가역적으로 가변시킬 수 있도록 이루어지는 열교환장치이다. 이에 먼저 이상유동 열전달원리와, (본 발명의 사이펀 튜브에서 사이펀 원리를 이용하여 작동유체의 수위가 조절되는 몸체부 내부에 형성되는) 포화증기압공간 형성원리를 설명하고, 다음으로 이러한 원리들이 적용된 본 발명의 사이펀 튜브의 구성 및 그 작동 원리를 설명한다.
I. 이상유동 열전달원리 및 포화증기압공간 형성원리
도 3은 이상유동 열전달원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이상유동 열전달 현상(two-phase heat transfer mechanism)을 이용하는 열교환부는, 고온의 열교환매체가 흐르는 방출용 튜브(도 3에서는 좌측 튜브), 저온의 열교환매체가 흐르는 흡수용 튜브(도 3에서는 우측 튜브), 그리고 이 두 튜브들에 다른 열교환매체(도 3에서는 냉각수이나, 물론 다른 액체여도 무방하다)를 분사해 주는 노즐, 이 세 가지를 기본적으로 필요로 한다.
방출용 튜브 내에는 고온의 열교환매체가 흘러가고 있으며, 흡수용 튜브 내에는 저온의 열교환매체가 흘러가고 있다. 기존의 열교환기의 경우에는 이러한 두 튜브를 밀착시켜 줌으로써, 튜브 벽면을 통해 고온측에서 저온측으로 열이 전달되도록 하였으나, 이상유동 열전달 현상을 이용하는 본 발명의 열교환부에서는 그렇게 하지 않고 두 튜브를 적절한 간격으로 이격시켜 둔다.
노즐은 방출용 튜브 측에 구비되어, 방출용 튜브로 냉각수를 분사해 준다. 냉각수가 분사되어 그 물방울들이 방출용 튜브 외면에 접근 또는 접촉하면, 냉각수 물방울들이 방출용 튜브 내의 고온의 열교환매체가 가지고 있는 열을 순간적으로 흡수하여 빠르게 증발하게 된다. 즉 방출용 튜브 외면에서는 냉각수 물방울들에 의하여 급격하게 많은 양의 증발열이 흡수됨으로써 급랭되는 현상이 일어나며(Tube outside: Quenching), 방출용 튜브 내부에서는 고온의 열교환매체가 냉각수 물방울들의 증발열로서 자신이 가지고 있던 열을 빼앗겨 방출하고 냉각되어 응축되는 현상이 일어난다(Tube inside: Condensation).
상술한 바와 같이 방출용 튜브 주변에서 냉각수는 모두 증발하여 증기 상태가 되는데, 이 증기는 방출용 튜브와 이격되어 배치되어 있는 흡수용 튜브와 접촉하게 된다. 이 때 흡수용 튜브에는 저온의 열교환매체가 흐르고 있기 때문에, 증기가 흡수용 튜브 외면에 접근 또는 접촉하면, 증기는 흡수용 튜브 내의 저온의 열교환매체로 순간적으로 열을 빼앗겨 응축됨으로써 흡수용 튜브 외면에 맺히게 된다. 즉 흡수용 튜브 외면에서는 증기가 저온의 열교환매체로 열을 빼앗겨 응축됨으로써 응축수가 되어 튜브 외면에 맺히거나 흘러내리는 현상이 일어나며(Tube outside: Condensing), 흡수용 튜브 내부에서는 저온의 열교환매체가 증기로부터 열을 흡수함으로써 증발되는 현상이 일어난다(Tube inside: Evaporation).
이와 같이 이상유동 열전달 현상에서는, 방출용 튜브 및 흡수용 튜브가 서로 이격되어 있되, 노즐에서 분사되는 별도의 열교환매체(도 3의 예시에서는 냉각수)가, 노즐에서 액체 상태로 분사되어 방출용 튜브 근처에서 증발되어 기체 상태가 되었다가 흡수용 튜브 근처에서 응축되어 다시 액체 상태로 되돌아오는 방식으로, 기상 - 액상의 두 상(two-phase)으로 변화해 가면서 열전달을 수행한다. 이러한 이상유동 열전달 방식은 기존의 열전달 방식에 비하여 훨씬 빠르고 효과적으로 열전달이 이루어지도록 한다는 연구가 최근 발표된 바 있다.
도 4는 포화증기압공간 형성원리를 도시하고 있다. 이상유동 열전달 현상의 원리를 설명한 도 3과 대비하여 볼 때, 도 4에서의 제1열교환기(고온유체 유통)가 도 3에서의 방출용 튜브에 해당하며, 도 4에서의 제2열교환기(저온유체 유통)가 도 3에서의 흡수용 튜브에 해당하고, 도 4에서의 유통로가 도 3에서의 노즐에 해당한다. 즉 도 4와 같은 구조로 이루어지는 열교환부에서는, 상술한 바와 같은 이상유동 열전달원리에 따른 고온유체에서 저온유체로의 열전달이 원활하게 이루어질 수 있다. 이상유동 열전달은 앞서 설명한 바와 같이 냉각재의 증발열 및 응축열을 이용하여 열전달이 일어나도록 하는 것이기 때문에, 일반적인 유체에서의 열전달 즉 대류 열전달에 비해 효율이 비약적으로 높다. 즉 이러한 이상유동 열전달 방식은 기존의 열전달 방식에 비하여 훨씬 빠르고 효과적으로 열전달을 실현할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같은 열교환부에서 이루어지는 이상유동 열전달에서는, 유통로(도 3에서의 노즐에 해당)에서 분사된 냉각재가 제1열교환기(도 3에서의 방출용 튜브에 해당) 주변에서 증발하고, 제2열교환기(도 3에서의 흡수용 튜브에 해당) 주변에서 응축되는 현상을 이용하여 열전달이 이루어지는 바, 제1열교환기 및 제2열교환기 주변에 냉각재 증기가 최대한 많이 있을수록 유리하다. 거꾸로 말하면, 제1열교환기 및 제2열교환기 주위에 공기와 같은 비응축 기체 비율이 높을수록 이상유동 열전달 효율이 떨어지게 된다.
이 때 도 4에 도시된 바와 같은 열교환부에서는, 원래 기체가 채워진 공간이 없었던 상태(도 4(A) 상태)에서 냉각재의 비등으로 인하여 기체, 즉 냉각재 증기가 채워진 공간이 생겨나며, 따라서 이 공간은 냉각재 증기가 포화증기압을 형성하며 가득 차 있는 공간이 된다. 다시 말해 도 4(B) 상태에서, 밀폐용기부 내 액체 상태의 냉각재 수위 상측 공간에 있는 제1열교환기 및 제2열교환기 주변은, 비응축 기체의 비율이 최소화된 상태가 되며, 따라서 도 4(B) 상태에서 이상유동 열전달 효율은 최대화된다.
II. 본 발명의 사이펀 튜브
이하에서, 상술한 바와 같은 여러 원리들을 이용하는 본 발명의 사이펀 튜브(100)의 구체적인 구성 및 그 작동에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명에 의한 사이펀 튜브의 한 실시예를 도시하고 있으며, 도 6은 본 발명에 의한 사이펀 튜브의 여러 작동 단계를 도시하고 있다. 또한 도 7은 본 발명에 의한 사이펀 튜브의 다른 실시예를 도시하고 있다. 먼저 도 5 및 도 6으로 나타나는 제1실시예를 기반으로 본 발명의 사이펀 튜브의 작동 원리를 설명하고, 다음으로 도 5 및 도 6으로 나타나는 제1실시예의 세부 구성을 설명하고, 마지막으로 도 7로 나타나는 제2실시예의 변경된 세부 구성을 설명한다.
본 발명의 사이펀 튜브 기본 구성
본 발명의 사이펀 튜브(100)는, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 기본적으로 몸체부(151, 수위조절관(152), 고온체(111), 저온분사관(112), 저온체(121), 고온분사관(122)을 포함하여 이루어진다.
상기 몸체부(151)는, 외부와 밀폐된 통 형상으로 형성되어 내부에 작동유체를 수용하며, 내부공간이 고온공간(V1) 및 저온공간(V2)으로 구분되도록 이루어진다. 도 5의 제1실시예에서는 상기 몸체부(151)가 어느 정도의 직경을 가지는 통 형상으로 이루어지고 있으며, 도 7의 제2실시예에서는 상기 몸체부(151)가 상대적으로 긴 관 형상으로 이루어지고 있다. 모든 실시예에서, 상기 몸체부(151)는 그 내부에서 열교환이 안정적으로 이루어질 수 있도록 각종 부품들 및 작동유체를 담고 있는 역할을 하며, 각 실시예에서 형상이 달라지는 것은 이러한 부품들의 배치가 변경됨에 따른 것이다.
상기 수위조절관(152)은, 상하 방향으로 연장되는 관 형상으로 형성되어, 상단은 개방되고 하단은 상기 몸체부(151)의 일측 하단과 연통되도록 이루어진다. 이후 보다 상세히 설명하겠지만, 상기 수위조절관(152)은 상기 수위조절관(152) 내 물기둥 높이를 이용하여 상기 몸체부(151) 내부의 압력을 조절하는 역할을 하게 된다. 상기 몸체부(151) 내에는 상술한 바와 같이 작동유체가 수용되며, 상기 수위조절관(152)이 상기 몸체부(151)의 하단과 연통되며 상단이 개방되므로, 상기 사이펀 튜브(100)가 작동하지 않는 상태일 때 상기 사이펀 튜브(100)에 작동유체를 꽉 채워놓으면, 도 6(A)에 도시된 바와 같이 상기 수위조절관(152)에서의 작동유체의 수위는 상기 몸체부(151)의 높이에 해당하는 만큼이 된다.
상기 고온체(111)는 상기 고온공간(V1) 내에 배치되어 상기 저온체(121)에 비해 상대적으로 고온을 띠도록 형성되고, 상기 저온분사관(112)은 역시 상기 고온공간(V1) 내에 배치되어 상기 고온분사관(122)에서 분사되는 작동유체보다 상대적으로 저온인 작동유체를 상기 고온체(111)에 분사하는 역할을 한다.
상기 저온체(121)는 상기 저온공간(V2) 내에 배치되어 상기 고온체(111)에 비해 상대적으로 저온을 띠도록 형성되고, 상기 고온분사관(122)은 상기 저온공간(V2) 내에 배치되어 상기 저온분사관(112)에서 분사되는 작동유체보다 상대적으로 고온인 작동유체를 상기 저온체(121)에 분사하는 역할을 한다.
본 발명의 사이펀 튜브 작동 원리 : 열전달속도 및 열전달효율 향상
상술한 바와 같이 [고온체(111)-저온분사관(112)] 세트와 [저온체(121)-고온분사관(122)] 세트는 서로 대칭적으로 형성되어 있으며, 상기 사이펀 튜브(100)는 기본적으로 상기 고온체(111)로부터 상기 저온체(121)로 열을 전달하는 것을 목적으로 하는 열교환장치이다. 여기에서 상기 고온체(111) 및 상기 저온체(112)는, 내부에 열교환매체가 흐르는 열유체적 열전달장치이거나, 열전소자를 포함하여 이루어지는 전기적 열전달장치일 수 있다. 이제 상기 사이펀 튜브(100)의 작동 원리를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6(A)는 상기 사이펀 튜브(100)가 작동하기 전 상태로, 즉 상기 고온체(111) 및 상기 저온체(121)의 온도차가 형성되어 있지 않은 상태(즉 열전달이 일어나지 않고 있는, 열적 정지 상태)이다. 이 상태에서는 상기 사이펀 튜브(100) 내에 빈 공간(즉 공기가 채워진 부분)이 없도록 작동유체를 꽉 채워놓는다. 앞서 설명한 바와 같이 이 상태에서는 상기 수위조절관(152) 내 작동유체 수위는 상기 사이펀튜브(151)의 높이에 상응하게 된다.
이 상태에서, 상기 고온체(111)가 상기 저온체(121)에 비해 상대적으로 고온을 띠게 되면, 상기 고온체(111)로부터 상기 저온체(121)로의 열전달이 일어나게 된다. 최초 얼마간은 상기 고온체(111) 및 상기 저온체(121) 모두가 액체 상태의 작동유체로 완전히 둘러싸여 있는 상태이기 때문에, 일반적인 대류 열전달원리에 따른 열전달이 일어날 수 있다. 한편 상기 고온체(111)와 접촉되어 있던 작동유체는, 상기 고온체(111)로부터 열을 흡수하여 증발되며, 증발에 따라 생성된 증기는 상기 몸체부(151) 내부 상부에 모이게 된다.
도 6(B)는 이와 같이 생성된 증기가 상기 몸체부(151) 내부 상부에 모여 공간을 형성한 상태를 도시하고 있으며, 이 때부터 상기 사이펀 튜브(100)는 본격적인 열전달을 수행하게 된다. 상술한 바와 같이 상기 고온체(111)와 접촉되어 있던 작동유체가 증발되는 것에 더하여, 상기 저온분사관(112)에서 분사되어 상기 고온체(111)에 접촉된 작동유체가 증발됨으로써 증기를 더욱 생성한다. 이와 같이 상기 고온체(111)에 접촉되어 증발되는 작동유체는 물론, 상기 고온체(111)로부터 증발열만큼의 열을 흡수하게 된다.
이처럼 상기 고온체(111)로부터 열을 흡수하여 증발됨으로써 생성된 증기는, 도 6(B)의 화살표로 표시된 바와 같이 상기 고온공간(V1)으로부터 상기 저온공간(V2)으로 이동하게 된다. 이렇게 이동된 증기는 상기 저온체(121)에 접촉하여 응축됨으로써, 기체 상태의 증기는 액체 상태의 작동유체가 되어 상기 몸체부(151) 내로 떨어져 수용된다. 또한 증기가 가지고 있던 열 중 응축열만큼이 상기 저온체(121)로 흡수되어 전달됨으로써, 결과적으로 상기 고온체(111)로부터 상기 저온체(121)로의 열전달이 이루어지게 된다.
본 발명의 사이펀 튜브(100)의 작동 시 사용되는 각 원리들을 정리하면 다음과 같다.
이상유동 열전달원리: 상술한 바와 같은 상기 고온체(111)로부터 상기 저온체(121)로 열이 전달되는 과정을 살펴보면, 액상의 작동유체가 상기 고온체(111)와 접촉하여 기상으로 증발되고, 기상의 증기가 상기 저온체(121)와 접촉하여 액상으로 응축됨으로써 열전달이 일어나는 것으로, 앞서 I. 부분에서 설명한 이상유동 열전달원리에 의한 열전달이 이루어지고 있음을 잘 알 수 있다. 즉 본 발명의 사이펀 튜브(100)를 도 3에 대응하여 볼 때, 상기 고온체(111)는 [고온의 열교환매체가 흐르는 방출용 튜브]에 해당하고, 상기 저온체(121)는 [저온의 열교환매체가 흐르는 흡수용 튜브]에 해당하며, 작동유체는 [열교환매체]에 해당하는 것이다. 앞서 설명한 바와 같이 이상유동 열전달은 대류 열전달 등에 비해 훨씬 빠르고 효과적인 열전달이 이루어진다는 연구 결과가 알려진 바 있다. 이 때 본 발명의 사이펀 튜브(100)는 이상유동 열전달원리를 이용하여 상기 고온체(111)로부터 상기 저온체(121)로 열을 전달하므로, 기존의 열교환장치에 비하여 훨씬 열전달속도를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
포화증기압공간 형성원리: 뿐만 아니라 본 발명의 사이펀 튜브(100)에서는, 도 6(A)에 보인 바와 같이 최초에는 상기 몸체부(151) 내에 빈 공간이 전혀 없이 작동유체로 가득차 있었으므로, 상기 고온체(111) 주변으로부터 발생된 증기에 의하여 상기 몸체부(151) 내부 상부에 포화증기압공간이 형성되게 된다. 다시 말해 본 발명의 사이펀 튜브(100)에서는 포화증기압공간 내에서 이상유동 열전달이 이루어지게 형성되는 것이다. 이 때 앞서 I. 부분에서 설명한 바와 같이, 포화증기압공간 내에서 이상유동 열전달이 이루어질 경우 이상유동 열전달효율이 최대화될 수 있는 바, 결론적으로 본 발명의 사이펀 튜브(100)에서의 열전달은 신속함과 동시에 최대로 효율적으로 이루어지게 됨을 알 수 있다.
사이펀 원리: 사이펀(siphon)이란 일반적으로 높은 곳에 있는 액체를 낮은 곳으로 옮기는 관을 칭하는 것으로, 높은 쪽의 액체 액면에 작용하는 기압에 의하여 액체가 관 안으로 밀어올려지는 힘이, 낮은 쪽의 액체 액면에 작용하는 기압에 의하여 액체가 관 안으로 밀어올려지는 힘보다, 두 액면의 높이 차에 해당하는 액체 기둥만큼 약하기 때문에 액체가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 것을 사이펀 원리라고 한다.
상술한 바와 같이 상기 몸체부(151) 내부 상부에 포화증기압공간이 형성됨에 따라, 포화증기압공간의 압력에 의하여 상기 몸체부(151) 내부에 수용된 작동유체가 밀려나게 된다. 이렇게 밀려난 작동유체는 자연스럽게 상기 수위조절관(152)으로 유입되는데, 이 때 포화증기압 및 대기압 간의 기압차와 상기 수위조절관(152) 내 작동유체 높이가 평형을 이루도록 이루어지게 된다. 즉 본 발명의 사이펀 튜브(100)에서는, 사이펀 원리에 의하여 상기 몸체부(151) 및 상기 수위조절관(152) 내 수위가 자연스럽게 조절되도록 이루어진다.
예를 들어 포화증기압공간이 크게 형성된 상태에서 상기 수위조절관(152) 내에 형성되는 물기둥 높이(즉 작동유체 수위)가 어느 정도 높게 형성되어 있었다고 가정한다. 이 때 증기발생량이 줄어들게 되면 포화증기압공간 압력이 줄어들게 될 것이며, 그러면 상기 몸체부(151) 내 작동유체 수위가 높아지고 또 그에 따라 상기 수위조절관(152) 내에 형성되는 작동유체 수위도 자연스럽게 낮아질 것이다. 상기 몸체부(151) 및 상기 수위조절관(152)이 연통되어 있으므로, 상기 몸체부(151) 내 작동유체 수위 및 상기 수위조절관(152) 내 작동유체 수위는 별도의 조절 없이도 사이펀 원리에 따라 포화증기압 및 대기압의 차에 의해 자연스럽게 결정되고 또한 안정적으로 유지될 수 있게 되는 것이다.
이 때 상기 사이펀 튜브(100)는, 상기 수위조절관(152) 하부에 연통 구비되어 외부로 작동유체를 배출하거나 외부로부터 작동유체를 유입받는 수위조절유로(131) 및 상기 수위조절유로(131)의 개폐 또는 개방 정도를 조절하는 수위조절밸브(131v)를 더 구비하고 있는 것이 바람직하다. 예를 들어 도 6(A)의 상태에서 상기 고온체(111)의 온도가 올라가서 상기 몸체부(151) 내에 포화증기압공간이 형성되기 시작하면, 상기 수위조절관(152)으로 작동유체가 넘쳐흐를 수 있다. 이 때 상기 수위조절밸브(131v)를 개방하여 상기 수위조절유로(131)를 통해 외부로 작동유체를 배출해 줌으로써, 이러한 넘침 문제를 해결할 수 있다. 또한, 장시간 열전달 작동을 하던 중 상기 사이펀 튜브(100) 내 작동유체가 모자라게 될 경우나, 또는 상기 사이펀 튜브(100)의 작동을 멈추고 초기 상태로 돌아가고자 하는 경우, 상기 수위조절유로(131)를 통해 작동유체를 유입시켜 줄 수도 있다.
본 발명의 사이펀 튜브 작동 원리 : 열전달량 또는 열전달방향 가변
상술한 바와 같이 본 발명의 사이펀 튜브(100)는, 이상유동 열전달원리를 이용하여 상기 고온체(111)로부터 상기 저온체(121)로 열을 전달하도록 이루어짐으로써, 기존의 열교환장치에 비해 열전달속도를 훨씬 향상시킬 수 있다는 장점이 있다. 더불어 본 발명의 사이펀 튜브(100)는, 열전달량 또는 열전달방향을 원하는 대로 조절할 수 있으며, 이 과정에서 잉여 부품이 발생되지 않는다는 커다란 장점이 있다. 이에 대하여 이하에서 보다 상세히 설명한다.
도 6(B)에 보이는 바와 같이, 본 발명의 사이펀 튜브(100)에서는, 상기 몸체부(151) 상부에 포화증기압공간이 형성된 상태에서 상기 저온분사관(112)에서 (상대적으로 저온의) 작동유체가 분사됨에 따라, 이상유동 열전달원리에 의하여 상기 고온체(111)에서 상기 저온체(121)로 열전달이 일어난다. 이 때, 상기 저온분사관(112)에서 분사되는 작동유체의 유량이 조절됨으로써, 상기 고온체(111)로부터 상기 저온체(121)로의 열전달량이 조절될 수 있다는 것은 상식적으로 쉽게 유추할 수 있다.
한편 이와 같이 이상유동 열전달이 이루어지고 있는 상태에서, 상기 고온분사관(122)에서 상대적으로 고온의 작동유체가 분사될 경우, 상기 저온체(121)에는 상기 고온체(111)에서 증발되어 생성된 증기보다 먼저 이 고온의 작동유체가 접촉하게 된다. 그러면 상기 저온체(121)로는 상기 고온분사관(122)에서 분사된 작동유체가 열을 전달하게 되며, 이미 상기 저온체(121)로 열이 전달되어 상기 저온체(121)의 온도가 올라가 버리게 되면 뒤늦게 증기가 상기 저온체(121)까지 도착하더라도 충분한 응축열을 전달해주지 못하여 증기가 응축되지 못하게 된다. 즉, 상기 고온분사관(122)에서 상대적으로 고온의 작동유체가 분사되어 상기 저온체(121)에 접촉되어 응축됨에 따라 상기 고온체(111) 주변으로부터 생성된 증기가 상기 저온체(121)에 접촉되어 응축되는 것을 방해하는 것이다. 다시 말해 상기 고온체(111)로부터 상기 저온체(121)로의 열전달이 억제됨으로써, 도 6(C)에 도시된 바와 같이 열전달량이 줄어들게 된다. 이처럼, 본 발명의 사이펀 튜브(100)에서는 상기 고온분사관(122)에서 상대적으로 고온의 작동유체가 분사되도록 함으로써 상기 고온체(111)로부터 상기 저온체(121)로의 열전달량을 조절할 수도 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 [고온체(111)-저온분사관(112)] 세트와 [저온체(121)-고온분사관(122)] 세트는 서로 대칭적으로 형성되어 있기 때문에, 상기 고온체(111)로부터 상기 저온체(121)로 열전달이 지속적으로 일어나다 보면 어느 순간 상기 고온체(111)의 온도가 상기 저온체(121)의 온도와 같아지게 될 것이다. 이 때, (비록 명칭과는 어긋나겠지만) 상기 저온체(121)의 온도를 높이고 상기 고온분사관(122)에서 저온의 작동유체를 분사한다면, 도 6(B)와 정확히 반대의 작동이 일어나 상기 저온체(121)에서 상기 고온체(111)로의 열전달이 일어나게 할 수 있다.
이처럼 본 발명의 사이펀 튜브(100)에서는, 열전달량이나 열전달방향을 원하는 대로 자유롭게 가변시킬 수 있다. 또한 위에서 설명한 바와 같이, 이렇게 열전달량이나 열전달방향이 바뀌어도 작동하지 않고 남아 있는 잉여 부품이 발생하지 않는다. 예를 들어 앞서의 도 2에 소개된 종래기술의 경우, 사방밸브를 이용하여 난방모드로 작동할 때의 유로와 냉방모드로 작동할 때의 유로가 다르게 형성되도록 시스템을 구성하였기 때문에, 난방모드 작동 시에는 냉방모드에서만 사용되는 유로 부분이 잉여 부품이 되고 냉방모드 작동 시에도 반대로 마찬가지로 잉여 부품이 발생하여, 어떤 모드에서건 필연적으로 잉여 부품이 발생하였다. 이러한 잉여 부품은 시스템의 부피를 키우게 되는 직접적인 원인이 된다는 것은 자명하다. 그러나 본 발명의 사이펀 튜브(100)는, 열전달량이나 열전달방향을 자유자재로 바꿀 수 있음과 동시에, 어떤 경우에도 잉여 부품이 발생하지 않는다. 즉 기존의 시스템과 비교하였을 때 잉여 부품에 의하여 발생되는 낭비 공간을 원천적으로 삭제할 수 있다는 것으로, 이에 따라 본 발명의 사이펀 튜브(100)는 열교환장치의 부피를 비약적으로 최소화할 수 있게 된다.
제1실시예
제1실시예에 따른 상기 사이펀 튜브(100)는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 몸체부(151) 바닥으로부터 상측 방향으로 연장되되 상측 끝단이 상기 몸체부(151) 천장과 이격되도록 형성되는 격벽(153)을 더 포함하여 이루어진다. 이 때 상기 격벽(153)에 의하여 나누어지는 공간 중 선택되는 어느 한 공간으로 상기 고온공간(V1)이 형성되고, 나머지 공간으로 상기 저온공간(V2)이 형성되게 된다. 제1실시예에 따른 상기 사이펀 튜브(100)의 작동은 앞서 설명한 작동 그대로를 따르므로 더 이상의 설명은 생략한다.
한편, 제1실시예에 따른 상기 사이펀 튜브(100)는, 상기 몸체부(151) 하부에 구비되며, 일단은 상기 고온공간(V1)과 연통되고 타단은 상기 저온공간(V2)과 연통되도록 이루어지는 유량조절통로(132) 및 상기 유량조절통로(132)의 개폐 또는 개방 정도를 조절하는 유량조절밸브(132v)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 격벽(153)에 의해 고온공간(V1)/저온공간(V2)이 구분되기는 하지만, 열전달이 너무 빠르게 일어나서 상기 저온공간(V2)으로 응축되어 떨어지는 작동유체 양이 너무 많아질 경우 상기 저온공간(V2) 내의 작동유체가 상기 격벽(153)을 넘어가게 된다거나 하는 경우가 생길 수 있기도 하고, 또는 상기 고온공간(V1) 내의 작동유체 양이 너무 빨리 줄어들어 빠른 열전달이 일어나기에 충분한 증기가 충분히 빨리 생성되지 못하는 경우가 생길 수도 있다. 이러한 경우 상기 유량조절밸브(132v)를 개방하여 주면, 대부분의 경우 도 6(B)에 보이는 바와 같이 상기 저온공간(V2)의 작동유체 수위가 상기 고온공간(V1)의 작동유체 수위보다 높으므로, 자연스럽게 상기 저온공간(V2)으로부터 상기 고온공간(V1)으로 작동유체가 공급되어 작동유체 유량이 조절됨으로써, 상술한 바와 같은 문제점이 해결되게 할 수 있다.
제2실시예
제2실시예에 따른 상기 사이펀 튜브(100)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상하 방향으로 연장되며 하부가 개방된 통 형상으로 형성되어 상기 몸체부(151) 내에 구비되는 증기유도관(154)을 더 포함하여 이루어진다. 또한 제2실시예에서는, 상기 증기유도관(154)의 상부 공간으로 상기 고온공간(V1)이 형성되고, 하부 공간으로 상기 저온공간(V2)이 형성된다. 이 때, 상기 고온공간(V1) 및 상기 저온공간(V2)은 서로 연통되되, 어느 정도 공간이 분리될 수 있도록 하기 위하여, 상기 증기유도관(154)은 상기 고온공간(V1) 및 상기 저온공간(V2) 사이에서 상대적으로 직경이 좁게 형성되게 하는 것이 바람직하다.
제2실시예에서도 앞서 설명한 이상유동 열전달원리, 포화증기압공간 형성원리, 사이펀 원리가 모두 적용되어 열전달이 일어난다는 점에서는 제1실시예와 공통적이다. 좀더 구체적으로 설명하자면, 제2실시예에 따른 상기 사이펀 튜브(100)에서도, 상기 저온분사관(112)에서 저온의 작동유체가 분사되어 상기 고온체(111)에 접촉함으로써 증기가 생성되며, 상기 저온분사관(112)에서 작동유체가 분사됨으로써 형성되는 분사기류에 의하여 생성된 증기는 하방으로 흘러가게 된다. 이렇게 흘러간 증기는 상기 저온체(121)에 접촉함으로써 응축되어, 이상유동 열전달원리에 의한 상기 고온체(111)로부터 상기 저온체(121)로의 열전달이 이루어지게 된다.
제2실시예의 경우, 이처럼 상기 고온공간(V1)이 상부에 형성되고 상기 저온공간(V2)이 하부에 형성되게 한다는 점에서, 기존의 열교환장치들과는 완전히 다른 배치를 실현할 수 있게 한다. 기존의 열교환장치의 경우, 온도가 높은 기체는 상승하기 때문에, 열전달이 원활하게 이루어지게 하기 위해서는 온도가 높은 물체를 하방에, 온도가 낮은 물체를 상방에 배치하는 것이 당연하였으며, 이것이 또한 어떠한 제약으로서 작용하기도 하였다. 그러나 본 발명의 경우 상기 저온분사관(112)에서 발생되는 분사기류에 의하여 증기가 하방으로 이동 가능하기 때문에, 상기 고온공간(V1)이 오히려 상부에 배치될 수 있다는 점에서 기존의 열교환장치들과는 큰 차별성이 있다. 뿐만 아니라 증기 일부는 분사기류를 따라 하방으로 이동하여 이상유동 열전달을 발생시키는 한편, 증기 나머지 일부는 상방에 여전히 존재함으로써 포화증기압공간을 형성하는 데 기여하게 되는데, 이러한 포화증기압공간 형성은 앞서도 설명한 바와 같이 이상유동 열전달효율을 최대화시켜준다는 점이 설명된 바 있다. 이러한 점들을 살펴볼 때, 제2실시예에 따른 사이펀 튜브(100)에서는 생성된 증기가 낭비없이 매우 효율적으로 사용될 수 있다는 점에서 장치 효율이 극대화된다는 것을 알 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 의하면, 궁극적으로는, 열전달량 및 열전달방향을 원하는 대로 가역적으로 가변시킬 수 있으면서도, 기존의 열교환시스템으로 동일한 작동을 실현하고자 할 때 본 발명의 장치가 기존의 열교환시스템에 비해 장치 자체의 부피를 비약적으로 저감할 수 있는 큰 효과를 얻을 수 있다.

Claims (12)

  1. 외부와 밀폐된 통 형상으로 형성되어 내부에 작동유체를 수용하며, 내부공간이 고온공간 및 저온공간으로 구분되도록 이루어지는 몸체부;
    상하 방향으로 연장되는 관 형상으로 형성되어, 상단은 개방되고 하단은 상기 몸체부의 일측 하단과 연통되도록 이루어지는 수위조절관;
    상기 고온공간 내에 배치되어 하기 저온체에 비해 상대적으로 고온을 띠는 고온체;
    상기 고온공간 내에 배치되어 하기 고온분사관에서 분사되는 작동유체보다 상대적으로 저온인 작동유체를 상기 고온체에 분사하는 저온분사관;
    상기 저온공간 내에 배치되어 상기 고온체에 비해 상대적으로 저온을 띠는 저온체;
    상기 저온공간 내에 배치되어 상기 저온분사관에서 분사되는 작동유체보다 상대적으로 고온인 작동유체를 상기 저온체에 분사하는 고온분사관;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사이펀 튜브.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 사이펀 튜브는,
    상기 고온체와 접촉되어 있던 작동유체 또는 상기 저온분사관에서 분사되어 상기 고온체에 접촉된 작동유체가 증발됨으로써 증기를 생성하면서 상기 고온체로부터 열을 흡수하고,
    생성된 증기가 상기 저온체에 접촉하여 응축됨으로써 상기 몸체부 내로 응축된 작동유체가 떨어져 수용되면서 상기 저온체로 열을 전달하도록 이루어져,
    이상유동 열전달원리에 의하여 열전달이 이루어지는 것을 특징으로 하는 사이펀 튜브.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 사이펀 튜브는,
    상기 고온체 주변으로부터 발생된 증기에 의하여 상기 몸체부 내부 상부에 포화증기압공간이 형성되도록 이루어져,
    포화증기압공간 내에서 이상유동 열전달이 이루어지는 것을 특징으로 하는 사이펀 튜브.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 사이펀 튜브는,
    포화증기압공간의 압력에 의하여 상기 몸체부 내부에 수용된 작동유체가 밀려나되, 밀려난 작동유체가 상기 수위조절관으로 유입되어, 포화증기압 및 대기압 간의 기압차와 상기 수위조절관 내 작동유체 높이가 평형을 이루도록 이루어져,
    사이펀 원리에 의하여 상기 몸체부 및 상기 수위조절관 내 수위가 조절되는 것을 특징으로 하는 사이펀 튜브.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 사이펀 튜브는,
    상기 수위조절관 하부에 연통 구비되어 외부로 작동유체를 배출하거나 외부로부터 작동유체를 유입받는 수위조절유로;
    상기 수위조절유로의 개폐 또는 개방 정도를 조절하는 수위조절밸브;
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사이펀 튜브.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 사이펀 튜브는,
    상기 저온분사관에서 분사되는 작동유체의 유량이 조절되어,
    상기 고온체로부터 상기 저온체로의 열전달량이 조절되는 것을 특징으로 하는 사이펀 튜브.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 사이펀 튜브는,
    이상유동 열전달이 이루어지고 있는 상태에서,
    상기 고온분사관에서 상대적으로 고온의 작동유체가 분사되어 상기 저온체에 접촉되어 응축됨에 따라 상기 고온체 주변으로부터 생성된 증기가 상기 저온체에 접촉되어 응축되는 것을 방해하여, 상기 고온체로부터 상기 저온체로의 열전달이 억제됨으로써,
    상기 고온체로부터 상기 저온체로의 열전달량이 조절되는 것을 특징으로 하는 사이펀 튜브.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 고온체 및 상기 저온체는,
    내부에 열교환매체가 흐르는 열유체적 열전달장치이거나,
    열전소자를 포함하여 이루어지는 전기적 열전달장치인 것을 특징으로 하는 사이펀 튜브.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 사이펀 튜브는,
    상기 몸체부 바닥으로부터 상측 방향으로 연장되되 상측 끝단이 상기 몸체부 천장과 이격되도록 형성되는 격벽;
    을 더 포함하여 이루어지며,
    상기 격벽에 의하여 나누어지는 공간 중 선택되는 어느 한 공간으로 상기 고온공간이 형성되고, 나머지 공간으로 상기 저온공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 사이펀 튜브.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 사이펀 튜브는,
    상기 몸체부 하부에 구비되며, 일단은 상기 고온공간과 연통되고 타단은 상기 저온공간과 연통되도록 이루어지는 유량조절통로;
    상기 유량조절통로의 개폐 또는 개방 정도를 조절하는 유량조절밸브;
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사이펀 튜브.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 사이펀 튜브는,
    상하 방향으로 연장되며 하부가 개방된 통 형상으로 형성되어 상기 몸체부 내에 구비되는 증기유도관;
    을 더 포함하여 이루어지며,
    상기 증기유도관의 상부 공간으로 상기 고온공간이 형성되고, 하부 공간으로 상기 저온공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 사이펀 튜브.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 증기유도관은,
    상기 고온공간 및 상기 저온공간 사이에서 상대적으로 직경이 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 사이펀 튜브.
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