KR100306513B1 - A cooling pipe for improving cooling efficient in thermoelectric element and a cooler using thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열전 소자를 이용한 냉방 장치에 관한 것으로써 특히 열전 소자의 냉각 효율을 극대화 시켜 실용적인 이용이 가능하도록 열전 소자의 흡열면측에 냉각관을 구성하여 이루어진 냉각관을 이용한 냉방장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling device using a thermoelectric element, and more particularly, to a cooling device using a cooling tube formed by configuring a cooling tube on the heat absorbing surface side of the thermoelectric element to maximize the cooling efficiency of the thermoelectric element for practical use.
본 발명은 열전 소자의 흡열부인 냉각부의 열교환 효율을 개선하여 냉각 효율을 증진시키는 냉각관을 제공하고 이 냉각관을 이용한 냉방장치를 제공하며, 열전 소자의 발열부와 흡열부의 열량을 신속하게 이동 시켜 열 역류 현상을 방지하여 실용적으로 사용이 가능한 냉방장치를 제공하고자, 내 압력 관내에 냉매(13)를 봉입하여 관내에서 외기에 의하여 기화되고 열전 소자(20)의 냉각부에 의하여 액화되어 순환되도록 이루어진 냉각관(10)을 형성하고, 상기 냉각관은 내벽 주연에는 냉매(13)가 모세관 현상에 의하여 주벽을 타고 순환될 수 있도록 미세공을 갖는 금속 격자(11)를 내장하여 이루고, 상기와 같은 냉각관(10)을 열전 소자 모듈(20M)의 냉각부에 형성하는 것과, 열전 소자의 발열부에는 수냉식 냉각 챔버(24)를 형성하는 것과, 상기 열전 소자를 포함하는 냉각부와 발열 부분을 진공의 덕트(26)로 밀폐 결합하는 것과, 상기 수랭식 냉각 챔버를 경유한 냉각수를 라디에이터(41)와 순환 펌프(43)로써 순환 경로를 형성하고, 상기 냉각관의 일측 배후에 냉풍을 송출하는 송풍 팬(30)을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a cooling tube that improves the heat exchange efficiency of the cooling unit, which is a heat absorbing portion of the thermoelectric element, to improve the cooling efficiency, and provides a cooling device using the cooling tube, and quickly moves the heat quantity of the heat generating portion and the heat absorbing portion of the thermoelectric element. In order to provide a cooling device that can be used practically to prevent the thermal backflow phenomenon, by enclosing the refrigerant 13 in the pressure tube inside the tube is vaporized by the outside air and liquefied and circulated by the cooling unit of the thermoelectric element 20 The cooling tube 10 is formed, and the cooling tube is formed by embedding a metal grid 11 having micropores so that the refrigerant 13 circulates through the main wall by a capillary phenomenon at the inner wall periphery. The tube 10 is formed in the cooling portion of the thermoelectric element module 20M, the heat generating portion of the thermoelectric element forms the water-cooled cooling chamber 24, and the thermoelectric element is included. Sealingly coupling the cooling unit and the heat generating portion to the vacuum duct 26, and forming a circulation path with the radiator 41 and the circulation pump 43 through the cooling water passing through the water-cooled cooling chamber, and one side of the cooling tube. It is characterized by forming a blowing fan (30) for sending cold air at the rear.
Description
본 발명은 열전 소자를 이용한 냉방 장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는열전 소자의 흡열면측에 냉각효율이 우수한 냉각관을 구성하므로서 열전 소자의 냉각 효율을 증진시켜 그 실용적인 이용이 가능하도록한 열전 소자의 냉각 효율을 증진시키는 냉각관과 이 냉각관을 이용한 냉방장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling device using a thermoelectric element, and more particularly, to a thermoelectric element that has a cooling tube having excellent cooling efficiency on the heat absorbing surface side of the thermoelectric element, thereby improving the cooling efficiency of the thermoelectric element and enabling its practical use. The present invention relates to a cooling tube and a cooling device using the cooling tube to improve the cooling efficiency of the cooling tube.
일반적으로 냉방을 이루는 장치로써 통칭 에어컨이 있다.Generally, air conditioning is a device for achieving cooling.
상기 에어컨은 보통 냉매 가스를 사용하되, 냉매를 기화시켜 주변 열을 흡수하는 것에 의하여 소정의 냉각을 이루고 이 냉각된 부분에 공기를 강제적으로 송풍함으로써 냉풍을 형성하는 것으로 잘 알려져 있다.The air conditioner is generally known to use a refrigerant gas to achieve a predetermined cooling by vaporizing the refrigerant to absorb ambient heat and to form cold air by forcibly blowing air to the cooled portion.
상기와 같은 냉매 사이클은 압축기의 펌프 작용으로 냉매가 응축기에서 고압으로 액화되고, 이 액화된 냉매가 팽창 밸브를 통하여 증발기(흡열부)에서 증발되고 다시 응축되어 순환되는 것이다.In the refrigerant cycle as described above, the refrigerant is liquefied at a high pressure in the condenser by the pumping action of the compressor, and the liquefied refrigerant is evaporated in the evaporator (heat absorber) through an expansion valve and condensed again and circulated.
이러한 냉매 사이클을 이루는 냉방(냉각)장치로써는 냉장고, 에어컨 등이 있다.As the cooling (cooling) device constituting such a refrigerant cycle, a refrigerator, an air conditioner, and the like.
상기와 같은 냉매 사이클이 수반되는 냉각 장치에 있어서는 프레온 가스인 냉매와, 이 냉매를 기화시키거나 액화시키기 위한 가압 설비가 필요하며, 가스의 유출을 방지하기 위하여 상당한 구조적인 안정성이 요구된다.In the cooling apparatus accompanying such a refrigerant cycle, the refrigerant which is Freon gas, and the pressurization apparatus for vaporizing or liquefying this refrigerant are required, and considerable structural stability is required in order to prevent the outflow of gas.
또한, 그 설치 시공이 비대해 지고, 전문 기술이 요하는 등의 문제와, 소음, 진동이 심하고 전력의 소모가 매우 큰 단점이 있다.In addition, there is a problem that the installation construction is enlarged, requires a professional technology, and the like, noise, vibration is severe and power consumption is very large.
더우기, 최근에는 상기 냉매로 이용되던 프레온 가스가 환경 파괴 물질로 지목되어 그 사용이 제한되고 있는 실정이지만, 이를 계속적으로 사용하는 이유는 적합한 대체 기술이 마련되지 못하였기 때문이다.Moreover, although the use of the Freon gas used as the refrigerant has recently been pointed out as an environmentally damaging material and its use is limited, the reason for using it continuously is that no suitable alternative technology is provided.
이러한 냉각 사이클을 이용하지 아니하고도 단지 전기적인 열 전자 작용에 의하여 흡열을 하거나 발열을 하는 열전 소자가 이미 오래전에 개발되었다.Even without using such a cooling cycle, thermoelectric elements that endothermic or generate heat only by electric thermoelectric action have been developed long ago.
상기 열전 소자는 펠티에(peltier)효과에 의하여 상호 접촉된 두 금속 또는 반도체 사이에 전류를 흘려주면, 그 접합점 일측에서는 주울열 이외의 열이 발생하며 타측에서는 열의 흡수가 이루어지는 현상으로 발생 또는 흡수되는 열량 Q = πI 로써 인가하는 전류에 비례하는 것으로 알려져 있다.(π는 펠티에 계수, I는 전류)When the thermoelectric element flows current between two metals or semiconductors which are in contact with each other by a peltier effect, heat other than Joule heat is generated at one side of the junction and heat absorption is generated or absorbed due to absorption of heat at the other side. Q = πI is known to be proportional to the current applied (π is the Peltier coefficient, I is the current).
상기와 같은 열전 소자를 이용하여 종래에도 여러 냉방, 냉각 장치가 제안된 바 있다.Various cooling and cooling devices have been proposed in the related art by using the thermoelectric element as described above.
도 1에 도시된 바와 같은 일본국 공개 실용 신안 공보 소62-120126호의 냉풍기가 제안된바 있다.A cold air blower of Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-120126 as shown in Fig. 1 has been proposed.
이는 열전 소자(50)의 양측면에 열 흡수판(52)과 열 방출판(54)을 형성하고 각각의 흡수판과 방출판에 팬(53,55)을 결합하여 공랭식 라디에이터를 이루고 이 라디에이터를 경유하는 팬(53)의 송풍으로 냉풍을 형성하도록 이루어져 있다.It forms a heat absorbing plate 52 and a heat dissipation plate 54 on both sides of the thermoelectric element 50, and combines the fan (53, 55) to each absorbing plate and the discharge plate to form an air-cooled radiator and pass through the radiator It is made to form cold air by blowing the fan 53.
그러나 이러한 종래 기술에 의하면 냉방 능력에 한계가 있고 사용 전력에 비하여 그 효율이 현저하게 떨어지는 단점이 있어 실용화되기에 문제가 있다.However, according to the conventional technology, there is a problem in that the cooling capacity is limited and its efficiency is considerably lowered compared to the power used.
본 발명자가 실험해 본 바에 의하더라도 열전 소자를 이용하여 냉방 장치를 구성하는 경우에서의 제한점은 에너지 효율이 가장 큰 문제점으로 대두되고 있다.Even if the present inventors experimented, the limitation in the case of configuring a cooling device using a thermoelectric element has emerged as the biggest problem of energy efficiency.
상기와 같은 종래 기술의 경우에는 열전 소자의 발열 부분의 온도를 적절히 낮게 유지하지 못하므로 써 일정 시간이 경과하면 열의 역류 현상이 발생하게되고 이에 의하여 열을 흡수하는 냉각측은 그 기능이 저하됨을 피할 수 없다.In the case of the prior art as described above, since the temperature of the heat generating portion of the thermoelectric element may not be kept properly low, a reverse flow phenomenon occurs after a certain time, and thus the cooling side absorbing heat may avoid deteriorating its function. none.
따라서 상기 종래 기술은 사실상 사용이 불가하다.Thus, the prior art is virtually impossible to use.
상기 문제점을 고려하여 또 다른 제안이 안출된 바 있다.In view of the above problems, another proposal has been made.
국내 실용신안 공고 제 89-3821호 열전 소자를 내장한 냉온풍기, 특허 공개 제 96-41912호 열전 냉방 장치 및 특허 공개 제 97-22000호 열전 냉온 소자를 이용한 냉방장치 등이 공지되 있다.Korean Utility Model Publication No. 89-3821, a hot and cold fan with a thermoelectric element, a Korean Patent Publication No. 96-41912, a thermoelectric cooling device, and a Korean Patent Publication No. 97-22000, a cooling device using a thermoelectric cooling device are known.
실용 공고 제 89-3821호의 경우에는 전, 후면에 그릴이 형성된 냉, 온풍기 본체의 내부 저면으로부터 구동 휠에 의해 물탱크에 하부가 잠긴 상태로 회전하는 펠트가 장치되고 그 후방으로 공기 순환용 팬이 장착된 것에 있어서, 전면으로 닥트와 연결되며 후면으로 배기호스가 연결된 하부 방열판 조립체와 상부 방열판 사이 펠티어 효과를 지닌 열전 소자를 볼트 체결한 상태로 물탱크 중앙 하부에 구성하여 이루어 진 것이다.In the practical publication No. 89-3821, a felt is provided which rotates with the lower part locked in the water tank by the driving wheel from the inner bottom of the main body of the cold and hot air fan having grills formed at the front and the rear, and the fan for the air circulation at the rear thereof. In the mounting, the thermoelectric element having a Peltier effect between the lower heat sink assembly and the upper heat sink connected to the duct in the front and the exhaust hose connected to the rear is bolted and configured in the center of the water tank.
상술한 고안의 경우에는 물탱크에 담겨진 물의 잠열을 이용하여 실내를 냉방 또는 온방하는 것으로써 상기 물을 펠트에적셔서 펠트를 회전시켜 가면서 펠트를 통과하도록 공기를 유통시켜 물의 기화로써 소정의 냉방 또는 난방 효과를 얻도록 작용한다.In the above invention, by cooling or warming the room by using latent heat of water contained in the water tank, the water is immersed in the felt and the air is circulated through the felt while rotating the felt, thereby cooling or heating a predetermined cooling or heating by vaporization of water. It works to get the effect.
그러나 이러한 종래 기술에 따르면 물탱크의 물이 열전 소자에 의하여 냉각될 때 반대로 열전 소자의 발열 부분은 지속적으로 온도 저하를 유지시켜야만 냉각을 위한 흡열이 효율적으로 이루어지게 되나 출구측 그릴의 일부 공기를 바이 패스시켜 냉각에 이용하는 구조로써는 흡열부와 발열부간의 열 역류가 발생함을 피할 수 없고 따라서 실용적으로 적용하는데는 많은 문제가 있다.However, according to the related art, when the water in the water tank is cooled by the thermoelectric element, the heat generating portion of the thermoelectric element must continuously maintain the temperature drop, so that the endotherm for cooling is efficiently achieved. As a structure used for cooling by passing, heat backflow between the heat absorbing portion and the heat generating portion cannot be avoided, and thus there are many problems in practical application.
또한 실내 가습을 필연적으로 수반하므로 써 습도를 배제하여야 하는 경우에는 사용이 불가능한 단점이 있다.In addition, since indoor humidity is inevitably involved, it is impossible to use it when it is necessary to exclude humidity.
상기 특허 공개 제 96-41912호는 전열 밀도가 높고 방열이 곤란한 열전 냉각 소자를 이용하여 단속적 구동과 위크 및 물탱크를 채택으로 연속적으로 냉풍을 발생시킬 수 있는 냉방장치인 것을 특징으로 창안된 것이다.Patent Publication No. 96-41912 is a cooling device that can generate cooling air continuously by adopting intermittent driving, wick and water tank by using a thermoelectric cooling element having high heat density and difficult heat dissipation.
이 공개된 특허의 경우에는 열전 소자의 열 역류에 따른 냉방 효율 저하를 방지하고자 소자에 인가되는 전원을 단속적으로 공급하여 발열부의 지나친 온도 상승을 방지하고, 동시에 전원 차단 시에도 냉풍을 지속적으로 공급하기 위하여 물이 담긴 위크를 냉각(동결)시켜 열전 소자의 발열부 냉각을 위한 전원 차단 시간에는 위크에 물이 증발하는 증발열에 의하여 냉방을 실현하도록 작용한다.In the case of this published patent, in order to prevent cooling efficiency deterioration due to thermal backflow of the thermoelectric element, by supplying power applied to the element intermittently to prevent excessive temperature rise of the heat generating unit, and at the same time to continuously supply cold air even when the power is cut off. In order to cool (freeze) the wick containing water, the power-on time for cooling the heat generating part of the thermoelectric element serves to realize cooling by evaporative heat of evaporation of water in the wick.
이러한 경우에는 열전 소자의 발열부 냉각을 위하여 단속적으로 전원을 공급하는 것이어서 외기가 높은 장소에서는 희망하는 시간 내에 소자의 표면 온도 저하가 어렵고 동시에 위크의 물이 상온으로 환원되는 시간은 급속하게 짧아져 상기 희망의 작용을 이룰 수 없게 되어 실용적인 냉방 장치로의 사용이 불가함을 알 수 있다.In this case, since the power is intermittently supplied for cooling the heat generating portion of the thermoelectric element, it is difficult to reduce the surface temperature of the element within a desired time in a place where the outside air is high, and at the same time, the time for reducing the water of the wick to room temperature is rapidly shortened. It can be seen that the use of a practical cooling device is impossible because the desired function cannot be achieved.
또한, 전술한 특허 공개 제 97-22000호의 경우를 살펴보면, 이는 열전 소자의 양쪽 표면에 물이 순환할 수 있도록 된 일체형의 방열판을 구성하고 이 방열판의 양단에 고무 호스와 펌프를 연결하여 냉풍 또는 온풍을 발생하는 열 교환기(라디에이터)에 상기 물을 순환되도록 연결 구성하여 이루어진 것이다.In addition, in the case of the aforementioned Patent Publication No. 97-22000, it constitutes an integrated heat sink that allows water to circulate on both surfaces of the thermoelectric element, and connects a rubber hose and a pump to both ends of the heat sink to cool or warm air. It is made by configuring the connection to circulate the water to a heat exchanger (radiator) to generate a.
이러한 기술에 따르면 어느 정도의 시간까지는 순환되는 물에 의하여 열전소자의 표면 온도 냉각이 가능하지만 시간이 경과하면서 점차 그 효율이 저하됨을 피할 수 없게되어 실용화가 어렵다. 그 이유는 냉방 열의 이동이 물이라는 매체를 통하여 간접적으로 전달되고 이 온도 저하된 물을 열 교환기를 통해 냉풍으로 발생시키게 되어 소비 전력 대비 열 효율이 극히 저조하여 실용화가 안되는 것이다.According to this technique, it is possible to cool the surface temperature of the thermoelectric element by water circulating up to a certain time, but its efficiency is inevitably lowered over time, making it difficult to use. The reason is that the movement of cooling heat is indirectly transmitted through a medium called water, and the temperature lowered water is generated as cold air through a heat exchanger, so that the thermal efficiency is very low compared to power consumption, and thus it is not practical.
상술한 모든 선원 기술들의 공통적인 문제점은 소비 전력에 비하여 열 효율이 낮다는 점과, 열의 역류에 의하여 지속적인 소자의 운용이 어렵다는 점이다.Common problems of all the above-mentioned source technologies are that thermal efficiency is lower than power consumption, and that continuous operation of the device is difficult due to backflow of heat.
한편, 특허공개 96-31929호에서는 간이냉장고 및 선풍기의 열교환장치를 개시하고 있는데, 이는 열전소자의 온열판측에는 방열판을 부착하고, 냉열판측에는 열교환실이 내장된 알미늄판을 접설하여 냉매액이 충진된 연결관으로서 흡열기를 연결하되, 상기 연결관은 7~9°의 경사도를 유지하므로서, 냉매액의 자연대류를 이루도록 하였다.On the other hand, Patent Publication No. 96-31929 discloses a heat exchanger for a simple refrigerator and a fan, in which a heat sink is attached to a heating plate side of a thermoelectric element, and an aluminum plate with a heat exchange chamber is attached to a cold plate to fill a refrigerant liquid. The endotherm is connected as a connection tube, but the connection tube maintains an inclination of 7 to 9 ° to achieve natural convection of the refrigerant liquid.
이는 온열판에 부착된 방열판에 의해 온열판의 온도상승을 줄이도록 하고, 상기 흡열판의 열교환실과 흡열기를 연결하는 연결관내의 냉매액을 순환시켜 흡열기에 의해 흡수된 열을 냉매액을 통해 열교환실에서 열교환하여 흡열판에 전달하므로서, 흡열기에 의한 냉각 및 냉방효율을 높이도록 한 것이었다.This is to reduce the temperature rise of the heat plate by the heat sink attached to the heat plate, and circulate the refrigerant liquid in the connection pipe connecting the heat exchange chamber and the heat absorber of the heat absorbing plate to heat exchange the heat absorbed by the heat absorber through the refrigerant liquid By exchanging heat in the chamber and transferring it to the heat absorbing plate, the cooling and cooling efficiency by the heat absorber was increased.
그러나, 상기한 열교환장치는 상기 온열판측에는 단순히 방열판만을 구비한 구조로 그 효과를 극대화할 수 없는 단점이 있고,However, the heat exchanger has a disadvantage in that the heat sink is simply provided with only a heat sink on the side of the heat sink, and the effect thereof cannot be maximized.
또한, 상기 흡열기에 의해 흡열된 열을 냉매액이 연결관을 통해 열교환실로 이동하는 과정이 원활하지 못해 흡열기의 효과를 극대화할 수 없게 된다.In addition, the process of moving the heat absorbed by the heat absorber into the heat exchange chamber through the connection pipe is not smooth, and thus the effect of the heat absorber cannot be maximized.
다시말하면, 액체상태의 냉매로서, 단순히 흡열된 냉매액이 단일의 연결관을통해 열교환실로 이동하기 이전에 저온의 냉매액에 열을 빼앗겨 버리므로 열교환실까지 그 열을 운반하여 교환하는 과정을 반복하지 못하게 되는 것이다.In other words, as the liquid refrigerant, the heat absorbed by the low temperature refrigerant liquid before the endothermic refrigerant liquid simply moves to the heat exchange chamber through a single connection tube, and thus transfers and exchanges the heat to the heat exchange chamber. You will not be able to.
즉, 상기 냉매액을 통해 단순히 흡열을 전달하는 정도를 갖게 되므로, 그 전달과정에서 열손실이 발생하여 열교환을 효과적으로 이루지 못하게 되는 것이다.That is, since the endotherm is simply transferred through the refrigerant liquid, heat loss occurs in the transfer process, thereby preventing heat exchange.
또한, 상기 연결관을 경사를 이루어 자연대류에 의한 열전달을 높이도록 하고 있으나 그 효과는 크게 개선되지 못하므로 근본적인 방법의 개선이 요구되는 것이다.In addition, the connection pipe is inclined to increase heat transfer due to natural convection, but the effect is not greatly improved, and thus an improvement of the fundamental method is required.
따라서, 흡열기에 의한 냉방 및 냉각효과를 극대화하지는 못하는 문제를 여전히 갖게 되는 것이다.Therefore, there is still a problem that does not maximize the cooling and cooling effect by the heat absorber.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 모든 기술이 갖는 제반 문제점을 해소하고자 안출된 것으로써 열전 소자의 흡열부인 냉각부의 열교환 효율을 개선하여 냉각 효율을 증진시키는 냉각관을 제공하고 이 냉각관을 이용한 냉방장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve all the problems of the prior art as described above to provide a cooling tube to improve the heat exchange efficiency of the cooling unit, which is an endothermic portion of the thermoelectric element to improve the cooling efficiency and cooling using the cooling tube The purpose is to provide a device.
본 발명은 열전 소자의 발열부와 흡열부의 열량을 신속하게 이동시키고,열 전소자의 발열부와 흡열부 사이를 진공 상태로 형성하여 열 전달을 극소화하여 열의 역류나 전도를 방지하므로서, 효율을 극대화하는 냉방장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention quickly moves the heat of the heat generating portion and the heat absorbing portion of the thermoelectric element, and forms a vacuum between the heat generating portion and the heat absorbing portion of the thermoelectric element to minimize heat transfer to prevent heat backflow or conduction, thereby maximizing efficiency The purpose is to provide a cooling device.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명은 내 압력 관내에 액화 암모니아를 봉입하여 관내에서 외기에 의하여 기화되고 열전 소자의 냉각부에 의하여액화되어 순환하되, 내벽 주연에는 액화 암모니아가 모세관 현상에 의하여 주벽을 타고 순환될 수 있도록 미세공을 갖는 금속격자망을 내장한 냉각관과;The present invention for realizing the above object is encapsulated liquefied ammonia in the inner pressure tube is vaporized by the outside air in the tube and liquefied and circulated by the cooling unit of the thermoelectric element, liquefied ammonia by the capillary phenomenon on the inner wall periphery A cooling tube incorporating a metal grid having micropores to circulate along the circumferential wall;
일측 배후에 냉풍을 송출하는 송풍 팬을 형성하는 상기 냉각관을 열전 소자 모듈의 냉각부에 형성하고, 열전 소자의 발열부에는 수냉식 냉각 챔버를 형성하며, 상기 열전 소자를 포함하는 냉각부와 발열 부분을 진공의 덕트로 밀폐 결합하되, 상기 수랭식 냉각 챔버를 경유한 냉각수를 열 교환기와 순환 펌프로써 순환 경로를 형성하는 냉각장치에 의해 달성된다.The cooling tube for forming a cooling fan for transmitting cold air at one side is formed in the cooling unit of the thermoelectric element module, the heat generating portion of the thermoelectric element to form a water-cooled cooling chamber, the cooling unit and the heat generating portion including the thermoelectric element Is sealed by a vacuum duct, and is achieved by a cooling device for forming a circulation path by means of a heat exchanger and a circulation pump of cooling water via the water-cooled cooling chamber.
도1은 종래도로써 냉풍기 구조를 도시한 구성도.1 is a configuration diagram showing a cold air structure as a conventional view.
도2는 본 발명에 따른 냉각관의 구성을 도시한 구성도.Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a cooling tube according to the present invention.
도3은 도2의 요부 확대 부분 단면구성도.3 is an enlarged partial cross-sectional view of the main portion of FIG.
도4는 도2의 냉각관을 적용한 일 실시 예로써의 냉방 장치를 도시한 구성도.Figure 4 is a block diagram showing a cooling apparatus as an embodiment to which the cooling tube of Figure 2 is applied.
도5는 도4의 요부 발췌 단면 구성도.5 is a cross-sectional view of the main portion taken out of FIG.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **
10 : 냉각관 11 : 금속 격자 13 : 냉매10 cooling tube 11 metal grid 13 refrigerant
15 : 흡열판 20 : 열전 소자 20M : 모듈15: heat absorbing plate 20: thermoelectric element 20M: module
20a, 20b : 플레이트 22 : 전도 플레이트 24 : 냉각챔버20a, 20b: plate 22: conduction plate 24: cooling chamber
30, 40 : 팬30, 40: fan
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술 사상에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다.Hereinafter, the technical spirit of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 첨부도면 도 2 내지 도 3에 의한 본 발명의 냉각관은 다음과 같다.First, the cooling tube of the present invention according to the accompanying drawings 2 to 3 are as follows.
냉각관(10)은 열 전도가 우수한 금속재의 관체로 이루어지며 관체 양단이 폐쇄된 내압관체로 이루어진다.The cooling tube 10 is made of a metal tube having excellent heat conduction and is made of a pressure-resistant tube whose both ends are closed.
상기 내압관체 내부의 주연에는 세공(細孔)이 형성된 금속 격자(11)를 내주 벽면에 접하도록 삽입하고, 관체 내에 냉매(13)로써 액화 암모니아를 고압 충진하고 밀폐 봉입하여 이루어진다.The inner periphery of the pressure vessel is inserted into a metal grid 11 having pores in contact with the inner circumferential wall surface, and the liquid ammonia is filled with a high pressure with a refrigerant 13 and sealed in the tube.
또한, 상기 냉각관(10)에는 열 방출용 흡열판(15)을 적층하여 이루어질 수도 있다.In addition, the cooling tube 10 may be formed by stacking the heat absorbing plate 15 for heat release.
상기 냉각관(10)은 상온의 온도에 노출되어 냉풍을 발생하도록 열 교환을 이루는 흡열부(10a)와 열전 소자의 냉각부에 매입되어 기화된 냉매를 다시 액화 상태로 환원시키기 위한 방열부(10b)로 나뉘어 작용하게 된다.The cooling tube 10 is exposed to the temperature of the room temperature is a heat absorbing portion (10a) for heat exchange to generate a cold air and a heat radiation portion (10b) for reducing the vaporized refrigerant back to the liquefied state is embedded in the cooling portion of the thermoelectric element Will be divided into).
즉, 펠티어 효과에 의하여 열전 소자(20)에 전원이 인가되면 일측면은 흡열하여 표면이 차가워지는 냉각부가 형성되고 타측면은 방열하여 표면이 뜨거워지는 발열부가 형성되는데, 상기 열전 소자의 냉각부인 알미늄재의 열전도체에 본 발명의 냉각관을 열 전달이 가능하도록 긴밀하게 결합한다.That is, when the power is applied to the thermoelectric element 20 by the Peltier effect, one side of the thermoelectric element 20 absorbs heat to form a cooling part that cools the surface, and the other side of the heat dissipation part forms a heat generating part that heats the surface of the aluminum. The cooling tube of the present invention is tightly coupled to the heat conductor of the ash to enable heat transfer.
상기와 같이 결합된 냉각관은 내부에 대략 3℃ 이하에서 액화 상태가 유지되는 암모니아의 냉매(13)가 주입되어 있어 주변의 상온 공기에서 열을 흡수하면서 비등점에 이르게 되면 상온의 공기로부터 흡입한 열량을 가지고 기화되어 관의 상부로 이동하게 된다.Cooling pipes combined as described above are injected with a refrigerant 13 of ammonia maintained in a liquefied state at about 3 ° C. or lower therein, and absorbs heat from ambient temperature air and reaches a boiling point, where the amount of heat sucked from the air at room temperature is reached. It vaporizes and moves to the top of the tube.
이때, 상기 냉각관(10)의 내부와 벽면의 온도차에 따른 압력 차가 발생하고 이 압력 차로 인하여 상기 외기를 흡열한 냉매기체는 중앙의 통로를 주로 이용하여 상부로 이동하게 되고, 냉각관의 내주 벽면과는 접촉을 하지 아니하게 되어 냉각관의 벽면으로 흐르는 액화 상태로 환원되는 유체와 접촉없이 흡열된 열을 그대로 상부로 이동시키게 되는 것이다.At this time, a pressure difference occurs according to a temperature difference between the inside of the cooling tube 10 and the wall surface, and the refrigerant gas that absorbs the outside air due to the pressure difference moves to an upper portion mainly using a central passage, and an inner circumferential wall surface of the cooling tube 10. It is not in contact with the to move the endothermic heat as it is without contact with the fluid is reduced to the liquefied state flowing to the wall surface of the cooling tube as it is.
상기 외기를 흡열하여 기화된 기체는 열전 소자(20)의 냉각부에 의하여 열 운반 기체의 잠열량이 모두 흡열되어 잠열을 잃은 유체는 다시 액화 상태로 환원된다.The gas vaporized by absorbing the outside air is absorbed by the cooling unit of the thermoelectric element 20 to absorb all of the latent heat of the heat carrier gas, and the fluid which loses the latent heat is reduced to a liquefied state again.
이 액화 상태의 유체는 상기 설명한 바와 같이 냉각관의 내부 벽면에 설치된 세공(細孔)을 갖는 금속 격자와 이 금속 격자가 내벽면과 형성하는 미세 간극에 의하여 모세관 현상이 발생되어 액화 유체는 기화된 기체와 그 유동 경로가 구획되어이동 하게되어 원활한 순환이 보장된다.As described above, the liquid in the liquefied state has a capillary phenomenon caused by the metal lattice having pores provided on the inner wall of the cooling tube and the micro gap formed by the metal lattice. The gas and its flow path are partitioned and moved to ensure smooth circulation.
이와 동시에 상기 환원되는 유체는 세공을 통하여 이동중 외기를 흡열하여 기화될 수도 있으며 대다수는 흡열을 하면서 이동되어 냉각관의 하부에 응집될 수도 있다.At the same time, the reduced fluid may be vaporized by absorbing outside air during movement through the pores, and the majority of the fluid may be moved while absorbing heat and aggregated under the cooling tube.
상기 사이클을 계속적으로 반복하여 열전 소자 흡열부인 냉각부는 큰 흡열 효과를 얻게 되고, 따라서 유체의 상 변화로 인하여 외기를 흡열할 수 있는 열량이 증대되어 종래 기술들에 비할 때 열응답력이 큰 장점이 있다.By repeatedly repeating the cycle, the cooling unit, which is a thermoelectric element absorbing portion, obtains a large endothermic effect, and thus, the amount of heat capable of absorbing the outside air due to the phase change of the fluid is increased, and thus, the thermal response force is large when compared with the conventional technologies. .
이러한 본 발명의 냉각관(10)을 경유한 외기는 외기와의 접촉 면적을 증대시키는 흡열판(15)에 의하여 단시간 내에 많은 열량을 흡수하는 작용을 하게 되는 것이다.The outside air via the cooling tube 10 of the present invention is to absorb a large amount of heat within a short time by the heat absorbing plate 15 to increase the contact area with the outside air.
다음은 첨부도면 도 4 및 도 5를 참조하여, 상기 열전 소자의 냉각 효율을 증진시키는 냉각판을 이용하여 이루어지는 일 실시 예로써의 냉방장치 구성에 대하여 살펴보기로 한다.Next, with reference to the accompanying drawings Figures 4 and 5, the configuration of a cooling apparatus as an embodiment made by using a cooling plate to improve the cooling efficiency of the thermoelectric element.
냉방 장치는 다수의 열전 소자(20)를 사이에 두고 플레이트(20a,20b)를 상하로 접합하여 이루어진 열전 소자 모듈(20M)을 마련하고, 상기 모듈의 하부 플레이트(20b)에 냉각관(10)을 삽입 고정 할 수 있는 설치공(22)을 다수 형성한 전도 플레이트(22)를 긴밀하게 결합한다.The cooling device provides a thermoelectric element module 20M formed by joining the plates 20a and 20b up and down with a plurality of thermoelectric elements 20 interposed therebetween, and the cooling tube 10 on the lower plate 20b of the module. It is closely coupled to the conductive plate 22 formed a number of installation holes 22 that can be inserted and fixed.
상기 전도 플레이트(22)의 설치공(22a) 내에는 암모니아 액화 냉매를 충진한 본 발명의 냉각관(10)을 결합하고 이 냉각관(10)의 사이를 잇는 박판의 흡열판(15)을 다수로 적층하여 이룬다.In the installation hole 22a of the conductive plate 22, a plurality of heat absorbing plates 15 of the thin plate which couple the cooling tube 10 of the present invention filled with ammonia liquefied refrigerant and connect the cooling tube 10 to each other. Laminated by
또한, 상기 상부 플레이트(20a)의 상부에는 냉각수의 흐름을 유도하며 냉각수 유입구(24a)와 유출구(24b)가 마련된 냉각챔버(24)를 긴밀하게 결합한다.In addition, the upper portion of the upper plate (20a) induces the flow of the cooling water and the cooling chamber 24 is provided with the cooling water inlet 24a and the outlet 24b is tightly coupled.
상기 열전 소자 모듈(20M)을 포함하는 냉각 챔버(24)의 양단과, 상기 냉열 전도 플레이트(22)의 양단을 폐쇄하는 복층의 단열 덕트(26)를 격자형으로 마련하고 이 덕트의 내부를 진공 상태로 형성하여 냉각 유니트(200)를 이룬다.Both ends of the cooling chamber 24 including the thermoelectric module 20M, and a multi-layered insulating duct 26 for closing both ends of the cold heat conductive plate 22 are provided in a lattice shape, and the inside of the duct is vacuumed. Formed to form a cooling unit 200.
상기 단열 덕트(26)의 일측에는 외부로 노출된 냉각관을 경유하는 공기 흐름을 갖도록 냉풍 발생용 팬(30)을 마련하고 상기 냉각 챔버(24)의 냉각수 유출구(24b)로부터 냉각팬(40)을 구비한 라디에이터(41)로 관 연결하여 이루며, 라디에이터(41)를 경유한 냉각수는 냉각수 탱크(42)와 순환 펌프(43)를 통하여 상기 냉각 챔버(24)의 유입구(24a)에 결합하여 순환회로를 구성한다.One side of the adiabatic duct 26 is provided with a cooling air generating fan 30 to have an air flow through the cooling pipe exposed to the outside and the cooling fan 40 from the cooling water outlet 24b of the cooling chamber 24. It is made by connecting to the radiator 41 provided with, the cooling water via the radiator 41 is coupled to the inlet 24a of the cooling chamber 24 through the cooling water tank 42 and the circulation pump 43 and circulated Configure the circuit.
미설명된 부호 45는 냉각 유니트(200)와 냉각수 회로를 수용하는 하우징을 나타낸다.Unexplained reference numeral 45 denotes a housing for receiving the cooling unit 200 and the cooling water circuit.
상기 설명한 바와 같은 열전 소자의 냉각 효율을 증진시키는 냉각관을 이용한 본 발명의 냉방장치는 열전 소자(20)에서 발생되는 열을 효율적으로 분산 전도함으로써 에너지 효율을 증진시킬 수 있다.The cooling apparatus of the present invention using a cooling tube that improves the cooling efficiency of the thermoelectric element as described above can enhance energy efficiency by efficiently conducting and conducting heat generated from the thermoelectric element 20.
즉, 열전 소자는 기본적으로 흡열에의한 냉각부와 방열에 의한 발열부가 양면에 존재한다. 이러한 냉각부와 발열부의 온도를 소자의 외부로 즉시 전도하여 소자의 표면 온도를 상온에 가깝도록 열 이동을 시킬 필요가 있으며 이러한 열 이동의 효율이 곧 열전 소자 실용화의 관건인 것이다.That is, in the thermoelectric element, a cooling part by heat absorption and a heat generating part by heat dissipation are basically present on both sides. It is necessary to conduct the heat transfer so that the surface temperature of the device is near to room temperature by immediately conducting the temperature of the cooling unit and the heating unit to the outside of the device, and the efficiency of the heat transfer is the key to the practical use of the thermoelectric device.
상기 냉방장치에 의하면 열전 소자 모듈(20M)에 일정한 전압을 가하면 소자의 하측 표면이 흡열을 하게되고 이 흡열에 의하여 전도 플레이트(22)는 저온의 상태가 된다.According to the cooling device, when a constant voltage is applied to the thermoelectric element module 20M, the lower surface of the element heats up and the heat conduction plate 22 is brought into a low temperature state by the heat absorption.
상기 플레이트가 저온의 상태가 되면서 이 플레이트(22)의 설치공(22a)에 결합된 냉각관(10) 역시 저온의 열 전달이 이루어지는바, 외부 흡열판(15)에 외기가 접촉되면서 외기의 온도에 의하여 냉각관(10)의 하부는 상부에 비하여 온도 상승이 비교적 빨리 일어나게 되고 이에 냉각관에 봉입된 암모니아 냉매가 기화되게된다.As the plate is in a low temperature state, the cooling pipe 10 coupled to the installation hole 22a of the plate 22 also performs low temperature heat transfer. As the outside air contacts the external heat absorbing plate 15, the temperature of the outside air is maintained. As a result, the lower portion of the cooling tube 10 has a temperature rise relatively faster than that of the upper portion, and the ammonia refrigerant encapsulated in the cooling tube is vaporized.
상기 암모니아 냉매의 상변화에 의하여 기화된 유체는 냉각관의 상부로 이동하고 저온의 플레이트(22)에 가까워지면서 상승된 유체는 잠열을 플레이트에 모두 전달을 하고, 이에 기화된 유체는 응축되어 액화 상태로 환원되어 냉각관(10)의 내주벽과 금속 격자(11)사이의 미세 간극에 의한 모세관 현상에 의하여 관의 하부로 이동하는 순환이 이루어진다.The fluid vaporized by the phase change of the ammonia refrigerant moves to the upper portion of the cooling tube and approaches the low temperature plate 22, and the elevated fluid transfers all of the latent heat to the plate, and the vaporized fluid condenses to form a liquefied state. It is reduced to the circulation is moved to the lower portion of the tube by the capillary phenomenon caused by the micro-gap between the inner circumferential wall of the cooling tube 10 and the metal lattice (11).
이러한 암모니아 냉매의 상변화에 따른 순환에 의하여 열 전달이 보다 효과적으로 이루어지게 되는 것이다.The heat transfer is more effectively performed by the circulation according to the phase change of the ammonia refrigerant.
이러한 다수의 냉각관을 열전 소자 모듈(20M)의 흡열부에 형성하므로 써 열전달이 매우 빠르고 결국 외기의 온도를 신속하게 낮추어 냉방 효율을 증가시키는 것이다.Since a plurality of such cooling tubes are formed in the heat absorbing portion of the thermoelectric element module 20M, heat transfer is very fast and eventually lowers the temperature of the outside air to increase cooling efficiency.
이때 상기 열전 소자 모듈(20M)의 상부면인 발열부에 접한 플레이트(22a)는 발열된 온도에 의하여 외기보다 높게 상승된 표면 온도를 나타내게 되고, 이 열을 냉각 챔버(24)에 전도하며, 냉각 챔버(24)는 그 내부를 순환하는 냉각수에 의해 전도된 열을 라디에이터(41)로 운반하여 소자 표면 온도를 저하시키도록 작용한다.At this time, the plate 22a in contact with the heat generating portion, which is the upper surface of the thermoelectric element module 20M, exhibits a surface temperature elevated higher than the outside air due to the generated heat, and conducts this heat to the cooling chamber 24, thereby cooling. The chamber 24 serves to carry the heat conducted by the coolant circulating therein to the radiator 41 to lower the element surface temperature.
여기서 상기 열전 소자의 양 표면 온도를 상온에 가깝도록 신속하게 방열하거나 흡열하게하는 것이 소자의 효율과 실용화를 위하여 특히 필요하며 이러한 열의 이동이 신속하게 이루어지지 아니하면 열은 역류를 시작하여 발열부의 열이 흡열부로 이동되어 소자의 특성이 저하됨으로 사용이 불가능해진다.In this case, it is particularly necessary for the efficiency and practical use of the device to rapidly radiate or endotherm both surface temperatures of the thermoelectric element close to room temperature. It is moved to this heat absorbing portion, and the characteristics of the element are deteriorated, making it impossible to use.
상기와 같은 열의 역류에 대비하여 열전소자 모듈(20M)에 상하로 접합된 열전도 매체인 냉각 챔버(24)와 플레이트(22)에는 덕트(26)가 형성되어 있으며 이 덕트내부는 진공 상태로 봉합하여 공기 밀도를 극소로 하므로 써 열적 접촉 면적은 넓히면서도 발열부측과 흡열부측의 상호 열 이동 매개체가 될 수 있는 공기를 배제한 진공으로 형성한다.In preparation for the reverse flow of heat as described above, a duct 26 is formed in the cooling chamber 24 and the plate 22, which are thermally conductive medium bonded up and down to the thermoelectric module 20M, and the inside of the duct is sealed in a vacuum state. By minimizing the air density, the thermal contact area is widened and vacuum is formed without any air that can be a mutual heat transfer medium between the heat generating side and the heat absorbing side.
따라서, 진공의 열전도 차단 작용에 의하여 다른 단열재를 이용하는 것에 비하여 극히 단열 효과가 우수하고, 이로써 열의 역류나 양측의 열 이동에 의한 효율 저하가 방지된다.Therefore, compared with using another heat insulating material by the heat conduction blocking action of a vacuum, the heat insulation effect is extremely excellent, and the backflow of heat and the efficiency fall by heat transfer of both sides are prevented by this.
상기 라디에이터(41)는 냉방 장치로 사용 될 경우에 실외에 형성하는 것이 바람직하며 이 경우 단순히 냉각수관을 연장하거나 설치하는 작업에 의하여 극히 용이하게 설치 할 수 있으며, 또한 이전 설치 역시 종래 냉매 사이클을 갖는 냉방 장치에 비하여 극히 용이하다.The radiator 41 is preferably formed outdoors when used as a cooling device. In this case, the radiator 41 may be easily installed by simply extending or installing a cooling water pipe, and the previous installation may also have a conventional refrigerant cycle. It is extremely easy compared to a cooling device.
이상에서 상세하게 살펴본 바와 같은 본 발명에 의하면, 열전 소자의 흡열부인 냉각부의 열교환 효율을 개선한 냉각관을 형성하고, 이 냉각관에 봉입된 암모니아 냉매와 이 냉매의 상변화에 따른 열 전달에 의하여 열 교환 효율이 증대되어 냉방 효율이 높아지는 효과가 있다.According to the present invention as described in detail above, by forming a cooling tube to improve the heat exchange efficiency of the cooling unit, which is an endothermic portion of the thermoelectric element, by ammonia refrigerant encapsulated in the cooling tube and the heat transfer according to the phase change of the refrigerant The heat exchange efficiency is increased to increase the cooling efficiency.
또한, 본 발명은 열전 소자의 발열부와 흡열부의 열량을 신속하게 이동시켜고, 발열부와 흡열부의 열 이동을 진공으로 차단하여 열 역류 현상을 방지하므로서, 실용적인 에너지 효율을 얻을 수 있는 등의 효과를 갖는 것이다.In addition, the present invention can quickly move the heat amount of the heat generating portion and the heat absorbing portion of the thermoelectric element, and prevents the heat backflow phenomenon by blocking the heat transfer of the heat generating portion and the heat absorbing portion in a vacuum, thereby obtaining practical energy efficiency and the like. To have.
마지막으로 본 발명은 냉방 장치로써의 일 실시예만을 설명하고 있으나, 라디에이터를 실내에 설치 사용하는 경우에는 난방 장치로도 사용이 가능하며 이러한 경우에 있어서도 열전 소자의 흡열부는 열 전달 효율이 높을수록 난방 효율이 증대되므로 본 발명의 적용이 가능하게 된다.Lastly, the present invention describes only one embodiment as a cooling device. However, when the radiator is installed and used indoors, the present invention can also be used as a heating device. In this case, the heat absorbing portion of the thermoelectric element has a higher heat transfer efficiency. Since the efficiency is increased, the present invention can be applied.
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