JP2016017737A - Ted熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、TED熱交換器に関する。【解決手段】内部に流体通路が形成されたチューブ形状を有する冷却チューブと放熱チューブからなり、冷却チューブと放熱チューブが複数個設けられて連続して配置されるにあたり、冷却チューブと放熱チューブが交互に配置されているプレート部と、冷却チューブの入口と出口にそれぞれ連結されている冷却流入タンクおよび冷却吐出タンクと、放熱チューブの入口と出口にそれぞれ連結されている放熱流入タンクおよび放熱吐出タンクと、冷却面と放熱面からなり、冷却チューブと放熱チューブとの間ごとに配置され、冷却面が冷却チューブに面着し、放熱面が放熱チューブに面着している熱電素子と、を含む、TED熱交換器が開示される。【選択図】図1

Description

本発明は、冷却性能を高め、放熱性能をも著しく高めることができる新概念の熱電素子(TED: Thermo-Electric Device)熱交換器に関する。
本発明は、冷却性能を高め、放熱性能をも著しく高めることができる新概念のTED熱交換器に関する。
熱電素子は、冷却面と放熱面からなり、電気的な信号によって冷却面と放熱面との温度差を人為的に生成することができる。また、電気の極性を変える場合には、冷却面と放熱面の役割が変わる。
近年、かかる熱電素子を用いた熱交換器について様々な概念が提示されているが、熱電素子の便利性とシステムの簡略化に対して、熱交換器自体の性能が裏付けられていない。
すなわち、熱電素子の場合、放熱が十分に行われるときに冷却性能も確保されることができるが、放熱の性能に限界があり、そのため、電力の使用に対して冷却性能が十分でなかった。
前記の背景技術として説明した事項は、本発明の背景に関する理解を深めるためのものであって、本技術分野における通常の知識を有する者に、公知の従来技術に該当することを認めるものと受け入れられてはならない。
韓国特開2014‐0000865号公報
本発明は、冷却性能を高め、放熱性能をも著しく高めることができる新概念のTED熱交換器を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するための本発明によるTED熱交換器は、内部に流体通路が形成されたチューブ形状を有する冷却チューブと放熱チューブからなり、冷却チューブと放熱チューブが複数個設けられて連続して配置されるにあたり、冷却チューブと放熱チューブが交互に配置されているプレート部と、冷却チューブの入口と出口にそれぞれ連結されている冷却流入タンクおよび冷却吐出タンクと、放熱チューブの入口と出口にそれぞれ連結されている放熱流入タンクおよび放熱吐出タンクと、冷却面と放熱面からなり、冷却チューブと放熱チューブとの間ごとに配置され、冷却面が冷却チューブに面着し、放熱面が放熱チューブに面着している熱電素子と、を含む。
冷却チューブの入口と出口は、冷却チューブの長さ方向の中心を基準として互いに反対側に位置するように形成されていることができる。
放熱チューブの入口と出口は、放熱チューブの長さ方向の中心を基準として互いに反対側に位置するように形成されていることができる。
冷却チューブと放熱チューブは、入口または出口がチューブの長さ方向の中心を基準として互いに反対側に位置するように形成されていることができる。
冷却流入タンクまたは冷却吐出タンクは、放熱流入タンクまたは放熱吐出タンクとチューブの長さ方向の中心を基準として互いに反対側で隣接して配置されて、それぞれの冷却チューブまたは放熱チューブの入口または出口と連結されていることができる。
放熱チューブの複数の入口は、放熱流入タンクにともに連結されていることができる。
放熱チューブの複数の出口は、放熱吐出タンクにともに連結されていることができる。
複数の冷却チューブは、冷却流入タンクまたは冷却吐出タンクを介して入口と出口が互いに連通することで、複数の冷却チューブが連続する一連の流路を形成することができる。
複数の冷却チューブは、一側に流体が流れる第1冷却セットと他側に流体が流れる第2冷却セットとに分けられ、第1冷却セットと第2冷却セットは、入口と出口の配置が互いに反対方向に構成されていることができる。
第1冷却セットの入口は、冷却流入タンクまたは冷却吐出タンクにおいて第2冷却セットの出口と連通し、第1冷却セットの出口は、冷却流入タンクまたは冷却吐出タンクにおいて第2冷却セットの入口と連通していることができる。
第1冷却セットまたは第2冷却セットは、流体が最初に流入される入口または最終的に吐出される出口の場合、相対側の冷却セットと連通しないことができる。
冷却流入タンクと冷却吐出タンクは、冷却チューブの端部にそれぞれ連結され、冷却流入タンクと冷却吐出タンクの内部には隔壁が設けられて、流体が第1冷却セットと第2冷却セットを連続して流れるジグザグの流路を形成することができる。
上述のような本発明のTED熱交換器によれば、熱電素子を用いた熱交換器において冷却流体の温度を十分に下げることができ、且つ、放熱流体は迅速に排出されるようにすることで熱電素子の性能が著しく上昇することができる。これにより、全体的な熱交換器の性能係數(COP: Coefficient of Performance)性能が非常に大きく増大する。
本発明の実施例によるTED熱交換器の斜視図である。 本発明の実施例によるTED熱交換器の冷却側を示す図である。 本発明の実施例によるTED熱交換器の放熱側を示す図である。 本発明の実施例によるTED熱交換器のチューブと熱電素子を示す図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。
図1は本発明の実施例によるTED熱交換器の斜視図であり、図2は本発明の実施例によるTED熱交換器の冷却側を示す図であり、図3は本発明の実施例によるTED熱交換器の放熱側を示す図であり、図4は本発明の実施例によるTED熱交換器のチューブと熱電素子を示す図である。
本発明によるTED熱交換器は、内部に流体通路が形成されたチューブ形状を有する冷却チューブ100と放熱チューブ200からなり、冷却チューブ100と放熱チューブ200は複数個設けられて連続して配置されるにあたり、冷却チューブ100と放熱チューブ200が交互に配置されているプレート部と、冷却チューブ100の入口と出口にそれぞれ連結されている冷却流入タンク310および冷却吐出タンク320と、放熱チューブ200の入口と出口にそれぞれ連結されている放熱流入タンク410および放熱吐出タンク420と、冷却面と放熱面からなり、冷却チューブ100と放熱チューブ200との間ごとに配置され、冷却面が冷却チューブ100に面着し、放熱面が放熱チューブ200に面着している熱電素子500と、を含む。
図4はチューブと熱電素子を示すものであり、本発明のプレート部は、複数のチューブからなり、そのチューブは、冷却チューブ100と放熱チューブ200とに分けられる。各チューブは、内部に流体通路が形成されたチューブ形状を有しており、図4に示すように、上下一対のプレート10が結合して内部空間を形成し、内部空間には流体と熱交換するピン20が設けられ、これらは、ろう付け法などの方法によって結合することができる。
一方、冷却チューブ100と放熱チューブ200は、それぞれ図2および図3のように複数個が設けられて連続して配置される。また、図1のように結合した全体の状態では、冷却チューブ100と放熱チューブ200が交互に配置される。
このように交互に配置された冷却チューブ100と放熱チューブ200との間ごとに熱電素子500が図4のように配置される。図1の場合には、熱電素子が隠れて見えないが、冷却チューブ100と放熱チューブ200との間ごとに熱電素子500が設けられることは、図4を参照すると容易に把握することができる。また、熱電素子500の冷却面は冷却チューブ100に面着し、放熱面は放熱チューブ200に面着することで、冷却チューブ100を流れる流体は、上下に配置された熱電素子500の冷却面を介して十分に冷却され、反対に、放熱チューブ200を流れる流体は、上下の熱電素子500の放熱面を介して放熱する。
また、図1から図3のように、冷却チューブ100の入口101と出口102は、冷却チューブ100の長さ方向の中心aを基準として互いに反対側に位置するように形成されることができる。また、放熱チューブ200の入口201と出口202は、放熱チューブ200の長さ方向の中心bを基準として互いに反対側に位置するように形成されることができる。これにより、冷却チューブ100と放熱チューブ200を流れる流体は、流路が斜線に形成されることで、全体面積を十分に流動して伝導されることができる。また、放熱チューブ200の入口201を冷却チューブ100の出口102側に位置させることで、最終的に吐出される冷却流体が最大限に冷却した状態を維持することができる。
図1のように冷却チューブ100と放熱チューブ200は、入口または出口がチューブの長さ方向の中心a、bを基準として互いに反対側に位置するように形成されることができる。また、冷却流入タンク310または冷却吐出タンク320は、放熱流入タンク410または放熱吐出タンク420とチューブの長さ方向の中心a、bを基準として互いに反対側で隣接して配置されて、それぞれの冷却チューブ100または放熱チューブ200の入口または出口と連結されることができる。かかる構成により、熱交換器の厚さ方向にコンパクトなサイズを実現することができ、且つ、流体が全面積を均一に循環することができる。
一方、図3のように、放熱チューブ200の複数の入口201は、放熱流入タンク410にともに連結されることができる。また、放熱チューブ200の複数の出口202は、放熱吐出タンク420にともに連結されることができる。これにより、放熱のための放熱流体は、一側の入口201から同時に流入され他側の出口202を介して同時に吐出されて直線の複数の流路を形成することで流速が速くなり、それにより迅速な放熱を行うことができ、放熱される熱量を最大限に連れて行くことができる。
一方、図2のように冷却の場合には、複数の冷却チューブ100は、冷却流入タンク310または冷却吐出タンク320を介して入口と出口が互いに連通することで、複数の冷却チューブ100が連続する一連の流路を形成することができる。すなわち、放熱の場合、複数の平行な流路により、速い流速と多くの流量および放熱を図る一方、冷却の場合には、流路がジグザグにつながるようにして、連続冷却に冷却を加えることで、流量と流速は小さいもののそれだけ冷却が増加するようにする。
具体的に、複数の冷却チューブ100は、一側に流体が流れる第1冷却セットAと、他側に流体が流れる第2冷却セットBとに分けられ、第1冷却セットAと第2冷却セットBは、入口と出口の配置が互いに反対方向に構成されることができる。
また、第1冷却セットAの入口は、冷却流入タンク310または冷却吐出タンク320において第2冷却セットBの出口と連通し、第1冷却セットAの出口は、冷却流入タンク310または冷却吐出タンク320において第2冷却セットBの入口と連通することができる。ただし、第1冷却セットAまたは第2冷却セットBは、流体が最初に流入される入口または最終的に吐出される出口の場合、相対側の冷却セットと連通しないようにする。
このために、冷却流入タンク310と冷却吐出タンク320は、冷却チューブ100の端部にそれぞれ連結され、冷却流入タンク310と冷却吐出タンク320の内部には隔壁314、324が設けられて、流体が第1冷却セットAと第2冷却セットBを連続して流れるジグザグの流路を形成する。
すなわち、図1および図2に示す実施例の場合、冷却流入タンク310と冷却吐出タンク320の互いに異なる位置にそれぞれ隔壁314、324が一つずつ設けられて、第1冷却セットA‐第2冷却セットB‐第1冷却セットAの流路が形成されることができるようにする。かかる過程により冷却流体は連続冷却されて、最終の吐出冷却流体の温度が非常に低くなる一方、放熱流体は、複数の平行な流路を介してより速い放熱を実現し、最終的に熱交換器の性能が非常に優秀になるようにする。
一方、冷却流入タンク310と冷却吐出タンク320を設け、これに隔壁314、324を設ける方法もあるが、複数の冷却流入タンクまたは冷却吐出タンクを設け、一つの流路を形成する方法もある。すなわち、冷却流入タンクまたは冷却吐出タンクを複数のタンクに分けて設計することで、隔壁により分けられる効果と同じ効果を奏することができる。ただし、この場合には、部品が増大し、組立工数が増加する欠点がありうる。
上述のような本発明のTED熱交換器によれば、熱電素子を用いた熱交換器において冷却流体の温度を十分に下げることができ、且つ、放熱流体は迅速に排出されるようにすることで熱電素子の性能が著しく上昇することができる。これにより、全体的な熱交換器のCOP性能が非常に大きく増大する。
本発明は、特定の実施例について図示して説明しているが、以下の特許請求の範囲によって提供される本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に改良および変化できることは、当業界における通常の知識を有する者にとって自明であろう。
100 冷却チューブ
200 放熱チューブ
500 熱電素子

Claims (12)

  1. 内部に流体通路が形成されたチューブ形状を有する冷却チューブと放熱チューブからなり、冷却チューブと放熱チューブが複数個設けられて連続して配置されるにあたり、冷却チューブと放熱チューブが交互に配置されているプレート部と、
    冷却チューブの入口と出口にそれぞれ連結されている冷却流入タンクおよび冷却吐出タンクと、
    放熱チューブの入口と出口にそれぞれ連結されている放熱流入タンクおよび放熱吐出タンクと、
    冷却面と放熱面からなり、冷却チューブと放熱チューブとの間ごとに配置され、冷却面が冷却チューブに面着し、放熱面が放熱チューブに面着している熱電素子と、を含む、TED熱交換器。
  2. 冷却チューブの入口と出口は、冷却チューブの長さ方向の中心を基準として互いに反対側に位置するように形成されていることを特徴とする、請求項1に記載のTED熱交換器。
  3. 放熱チューブの入口と出口は、放熱チューブの長さ方向の中心を基準として互いに反対側に位置するように形成されていることを特徴とする、請求項1に記載のTED熱交換器。
  4. 冷却チューブと放熱チューブは、入口または出口がチューブの長さ方向の中心を基準として互いに反対側に位置するように形成されていることを特徴とする、請求項1に記載のTED熱交換器。
  5. 冷却流入タンクまたは冷却吐出タンクは、放熱流入タンクまたは放熱吐出タンクとチューブの長さ方向の中心を基準として互いに反対側で隣接して配置されて、それぞれの冷却チューブまたは放熱チューブの入口または出口と連結されていることを特徴とする、請求項4に記載のTED熱交換器。
  6. 放熱チューブの複数の入口は、放熱流入タンクにともに連結されていることを特徴とする、請求項1に記載のTED熱交換器。
  7. 放熱チューブの複数の出口は、放熱吐出タンクにともに連結されていることを特徴とする、請求項1に記載のTED熱交換器。
  8. 複数の冷却チューブは、冷却流入タンクまたは冷却吐出タンクを介して入口と出口が互いに連通することで、複数の冷却チューブが連続する一連の流路を形成することを特徴とする、請求項1に記載のTED熱交換器。
  9. 複数の冷却チューブは、一側に流体が流れる第1冷却セットと他側に流体が流れる第2冷却セットとに分けられ、第1冷却セットと第2冷却セットは、入口と出口の配置が互いに反対方向に構成されていることを特徴とする、請求項1に記載のTED熱交換器。
  10. 第1冷却セットの入口は、冷却流入タンクまたは冷却吐出タンクにおいて第2冷却セットの出口と連通し、第1冷却セットの出口は、冷却流入タンクまたは冷却吐出タンクにおいて第2冷却セットの入口と連通していることを特徴とする、請求項9に記載のTED熱交換器。
  11. 第1冷却セットまたは第2冷却セットは、流体が最初に流入される入口または最終的に吐出される出口の場合、相対側の冷却セットと連通しないことを特徴とする、請求項10に記載のTED熱交換器。
  12. 冷却流入タンクと冷却吐出タンクは、冷却チューブの端部にそれぞれ連結され、冷却流入タンクと冷却吐出タンクの内部には隔壁が設けられて、流体が第1冷却セットと第2冷却セットを連続して流れるジグザグの流路を形成することを特徴とする、請求項11に記載のTED熱交換器。
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