KR101063248B1 - 분리형 히트파이프를 이용한 미세동력 폐열 회수 시스템 - Google Patents

분리형 히트파이프를 이용한 미세동력 폐열 회수 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101063248B1
KR101063248B1 KR1020110053630A KR20110053630A KR101063248B1 KR 101063248 B1 KR101063248 B1 KR 101063248B1 KR 1020110053630 A KR1020110053630 A KR 1020110053630A KR 20110053630 A KR20110053630 A KR 20110053630A KR 101063248 B1 KR101063248 B1 KR 101063248B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
working fluid
evaporator
air
heat
condenser
Prior art date
Application number
KR1020110053630A
Other languages
English (en)
Inventor
강신범
Original Assignee
(주)동양테크놀로지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)동양테크놀로지 filed Critical (주)동양테크놀로지
Priority to KR1020110053630A priority Critical patent/KR101063248B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101063248B1 publication Critical patent/KR101063248B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00—Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—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
    • 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
    • F28D15/0266—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 with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—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
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

본 발명은 폐열 회수 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 분리형 히트파이프를 이용하여 열전달 효율이 우수할 뿐만 아니라, 두 종류의 열교환유체가 멀리 떨어진 경우에도 덕트와 이송휀 구비없이 열의 수송이 가능하며, 미세동력 및 저전력으로 우수한 열교환 능력을 발휘할 수 있는 폐열 회수 시스템에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명에 따른 폐열 회수 시스템은 써모사이펀으로 구성되는 증발부와 응축부를 구비하여, 증발부에서 고온의 실내공기로부터 열을 흡수하여 작동유체가 증발되며, 응축부에서는 비교적 저온의 실외공기가 증발된 작동유체로부터 열을 흡수 가열되어 실내로 공급되도록 구성되며, 상기 증발부와 응축부 사이의 증기상승관과 액체하강관에는 각각 마이크로펌프가 구비되며, 상기 증발부와 응축부의 각 상부헤더와 하부헤더에는 유체가속수단이 구비된다.

Description

분리형 히트파이프를 이용한 미세동력 폐열 회수 시스템{WASTE HEAT RECOVERY SYSTEM USING SEPARATED HEAT-PIPE}
본 발명은 폐열 회수 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 분리형 히트파이프를 이용하여 열전달 효율이 우수할 뿐만 아니라, 두 종류의 열교환유체가 멀리 떨어진 경우에도 덕트와 이송휀 구비없이 열의 수송이 가능하며, 미세동력 및 저전력으로 우수한 열교환 능력을 발휘할 수 있는 폐열 회수 시스템에 관한 것이다.
현재 세계는 고갈되어 가고 있는 지구 에너지자원을 다변화하고 기존 에너지에 대한 절약의식이 고조되고 있는 반면, 생활수준의 향상으로 쾌적한 생활공간을 추구함에 따라 냉난방 설치율은 날고 증가되고 있으며, 특히 냉난방기의 설치가 매년 급격히 증가하게 되어 에너지 수요가 증가하고 있는 실정이다. 이에 따라, 하절기에는 냉방용 전력 소비량이 급증하여 전력예비율이 최저에 도달하게 되어 공장 등 대규모 전기 수요처에 대한 제한송전이 이루어지는 단계에까지 이르렀고, 국가적 사회적으로 하절기 전력수급에 큰 불균형을 초래하고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 하절기 전력 첨두부하에 맞추어 신규발전소를 증설하는 방안이나 대체 에너지를 개발하는 방안들이 논의되고 있으나, 이러한 발전소의 증설이나 대체 에너지의 개발에는 많은 비용, 시간 및 노력이 요구된다. 따라서, 현실적으로 에너지 문제를 대처하기 위한 가장 빠르고 손쉬운 방법은 에너지 절약 및 폐에너지 회수 전략이라 할 것이다.
이 중, 폐에너지 회수 방법의 일환으로써, 공장 기타 건물이나 주택 등에서 산업용 또는 난방용으로 사용되고 버려지는 폐열을 회수하여 재사용할 수 있는 폐열 회수 장치에 대한 연구 및 개발이 지속적으로 수행되고 있다. 폐열 회수 장치는산업용 또는 난방용으로 사용되고 버려지는 고온 공기의 열에너지를 저온의 외부 공기와 교환함으로써 외부 공기를 다시 가열하는데 소요되는 에너지를 절감할 수 있는 장치이다. 이러한 고온 공기와 저온 공기간의 에너지 교환을 위해 상기 폐열 회수 장치는 열교환기를 구비한다.
이러한 열교환기로써 판형 열교환기와 회전형 열교환기 등이 주로 사용되어 왔는데, 판형 열교환기의 경우 열전달 효율이 우수하기는 하나 대용량 환기 시스템에서는 사용하기가 불가능하고, 회전형 열교환기의 경우 대용량 환기 시스템에서는 사용이 가능하긴 하나 누설율이 높아 열전달 효율이 떨어지고 로터의 회전을 위한 모터와 구동모터의 유지 관리가 필요하다는 단점이 있어 왔다. 또한, 기존 열교환기를 사용하면, 대형 공장이나 건물 등 폐열이 배출되는 곳과 예열된 급기의 사용처가 멀리 떨어져 있으면 큰 덕트로 연결하고 다수의 휀과 모터를 이용하여 사용하고자 하는 곳까지 예열된 급기를 이동시켜야 하므로 큰 동력이 요구되어 전력 소모가 증가하는 단점이 존재하였다.
한편, 열전달 효율을 증대시키고 누설율을 낮추기 위한 방법으로 히트파이프를 이용한 열교환기 시스템이 제안되었다. 도 1 에는 이러한 히트파이프식 열교환기를 이용한 폐열 회수 장치가 개략적으로 도시된다. 도시된 바와 같이, 히트파이프식 열교환기를 이용한 폐열 회수 장치는, 상부헤더(1)와 하부헤더(2) 사이에 다수의 히트파이프(3)를 설치하고 중앙을 격판(4)으로 막아 배기되는 실내공기와 새로 유입되는 외부공기를 상호 격리시키고 히트파이프(3) 일측에서의 증발 및 타측에서의 응축 작용을 이용하여 열 교환이 이루어지도록 구성한 것이다.
보다 구체적으로, 히트파이프(3)는 관체 내벽에 유체의 모세응집력을 형성하는 윅(3a;wick)이 구비되고, 물이나 프레온과 같은 작동유체를 주입한 후 진공처리하여 외부 공기와의 접촉에 의해 내부 작동유체의 증발과 응축이 용이하게 일어나도록 함으로써 열교환 효율을 높인 것이다. 더 구체적으로 설명하면, 도시된 바와 같이, 증발부(A)에서는 히트파이프(3) 내부의 작동유체가 비교적 고온인 실내공기(예컨대, 24℃)에 의해 증발되어 증기상태로 히트파이프(3) 내부 중앙에서 상승하고, 응축부(B)에서는 증발된 고온의 작동유체가 비교적 저온인 외부공기(예컨대, 0℃)와 접촉하면서 열을 빼앗겨 액상으로 응축된 후 윅(3a)을 통하여 다시 증발부(A)로 복귀되며, 실내공기는 열에너지를 얻어 온도가 상승하게 된다(예컨대, 10℃). 그리고, 응축되어 액상으로 변화된 후 복귀된 저온의 작동유체는 증발부(A)에서 다시 고온의 실내공기에 의해 증발되고, 이러한 동작의 반복에 의해 실내공기와 외부공기의 지속적인 열교환이 가능하게 된다.
이러한 히트파이프를 이용한 열교환기의 경우, 실내공기와 외부공기가 서로 격리되어 있기 때문에 누설율이 매우 낮고, 내부가 진공으로 유지되어 실내공기 및 외부공기의 미세한 온도차에 의해서도 작동유체의 증발과 응축이 쉽게 일어나 열전달 효율이 높다는 장점이 존재한다. 그러나, 이러한 히트파이프는 일체형으로 구성되기 때문에 역시 큰 공장이나 건물등 대용량 환기 시스템에서의 적용이 어렵다는 단점은 여전히 해결되지 못하였다 할 것이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 폐열 회수 장치의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 열에너지의 누설율이 낮고 열전달 효율이 높으며, 저동력 및 저전력으로 대용량 환기 시스템에서 효과적으로 적용이 가능한 폐열 회수 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐열 회수 시스템은, 비교적 고온의 실내공기를 흡입후 냉각시켜 실외로 배기시키되, 흡입측에 실내공기를 흡입하기 위한 환기휀이 구비되고, 내부에 작동유체가 저장된 다수의 써모사이펀 관체로 구성되며 상하부에 각각 상부헤더와 하부헤더가 연결된 증발관이 구비되어, 상기 증발관이 고온의 실내공기와 접촉시 써모사이펀 내부의 작동유체가 실내공기로부터 열을 흡수하여 실내공기는 냉각되고 작동유체는 증기상으로 증발되는 증발부와; 비교적 저온의 실외공기를 흡입후 가열하여 실내로 공급하되, 상기 증발부보다 높은 위치에 설치되고, 흡입측에 실외공기를 흡입하기 위한 외기휀이 구비되고, 내부에 작동유체가 저장된 다수의 써모사이펀 관체로 구성되며 상하부에 각각 상부헤더와 하부헤더가 연결된 응축관이 구비되어, 상기 응축관이 저온의 실외공기와 접촉시 실외공기가 응축관 내부의 작동유체로부터 열을 흡수하여 가열되고 작동유체는 액상으로 응축되는 응축부와; 일단은 상기 증발부의 상부헤더에 연결되고 타단은 상기 응축부의 상부헤더에 연결되어, 증발부에서 증기상으로 증발된 작동유체가 응축부로 상승 이동되는 증기상승관과; 일단은 상기 응축부의 하부헤더에 연결되고 타단은 상기 증발부의 하부헤더에 연결되어, 응축부에서 액상으로 응축된 작동유체가 증발부로 하강 이동되는 액체하강관과; 상기 증기상승관 및 액체하강관에 각각 설치되어 이동되는 작동유체를 가압 펌핑하는 마이크로펌프와; 상기 증발부 및 응축부의 각 상부헤더 및 하부헤더내에서 진동파를 발생시켜 작동유체의 이송을 가속시키는 유체가속수단과; 상기 환기휀과 외기휀 및 마이크로펌프와 유체가속수단의 작동을 제어하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 증발관 및 응축관 외주면에는 흡입되는 공기가 와류를 일으키도록 유도하는 다수의 와류핀이 구비되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 유체가속수단은 상기 증발부 및 응축부의 각 상부헤더 및 하부헤더 외측 외벽에 구비되는 다수의 펠티에소자와; 상기 증발부 및 응축부의 각 상부헤더 및 하부헤더 외측 내벽에 다수개가 부착되며, 온도에 따라 형상이 변경되는 형상기억합금으로 구성되어, 상기 펠티에소자의 주기적인 흡열 및 발열 작용에 따라 좌우로 스윙됨에 따라 진동파를 형성하여 작동유체의 이송을 가속시키는 이송날개를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 실내측 및 실외측에는 각각 실내공기온도센서와 실외공기온도센서가 추가로 구비되며, 상기 제어부는 실내공기온도센서와 실외공기온도센서로부터 각각 실내공기 및 실외공기의 온도 감지값을 전달받고, 상기 온도 감지값에 근거하여 마이크로펌프의 구동모터 회전수와 환기휀 및 외기휀 모터의 회전수를 제어하여 작동유체의 펌핑량과 실내공기 및 외부공기의 흡입량을 조절한다.
또한, 상기 제어부는 유체가속수단의 펠티에소자에 흐르는 전류의 방향을 일정 주기로 변경시켜 냉각 및 가열을 반복 수행하도록 하고, 전류의 세기를 조절하여 형상기억합금으로 구성된 이송날개의 반복적인 진동을 유발하여 작동유체의 이송속도 및 이송량을 조절한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 폐열 회수 시스템은, 열에너지의 누설율이 낮고 열전달 효율이 높으며, 마이크로펌프와 펠티에소자를 이용하여 작은 에너지로 대용량 환기 시스템에서 효과적인 작동유체의 이송을 보장할 수 있으며, 실내 및 실외 온도에 따라 작동유체의 이송량과 공기 흡입량을 조절함으로써 열교환 효율을 극대화하고 실내공기를 최적의 조건으로 유지할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1 종래 일체형 히트파이프를 이용한 폐열 회수 장치의 개략도,
도 2 는 본 발명에 따른 분리형 히트파이프를 이용한 폐열 회수 시스템의 개략도,
도 3 은 본 발명에 따른 폐열 회수 시스템 중 유체가속수단의 상세도,
도 4 는 본 발명에 따른 분리형 히트파이프를 이용한 폐열 회수 시스템의 제어 계통 구성도이다.
이하, 첨부된 도면과 바람직한 실시예를 참조로 본 발명에 따른 분리형 히트파이프를 이용한 폐열 회수 시스템의 구성 및 작용에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 분리형 히트파이프를 이용한 폐열 회수 시스템은 증발부(A), 응축부(B), 증기상승관(80), 액체하강관(90), 유체가속수단(30) 및 제어부(100)를 포함한다.
증발부(A)는 배기되는 고온의 공기가 열에너지를 빼앗기고, 작동유체가 열에너지를 공급받아 증발되는 부분으로, 증발부하우징(10)과 증발관(20)을 포함한다.
증발부하우징(10)은 내부에 증발관(20)이 설치되는 수용공간이 형성된 함체로서, 일측에 고온의 공기(예컨대, 겨울철 난방된 실내공기)가 환기를 위해 흡입 유입되는 환기구가 구비되고, 타측에는 흡입된 실내공기가 열교환후 외부로 배출되는 배기구가 구비된다.
그리고, 상기 환기구의 외측에는 환기 대상이 되는 고온의 공기를 흡입하기 위한 환기휀(12)이 구비된다. 여기서, 상기 환기휀(12)은 구동모터로서 BLDC 모터를 사용하는 것이 바람직하다.
증발관(20)은 내부에 물 또는 프레온과 같은 작동유체가 수용되며 내부는 진공으로 유지되는 관체로서, 윅을 구비하지 않는 히트파이프, 즉, 써모사이펀(thermo siphon)으로 구성되며, 고온의 공기에 의해 열에너지를 전달받아 내부 작동유체가 증기상으로 증발되어 이동함으로써 배출되는 고온의 공기로부터 열을 회수하는 부분이다.
증발관(20)은 증발부하우징(10) 내부에 다수개가 설치되되, 환기구와 배기구 사이를 가로지르도록 수직 배치되며, 상하부에는 각 증발관(20)에 작동유체를 분배하거나 각 증발관(20)으로부터 전달되는 작동유체를 통합하여 일시 저장하기 위한 상부헤더(24) 및 하부헤더(28)가 구비되며, 외주면에는 고온의 공기와의 접촉 면적 및 시간을 늘려 열교환효율을 증가시키도록 고온 공기의 와류를 형성하기 위한 다수의 와류핀(22)이 구비되는 것이 바람직하다.
응축부(B)는 환기를 위해 실내로 유입되는 저온의 공기가 작동유체로부터 열에너지를 공급받아 가열되고, 작동유체는 열에너지를 빼앗겨 액체상으로 응축되는 부분으로, 응축부하우징(40)과 응축관(50)을 포함한다.
응축부하우징(40)은 내부에 응축관(50)이 설치되는 수용공간이 형성된 함체로서, 일측에 저온의 공기(예컨대, 겨울철 난방되지 않은 실외공기)가 환기를 위해 흡입 유입되는 외기흡입구가 구비되고, 타측에는 흡입된 실외공기가 열교환후 실내로 공급되는 급기구가 구비된다.
그리고, 상기 외기흡입구의 외측에는 환기를 위해 새롭게 유입되는 저온의 실외 공기를 흡입하기 위한 외기휀(42)이 구비된다. 여기서, 상기 외기휀(42)은 BLDC 모터에 구동되는 것이 바람직하다.
응축관(50)은 내부에 물 또는 프레온과 같은 작동유체가 수용되며 내부는 진공으로 유지되는 관체로서, 윅을 구비하지 않는 히트파이프, 즉, 써모사이펀(thermo siphon)으로 구성되며, 저온의 공기가 의해 고온의 증기상 작동유체로부터 열에너지를 전달받아 가열되고 내부의 증기상 작동유체는 열에너지를 빼앗겨 저온의 액체상으로 냉각 응축되는 부분이다.
응축관(50)은 응축부하우징(40) 내부에 다수개가 설치되되, 외기흡입구와 급기구 사이를 가로지르도록 수직 배치되며, 상하부에는 각 응축관(50)에 작동유체를 분배하거나 각 응축관(50)으로부터 전달되는 작동유체를 통합하여 일시 저장하기 위한 상부헤더(60)(24) 및 하부헤더(70)가 구비되며, 외주면에는 저온의 공기와의 접촉 면적 및 시간을 늘려 열교환효율을 증가시키도록 저온 공기의 와류를 형성하기 위한 다수의 와류핀(52)이 구비되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 증발부(A)와 응축부(B)는 작동유체의 상변화에 따라 별도의 동력없이도 작동유체가 상호 이동될 수 있도록 높이차를 두고 형성되어야 한다. 구체적으로, 도 2 에 도시된 바와 같이, 응축부(B)가 증발부(A)보다 더 높은 위치에 구비되어, 증발부(A)에서 증발된 고온의 증기상 작동유체가 자연적으로 상측의 응축부(B)로 이동하고, 응축부(B)에서 응축된 저온의 액체상 작동유체가 중력에 의해 자연적으로 하측의 증발부(A)로 다시 복귀되도록 구성되는 것이 바람직하다.
이를 위해, 상기 증발부(A)의 상측, 보다 구체적으로, 상기 증발관(20)의 상부헤더(24) 상측에는 증발관(20) 내부에서 증발된 고온의 증기상 작동유체가 상승 이동되도록 증기상승관(80)이 연결되고, 상기 증기상승관(80)의 타단은 상기 응축부(B)의 상측, 보다 구체적으로, 상기 응축관(50)의 상부헤더(60)(24) 상측에 연결된다.
그리고, 상기 응축부(B)의 하측, 보다 구체적으로, 상기 응축관(50)의 하부헤더(70) 하측에는 응축관(50) 내부에서 응축된 저온의 액체상 작동유체가 중력에 의해 하강되도록 액체하강관(90)이 연결되고, 상기 액체하강관(90)의 타단은 상기 증발부(A)의 하측, 보다 구체적으로, 상기 증발관(20)의 하부헤더(28) 하측에 연결된다.
상기 증기상승관(80)과 액체하강관(90)은 윅을 포함하지 않는 써모사이펀으로 구성될 수도 있고, 작동유체의 모세응집력 향상을 위하여 내부에 윅을 포함하는 일반 히트파이프를 사용할 수도 있다.
한편, 이러한 본 고안에 따른 분리 히트파이프 폐열 회수 시스템을 상기 증발부(A)와 응축부(B)와의 거리가 비교적 먼 대용량 환기 시스템에 적용을 위해서는, 작동유체의 원활한 이송을 위한 가압수단이 구비되는 것이 바람직하다. 상기 가압수단은 저전력 및 미세동력으로 구동가능한 마이크로펌프가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 마이크로펌프는 마이크로기어펌프라고도 하는데, 크기가 소형이면서도 높은 압력에 사용할 수 있기 때문에 의료기계, 자동차, 정밀화학 등 유체 이송에 사용될 수 있고, 저전력으로 구동가능하며, 직류모터나 교류모터 또는 감속모터를 조합하여 구성할 수 있다는 점에서 본 발명의 목적에 부합한다 할 것이다. 이러한 마이크로펌프는, 도 2 에 도시된 바와 같이, 증기상승관(80)의 상부 말단측(즉, 응축부(B) 초입; 82)과 액체하강관(90)의 하부 말단측(즉, 증발부(A) 초입;92)에 각각 구비되어, 증기상승관(80) 및 액체하강관(90)을 이동하는 작동유체를 펌핑하여 응축부(B)의 상부헤더(60)(24)와 증발부(A)의 하부헤더(28)측으로 이송시키는 기능을 수행한다.
상기 마이크로펌프(82,92)는 후술하는 제어부(100)에 의해 모터의 회전수가 조절되어 실내 및 실외 공기의 온도에 따라 펌핑량이 비례 제어되는 것이 바람직하다. 이러한 마이크로펌프의 비례 제어 작동에 관하여는 후술하기로 한다.
그리고, 상기 증기상승관(80) 및 액체하강관(90)에는 역류방지수단(W)이 구비되는 것이 바람직하다. 상기 역류방지방수단(W)의 종류에는 특별한 제한이 없으나, 윅이나 체크밸브와 같은 역류방지밸브인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 분리형 히트파이프를 이용한 폐열 회수 시스템을 대용량 환기 시스템에 적용하기 위해, 유체가속수단(30)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 유체가속수단(30)은 증발부(A) 및 응축부(B)의 각 상부헤더(24,60) 및 하부헤더(28,70) 내부에서 진동을 일으켜 작동유체의 이송속도를 향상시키고 이송량을 증대시키기 위한 수단으로, 이송날개(32)와 펠티에소자(34)를 포함한다.
상기 이송날개(32)는 증발부(A) 및 응축부(B)의 각 상부헤더(24,60) 및 하부헤더(28,70) 외측 내벽에 부착되어 좌우로 스윙(swing)됨에 따라 헤더 내부에서 진동을 일으켜 작동유체의 이송을 가속화하는 것으로, 마치 부채질하듯 작동유체에 진동파를 형성하여 작동유체가 빠른 속도로 이송하도록 한다. 상기 이송날개(32)는 작동에 큰 전력 및 동력이 요구되지 않도록, 형상기억합금으로 구성되어 온도 변화에 따라 서로 다른 형상으로 반복적으로 변형됨으로써 작동유체 내부에 진동파를 형성하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 상기 이송날개(32)에 온도 변화를 유발하도록 상기 증발부(A) 및 응축부(B)의 각 상부헤더(24,60) 및 하부헤더(28,70) 외측 외벽에는 펠티에소자(34)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 펠티에소자(34)는 전류의 흐름에 따라 일측면은 흡열함과 동시에 타측면은 발열하도록 구성되어 가열 및 냉각 제어가 용이한 소자로서, 상기 펠티에소자(34)의 일측면을 상부헤더(24,60) 및 하부헤더(28,70)의 외벽에 부착한 후 전류를 흘려주되, 전류의 방향을 일정 주기로 반복하여 변경하면 흡열면과 발열면이 반복적으로 변경되어 각 헤더의 외벽의 냉각과 가열이 일정 주기로 반복되게 된다. 그러면, 상기 각 헤더의 내측에 부착된 이송날개(32)가 온도차에 의해 주기적으로 반복하여 그 형상이 변화됨으로써 마치 연속적으로 부채질을 하는 듯한 동작이 유발되어 작동유체의 진동파를 형성하고, 이에 따라, 작동유체의 이송이 가속화되어 이송속도와 이송량이 증가하게 된다. 따라서, 증발부(A)와 응축부(B) 사이의 거리가 먼 경우에도 상기 가속수단으로부터 추진력을 제공받아 작동유체의 원활한 이송이 보장되는 것이다.
한편, 도 4 에는 본 발명에 따른 분리형 히트파이프를 이용한 폐열 회수 시스템의 제어 계통도가 도시된다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐열 회수 시스템이 각 구성부는 제어부(100)에 의해 제어된다. 구체적으로, 상기 제어부(100)는 마이크로펌프(82,92)의 비례 제어와 환기휀(12) 및 외기휀(42)의 회전속도 제어, 그리고 유체가속수단(30)의 제어를 담당한다.
먼저, 상기 마이크로펌프(82,92)의 비례 제어 및 환기휀(12) 및 외기휀(42)의 제어를 위해, 실내측 및 실외측에는 각각 실내공기온도센서(110)와 실외공기온도센서(120)가 추가로 구비되며, 상기 제어부(100)는 실내공기온도센서(110)와 실외공기온도센서(120)로부터 각각 실내공기 및 실외공기의 온도 감지값을 전달받고, 상기 온도 감지값에 근거하여 마이크로펌프(82,92)의 구동모터 회전수와 환기휀(12) 및 외기휀(42) 모터의 회전수를 제어하여 작동유체의 펌핑량과 실내공기 및 외부공기의 흡입량을 조절한다.
예컨대, 상기 제어부(100)는 실내공기온도센서(110)로부터 전달된 실내온도 감지값을 근거로 실내공기의 온도가 평상시보다 과도하게 높아지는 것으로 판단되면, 먼저 환기휀(12)의 모터 회전수를 증가시켜 환기휀(12)의 회전속도를 늘림으로써 실내공기의 환기를 촉진시킨다. 그리고, 상기 마이크로펌프(82,92)의 구동모터 회전수를 증가시켜 작동유체의 펌핑량을 늘림으로써, 작동유체의 이송속도 및 이송량을 증가시켜 실내공기 유입량의 증가로 인한 증가된 열에너지가 작동유체와 신속하게 교환될 수 있도록 한다. 그리고, 반대로, 실내공기의 온도가 낮은 것으로 판단되면, 환기휀(12)의 모터 회전수와 마이크로펌프(82,92)의 구동모터 회전수를 감소시켜 환기 속도를 늦추고 작동유체의 이송 속도를 낮춘다. 이와 같이, 상기 제어부(100)는 상기 환기휀(12)과 외기휀(42), 그리고 마이크로펌프(82,92) 구동모터의 회전수를 제어하여 공기 흡입량과 작동유체 펌핑 토출량을 공기의 온도에 따라 비례 제어할 수 있는 것이다.
그리고, 상기 제어부(100)는 유체가속수단(30)의 펠티에소자(34)에 흐르는 전류의 방향을 일정 주기로 변경시켜 냉각 및 가열을 반복 수행하도록 하고, 전류의 세기를 조절하여, 형상기억합금으로 구성된 이송날개(32)의 반복적인 진동을 가능하게 함과 아울러 작동유체의 이송속도 및 이송량을 조절한다.
한편, 본 발명에 따른 폐열 회수 시스템은 운영서버(200)를 더 포함하는 바, 상기 운영서버(200)는 제어부(100)와 인트라넷 또는 인터넷 등으로 접속되어 제어부의 작동을 원격 조정하고, 작동 상태를 실시간 감시할 수 있다.
지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 미친다 할 것이다.
A : 증발부 10 : 증발부하우징
12 : 환기휀 20 : 증발관
30 : 유체가속수단 32 : 이송날개
34 : 펠티에소자 22 : 와류핀
24 : 상부헤더 28 : 하부헤더
B : 응축부 40 : 응축부하우징
42 : 외기휀 50 : 응축관
52 : 와류핀 60 : 상부헤더
70 : 하부헤더 80 : 증기상승관
82 : 마이크로펌프 90 : 액체하강관
92 : 마이크로펌프 100 : 제어부
110 : 실내공기온도센서 120 : 실외공기온도센서
200 : 운영서버

Claims (5)

  1. 비교적 고온의 실내공기를 흡입후 냉각시켜 실외로 배기시키되, 흡입측에 실내공기를 흡입하기 위한 환기휀이 구비되고, 내부에 작동유체가 저장된 다수의 써모사이펀 관체로 구성되며 상하부에 각각 상부헤더와 하부헤더가 연결된 증발관이 구비되어, 상기 증발관이 고온의 실내공기와 접촉시 써모사이펀 내부의 작동유체가 실내공기로부터 열을 흡수하여 실내공기는 냉각되고 작동유체는 증기상으로 증발되는 증발부와;
    비교적 저온의 실외공기를 흡입후 가열하여 실내로 공급하되, 상기 증발부보다 높은 위치에 설치되고, 흡입측에 실외공기를 흡입하기 위한 외기휀이 구비되고, 내부에 작동유체가 저장된 다수의 써모사이펀 관체로 구성되며 상하부에 각각 상부헤더와 하부헤더가 연결된 응축관이 구비되어, 상기 응축관이 저온의 실외공기와 접촉시 실외공기가 응축관 내부의 작동유체로부터 열을 흡수하여 가열되고 작동유체는 액상으로 응축되는 응축부와;
    일단은 상기 증발부의 상부헤더에 연결되고 타단은 상기 응축부의 상부헤더에 연결되어, 증발부에서 증기상으로 증발된 작동유체가 응축부로 상승 이동되는 증기상승관과;
    일단은 상기 응축부의 하부헤더에 연결되고 타단은 상기 증발부의 하부헤더에 연결되어, 응축부에서 액상으로 응축된 작동유체가 증발부로 하강 이동되는 액체하강관과;
    상기 증기상승관 및 액체하강관에 각각 설치되어 이동되는 작동유체를 가압 펌핑하는 마이크로펌프와;
    상기 증발부 및 응축부의 각 상부헤더 및 하부헤더내에서 진동파를 발생시켜 작동유체의 이송을 가속시키는 유체가속수단과;
    전체 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 분리형 히트파이프를 이용한 폐열 회수 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발관 및 응축관 외주면에는 흡입되는 공기가 와류를 일으키도록 유도하는 다수의 와류핀이 구비되는 것을 특징으로 하는 분리형 히트파이프를 이용한 폐열 회수 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체가속수단은,
    상기 증발부 및 응축부의 각 상부헤더 및 하부헤더 외측 외벽에 구비되는 다수의 펠티에소자와;
    상기 증발부 및 응축부의 각 상부헤더 및 하부헤더 외측 내벽에 다수개가 부착되며, 온도에 따라 형상이 변경되는 형상기억합금으로 구성되어, 상기 펠티에소자의 주기적인 흡열 및 발열 작용에 따라 좌우로 스윙됨에 따라 진동파를 형성하여 작동유체의 이송을 가속시키는 이송날개를 포함하는 분리형 히트파이프를 이용한 폐열 회수 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    실내측 및 실외측에는 각각 실내공기온도센서와 실외공기온도센서가 추가로 구비되며, 상기 제어부는 실내공기온도센서와 실외공기온도센서로부터 각각 실내공기 및 실외공기의 온도 감지값을 전달받고, 상기 온도 감지값에 근거하여 마이크로펌프의 구동모터 회전수와 환기휀 및 외기휀 모터의 회전수를 제어하여 작동유체의 펌핑량과 실내공기 및 외부공기의 흡입량을 조절하는 것을 특징으로 하는 분리형 히트파이프를 이용한 폐열 회수 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 유체가속수단의 펠티에소자에 흐르는 전류의 방향을 일정 주기로 변경시켜 냉각 및 가열을 반복 수행하도록 하고, 전류의 세기를 조절하여 형상기억합금으로 구성된 이송날개의 반복적인 진동을 유발하여 작동유체의 이송속도 및 이송량을 조절하는 것을 특징으로 하는 분리형 히트파이프를 이용한 폐열 회수 시스템.
KR1020110053630A 2011-06-03 2011-06-03 분리형 히트파이프를 이용한 미세동력 폐열 회수 시스템 KR101063248B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110053630A KR101063248B1 (ko) 2011-06-03 2011-06-03 분리형 히트파이프를 이용한 미세동력 폐열 회수 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110053630A KR101063248B1 (ko) 2011-06-03 2011-06-03 분리형 히트파이프를 이용한 미세동력 폐열 회수 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101063248B1 true KR101063248B1 (ko) 2011-09-07

Family

ID=44957079

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110053630A KR101063248B1 (ko) 2011-06-03 2011-06-03 분리형 히트파이프를 이용한 미세동력 폐열 회수 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101063248B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102788524A (zh) * 2012-09-03 2012-11-21 北京德能恒信科技有限公司 一种多级动力热管***
CN103542479A (zh) * 2013-11-18 2014-01-29 北京德能恒信科技有限公司 一种外热管换热式半导体制冷装置
CN103673172A (zh) * 2013-11-18 2014-03-26 北京德能恒信科技有限公司 一种热管换热式半导体制冷装置
CN104913294A (zh) * 2014-10-02 2015-09-16 大唐(北京)能源管理有限公司 一种火电厂锅炉排烟余热回收***
CN108168143A (zh) * 2018-03-06 2018-06-15 北京中热能源科技有限公司 一种半导体换热器
CN108168142A (zh) * 2018-03-06 2018-06-15 北京中热能源科技有限公司 一种热管式半导体换热***

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200274803Y1 (ko) 2001-06-19 2002-05-10 전태민 복합연료의 연소집진구조
KR200348591Y1 (ko) 1998-12-23 2004-07-06 주식회사 포스코 히트파이프식폐열회수장치
KR101004646B1 (ko) 2010-05-04 2011-01-03 주식회사 황조지이 유체와류를 이용한 유화기

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200348591Y1 (ko) 1998-12-23 2004-07-06 주식회사 포스코 히트파이프식폐열회수장치
KR200274803Y1 (ko) 2001-06-19 2002-05-10 전태민 복합연료의 연소집진구조
KR101004646B1 (ko) 2010-05-04 2011-01-03 주식회사 황조지이 유체와류를 이용한 유화기

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102788524A (zh) * 2012-09-03 2012-11-21 北京德能恒信科技有限公司 一种多级动力热管***
CN103542479A (zh) * 2013-11-18 2014-01-29 北京德能恒信科技有限公司 一种外热管换热式半导体制冷装置
CN103673172A (zh) * 2013-11-18 2014-03-26 北京德能恒信科技有限公司 一种热管换热式半导体制冷装置
CN103673172B (zh) * 2013-11-18 2018-08-10 北京丰联奥睿科技有限公司 一种热管换热式半导体制冷装置
CN104913294A (zh) * 2014-10-02 2015-09-16 大唐(北京)能源管理有限公司 一种火电厂锅炉排烟余热回收***
CN104913294B (zh) * 2014-10-02 2018-11-06 大唐(北京)能源管理有限公司 一种火电厂锅炉排烟余热回收***
CN108168143A (zh) * 2018-03-06 2018-06-15 北京中热能源科技有限公司 一种半导体换热器
CN108168142A (zh) * 2018-03-06 2018-06-15 北京中热能源科技有限公司 一种热管式半导体换热***

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101063248B1 (ko) 분리형 히트파이프를 이용한 미세동력 폐열 회수 시스템
WO2009140894A1 (zh) 一种分离式热管***
CN202938440U (zh) 一种重力热管与蒸汽压缩复合制冷机房空调
US9964001B2 (en) Thermal energy recovery device
US20090217680A1 (en) Method for discharging a gas from a heat pump, and heat pump
CN102607122A (zh) 双动力热管循环机组
CN205909522U (zh) 一体式热泵热水器
CN102759159A (zh) 一种热管热泵复合***
CN106640238A (zh) 基于正逆循环深浅层地热建筑冷热电耦合***及实现方法
CN106969541A (zh) 一种双热源烘干机
CN201547898U (zh) 一种用于机房或机柜的带气泵分离式热虹吸管散热装置
WO2017219521A1 (zh) 一种多支路相变传热***
CN203478671U (zh) 双冷凝***的空调设备
CN206683049U (zh) 一种超低温制热的水汽能热泵空调***
CN102705897A (zh) 空气能采暖散热器
WO2022068515A1 (zh) 一种热管***
CN203413886U (zh) 热管辅助动力节能空调
CN109458687A (zh) 空调***及应用其的空调器
CN203561254U (zh) 一种二相流动力热管装置
CN203203444U (zh) 一种动力热管***
CN202675513U (zh) 一种热管热泵复合***
CN206770054U (zh) 一种带除霜单元的斯特林电机
CN205227602U (zh) 一种带热管换热器的节能型除湿机
EP3803246B1 (en) Thermal transfer loop
CN220287604U (zh) 新风除湿***

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140707

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee