KR102502038B1 - 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법 - Google Patents
루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102502038B1 KR102502038B1 KR1020200152041A KR20200152041A KR102502038B1 KR 102502038 B1 KR102502038 B1 KR 102502038B1 KR 1020200152041 A KR1020200152041 A KR 1020200152041A KR 20200152041 A KR20200152041 A KR 20200152041A KR 102502038 B1 KR102502038 B1 KR 102502038B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- evaporator
- heat
- working fluid
- liquid
- pipe
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 98
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 143
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 101
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 45
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 37
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 31
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 11
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 5
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229910001285 shape-memory alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- F28D15/06—Control arrangements therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H37/00—Thermally-actuated switches
- H01H37/02—Details
- H01H37/32—Thermally-sensitive members
- H01H37/36—Thermally-sensitive members actuated due to expansion or contraction of a fluid with or without vaporisation
-
- 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
- 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
- F28D15/04—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 tubes having a capillary structure
- F28D15/043—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 tubes having a capillary structure forming loops, e.g. capillary pumped loops
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F2013/005—Thermal joints
- F28F2013/008—Variable conductance materials; Thermal switches
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
본 발명은 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극저온에서 운용 가능하도록 루프 히트파이프를 구성하고, 별도의 히트스위치를 구비하지 않고 루프 히트파이프의 구조를 이용하여 열전달 및 열차단을 수행하는 히트스위치의 동작을 수행할 수 있어, 종래의 구성에 비해 시스템의 중량 및 복잡성을 감소시킬 수 있고, 사용자가 원하고자 하는 시점에 히트스위치를 작동시킬 수 있으며, 극저온의 환경에서도 사용 가능하고, 기체-액체로의 상변화를 이용하여 열교환을 수행하기 때문에 효과적인 높은 열전달과 열전달 차단 효과를 제공하는 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법에 관한 것으로, 별도의 히트스위치를 구비하지 않고, 루프 히트파이프의 구조와 작동 특성을 이용하여 발열부와 냉각부를 열적으로 연결하거나 끊어주는 것으로 히터의 동작을 스위칭할 수 있는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 히트스위치란, 발열부와 냉각부를 열적으로 연결하거나 연결을 끊어주는 장치로써, 발열부와 냉각부 사이에 연결되는 열전달 링크의 열전달 또는 열차단의 동작을 변경하기 위해 사용되는 장치이다.
종래의 히트스위치는, 구동소자를 이용한 기계적인 스위치, 전기 릴레이로 작동하는 스위치, 이종금속의 열팽창률 차이를 이용한 바이메탈 스위치, 충전 가스의 밀도를 조절하는 가스-갭(gas-gap) 스위치 및 형상기억합금의 강도 변화를 이용하는 스위치 등으로 구성되어 사용되고 있다.
하지만, 이러한 종래의 히트스위치의 경우 보통 발열부와 냉각부 사이에 위치되는 열전달 링크의 중간에 부가적으로 설치되는 형태로 장착되며, 이는 오히려 열전달 링크의 열의 흐름을 방해할 수 있으며, 부가적인 장치의 설치에 의해 시스템의 중량과 복잡성을 증가시키게 되는 문제점이 발생하게 된다. 또한, 작동을 위해서는 별도의 전력을 소모해야 하는 경우가 발생되고, 열전달 링크의 열전도율이 충분하지 않는 경우 별도의 액추에이터를 더 구비하여 장치를 구동시켜야하기 때문에, 보다 많은 전력을 사용하면서 장치가 복잡하게 구성되게 되어 장치의 유지 및 보수가 용이하지 못하다는 단점이 있다. 더불어 전력을 소모하지 않는 경우에는 일반적으로 스위치가 작동되는 작동 온도가 고정되어 있어, 작동 온도 이외의 사용자가 원하는 시점에는 스위치 작동을 할 수 없다는 단점이 있다.
또한, 히트스위치는 우주비행체의 적외선 검출기와 같이 섭씨 영하 150도 이하의 극저온 온도에서 작동하며 발열하는 극저온 발열체와, 이를 냉각하는 극저온 냉동기 또는 극저온 방열판 사이에도 필요에 따라 구비되게 되는데, 종래의 히트스위치를 사용하는 경우 이를 구동시키기 위한 별도의 열교환기나 히터 등의 부가 장치를 더 구비하여야하기 때문에 시스템의 중량 및 복잡성을 향상시키고, 더불어 에너지의 비효율을 유발할 수 있다는 문제점이 있으며, 종래의 히트스위치는 작동의 적정 온도가 고정되어 있어, 냉각할 필요가 있는 대상이 있는 경우나, 상황에 따른 판단에 의해 열전달 링크의 전원을 on/off 하면서 사용자의 편의대로 사용할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 우주비행체에 구비되어 극저온의 환경에서 구동되어야 하는 열전달 링크의 전원을 제어하는 히트스위치에 있어서, 열전달 링크로 루프 히트파이프를 사용하고, 우주비행체에 구비되는 루프 히트파이프의 구조를 이용하여 별도의 히트스위치 장치를 장착하지 않고 단순한 동작만으로 전원을 스위치 할 수 있도록 구성시켜 높은 열전달과 열전달 차단 효과를 제공할 수 있는 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 우주비행체 내에 구비되는 루프 히트파이프를 이용한 스위치 장치에 있어서, 우주비행체 내에 구비되는 루프 히트파이프를 이용한 스위치 장치에 있어서, 발열부; 냉각부; 내부에 수용된 작동유체가 순환되며 상기 발열부 및 상기 냉각부가 열교환 가능하게 연결하되, 상기 발열부와 연결되어 열교환하는 제1증발기, 상기 냉각부와 연결되어 열교환하는 응축기, 상기 제1증발기 및 상기 응축기에 수용된 액체의 작동유체가 이동 가능 하도록 서로 연결되는 액체이송관 및, 상기 제1증발기 및 상기 응축기에 수용된 기체의 작동유체가 이동 가능 하도록 서로 연결되는 증기이송관을 포함하여 형성되는 상기 루프 히트파이프; 상기 증기이송관 상에서 상기 응축기와 연결되되, 일측에 형성되어 유입되는 기체 및 유체의 작동유체를 보관하는 보상챔버와, 상기 보상챔버에서 기화된 작동유체가 통과하는 윅 및 타측에 형성되어 상기 윅을 통과한 기체의 작동유체를 상기 증기이송관에 배출하는 증기배출채널을 포함하여 형성되는 제2증발기; 상기 제2증발기의 웍 및 증기배출채널이 수용되는 부분의 외면에 배치되어, 상기 제2증발기의 일부를 가열하는 히터; 및 상기 응축기 및 상기 제2증발기의 보상챔버가 수용되는 부분이 함께 접촉되며 배치되어, 상기 응축기 및 상기 보상챔버를 냉각하는 냉동기;를 포함하고, 상기 냉동기가 상기 제2증발기의 보상챔버를 냉각하여 액체의 작동유체를 형성하고, 상기 히터가 상기 제2증발기의 일부를 가열하면, 상기 제2증발기에 형성된 액체의 작동유체가 기화되며 부피가 팽창됨으로써, 상기 응축기에 수용된 액체의 작동유체가 상기 액체이송관을 따라 상기 제1증발기로 이동되어, 상기 발열부 및 냉각부가 열교환을 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 히터에 전원을 공급하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1증발기는, 일측에 형성되어 유입되는 액체의 작동유체를 보관하는 보상챔버와, 상기 보상챔버에서 기화된 작동유체가 통과하는 윅 및 타측에 형성되어 상기 윅을 통과한 기체의 작동유체를 외부에 배출하는 증기배출채널을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
또한, 상기 루프 히트파이프의 작동유체는, 질소, 산소, 네온, 헬륨가스 중 적어도 하나 이상을 포함하는 가스인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1증발기 및 상기 제2증발기는, 서로 액체 및 증기가 이동 가능하도록 연결되는 보조이송관을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 보조이송관은, 상기 제1증발기의 작동유체가, 상기 제2증발기로 이동하는 것을 특징으로 한다.
상기 루프 히트파이프를 이용한 히터스위치 장치에 의한 스위치 방법에 있어서, 기체의 작동유체를 상기 루프 히트파이프에 충전하는 작동유체 충전단계; 상기 냉동기를 가동하여 상기 보상챔버 및 상기 응축기를 냉각하여 액체의 작동유체를 형성하는 냉동기가동단계; 외부로부터 상기 히터에 전력을 제공하여 상기 제2증발기를 가열하는 히터작동단계; 상기 제2증발기의 가열에 의해 발생하는 증발에 따라 부피가 팽창되어 상기 응축기 내부의 액체의 작동유체가 상기 액체이송관을 따라 상기 제1증발기로 이동하는 액체이송관 유동단계; 상기 제1증발기가 상기 발열부의 열을 흡열하는 발열부 흡열단계; 및 흡열에 의해 상기 제1증발기가 액체의 작동유체를 기화시키고, 형성된 증기가 상기 증기이송관을 따라 상기 응축기로 이동하는 증기이송관 유동단계;를 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 증기이송관 유동단계 이후, 상기 히터작동단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 증기이송관 유동단계 이후, 상기 히터에 공급되는 전원을 차단하는 전원차단단계;를 수행하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 작동유체는 질소, 산소, 네온, 헬륨가스 중 적어도 하나 이상을 포함하는 가스인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법은, 별도의 히트스위치를 구비하지 않고 루프 히트파이프의 구조와 작동 특성을 이용하여 열전달 및 열차단을 수행하는 히트스위치의 동작을 수행할 수 있어, 종래의 구성에 비해 시스템의 중량 및 복잡성을 감소시킬 수 있고, 사용자가 원하고자 하는 시점에 히트스위치를 작동시킬 수 있으며, 극저온의 환경에서도 사용 가능하고, 기체-액체의 상변화를 이용하여 열교환을 수행하기 때문에 효과적인 높은 열전달과 열전달 차단 효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 블록도
도 2는 본 발명의 부분 블록도1
도 3은 본 발명의 부분 블록도2
도 4는 본 발명의 방법 순서도1
도 5는 본 발명의 방법 순서도2
도 2는 본 발명의 부분 블록도1
도 3은 본 발명의 부분 블록도2
도 4는 본 발명의 방법 순서도1
도 5는 본 발명의 방법 순서도2
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 우주비행체 내부에 구비되어 극저온의 환경에서도 사용 가능한 히트스위치를 제공하기 위한 것으로, 히트스위치는 발열부(10)와 냉각부(20) 사이에 위치되어 열교환을 수행하는 열교환 링크가 열전도체 또는 열전연체의 역할을 수행하도록 동작을 전환하는 장치로, 발명은 별도의 히트스위치 장치를 설치하지 않아도 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20)를 연결하여 열교환 시키거나, 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20)의 연결을 차단하여 열차단의 동작을 수행하는 루프 히트파이프의 구조와 작동 특성을 이용하여 스위치의 동작을 수행하는 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법을 제공하기 위한 것이다.
이에 도 1을 참고하여 설명하면, 본 발명은, 우주비행체와 같이 열교환이 필요한 부품에 구비되는 루프 히트파이프(30)를 이용한 스위치 장치에 있어서, 상기 우주비행체 내부에 구비되는 부품으로 일정 이상의 온도로 발열되어 냉각이 필요한 부품인 발열부(10)와, 상기 발열부(10) 보다 낮은 온도로 형성되어 열교환에 의해 상기 발열부(10)를 냉각시키는 냉각부(20)를 포함하고 있으며, 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20)가 서로 열교환 하도록 연결하는 루프 히트파이프(30)를 포함하며 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 루프 히트파이프(30)는 상기 발열부(10)와 연결되는 제1증발기(100), 상기 냉각부(20)와 연결되는 응축기(200), 상기 제1증발기(100) 및 상기 응축기(200)의 액체가 이동 가능 하도록 서로 연결되는 액체이송관(610) 및, 상기 제1증발기(100) 및 상기 응축기(200)의 기체가 이동 가능 하도록 서로 연결되는 증기이송관(620)을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 본 발명은 상기 응축기(200)와 연결되는 제2증발기(300)와, 상기 제2증발기(300)를 가열하는 히터(400)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 1을 참고하여 설명하면, 상기 루프 히트파이프(30)는, 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20) 사이를 연결하는 것으로, 내부에 작동유체를 수용하고 있으며, 수용된 작동유체가 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20) 사이를 순환하며 열교환 하도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 제1증발기(100)는 본 발명의 주증발기(Primary Evaporator)로, 상기 발열부(10)의 인근에 위치되어 상기 발열부(10)의 열을 전달받을 수 있도록 연결되는 것이 바람직하며, 상기 응축기(200)는 상기 냉각부(20)의 인근에 위치되어 작동유체의 순환에 의해 전달받은 열을 상기 냉각부(20)로 방출시키도록 상기 냉각부(20)와 연결되는 것이 바람직하다.
상기 제1증발기(100)는 내부에 작동유체를 수용하며, 상기 제1증발기(100)는 상기 제1증발기(100)와 연결되어 있는 상기 발열부(10)로부터 열을 전달받아 상기 제1증발기(100)가 가열되는 것을 특징으로 한다. 상기 제1증발기(100)는 내부에 액체상태의 작동유체를 수용할 수 있으며, 상기 발열부(10)가 전달하는 열에 의해 상기 제1증발기(100)가 가열되고, 상기 제1증발기(100) 내부에 수용된 작동유체가 열을 흡수하며 기화되는 현상을 통해, 즉 액체상태의 작동유체가 기체로 상변화를 되면서 상기 제1증발기(100)에 전달된 열을 증기를 통해 상기 제1증발기(100)의 외부로 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 2를 참고하여 보다 상세히 설명하면, 상기 제1증발기(100)는, 일측으로부터 유입되는 작동유체를 보관하도록 형성되는 보상챔버(110)와, 기화된 작동유체에 의해 모세관력을 발생시키는 다공성의 윅(120) 및, 증발한 증기를 타측의 상기 제1증발기(100)의 외부로 배출하는 증기배출채널(130)을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 보상챔버(110)는, 작동유체가 액체 상태로 상기 제1증발기(100)에 유입되는 위치에 구성되어 액체의 작동유체가 일정 이상의 용량으로 상기 제1증발기(100)에 공급될 수 있도록 작동유체를 보관하는 것을 특징으로 한다. 상기 보상챔버(110)는 작동유체를 보관할 수 있도록 형성되면 형태 상관없지만, 일례로 상기 보상챔버(110)는 상기 제1증발기(100)의 일측에서 형성되되, 상기 제1증발기(100)의 길이방향을 따라 소정의 면적이 연장되며 형성되도록 하여, 액체의 작동유체가 보다 넓은 면적으로 상기 제1증발기(100)에 수용되어, 보다 많은 액체를 공급할 수 있도록 형성될 수 있다.
상기 윅(120)은, 다공성물질로 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 보상챔버(110)와 접하도록 형성되어, 상기 보상챔버(110)에 공급되는 액체의 작동유체가 윅(120)에서 기화하며 발생한 증기가 상기 증기배출채널(130)로 배출될 수 있도록 형성되면 형태 상관없다. 상기 윅(120)은 상기 보상챔버(110)의 형태를 감싸거나 맞물리는 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 증기배출채널(130)은, 기화된 증기를 상기 제1증발기(100)의 외부로 배출시키기 위해 형성되는 것으로, 상기 윅(120)의 외주면에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 증기배출채널(130)은 일측에서 상기 윅(120)에서 증발한 증기들이 상기 제1증발기(100)의 타측을 통해 증기를 외부로 배출하도록 형성되는 것이 바람직하며, 상기 증기배출채널(130)은 상기 보상챔버(110)와 상기 윅(120)에 의해 서로 수용하는 작동유체가 섞이지 않도록 구분되어 형성되는 것이 바람직하다.
이에, 상기 제1증발기(100)는 상기 보상챔버(110)에 액체상태의 작동유체가 보관되고, 상기 제1증발기(100)가 상기 발열부(10)로부터 열을 전달받아 가열되면 상기 윅(120)에서의 액체 상태의 작동유체가 열에 의해 기화되며 증기를 생성하고, 상기 윅(120)을 벗어난 증기가 상기 증기배출채널(130)을 따라서 상기 제1증발기(100)의 바깥쪽으로 이동되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제1증발기(100)는 액체상태의 작동유체가 유입되도록 상기 액체이송관(610)과 연결되고, 기체상태의 작동유체가 배출되도록 상기 증기이송관(620)과 연결되어 액체 및 기체의 작동유체가 이동되도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 보다 상세히 상기 제1증발기(100)의 일측은 상기 액체이송관(610)과 연결되고, 상기 액체이송관(610)은 상기 제1증발기(100)의 보상챔버(110)와 연결되어 상기 액체이송관(610)을 통해 전달된 액체가 상기 보상챔버(110)에 수용되도록 형성되는 것이 바람직하며, 상기 제1증발기(100)의 타측은 상기 제1증발기(100)의 증기이송관(620)과 연결되고, 상기 증기이송관(620)은 상기 증기배출채널(130)과 연결되도록 형성되어 상기 제1증발기(100)에서 기화된 증기가 상기 증기이송관(620)을 통해 이동되도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 응축기(200)는 내측에 수용되는 기체상태의 작동유체를 응축시키기 위해 구비되는 것으로, 상기 루프 히트파이프(30)의 내부에 수용되는 기체의 작동유체가 상기 응축기(200)로 이동될 수 있으며, 상기 응축기(200)는 상기 응축기(200)에 수용된 증기를 응축하여 액체로 상변화 시키는 것으로 작동유체로부터 열을 빼앗아 외부로 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 응축기(200)는 상기 냉각부(20)와 연결되며 형성되어, 상기 응축기(200)는 작동유체로부터 빼앗은 열을 상기 냉각부(20)로 전달하도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 응축기(200)는 상기 응축기(200)를 일정 이하의 온도로 냉각시킬 수 있도록 냉동기(500)를 구비할 수 있으며, 상기 냉동기(500)는 상기 응축기(200)와 접하며 위치하도록 구성하여 상기 냉동기(500)에 의해 상기 응축기(200)가 냉각되며 상기 응축기(200)의 내부에 수용되는 기체의 작동유체를 응축시켜 기체의 작동유체를 상변화 시키도록 형성될 수 있다.
도 3을 참고하여 보다 상세히 설명하면, 상기 응축기(200)는 수용된 기체의 작동유체를 응축하여 생성한 액체의 작동유체를 상기 제1증발기(100)에 전달하도록 형성되며, 또한 상기 제1증발기(100) 및 상기 제2증발기(300)에서 생성된 기체의 작동유체가 상기 응축기(200)의 내부에 유입되도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 응축기(200)는 상기 액체이송관(610)과 상기 증기이송관(620)이 각각 연결되어, 상기 응축기(200)가 생성한 액체의 작동유체는 상기 액체이송관(610)을 통해 상기 제1증발기(100)에 전달되고, 상기 제1증발기(100)가 생성한 증기의 작동유체는 상기 증기이송관(620)을 통해 상기 응축기(200)에 전달되도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 증기이송관(620) 및 상기 액체이송관(610)은 상기 루프 히트파이프(30)의 장치 내부에 수용되는 작동유체가 서로 순환할 수 있도록 상기 제1증발기(100)와 상기 응축기(200)를 연결하는 것을 특징으로 하며, 상기 루프 히트파이프(30) 내부에 구비되어 상변화 하는 작동유체가 이동될 수 있도록 형성된 관이면 제한 없이 사용될 수 있다. 이때, 액체의 작동유체와 기체의 작동유체가 유동되는 방향이 서로 반대이기 때문에, 상기 증기이송관(620)은 증기의 작동유체가 이동하도록 형성되고 상기 액체이송관(610)은 액체의 작동유체가 이동하도록 형성되어, 서로 액체 상태의 작동유체와 기체 상태의 작동유체를 구분하여 이동시키도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 증기이송관(620) 및 상기 액체이송관(610)가 상기 응축기(200) 및 상기 제1증발기(100)를 연결함으로써, 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20)가 지속적으로 열교환 할 수 있도록 형성된다.
일례로, 상기 액체이송관(610)의 양단 중 어느 하나의 부분이 상기 제1증발기(100)의 일측에 연결되면, 상기 응축기(200)는 상기 제1증발기(100)와 같은 방향, 즉 상기 응축기(200)의 일측에 상기 액체이송관(610)의 양단 중 다른 하나의 부분이 연결되도록 구성되어, 상기 응축기(200)에 형성된 액체상태의 작동유체가 상기 제1증발기(100)로 이동되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 증기이송관(620)의 양단 중 어느 하나의 부분이 상기 제1증발기(100)의 타측에 연결되면, 상기 응축기(200)의 타측에 상기 증기이송관(620)의 양단 중 다른 하나의 부분이 연결되도록 구성되어, 상기 제1증발기(100)에 형성된 기체상태의 작동 유체가 상기 응축기(200)로 이동되도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 액체이송관(610) 및 상기 증기이송관(620) 내에서 이동되는 작동유체의 방향은 서로 반대방향으로 유동하도록 형성될 수 있으며, 상기 액체이송관(610) 및 상기 증기이송관(620)은 액체 및 기체의 작동유체가 보다 먼 거리를 효율적으로 전달하기 위해, 유량을 고려하여 적절한 지름의 관으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 제1증발기(100), 상기 응축기(200), 상기 액체이송관(610) 및 상기 증기이송관(620)을 포함하는 상기 루프 히트파이프(30)의 내부에 상기 제2증발기(300)를 더 구비하는 것을 특징으로 하며, 상기 제2증발기(300)는 본 발명의 부증발기(Secondary Evaporator)로 상기 응축기(200)에 증기의 작동유체를 전달할 수 있도록 연결되는 것이 바람직하다. 상기 제2증발기(300)는, 상기 제2증발기(300) 내부에 작동유체를 수용할 수 있으며, 상기 히트스위치의 발열에 의해 상기 제2증발기(300) 내부의 작동유체를 가열하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 히터(400)는 상기 제2증발기(300)를 가열할 수 있도록 형성되면 형태 상관없이 구비가능하며, 일례로 상기 히터(400)는 부착식 히터(400)로 형성되어 상기 제2증발기(300)의 외주면에 부착되고, 외부로부터 전력을 공급 받으면 발열하여 상기 제2증발기(300)를 가열하도록 형성될 수 있다.
상기 제2증발기(300)는 내부에 작동유체를 수용하며, 상기 제2증발기(300)는 상기 제2증발기(300)와 연결되어 있는 상기 히터(400)로부터 열을 전달받아 상기 제2증발기(300)가 가열되는 것을 특징으로 한다. 상기 제2증발기(300)는 내부에 액체상태의 작동유체를 수용할 수 있으며, 상기 발열부(10)가 전달하는 열에 의해 상기 제2증발기(300)가 가열되고, 상기 제2증발기(300) 내부에 수용된 작동유체가 열을 흡수하며 기화되는 현상을 통해, 즉 액체상태의 작동유체가 기체로 상변화를 되면서 상기 제1증발기(100)에 전달된 열을 증기를 통해 상기 제2증발기(300)의 외부로 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 3을 참고하여 보다 상세하게 설명하면, 상기 제2증발기(300)는 상기한 상기 제1증발기(100)와 같이, 일측으로 유입되는 작동유체를 보관하도록 형성되는 보상챔버(310)와, 기화된 작동유체에 의해 발생되는 증기가 통과되는 윅(320) 및, 상기 윅(320)을 통과한 증기를 타측의 상기 제2증발기(300)의 외부로 배출하는 증기배출채널(330)을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기한 상기 제1증발기(100)의 보상챔버(110), 윅(120) 및 증기배출채널(130)의 특징과 같은 특징을 가지는 상기 보상챔버(310), 윅(320) 및 증기배출채널(330)로 형성될 수 있다.
상기 제2증발기(300)는 외부 장치로부터 액체상태의 작동유체를 공급받도록 구성될 수 있으나, 본 발명은 상기 루프 히트파이프(30)를 이용하는 것으로, 상기 루프 히트파이프(30)는 폐회로로 구성되어 작동유체가 내부에서 순환되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 이에, 상기 제2증발기(300)는 상기 제1증발기(100)와 보조이송관(630)을 통해 연결될 수 있으며, 상기 보조이송관(630)은 상기 제1증발기(100)로부터 작동유체를 공급받도록 상기 제2증발기(300)와 상기 제1증발기(100)를 연결시키는 것을 특징으로 한다. 상기 보조이송관(630)은 극저온의 환경에서 상기 루프 히트파이프(30)를 운용할 때 작동유체를 보다 원활하게 이동시키기 위해 구성되는 구성요소로, 상기 제2증발기(300)가 윅(320)의 구조를 포함하며 형성되면, 상기 제2증발기(300)가 상기 히터(400)에 의해 가열됨으로써 상기 제2증발기(300)의 윅(320) 구조에 의해 모세관력이 발생되고, 모세관력에 의해 상기 제1증발기(100)의 내부에 보관되어있는 기체 상태의 작동유체가 이동되며 소량의 액체 상태의 작동유체와 함께 상기 보조이송관(630)을 따라 상기 제2증발기(300)의 보상챔버(310)에 유입되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 상기 제1증발기(100), 상기 제2증발기(300) 및 상기 응축기(200)가 상기 액체이송관(610), 상기 기체이송관 및 상기 보조이송관(630)에 의해 폐회로로 구성되어 내부의 작동유체가 서로 원활하게 순환되며 이동하는 것으로 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20)를 열교환 시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 도 1을 참고하면, 상기 보조이송관(630)은 상기 보조이송관(630)의 길이방향 중 어느 한 부분에 연결되는 탱크(700)를 포함할 수 있다. 상기 탱크(700)는 극저온의 작동 온도에서 상기 루프 히트파이프(30) 내에 충분한 액체가 생성될 수 있도록 상기 냉동기(50)를 가동하기 전 상온에서 충분한 양의 가스를 충전하였을 때 내부 압력이 과도하게 높아지는 것을 방지하는 것으로 상기 루프 히트파이프(30)와 계속 통해 있는 것이 바람직하다. 상기 탱크(700)는 상기 루프 히트파이프(30)의 작동 조건에 따라 상기 루프 히트파이프(30) 내부 압력이 평형에 도달할 때 까지 작동유체를 공급하도록 형성될 수 있다.
도 3을 참고하여 설명하면, 상기 제2증발기(300)는, 보상챔버(310)가 위치되는 상기 제2증발기(300)의 일측과 상기 제1증발기(100)가 상기 보조이송관(630)을 통해 연결되어 상기 제1증발기(100)에 보관되는 작동유체가 상기 제2증발기(300)로 이동되도록 형성될 수 있으며, 상기 제2증발기(300)의 증기배출채널(330)이 상기 응축기(200)와 연결되어 상기 제2증발기(300)에서 상기 히터(400)에 의해 생성되는 증기를 상기 응축기(200)에 전달하도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제2증발기(300)의 증기배출채널(330) 부분이 상기 응축기(200)와 별도의 이송관에 의해 연결되어 증기를 전달하도록 형성될 수 있으나, 상기 제2증발기(300)의 증기배출채널(330) 부분이 상기 응축기(200) 인근의 상기 증기이송관(620)에 연결되는 것으로, 상기 제2증발기(300)의 가열에 의해 액체의 작동유체에 증발이 발생하고, 증발로 인한 부피 팽창에 의해, 상기 응축기(200) 내부에 수용되어 있던 액체의 작동유체가 상기 제1증발기(100)로 이동되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2증발기(300)는 상기 제1증발기(100)로부터 전달받은 작동유체를 보관하는 상기 제2증발기(300)의 보상챔버(310)가 형성된 부분에 상기 냉동기(500)가 접하며 구성되도록 하고, 상기 냉동기(500)가 접하지 않은 다른 상기 제2증발기(300)의 면적에 상기 히터(400)를 부착하여 구성시킴으로써, 상기 제2증발기(300)가 상기 히터(400) 및 상기 냉동기(500)가 함께 접촉되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 이는, 본 발명이 극저온의 환경에서 열교환을 수행하기 위해서 질소, 산소, 네온, 헬륨가스 등과 같이 극저온에서 액화되는 가스를 작동유체로 사용할 수 있으며, 이러한 작동유체는 상온에서 가스의 상태로 머물게 된다. 이때, 상기 응축기(200) 내의 질소가스와 같은 작동유체를 액체로 상변화 시킨 후 상기 제1증발기(100)에 전달하기 위해서, 상기 히터(400)가 발열하며 상기 제2증발기(300)에서 증발을 발생하여야 하며, 상기 제2증발기(300)가 가동되기 위해서는 상기 제2증발기(300)의 보상챔버(310)에 액체 상태의 작동유체를 보관하고 있어야 한다.
이를 수행하기 위해, 상기 응축기(200)를 냉각하는 상기 냉동기(500)가, 상기 제2증발기(300)의 보상챔버(310) 부분에 함께 접촉되도록 구성시킴으로써, 상기 냉각기에 의해 상기 제2증발기(300)의 내부의 질소가스가 냉각됨으로써 액체로 상변화하게 되고, 액체의 작동유체를 생성한 상기 제2증발기(300)가 상기 히터(400)의 가동에 의해 가열됨으로써 증발로 인한 부피 팽창이 발생되고, 부피 팽창에 의해 상기 응축기(200)의 액체의 작동유체가 상기 액체이송관(610)을 따라 상기 제1증발기(100)로 이동되어 액체의 작동유체가 상기 제1증발기(100)의 보상챔버(110)에 채워지게 됨으로써, 상기 발열부(10)로부터 상기 제1증발기(100)가 가열되며 상기 루프 히트파이프(30)가 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20)의 열교환을 수행하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제2증발기(300)는, 외부의 가열에 의해 액체의 작동유체를 증발시키기 때문에, 상기 제2증발기(300)는 상기 냉각부(20)와 접촉되지 않은 면적에 상기 히터(400)가 부착되어서 상기 제2증발기(300)에 상기 냉동기(500)에 의해 생성된 액체를 증발시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 극저온에서 상기 루프 히트파이프(30)를 효율적으로 운용하기 위해, 상기 제1증발기(100), 상기 제2증발기(300) 및 상기 응축기(200)를 상기와 같은 특징을 가지도록, 상기 액체이송관(610), 상기 증기이송관(620) 및 상기 보조이송관(630)을 이용하여 서로 연결하며, 또한 상기 냉동기(500)를 상기 응축기(200)와 함께 상기 제2증발기(300)의 일부면적에 함께 접촉되도록 구비하고, 상기 제2증발기(300)를 상기 냉각부(20)가 접촉되지 않은 나머지 면적에 상기 히터(400)를 부착하는 것을 특징으로 하며, 상기 냉동기(500) 및 상기 히터(400)를 가동하는 것으로 상기 루프 히트파이프(30)가 열교환 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명의 상기 루프 히트파이프(30)를 이용한 히트스위치 장치는, 상기한 열교환 동작을 수행하는 상기 루프 히트파이프(30)의 전원을 연결 및 차단하기 위해 구비되는 스위치 장치를, 별도의 스위치 장치를 설치하지 않고 상기 루프 히트파이프(30)의 구조와 작동 특성을 이용하여 스위치 동작을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하며, 이에 본 발명은 상기 히터(400)의 전원을 조절하는 전원부(410)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기한 루프 히트파이프(30)는, 상기 제2증발기(300) 내부에 액체의 작동유체가 생성되어야 하며, 액체의 작동유체를 증발시키는 것으로 상기 루프 히트파이프(30)가 작동하게 되기 때문에, 본 발명은, 상기 전원부(410)를 이용하여 상기 히터(400)에 전원을 공급하는 것으로 상기 루프 히트파이프(30)의 전원을 on시킬 수 있으며, 상기 전원부(410)를 이용하여 상기 히터(400)에 전원을 차단하는 것으로 상기 루프 히트파이프(30)의 전원을 off 시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 전원부(410)는, 상기 히터(400)에 전력을 공급하는 장치로, 상기 전원부(410)에 의해 상기 히터(400)가 작동 또는 정지할 수 있으며, 공급되는 전력이 조절되는 것으로 발열되는 온도를 조절하도록 형성될 수 있다. 상기 히터(400)가 자체의 전원을 갖는 자체 발열 장치인 경우 상기 전원부(410)는 상기 히터(400)와 상기 제2증발기(300)의 열교환을 연결 또는 차단하는 장치인 것으로 형성될 수 있으며, 상기 전원부(410)는 파워서플라이와 같은 장치로 형성되어, 외부로부터 입력되는 입력값에 따라 상기 히터(400)에 전력을 공급하도록 형성될 수 있다.
도 3을 참고하여 보다 상세히 설명하면, 상기 전원부(410)가 상기 히터(400)에 전력을 공급하면, 상기 제2증발기(300)에 형성된 액체의 작동유체를 상기 히터(400)가 증발시킴으로써 상기 응축기(200)의 액체의 작동유체를 상기 제1증발기(100)로 이동시키고, 상기 제1증발기(100) 내부로 이동된 액체의 작동유체가 이동하여 상기 제1증발기(100)의 윅(120)이 적셔지면, 상기 발열부(10)로부터 상기 제1증발기(100)가 열을 전달받아 가열됨으로써 작동유체의 순환이 수행되면서 상기 루프 히트파이프(30)의 열교환을 수행하게 된다. 반대로, 상기 전원부(410)가 상기 히터(400)에 전력을 차단하면, 상기 제1증발기(100)는 내부에 액체의 작동유체에 의해 계속해서 상기 발열부(10)의 열을 상기 제1증발기(100)가 전달받아 지속적으로 상기 제1증발기(100)에 증발이 발생되게 되는데, 반면에 상기 제2증발기(300)는 상기 히터(400)의 전원이 off됨으로써 상기 제2증발기(300)에는 증발이 발생되지 않게 된다. 따라서, 증발로 인한 부피 팽창이 발생되지 않기 때문에 상기 응축기(200)에서 냉각하는 액체의 작동유체가 상기 제1증발기(100)로 이동되지 않게 되며, 상기 발열부(10)에 의해 계속 가열되는 제1증발기(100)의 내부에 액체가 충분히 공급되지 않게 되면서 상기 제1증발기(100)에는 드라이 아웃(dry-out)의 현상이 발생되게 되어, 상기 제1증발기(100)는 상기 발열부(10)의 열을 더 이상 흡수하지 못하면서 작동유체가 순환하지 않게 되고, 이에 상기 루프 히트파이프(30)의 열교환 동작이 정지되게 된다.
따라서, 본 발명의 루프 히트파이프(30)를 이용한 히트스위치 장치는 상기 히터(400)에 전력을 공급 또는 차단하는 동작을 통해 상기 루프 히트파이프(30)에 별도의 장치를 추가로 설치하지 않아도 상기 루프 히트파이프(30)의 전원 스위치 동작을 수행할 수 있으므로 시스템을 경량화 할 수 있으며, 보다 단순하게 시스템을 구성할 수 있어 이로 인한 시스템 유지 및 보수에 용이성을 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 종래의 스위치는 기설정되는 온도에서만 전원 스위치 동작을 수행할 수 있는 데에 반해, 본 발명은 사용자가 상기 루프 히트파이프(30)의 전원을 on 또는 off하고 싶을 때에 능동적으로 작동시킬 수 있다는 장점이 있다. 더불어 본 발명은 극저온에서 운용이 용이하게 구성되기 때문에 질소가스 등을 작동유체로 사용할 수 있으며, 스위치가 on일 때는 질소가스에 의해 1000 W/m-K 이상의 유효 열전도율을 구현하는 데에 반해, 스위치가 off일 때는 상기 루프 히트파이프(30)를 구성하는 메탈 라인에 의한 열전도율만 구현되므로, 스위치의 on 또는 off에 의한 열전도율의 차이에 의해 효율적으로 상기 루프 히트파이프(30)의 동작의 on 또는 off를 제어할 수 있다는 효과가 있다.
도 4를 참고하여 설명하면, 상기한 루프 히트파이프(30)를 이용한 히트스위치 장치에 의한 스위치 방법에 있어서, 작동유체 충전단계, 냉동기 가동단계, 히터 작동단계, 액체이송관 유동단계, 발열부 흡열단계 및 증기이송관 유동단계를 포함하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 작동유체 충전단계는 기체의 작동유체를 상기 루프 히트파이프(30)에 충전하는 것이며, 상기 냉동기가동단계는, 상기 제2증발기(300)의 일부면적과 상기 응축기(200)에 연결된 상기 냉동기(500)를 가동하여 상기 제2증발기(300) 및 상기 응축기(200)의 내부에 수용된 기체의 작동유체를 냉각하여 액체의 작동유체를 형성하는 것을 수행한다. 또한, 상기 히터작동단계는 상기 히터(400)에 전력을 제공하여 상기 제2증발기(300)를 가열하는 것으로, 상기 전원부(410)에 의해 상기 히터에 전력이 공급 및 차단되도록 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 액체이송관 유동단계는, 상기 제2증발기(300)의 가열에 의해 발생하는 증발에 따라 부피가 팽창되어, 상기 응축기(200) 내부의 액체의 작동유체가 상기 액체이송관(610)을 따라 상기 제1증발기(100)로 이동하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 발열부 흡열단계는, 상기 액체이송관 유동단계로 인해 상기 액체이송관(610)을 통해 상기 제1증발기(100)에 액체의 작동유체가 유입되며 상기 제1증발기(100)가 상기 발열부(10)의 열을 흡열하는 것을 특징으로 하며, 상기 증기이송관 유동단계는, 상기 제1증발기(100)가 상기 발열부(10)의 열을 흡열하며 가열되어 상기 제1증발기(100) 내부에 수용된 액체의 작동유체가 기화면서 형성된 증기가 상기 증기이송관(620)을 따라 상기 응축기(200)로 이동하는 것을 특징으로 하며, 상기한 단계를 통해 작동되는 것으로 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20)가 열교환 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명은 극저온의 환경에서도 구동이 가능한 루프 히트파이프(30)의 히트스위치 장치로, 상기 루프 히트파이프(30) 내에서 유동되는 작동유체는 질소, 산소, 네온, 헬륨가스 등과 같이 극저온에서 액화되는 가스인 것을 특징으로 하며, 극저온에서 상기 루프 히트파이프(30)를 작동시키게 하기 위해 상기 제2증발기(300), 상기 히터(400) 및 상기 보조이송관(630)을 포함하여 구성되며, 상기 전원부(410)를 통해 상기 히터(400)에 공급되는 전원을 조절하는 것으로 상기 루프 히트파이프(30)의 전원을 on/off 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 5를 참고하여 설명하면, 상기 제1증발기(100)는 상기 제2증발기(300)와 상기 보조이송관(630)을 통해 연결되어 있으며, 상기 제1증발기(100) 및 상기 제2증발기(300)는 상기 보상챔버(110, 310), 상기 윅(120, 320), 및 상기 증기배출채널(130, 330)을 포함하는 구조로 구성되는 것을 특징으로 한다. 이에 상기 발열부 흡열단계에서 상기 제1증발기(100)와 상기 제2증발기(300)가 함께 가열됨에 따라, 상기 제2증발기(300)의 상기 윅(320)의 구조에 의해 모세관력이 발생되게 되고, 이에 상기 발열부 흡열단계 이후에 상기 제1증발기(100)의 보상챔버(110) 내에 보관된 작동유체가 상기 보조이송관(630)을 따라 상기 제2증발기(300)로 이동되는 보조이송관 유동단계가 발생된다. 따라서, 상기 발열부 흡열단계 이후 상기 증기이송관 유동단계와 상기 발열부(10) 흡열단계가 동시에 수행될 수 있으며, 상기 루프 히트파이프(30) 내의 구성요소에 작동유체가 이동되며 순환되는 것으로 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20)를 열교환 시키는 것을 특징으로 한다.
도 5를 참고하여 설명하면, 상기 루프 히트파이프(30)가 on의 상태로 지속적으로 작동되게 하기 위해서, 본 발명은 상기 증기이송관 유동단계 이후에 상기 히터작동단계가 수행되는 것을 특징으로 한다. 상기 증기이송관 유동단계 이후에 상기 히터작동단계가 다시 수행됨에 따라 상기 히터(400)에 다시 전력이 공급되며 상기 히터(400)가 발열하게 되고, 상기 히터(400)가 상기 제2증발기(300)를 지속적으로 가열하며 상기 응축기(200)의 작동유체를 상기 제1증발기(100)로 이동시키며 순환하기 때문에, 작동유체가 상기 발열부(10) 및 상기 냉각부(20) 사이를 이동하며 지속적으로 열교환을 수행할 수 있게 된다.
도 5를 참고하여 설명하면, 상기 루프 히트파이프(30)가 off의 상태로 작동을 중지하기 위해서, 본 발명은 상기 증기이송관 유동단계 이후, 상기 히터(400)에 공급되는 전원을 차단하는 전원차단단계를 수행하는 것을 특징으로 한다. 상기 전원차단단계는 상기 히터(400)에 전원을 공급하는 상기 전원부(410)에의해 수행될 수 있으며, 상기 전원부(410)가 상기 히터(400)에 전원 공급을 중단하는 것으로 수행될 수 있다. 상기 전원차단단계에 의해 상기 히터(400)는 발열하지 않게 되어 상기 제2증발기(300)에 증발이 중단되게 되고, 따라서 상기 응축기(200)에 생성된 액체의 작동유체가 상기 제1증발기(100)로 이동되지 못하게 된다. 이에, 상기 제1증발기(100)는 상기 발열부(10)에 의해 지속적으로 가열되게 되고 상기 제1증발기(100) 내부에 수용되어있던 액체의 작동유체가 계속 증발하며 드라이 아웃(dry-out) 현상이 발생되며 작동유체의 순환이 정지되게 된다. 이에, 상기 루프 히트파이프(30)는 작동유체에 의한 열교환 수행이 정지되며, 상기 루프 히트파이프(30)의 파이프 케이스에 의한 열교환만 수행되게 된다. 그러나 본 발명의 상기 루프 히트파이프(30)는 극저온에서 운용되어야 하며, 파이프 케이스를 구성하는 금속에 의한 열전도율과 질소가스에 의한 열전도율의 차이는, 최소 수 백에서부터 수천 이상 사이의 열전도도 비율 차이를 구현하게 되므로, 열전도율의 차이에 의해 상기 루프 히트파이프(30)가 off인 상태인 효과를 얻을 수 있는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 방열부 20 : 냉각부
30 : 히트파이프
100 : 제1증발기 200 : 응축기
300 : 제2증발기
110, 310 : 보상챔버 120, 320 : 윅
130, 330 : 증기배출채널
400 : 히터 410 : 전원부
500 : 냉동기
610 : 액체이송관 620 : 증기이송관
630 : 보조이송관
700 : 탱크
30 : 히트파이프
100 : 제1증발기 200 : 응축기
300 : 제2증발기
110, 310 : 보상챔버 120, 320 : 윅
130, 330 : 증기배출채널
400 : 히터 410 : 전원부
500 : 냉동기
610 : 액체이송관 620 : 증기이송관
630 : 보조이송관
700 : 탱크
Claims (12)
- 우주비행체 내에 구비되는 루프 히트파이프를 이용한 스위치 장치에 있어서,
발열부;
냉각부;
내부에 수용된 작동유체가 순환되며 상기 발열부 및 상기 냉각부가 열교환 가능하게 연결하되, 상기 발열부와 연결되어 열교환하는 제1증발기, 상기 냉각부와 연결되어 열교환하는 응축기, 상기 제1증발기 및 상기 응축기에 수용된 액체의 작동유체가 이동 가능 하도록 서로 연결되는 액체이송관 및, 상기 제1증발기 및 상기 응축기에 수용된 기체의 작동유체가 이동 가능 하도록 서로 연결되는 증기이송관을 포함하여 형성되는 상기 루프 히트파이프;
상기 증기이송관 상에서 상기 응축기와 연결되되, 일측에 형성되어 유입되는 기체 및 유체의 작동유체를 보관하는 보상챔버와, 상기 보상챔버에서 기화된 작동유체가 통과하는 윅 및 타측에 형성되어 상기 윅을 통과한 기체의 작동유체를 상기 증기이송관에 배출하는 증기배출채널을 포함하여 형성되는 제2증발기;
상기 제2증발기의 웍 및 증기배출채널이 수용되는 부분의 외면에 배치되어, 상기 제2증발기의 일부를 가열하는 히터; 및
상기 응축기 및 상기 제2증발기의 보상챔버가 수용되는 부분이 함께 접촉되며 배치되어, 상기 응축기 및 상기 보상챔버를 냉각하는 냉동기;를 포함하고,
상기 냉동기가 상기 제2증발기의 보상챔버를 냉각하여 액체의 작동유체를 형성하고,
상기 히터가 상기 제2증발기의 일부를 가열하면, 상기 제2증발기에 형성된 액체의 작동유체가 기화되며 부피가 팽창됨으로써, 상기 응축기에 수용된 액체의 작동유체가 상기 액체이송관을 따라 상기 제1증발기로 이동되어, 상기 발열부 및 냉각부가 열교환을 수행하는 것을 특징으로 하는루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 히터에 전원을 공급하는 전원부를 더 포함하는 것
을 특징으로 하는 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 제1증발기는,
일측에 형성되어 유입되는 액체의 작동유체를 보관하는 보상챔버와, 상기 보상챔버에서 기화된 작동유체가 통과하는 윅 및 타측에 형성되어 상기 윅을 통과한 기체의 작동유체를 외부에 배출하는 증기배출채널을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 히트스위치 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 루프 히트파이프의 작동유체는,
질소, 산소, 네온, 헬륨가스 중 적어도 하나 이상을 포함하는 가스인 것
을 특징으로 하는 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 제1증발기 및 상기 제2증발기는,
서로 액체 및 증기가 이동 가능하도록 연결되는 보조이송관
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치.
- 제 7항에 있어서,
상기 보조이송관은,
상기 제1증발기의 작동유체가, 상기 제2증발기로 이동하는 것
을 특징으로 하는 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치.
- 제 1항의 상기 루프 히트파이프를 이용한 히터스위치 장치에 의한 스위치 방법에 있어서,
기체의 작동유체를 상기 루프 히트파이프에 충전하는 작동유체 충전단계;
상기 냉동기를 가동하여 상기 보상챔버 및 상기 응축기를 냉각하여 액체의 작동유체를 형성하는 냉동기가동단계;
외부로부터 상기 히터에 전력을 제공하여 상기 제2증발기를 가열하는 히터작동단계;
상기 제2증발기의 가열에 의해 발생하는 증발에 따라 부피가 팽창되어 상기 응축기 내부의 액체의 작동유체가 상기 액체이송관을 따라 상기 제1증발기로 이동하는 액체이송관 유동단계;
상기 제1증발기에 액체의 작동유체가 유입되며 상기 제1증발기가 상기 발열부의 열을 흡열하는 발열부 흡열단계; 및
흡열에 의해 상기 제1증발기가 액체의 작동유체를 기화시키고, 형성된 증기가 상기 증기이송관을 따라 상기 응축기로 이동하는 증기이송관 유동단계;
를 수행하는 것을 특징으로 하는 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 방법.
- 제 9항에 있어서,
상기 증기이송관 유동단계 이후,
상기 히터작동단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 방법.
- 제 9항에 있어서,
상기 증기이송관 유동단계 이후,
상기 히터에 공급되는 전원을 차단하는 전원차단단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 방법.
- 제 9항에 있어서,
상기 작동유체는
질소, 산소, 네온, 헬륨가스 중 적어도 하나 이상을 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는
루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 방법.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200152041A KR102502038B1 (ko) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법 |
| US18/249,953 US20230395343A1 (en) | 2020-11-13 | 2021-10-12 | Heat switch device using cryogenic loop heat pipe and method therefor |
| PCT/KR2021/013957 WO2022102985A1 (ko) | 2020-11-13 | 2021-10-12 | 극저온 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200152041A KR102502038B1 (ko) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220065473A KR20220065473A (ko) | 2022-05-20 |
| KR102502038B1 true KR102502038B1 (ko) | 2023-02-21 |
Family
ID=81601466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200152041A KR102502038B1 (ko) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230395343A1 (ko) |
| KR (1) | KR102502038B1 (ko) |
| WO (1) | WO2022102985A1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102076016B1 (ko) * | 2018-11-28 | 2020-02-11 | 창원대학교 산학협력단 | 상온에서 시동 가능한 극저온 루프 히트파이프 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5471119B2 (ja) * | 2009-07-24 | 2014-04-16 | 富士通株式会社 | ループ型ヒートパイプ、電子装置 |
| EP2543242B1 (en) * | 2010-03-03 | 2014-05-14 | Parker-Hannificn Corporation | Condenser bypass for two-phase electronics cooling system |
| KR101357488B1 (ko) | 2012-10-10 | 2014-02-03 | 한국항공우주연구원 | 히터제어용 하니스의 연속성 확인시험을 위한 써모스탯용 시험보조장치 및 그 적용방법 |
| KR101422097B1 (ko) * | 2012-11-26 | 2014-07-28 | 잘만테크 주식회사 | 루프형 히트파이프 시스템용 증발기 및 그의 제조방법 |
| KR102034777B1 (ko) * | 2017-12-29 | 2019-10-21 | 창신대학교 산학협력단 | 루프형 히트 파이프 |
-
2020
- 2020-11-13 KR KR1020200152041A patent/KR102502038B1/ko active IP Right Grant
-
2021
- 2021-10-12 WO PCT/KR2021/013957 patent/WO2022102985A1/ko active Application Filing
- 2021-10-12 US US18/249,953 patent/US20230395343A1/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102076016B1 (ko) * | 2018-11-28 | 2020-02-11 | 창원대학교 산학협력단 | 상온에서 시동 가능한 극저온 루프 히트파이프 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022102985A1 (ko) | 2022-05-19 |
| KR20220065473A (ko) | 2022-05-20 |
| US20230395343A1 (en) | 2023-12-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8066055B2 (en) | Thermal management systems | |
| JP6351632B2 (ja) | 二相流体による熱輸送装置 | |
| JP5061911B2 (ja) | ループ型ヒートパイプおよび電子機器 | |
| KR101043156B1 (ko) | 고에너지 고체레이저장치용 냉각장치 | |
| US4130997A (en) | Refrigerator | |
| CN103538722B (zh) | 冷却单元的功率电子器件的热耗散 | |
| CN104040280A (zh) | 冷却装置 | |
| JP2004150792A (ja) | 緩衝剤蓄え器を備えた吸着式・冷却装置および該吸着式・冷却装置を運転するための方法 | |
| US7213403B2 (en) | Cooling container with an adsorption cooling apparatus | |
| JP2016512879A (ja) | 携帯型自己冷却自律システム | |
| KR102502038B1 (ko) | 루프 히트파이프를 이용한 히트스위치 장치 및 그의 방법 | |
| JP2019207032A (ja) | 機器温調装置 | |
| EP1549897B1 (en) | Evaporator for a heat transfer system | |
| KR20180096406A (ko) | 냉장고 | |
| JP2012198019A (ja) | ループ型ヒートパイプおよび電子機器 | |
| KR101147328B1 (ko) | 강제순환형 극저온 열사이펀 | |
| KR101593892B1 (ko) | 빙점 이하의 온도에서 작동 가능한 히트파이프 및 그를 포함하는 냉각시스템 | |
| JP6371881B1 (ja) | ガス冷却システム | |
| JPH06257969A (ja) | ループ型ヒートパイプ | |
| JP2002115981A (ja) | 熱輸送装置 | |
| US11898801B2 (en) | Cryogenic intermediate temperature storage system and method | |
| KR102233280B1 (ko) | 진동형 히트파이프를 적용한 극저온 루프 히트파이프 | |
| Guiping et al. | Investigation of effects of auxiliary measures for startup of loop heat pipes | |
| JPH09303984A (ja) | 熱素子 | |
| JP3603321B2 (ja) | 非共沸混合媒を用いた冷凍サイクル |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |