KR950002255Y1 - Cooling device used electrical heat pump - Google Patents

Abstract

내용 없음.No content.

Description

전기적 열펌프를 이용한 액체 냉각장치Liquid Cooling System Using Electric Heat Pump

제1도는 본 고안의 전기적 열펌프의 구성도.1 is a block diagram of an electric heat pump of the present invention.

제2도 (a)(b)는 본 고안의 액체 냉각장치의 사시도 및 단면도.Figure 2 (a) (b) is a perspective view and a cross-sectional view of the liquid cooling device of the present invention.

제3도 (a)(b)는 본 고안의 다른 실시예의 기체 냉각장치의 사시도 및 단면도.Figure 3 (a) (b) is a perspective view and a cross-sectional view of the gas cooling device of another embodiment of the present invention.

제4도는 본 고안의 또 다른 실시예의 밀폐공간의 냉각장치의 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view of the cooling device of the confined space of another embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

100 : 열펌프 104 : 냉판100: heat pump 104: cold plate

105 : 온판 1 : 알루미늄기판105: on plate 1: aluminum substrate

1A : 알루미늄판 2,2A : 배관1A: Aluminum plate 2,2A: Piping

21,21A : 베이스 22,23 : 입관, 출관21,21A: Base 22,23: Entry, Exit

3 : 단열층 4,4A : 관3: heat insulation layer 4,4A: pipe

41,41A : 방열판, 냉각판41,41A: heat sink, cooling plate

5,5A : 팬 6 : 물받이5,5A: fan 6: drip tray

본 고안은 열전기적 시스템을 이용한 모듈러판으로 된 열펌프로서 냉매가 필요없는 액체 냉각장치를 구성하여 냉각장치의 구조적 축소와 냉각능력의 증대를 목적으로 안출된 전기적 열펌프를 이용한 액체 냉각장치에 관한 것이다.The present invention is a heat pump made of a modular plate using a thermoelectric system, and constitutes a liquid cooling device that does not require a refrigerant, and relates to a liquid cooling device using an electric heat pump designed for structural reduction of the cooling device and increase of cooling capacity. will be.

일반적으로 냉각장치로는 통상 냉매가스를 압축하여 순환시키는 방식으로 증발기를 통해 냉각을 유도하게 한 것으로 냉매 배관 시스템(압축기, 응축기, 증발기) 등으로 그 부피가 매우 크게 될 뿐만 아니라 냉매로써의 프레온가스 등은 환경공해의 요인으로 범세계적으로 그 사용문제를 추진중에 있는 것이다.In general, the cooling device is to induce cooling through the evaporator by compressing and circulating the refrigerant gas, and the volume of the refrigerant pipe system (compressor, condenser, evaporator), etc. is very large and the freon gas as the refrigerant. As the cause of environmental pollution, the world is promoting its use problem.

따라서 본 고안은 이상과 같은 문제점을 해결하고자 최근 이론이 정립된 열펌프방식을 이용하여서 된 모듈러판으로써 본 고안의 냉각 장치에 적용케 할 것으로 고체소자로 된 열펌프는 고성능 수정반도체 재료로 되어 전류가 열펌프를 관류하면서 더모커플에 거쳐 온도편차를 만들어 내는데 최대 7℃ 이상이다.Therefore, the present invention is applied to the cooling device of the present invention as a modular plate using a heat pump method established recently theory to solve the above problems. The heat pump made of a solid element is a high-performance quartz semiconductor material Through the heating pump, the temperature difference is increased by more than 7 ° C through the thermocouple.

이러한 고체 열펌프는 필터(peltier)효과를 발견하면서 알려졌는데, 실제적 사용은 반도체 더모커플의 발달과 더불어 최근에 이루어진 것으로 커플은 전지적으로 직렬열적으로 병렬로 연결되어 모듈러도 통합된 구성체로써 모듈러는 다시 금속처리된 세라믹판에 포장되어 최적의 절연성과 열전도성을 띄며 압력에 대한 기계적 강도를 갖게 되는 것으로 모듈러는 병렬로 연결해서 열이전 효과를 증가시킬 수도 있고 복층으로 쌓아서 높은 온도편차의 열을 낼 수가 있게 되는 것이다.This solid heat pump was known by discovering the peltier effect. The practical use was recently made with the development of semiconductor thermocouples. Packaged in a metal plated ceramic plate for optimum insulation and thermal conductivity and mechanical strength against pressure. Modular modules can be connected in parallel to increase the heat transfer effect or stacked in multiple layers to produce high temperature deviations. Will be.

이러한 더모커플인 모듈러의 작용은 전자가 한 반도체에서 다른 반도체로 이동하면서 열형태의 에너지를 흡수, 낮은 에너지상태에서 고에너지상태로 가게 된다.This thermocouple, the action of the modular, as electrons move from one semiconductor to another, absorbing energy in the form of heat, go from a low energy state to a high energy state.

즉 전원을 공급하면 전자가 시스템을 통과하는데 필요한 에너지를 얻게 되고, 뜨거운 접합점은 열교환기에 접속되어 과열은 외기로 방출한다.In other words, when the power is supplied, the electrons get the energy required to pass through the system, the hot junction is connected to the heat exchanger, and the superheat is released to the outside air.

이러한 전기냉각연결을 두 요소의 반도체로 만드는데 기본적으로는 도면 제1도에서와 같은 비스무트(Bi)와 텔루프(Te)로 불순물을 주입하여 전자의 N형과 P형의 전기적 도체이며 열전달체인 소자(101)를 형성하여 전기적으로 직렬, 열적으로는 병렬관계가 되게 그 상하면에 각 소자(101)가 직렬연결되게 전기적 연결층(102)과 그 외부로 전기적 절연층 및 열전달 기능을 갖는 세라믹판(103)을 두어 최대한의 열교환과 기계적 강도를 갖게 함과 동시에 그 상하부로 냉판(104) 및 온판(105)을 결합하여서 열펌프(100)를 구성한다. 이러한 열펌프(100)에서 냉판(104)에서 온판(105)으로 흡수되는 고열이 이송되는 것은 회로를 흐르는 자유전자가 전류와 연결쌍의 숫자에 비례하며 각 쌍들은 전기적으로 직렬연결, 열적으로 병렬연결된 모듈러로 조립되어 상업화된 단위부품으로 구성된 것으로 이를 어떻게 설계구성하느냐가 최미의 기술적 과제로 남아 있다. 이렇게 된 열펌프를 이용하여 액체 및 기체의 냉각이나 공기조화기의 기능을 갖는 밀폐공간의 기체냉각을 수행하는 냉각장치를 구성토록하여 냉각기 시스템의 부피 축소 및 유해냉매가스의 불필요로 환경공해상의 문제를 해결토록 한것으로 이러한 열펌프의 원리를 이용한 종래의 기술로는 일본국 공개 실용신안공보 소 51-51556호(명칭 : 냉각기)가 있으나, 이는 공기를 냉각하는 간접방식으로써 구조적 복잡성과 열효율의 문제점이 있다.This electric cooling connection is made into a semiconductor of two elements. Basically, impurities are injected into bismuth (Bi) and tellroof (Te) as shown in FIG. An electrical plate 102 and a ceramic plate having an electrical insulating layer and a heat transfer function to the outside of each of the elements 101 are connected in series so as to be electrically connected in series and thermally in parallel. The heat pump 100 is configured by combining the cold plate 104 and the warm plate 105 to the upper and lower portions thereof while having the maximum heat exchange and mechanical strength. The transfer of high heat absorbed from the cold plate 104 to the on-plate 105 in the heat pump 100 is proportional to the number of free electrons flowing through the circuit and the pair of currents, and the pairs are electrically connected in series and thermally parallel. Composed of connected modular parts and commercialized unit parts, how to design and configure them remains the last technical challenge. By using the heat pump, it is possible to construct a cooling device that performs cooling of liquids and gases or gas cooling of an enclosed space having the function of an air conditioner, thereby reducing the volume of the chiller system and eliminating harmful refrigerant gas. As a conventional technique using the principle of such a heat pump, Japanese Unexamined Utility Model Publication No. 51-51556 (name: Chiller) is an indirect method of cooling air. have.

그러나 본원고안에서는 의료적인 혈액 및 그밖의 액체냉각을 위한 목적으로 안출 제공된 액체냉각기에 관한 것이다.However, the present application relates to a liquid cooler provided for the purpose of medical blood and other liquid cooling.

이하에서 이를 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail by the accompanying drawings as follows.

먼저 도면 제2도는 냉각수 및 혈액 등 액체의 냉각을 위한 것으로 그 구성을 살펴보면 N형과 P형의 소자(101)가 전기적으로 직렬 열적으로 병렬연결되게 그 상하면에 전기적 연결층(102)과 그 외부로 전기적 절연 및 열전달이 이동하는 세라믹판(103)으로 구성된 열펌프(100)의 세라믹판(103) 각각 부설된 냉온판(104, 105)에서 온판(105)이 알루미늄기판(1)에 접촉되게 하고, 냉판(104)에는 열전도가 양호한 재질의 배관설치용 한쌍의 베이스(21)에 외부로 입관과 출관(22, 23)이 돌출되는 순환배관(2)을 설치하고, 그 외부둘레에 단열층(3)을 구비함과 동시에, 알루미늄기판(1)의 이면에는 외부로 방열판(41)을 방사상 설치한 관(4)을 가지며, 그 외측으로 팬(5)을 설치하고, 그 저부로는 물받이(6)가 부설된 구성으로 이때 베이스(21)를 알루미늄 기판(1)보다 작은면적으로 형성한다.First, FIG. 2 is for cooling liquids such as cooling water and blood. Looking at the configuration, the N-type and P-type elements 101 are electrically connected in series and thermally in parallel to each other. The on-board plate 105 is in contact with the aluminum substrate 1 in the cold and hot plates 104 and 105 respectively disposed in the ceramic plate 103 of the heat pump 100 composed of the ceramic plate 103 in which electrical insulation and heat transfer are carried out. The cold plate 104 is provided with a pair of bases 21 for piping installation having a good thermal conductivity, and a circulation pipe 2 through which the inlet and outlet pipes 22 and 23 protrude from the outside, and the heat insulating layer 3 is formed on the outer circumference thereof. At the same time, the rear surface of the aluminum substrate (1) has a tube (4) radially provided with a heat sink (41) to the outside, a fan (5) is installed outside, and the bottom of the drip tray (6) ) In which the base 21 is formed with a smaller area than the aluminum substrate 1. The.

이상과 같이 구성된 본 고안의 그 작용을 살펴보면, DC전원을 공급함에 따라 전자가 시스템을 통과하는데 필요한 에너지를 얻게 되고 이때 열펌프의 세라믹판(103)에 면접된 냉판(104)이 베이스(21)에 내장된 배관(2)과 열절단이 양호한 상태를 접하고 있으므로써 배관(2)을 통과하는 액체가 냉각되며, 이 액체를 냉각시킨 고열은 소자의 특성에 따라서 온판(105)으로 열전달되어 알루미늄기판(1)에 전달되고 관(4)의 방열판(41)으로 열발산시킴과 동시에 팬(5)에 의해 알루미늄 기판(1)에 열전달된 온기를 냉각시켜 주는 작용을 하게 된 것으로, 필요에 따라 냉각시키고자 하는 액체를 배관(2)의 입관(22)으로 주입하여 출관(23)으로 냉각된 액체를 회수하는 액체냉각의 목적을 달성 할 수 있게 되는 것이다.Looking at the operation of the present invention configured as described above, by supplying the DC power to obtain the energy required for electrons to pass through the system, the cold plate 104 interviewed on the ceramic plate 103 of the heat pump is the base 21 The liquid passing through the pipe 2 is cooled by contacting the pipe 2 embedded therein with a good thermal cut, and the high heat of cooling the liquid is heat-transferred to the on-board 105 according to the characteristics of the device, and thus the aluminum substrate. (1) and heat dissipation to the heat sink 41 of the tube (4) and at the same time acts to cool the warm heat transferred to the aluminum substrate (1) by the fan (5), if necessary, cooling It is possible to achieve the purpose of liquid cooling to recover the liquid cooled to the outlet pipe 23 by injecting the liquid to be injected into the inlet pipe 22 of the pipe (2).

그리고 도면 제3도는 본 고안의 다른 실시예로써 기체를 냉각시키기 위한 구성으로 상기 본 고안의 구성에서 배관(2) 및 이를 설치하기 위한 베이스(21)가 열펌프(100)의 냉판(104)측에 알루미늄판(1A)이 접촉되게 하여 같은 구성으로 된 외부로의 냉각판(41A)이 방사상으로 설치된 관(4A)의 후방으로 팬(5A)을 설치하여서 대칭되게 구성한 것으로, 그 작용을 살펴보면 DC전원을 공급함에 따라 전자가 시스템을 통과하는데 필요한 에너지를 얻어 열전자의 이동에 따라 열펌프(100)의 온판측(105)으로는 방열판(41) 및 팬(5)의 작용으로 온기를 냉판측(104)으로는 냉각판(41A) 및 팬(5A)의 작용으로 냉기를 생성하여 기체를 냉각시킬 수 있게 한 구성이다.And Figure 3 is another embodiment of the present invention is a configuration for cooling the gas in the configuration of the present invention pipe 2 and the base 21 for installing the cold plate 104 side of the heat pump 100 The aluminum plate 1A is brought into contact with each other, and the cooling plate 41A to the outside having the same configuration is configured to be symmetrical by installing the fan 5A to the rear of the tube 4A provided radially. As the power is supplied, the electrons obtain the energy required to pass through the system, and as the heat plate moves, the heat plate 41 and the fan 5 act on the cold plate side ( 104 is a configuration in which cold air is generated by the action of the cooling plate 41A and the fan 5A to cool the gas.

그리고 도면 제4도는 본 고안의 실시예의 한 장치로써 밀폐된 공간내의 냉방을 위한 구성으로 열펌프(100)의 온판(105)측에는 냉각수순환용 배관(2A)을 내설한 베이스(21A)가 밀접되고 냉판(104)측에는 외부로 냉각판(41A)을 방사상으로 부설한 관(4A) 외측으로 팬(5A)을 설치하여 밀폐된 내부의 냉각을 이루며, 배관(2A)을 순환하는 냉각수로써 열펌프(100) 온판(105)측의 고열을 냉각시켜 주도록 된 구성이다.FIG. 4 is a device for cooling in an enclosed space as a device of an embodiment of the present invention, and a base 21A having a cooling water circulation pipe 2A in close contact with the on-plate 105 side of the heat pump 100 On the cold plate 104 side, a fan 5A is installed outside the pipe 4A in which the cooling plate 41A is radially installed to the outside to achieve a sealed internal cooling, and a heat pump as cooling water circulating the pipe 2A. 100) It is a structure which cools the high heat of the on-plate 105 side.

여기서 중요하게 열펌프(100)가 직접 알루미늄기판(1, 1A)이나 베이스(21, 21A) 등에 직접 접촉되지 않고 플레이트 즉 냉온판(104, 105)을 통해 열전달을 이루게 한 구조는 매우 중요한 기술로써 냉온측의 간격이 거의 없기 때문에 그 공간에 상쇄되는 열에 대한 손실을 억제하기 위한 위함이고, 이로인한 온도편차로써 결로현상이 발생되는 것을 억제하기 위함이다.Here, the structure in which the heat pump 100 is not directly in contact with the aluminum substrates 1 and 1A or the bases 21 and 21A and heat transfer through the plates, that is, the cold and hot plates 104 and 105 is a very important technology. This is to suppress the loss of heat offset in the space because there is almost no gap on the cold and hot side, and to suppress the occurrence of condensation due to the temperature deviation caused by this.

또한 본 고안에서 냉측의 설치면적을 온측의 설치면적보다 작게 형성한 이유는 다음과 같다.Further, in the present invention, the reason why the installation area of the cold side is smaller than the installation area of the on-side is as follows.

열펌프의 원리는 한쪽면에서 다른 한면으로는 열을 이동(뺏어가는) 하는 것이다. 따라서 한면(Cold)이 차가워지면 다른 한면(Hot) 뜨거워지는 것이다. 이와같이 동작하기 때문에 열을(더워진 열을)되도록 빨리 방출하여야만 차가운 면이 더욱 차가워지는 것이다. 즉 차가운 면보다 뜨거운 면이 커야만 열방출을 쉽게하여 재성능을 발휘할 수 있는 것이다.The principle of a heat pump is to transfer (take away) heat from one side to the other. Therefore, when one side is cold, the other side becomes hot. Because it works like this, the cold side gets colder only if it needs to be released as quickly as possible (heated heat). That is, the hot side must be larger than the cold side to facilitate heat dissipation, thereby exerting re-performance.

이상과 같이 구성되고 작용되는 본 고안은 보다 작은 베이스와 보다 큰 알루미늄기판의 면적차이에 의해 더운열이 방출효율이 증대되어 상대적으로 베이스측에 냉각효율이 증대되는 효과로써 배관내의 혈액 등의 액체냉각이 효율적으로 되는 매우 유용한 고안이다.The present invention constructed and operated as described above has the effect that the heat dissipation efficiency is increased by the area difference between the smaller base and the larger aluminum substrate, so that the cooling efficiency is relatively increased on the base side. This is a very useful design to be efficient.

Claims (1)

비스무트(Bi)와 텔루프(Te)로 불순물을 주입하여 전자의 N형과 P형의 전기적 도체이며 열전달체인 소자(101)를 형성하여 전기적으로는 직렬, 열적으로는 병렬인 구조로 그 상하면에 전기적 연결층(102)과 그 외부로 세라믹판(103)을 가지는 열펌프의 양측면에 냉온판을 접촉구성함에 있어서, 이 열펌프(100)의 냉판(104)측에는 외부로 입관(22) 및 출관(23)을 가지는 배관(2)이 설치되는 한 쌍의 베이스(21)가 밀접되어 그 전면 및 둘레면에 단열층(3)을 두고 온판(105)측이 알루미늄기판(1)에 밀접하되 냉측의 면적을 상대적으로 적게하여 밀폐구성한 상기 알루미늄기판의 이면으로는 방사상으로 방열판(41)을 가지는 관(4)에 설치된 팬으로 방열되게 한 것을 특징으로 하는 전기적 열펌프를 이용한 액체 냉각장치.Impurities are injected into bismuth (Bi) and tellroof (Te) to form electrical conductors of the N-type and P-type electrons and heat transfer elements 101, which are electrically series and thermally parallel structures. In forming the hot and cold plates in contact with both sides of the heat pump having the electrical connection layer 102 and the ceramic plate 103 to the outside, the cold plate 104 side of the heat pump 100 enters and exits 22 and exits to the outside. The pair of bases 21 on which the pipes 2 having 23 are installed are in close contact with the heat insulating layer 3 on the front and circumferential surfaces thereof. A liquid cooling device using an electric heat pump, characterized in that the area is relatively small so that the heat dissipation is performed by a fan installed in a tube (4) having a heat sink (41) radially to the rear surface of the aluminum substrate.