(57)【要約】【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
2016017737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】韓国特開２０１４‐００００８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例によるＴＥＤ熱交換器の斜視図である。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【符号の説明】
【００４０】
１００  冷却チューブ
２００  放熱チューブ
５００  熱電素子
【図１】
2016017737.tif 000003
【図２】
2016017737.tif 000004
【図３】
2016017737.tif 000005
【図４】
2016017737.tif 000006