JP2012033847A - 熱電モジュールを用いた冷温水システム及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷水と温水が流れる流路を含む絶縁基板を夫々備え、熱伝導度を向上させることによって、飲用水の急速冷却を可能にするための熱電モジュールを用いた冷温水システム及びその製造方法を提供する。
【解決手段】熱電モジュールを用いた冷温水システム100は、互いに向い合って離隔されるように配置された第1及び第2基板110a、110b、冷水が流れることができるように前記第1基板の内部に形成された冷水ライン130a、温水が流れることができるように前記第2基板の内部に形成された温水ライン130b、前記第1及び第2基板の内側面に夫々配置された第1及び第2絶縁層150a、150b、前記第1及び第2絶縁層の間に介装された熱電素子170、を含んで、飲用水を冷却するために熱電モジュールを適用するため、騷音がなく飲用水の温度を多様に調節することができるという効果を得ることができる。
【選択図】図1
【解決手段】熱電モジュールを用いた冷温水システム100は、互いに向い合って離隔されるように配置された第1及び第2基板110a、110b、冷水が流れることができるように前記第1基板の内部に形成された冷水ライン130a、温水が流れることができるように前記第2基板の内部に形成された温水ライン130b、前記第1及び第2基板の内側面に夫々配置された第1及び第2絶縁層150a、150b、前記第1及び第2絶縁層の間に介装された熱電素子170、を含んで、飲用水を冷却するために熱電モジュールを適用するため、騷音がなく飲用水の温度を多様に調節することができるという効果を得ることができる。
【選択図】図1
Description
本発明は熱電モジュールを用いた冷温水システム及びその製造方法に関し、より詳細には、飲用水が流れることができる冷温水ラインを有する基板と熱電素子を備えて、飲用水の急速冷却を可能にするための熱電モジュールを用いた冷温水システム及びその製造方法に関する。
化石エネルギーの使用の急増は地球温暖化及びエネルギー枯渇の問題をひき起こしていて、最近、エネルギーを有効に用いることができる熱電モジュールに関する多くの研究がなされている。
ここで、熱電モジュールは、熱電素子の両端に温度差を与える場合、起電力が発生するゼーベック(Seebeck)効果を得ることができる発電装置に、または熱電素子に直流を印加する場合、一端が発熱して他端が吸熱するペルティエ(Peltier)効果を用いる冷却装置に用いられることができる。
このような熱電モジュールは、上下部電極と、上下部電極の間に配置された熱電素子を含むことができる。ここで、上下部電極の各上面には熱電モジュールを支持するための基板が配置される。この際、基板には優れた電気絶縁性を有するアルミナ基板が主に用いられている。
しかし、アルミナ基板は低い熱伝導度を有するため、熱電モジュールの熱電性能及び伝熱性能が低下するという問題点があった。
従って、本発明は上述の問題点を解決するために導き出されたものであり、冷水と温水が流れる流路を含む絶縁基板を夫々備え、熱伝導度を向上させることによって、飲用水の急速冷却を可能にするための熱電モジュールを用いた冷温水システム及びその製造方法を提供することをその目的とする。
上述の目的を果たすための本発明の実施形態による熱電モジュールを用いた冷温水システムは、互いに向い合って離隔されるように配置された第1及び第2基板;冷水が流れることができるように前記第1基板の内部に形成された冷水ライン;温水が流れることができるように前記第2基板の内部に形成された温水ライン;前記第1及び第2基板の内側面に夫々配置された第1及び第2絶縁層;前記第1及び第2絶縁層の間に介装された熱電素子;を含むことができる。
前記冷温水システムは、前記冷水ラインと温水ラインの端に形成されて水が注入される水流入口;及び前記冷水ラインと温水ラインの端に形成されて前記冷温水システムの外に水を排出させる水排出口;をさらに含むことが好ましい。
また、第1及び第2基板は、金属からなることが好ましい。
これに加えて、冷温水システムは、前記互いに向い合って離隔されるように配置された第1及び第2基板、冷水が流れることができるように前記第1基板の内部に形成された冷水ライン、温水が流れることができるように前記第2基板の内部に形成された温水ライン、前記第1及び第2基板の内側面に夫々配置された第1及び第2絶縁層、前記第1及び第2絶縁層の間に介装された熱電素子を一つのグループとして、このグループを複数個配置して、複数グループで形成することが好ましい。
また、複数グループの間に熱伝導性グリース(thermal grease)をさらに配置することが好ましい。
前記複数グループに形成する時、隣り合うグループの相接する基板は互いに温水または冷水のうち同一の状態の水が流れることができるようにすることが好ましい。
また、前記第1及び第2絶縁層は、Al2O3、ZnO及びNiOのうち何れか一つの絶縁性酸化物が塗布された形態であることが好ましい。
他の本発明の熱電モジュールを用いた冷温水システム製造方法は、冷水ラインを含んだ第1基板の内側に第1絶縁層を配置する段階;第1絶縁層の内側に熱電素子を配置する段階;前記熱電素子を基準に第1絶縁層と互いに対称となるように第2絶縁層を熱電素子の側面に配置する段階;及び前記第1基板と互いに対称となるように第2絶縁層の側面に温水ラインを含んだ第2基板を配置する段階;を含むことができる。
また、冷水ラインと温水ラインは、水が注入される水流入口を端にさらに形成することが好ましい。
これに加えて、冷水ラインと温水ラインは、水を排出させる水排出口を端にさらに形成することが好ましい。
また、第1及び第2基板は、金属からなることが好ましい。
これに加えて、第1及び第2絶縁層は、Al2O3、ZnO及びNiOのうち何れか一つの絶縁性酸化物が塗布された形態であることが好ましい。
本発明の熱電モジュールを用いた冷温水システム及びその製造方法は、飲用水を冷却するために熱電モジュールを適用するので、騷音がなく飲用水の温度を多様に調節することができるという効果を得ることができる。
また、本発明は金属基板と金属基板の内部に形成された流路を熱電モジュールに適用するため、従来方式の熱電モジュールに比べて熱伝導度を向上させることができ、これにより飲用水の急速冷却が可能であるという長所がある。
これに加えて、本発明は熱電モジュールを適用するため、冷温水システムが動作する時、騷音が発生しないという長所がある。
以下、本発明の実施形態による熱電モジュールを用いた冷温水システムを参考して詳細に説明する。以下で紹介される実施形態は当業者に本発明の思想が十分に伝達されるようにするために例として提供されるものである。従って、本発明は以下で説明する実施形態に限定されず、他の形態で具体化されることもできる。そして、図面において、装置の大きさ及び厚さなどは便宜のために誇張されて表現されることもできる。明細書の全体における同一の参照番号は同一の構成要素を示す。
図示するように、図1は本発明による冷温水システムの一例を示す分解斜視図である。
図示するように、冷温水システム100は第1及び第2基板110a、110b、第1及び第2絶縁層150a、150b、熱電素子170を含む。
より詳細に説明すると、第1及び第2基板110a、110bは互いに向い合って離隔されるように配置されることができる。
ここで、第1及び第2基板110a、110bは外部装置(未図示)と接合されて、熱電素子170の熱交換を通じて外部から熱を吸収させたり熱を放出させる役割を遂行することができる。
即ち、第1及び第2基板110a、110bは外部装置と熱電素子170の間の熱伝達を遂行する役割をすることができる。これにより、熱電モジュールの効率は第1及び第2基板110a、110bの熱伝導率による影響を受けるようになる。
これにより、第1及び第2基板110a、110bは熱伝導率が優れた金属(例えば、アルミニウム、銅など)からなることができる。これは、熱伝導度をさらに高めることができるという効果を得ることができる。
また、第1基板110aは冷水が流れることができるように内部に形成された冷水ライン130aを含む。
第2基板110bは温水が流れることができるように内部に形成された温水ライン130bを含む。即ち、冷水ライン130aと温水ライン130bは飲用水が流れる流路という意味である。
上述の冷水ライン130aと温水ライン130bは、第1基板110aと第2基板110bのそれぞれの内部に図1のような屈曲形態で形成されることができる。これは、運用者の必要によって他の形態(例えば、一直線形、対角線形など)で具現されることも可能である。
一方、図1で図示するように、冷水ライン130aと温水ライン130bは、それぞれの端に形成されて水が注入される水流入口131、135を含むことができる。
また、冷水ライン130aと温水ライン130bは、それぞれの端に形成されて冷温水システムの外に水を排出させる水排出口133、137を含むことができる。
第1及び第2絶縁層150a、150bは第1及び第2基板110a、110bの内側面に夫々配置されることができる。
ここで、第1及び第2絶縁層150a、150bは、Al2O3、ZnO及びNiOのうち何れか一つの絶縁性酸化物が塗布された形態であることができる。
これに加えて、熱電素子170は第1及び第2絶縁層150a、150bの間に介装されることができる。
ここで、熱電素子170はP−タイプのP型半導体とN−タイプのN型半導体を含むことができ、これは同一の平面上に任意の間隔だけ離隔されて、相互に配置されることができる。
上述のように、第1基板110aと第2基板110bは冷水ラインと温水ラインを夫々含むため、温水ラインを含む第2基板110bの温度が冷水ラインを含む第1基板110aの温度に比べて相対的に高くて、熱放出の速度を加速することができ、加速された熱放出の速度によって冷水ラインを流れる飲用水の急速冷却が可能であるため、冷/温水の供給の効率が極大化されることができる。
また、第1基板110aと第2基板110bが金属材質であり、基板の間に第1及び第2絶縁層150a、150bが配置されるため、熱伝導度が高くて飲用水の急速冷却の効率をさらに高めることができるという効果を得ることができる。
一方、上述した効果により、温水ラインを流れる飲用水の温水供給速度を増進させることができるという長所がある。
図1で開示する第1及び第2基板110a、110b、第1及び第2絶縁層150a、150b及び熱電素子170の夫々を合わせると、図2で図示するようになる。
図3は図2で図示したI−I'線に沿って切断した冷温水システムの断面図である。
図示するように、冷温水システム100は、第1基板110aの内部に飲用水が流れる冷水ライン130aが形成されていて、第1基板110aの内側面に第1絶縁層150a及び熱電素子170の順に配置されている。
また、熱電素子170を基準に第1基板110a及び第1絶縁層150aと対称となるように、第2絶縁層150b及び温水ライン130bを含んだ第2基板110bの順に配置されている。
ここで、熱電素子170は図3で図示するように、複数個が互いに離隔されて配置されることができる。
図1から図3で開示する冷温水システムは、駆動する前のスリーピングモードでは、低電力で基板及び絶縁層に冷温の熱を吸収及び放出していて、外部から冷温水の供給信号が発生すると、急速に冷温水を供給する。
以下では図1から図3で開示する第1及び第2基板110a、110b、第1及び第2絶縁層150a、150b及び熱電素子170が複数個配置されている場合を例として説明する。
これは、冷温水の量を考慮する時、一つの熱電モジュールを用いた冷温水システムが不足である場合、熱電モジュールを多数個連結して冷温水の供給が円滑にすることができる構造である。
図4は本発明による冷温水システムの他の実施形態を示す分解斜視図である。
図4で図示するように、冷温水システム100は、互いに向い合って離隔されるように配置された第1及び第2基板110a、110b、冷水が流れることができるように第1基板110aの内部に形成された冷水ライン130a、温水が流れることができるように第2基板110bの内部に形成された温水ライン130b、第1及び第2基板110a、110bの内側面に夫々配置された第1及び第2絶縁層150a、150b、第1及び第2絶縁層150a、150bの間に介装された熱電素子170が一つのグループ(図4のAグループ)である場合、これを複数個配置して複数グループ(Aグループ、Bグループ、Cグループ)に形成されることができる。
図4で図示するように、複数グループ(Aグループ、Bグループ、Cグループ)の間に熱伝導性グリース(thermal grease)190a、190bをさらに配置することができる。
ここで、熱伝導性グリースは各境界面に形成された空隙を埋める役割をし、空隙によって熱伝導率が低下されることを防止する役割をすることができる。
一方、冷温水システム100が複数グループに形成される時、相接する基板は互いに温水または冷水のうち同一の状態の水が流れることができるようにする。
例えば、冷水ラインを含む基板は冷水ラインを含む基板同士に相接するように配置し、温水ラインを含む基板は温水ラインを含む基板同士に相接するように配置することができる。
これは、熱熱伝達効率を向上させて、冷水化または温水化の時間を縮めることができるようにするためである。
図4で図示するAグループ、Bグループ及びCグループの夫々を合わせると、図5から図6で図示するようになる。
図示していないが、以下では、本発明による冷温水システムの製造方法に対して説明する。
まず、冷水ライン130aを含んだ第1基板110aの内側に第1絶縁層150aを配置することができる。
次に、第1絶縁層150aの内側に熱電素子170を配置することができる。
次に、熱電素子を基準に第1絶縁層150aと互いに対称となるように、第2絶縁層150bを熱電素子の側面に配置することができる。
これに加えて、第1基板110aと互いに対称となるように、第2絶縁層150bの側面に温水ライン130bを含んだ第2基板110bを配置することができる。
上述の冷水ライン130aと温水ライン130bは、水が注入される水流入口131、135を端にさらに形成することができる。
また、冷水ライン130aと温水ライン130bは、水を排出させる水排出口133、137を端にさらに形成することができる。
これに加えて、第1及び第2基板110a、110bは金属からなることができる。
第1及び第2絶縁層150a、150bは、Al2O3、ZnO及びNiOのうち何れか一つの絶縁性酸化物が塗布された形態であることができる。
以上で説明した本発明の好ましい実施形態は例示の目的のために開示されたものであり、本発明が属する技術分野にて通常の知識を有する者において、本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であろうが、このような置換、変更などは添付の特許請求の範囲に属するものとするべきであろう。
100 冷温水システム
110a、110b 基板
130a 冷水ライン
130b 温水ライン
131、135 水流入口
133、137 水排出口
150a、150b 絶縁層
170 熱電素子
190a、190b 熱伝導性グリース
110a、110b 基板
130a 冷水ライン
130b 温水ライン
131、135 水流入口
133、137 水排出口
150a、150b 絶縁層
170 熱電素子
190a、190b 熱伝導性グリース
Claims (12)
- 互いに向い合って離隔されるように配置された第1及び第2基板;
冷水が流れることができるように前記第1基板の内部に形成された冷水ライン;
温水が流れることができるように前記第2基板の内部に形成された温水ライン;
前記第1及び第2基板の内側面に夫々配置された第1及び第2絶縁層;
前記第1及び第2絶縁層の間に介装された熱電素子;
を含む熱電モジュールを用いた冷温水システム。 - 前記冷温水システムは、
前記冷水ラインと温水ラインのそれぞれの端に形成されて水が注入される水流入口;及び
前記冷水ラインと温水ラインのそれぞれの端に形成されて前記冷温水システムの外に水を排出させる水排出口;
をさらに含む請求項1に記載の熱電モジュールを用いた冷温水システム。 - 前記第1及び第2基板は金属からなる請求項2に記載の熱電モジュールを用いた冷温水システム。
- 前記冷温水システムは、
前記互いに向い合って離隔されるように配置された第1及び第2基板、冷水が流れることができるように前記第1基板の内部に形成された冷水ライン、温水が流れることができるように前記第2基板の内部に形成された温水ライン、前記第1及び第2基板の内側面に夫々配置された第1及び第2絶縁層、前記第1及び第2絶縁層の間に介装された熱電素子を一つのグループとして、このグループを複数個配置して複数グループに形成する請求項3に記載の熱電モジュールを用いた冷温水システム。 - 前記複数グループの間に熱伝導性グリースをさらに配置する請求項4に記載の熱電モジュールを用いた冷温水システム。
- 前記複数グループのうち隣り合うグループの相接する基板は、互いに温水または冷水のうち同一の状態の水が流れることができるようにされている請求項5に記載の熱電モジュールを用いた冷温水システム。
- 前記第1及び第2絶縁層は、Al2O3、ZnO及びNiOのうち何れか一つの絶縁性酸化物が塗布された形態である請求項1に記載の熱電モジュールを用いた冷温水システム。
- 冷水ラインを含んだ第1基板の内側に第1絶縁層を配置する段階;
第1絶縁層の内側に熱電素子を配置する段階;
前記熱電素子を基準に第1絶縁層と互いに対称となるように第2絶縁層を熱電素子の側面に配置する段階;及び
前記第1基板と互いに対称となるように第2絶縁層の側面に温水ラインを含んだ第2基板を配置する段階;
を含む熱電モジュールを用いた冷温水システムの製造方法。 - 前記冷水ラインと温水ラインは、水が注入される水流入口をそれぞれの端にさらに形成する請求項8に記載の熱電モジュールを用いた冷温水システムの製造方法。
- 前記冷水ラインと温水ラインは、水を排出させる水排出口をそれぞれの端にさらに形成する請求項9に記載の熱電モジュールを用いた冷温水システムの製造方法。
- 前記第1及び第2基板は金属からなる請求項10に記載の熱電モジュールを用いた冷温水システムの製造方法。
- 前記第1及び第2絶縁層は、Al2O3、ZnO及びNiOのうち何れか一つの絶縁性酸化物が塗布された形態である請求項11に記載の熱電モジュールを用いた冷温水システムの製造方法。
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