KR100340647B1 - Refrigerator and heater for vehicles using thermoelectric semiconductors - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉각효과 및 단열 효과가 뛰어난, 열전 반도체를 이용한 차량용 냉ㆍ온장고를 제공한다. 본 발명의 냉ㆍ온장고는, 개폐가능한 문(2)을 구비하며, 단열재를 포함하는 냉ㆍ온장고 케이스(1); 열흡수면(5a) 및 열방출면(5b)을 가지며, 상기 열흡수면(5a)이 상기 케이스(1)의 내부에 면하도록, 상기 케이스(1)의 일측벽에 배치된 열전 반도체 소자(5); 상기 케이스(1)의 상기 일측벽 내부에, 상기 열전 반도체 소자(5)의 열방출면(5b)과 대면하여 접촉하도록 설치된 용기로 이루어진 기화기(6); 상기 케이스(1)의 외부에, 상기 기화기(6)보다 높은 위치에 설치되고, 또한 냉각팬(9)을 구비한 응축기(8); 상기 기화기(6)와 상기 응축기(8) 사이를 연결하는 배관(7); 및 상기 기화기(6)에서 기화가능하고, 상기 응축기(8)에서 응축가능하며, 상기 기화기(6), 상기 배관(7), 및 상기 응축기(8) 내부에서 유동하는 작동유체(10);를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a vehicle cold / warmer using a thermoelectric semiconductor having excellent cooling effect and heat insulation effect. The refrigerator / warmer of the present invention includes a refrigerator / warmer case (1) having a door (2) that can be opened and closed, and including a heat insulating material; A thermoelectric semiconductor element 5 having a heat absorption surface 5a and a heat dissipation surface 5b and disposed on one side wall of the case 1 such that the heat absorption surface 5a faces the inside of the case 1. ); A vaporizer 6 formed of a container provided inside the one side wall of the case 1 to be in contact with the heat dissipation surface 5b of the thermoelectric semiconductor element 5; A condenser 8 installed outside the case 1 at a position higher than the vaporizer 6 and having a cooling fan 9; A pipe (7) connecting between the vaporizer (6) and the condenser (8); And a working fluid 10 vaporizable in the vaporizer 6, condensable in the condenser 8, and flowing in the vaporizer 6, the pipe 7, and the condenser 8. It is characterized by including.
Description
본 발명은, 차량용 냉ㆍ온장고에 관한 것이다. 더 특정하면, 본 발명은 열전 반도체를 이용한 차량용 냉ㆍ온장고에 관한 것이며, 더 자세히 특정하면, 열전 반도체와, 증발기 및 응축기로 구성된 열교환기를 이용하여 냉각성능과 단열효과를 향상시킨 차량용 냉ㆍ온장고에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cold refrigerator for a vehicle. More specifically, the present invention relates to a vehicle cold / warmer using a thermoelectric semiconductor, and more specifically, to a vehicle cold / warmer using a heat exchanger composed of a thermoelectric semiconductor and an evaporator and a condenser to improve cooling performance and heat insulation effect. It is about.
자동차 공학의 발전과 소비수준의 향상에 따라, 차량에 다양한 편의 시설을 제공하는 것이 대중화되었다. 즉, 난방 또는 냉방 등의 기본적인 공기조화 기능 외에도, 차량 내부에 냉장고 또는 온장고를 설치하여 음식물 보관 등에 있어서, 사용자의 편익을 도모하고 있다.With the development of automotive engineering and the improvement of consumption level, it has become popular to provide various conveniences to vehicles. That is, in addition to basic air conditioning functions such as heating or cooling, a refrigerator or a warmer is installed inside the vehicle to facilitate the user's convenience in food storage and the like.
냉장고와 온장고는, 열전달 과정이 가역적일 경우, 그 작동원리가 반대가 되므로, 이하에서는, 편의상 냉장고를 중심으로 설명하고, 온장고에 대하여는 부가적으로 설명한다.Since the operation principle of the refrigerator and the warmer is reversible when the heat transfer process is reversible, the following description will focus on the refrigerator for convenience and additionally explain the warmer.
전통적인 냉동사이클을 이용한 냉장고는, 증발기, 응축기, 압축기, 스로틀 밸브, 등을 사용하여야 하는 관계로, 장치의 구성이 매우 복잡하기 때문에, 차량용으로는 적합하지 않다. 따라서, 차량용 냉장고로서는, 열전효과 즉, 펠티어 효과(Peltier Effect)에 따라서, 열전 반도체 소자를 이용한 냉장고가 널리 사용되어 왔다. 펠티어 효과란, 두 종류의 상이한 금속을 접합시키고, 여기에 전류를 통과시켰을 경우, 금속간의 접합부에서, 전류에 비례하여 열의 발생 및 흡수가 일어나는 현상을 말한다. 이 효과는 가역적인 것으로서, 전류를 반대로 인가하는 경우에는 열의 흡수 및 발생도 반대로 일어난다. 이 펠티어 효과를 이용하여, N형 및 P형 반도체를 교대로 배열하여 냉각 또는 가열을 행하는 열전 반도체 소자가 이미 실용화되어 사용되고 있다.Refrigerators using traditional refrigeration cycles are not suitable for vehicles because the configuration of the apparatus is very complicated since an evaporator, a condenser, a compressor, a throttle valve, and the like must be used. Therefore, as a vehicle refrigerator, a refrigerator using a thermoelectric semiconductor element has been widely used in accordance with a thermoelectric effect, that is, a Peltier effect. The Peltier effect refers to a phenomenon in which heat generation and absorption occur in proportion to the current at the junction between the metals when two kinds of different metals are bonded together and a current is passed through them. This effect is reversible, and when the current is applied in reverse, the absorption and generation of heat also occur in reverse. By utilizing this Peltier effect, thermoelectric semiconductor elements which alternately arrange N-type and P-type semiconductors to perform cooling or heating have already been put to practical use.
냉장고에 있어서는, 열전 반도체 소자의 열흡수면을 냉장실 내에, 그리고, 열방출면을 외부에 면하도록 배치하여, 냉장기능을 수행한다. 그런데, 이 열전 반도체 소자의 효율은, 그 열방출면과 열흡수면 간의 온도차의 증가에 따라 저하되므로, 이 온도차를 감소시키기 위하여, 열방출면에서 발생하는 열을 외부로 효과적으로 방출시키는 것이 필요하다. 이를 위하여, 열방출면에 단순히 냉각핀을 부착하거나, 여기에 추가하여, 팬 또는 냉각수를 사용하여 열방출면의 열방출을 촉진시키는 방식이 종래기술 (예를 들면, 공개실용신안공보 제1998-34771호 등)에서 채용되어 왔다.In the refrigerator, the heat absorption surface of the thermoelectric semiconductor element is disposed in the refrigerating chamber and the heat dissipation surface facing the outside, thereby performing the refrigerating function. By the way, since the efficiency of this thermoelectric semiconductor element decreases with the increase in the temperature difference between the heat dissipation surface and the heat absorption surface, it is necessary to effectively dissipate heat generated on the heat dissipation surface to the outside in order to reduce this temperature difference. To this end, a method of simply attaching a cooling fin to the heat dissipating surface, or in addition thereto, to promote heat dissipation of the heat dissipating surface using a fan or cooling water is known in the art (for example, Korean Utility Model Publication No. 1998-34771). And the like).
도 1a는, 종래기술의 열전 반도체를 이용한 차량용 냉장고의 일예를 도시한 것이다. 이 종래기술의 차량용 냉장고는, 단열재로 형성된 냉장 케이스(21), 냉장 케이스(21)의 일측벽에, 열흡수면(25a)이 냉장실(23)내부에 면하고, 열방출면(25b)이 외부로 면하도록 배치된 열전 반도체 소자(25), 열전 반도체 소자(25)의 열방출면(25b)에 배치된 냉각핀(24), 냉각핀(24)을 냉각시키는 냉각팬(26), 및 냉장 케이스(21)의 상부에 설치된 덮개(22)로 구성되어 있다. 이 종래기술의 차량용 냉장고에 있어서는, 냉각핀(24) 주위의 뜨거운 공기를 냉각팬(26)을 사용하여 외부로 방출하는 것에 불과하므로, 냉각핀(24)을 효과적으로 냉각시킬 수 없고, 따라서, 열방출면(25b)으로부터 열을 효과적으로 방출시킬 수 없게 되어, 냉장 효율이 심각하게 저하되는 문제점이 있다.1A illustrates an example of a vehicle refrigerator using a thermoelectric semiconductor of the related art. In the conventional refrigerator for a vehicle, the heat absorbing surface 25a faces the inside of the refrigerating chamber 23 and the heat dissipating surface 25b faces one side wall of the refrigerating case 21 and the refrigerating case 21 formed of a heat insulating material. The thermoelectric semiconductor element 25 disposed so as to face the cooling chamber, the cooling fins 24 disposed on the heat dissipating surface 25b of the thermoelectric semiconductor element 25, the cooling fan 26 cooling the cooling fins 24, and a cold storage case. It consists of the cover 22 provided in the upper part of 21. In this prior art vehicle refrigerator, since only the hot air around the cooling fins 24 is discharged to the outside using the cooling fan 26, the cooling fins 24 cannot be cooled effectively, and therefore, There is a problem that the heat cannot be effectively released from the discharge surface 25b, and the refrigeration efficiency is seriously lowered.
도 1b는, 종래기술의 차량용 냉장고의 또다른 예를 도시한 것으로서, 상기 종래기술과는, 냉각핀(24)의 냉각방식만이 상이하다. 이 또다른 종래기술의 차량용 냉장고는, 냉각수 입구(27a)를 통하여 차량의 냉각수를 유입하여, 냉각핀(24)을 냉각시킨 후에, 냉각수를 냉각수 출구(27b)를 통하여 배출시키는 방식을 취하고 있다. 이 방식의 경우에는, 냉각핀(24)의 냉각은 상기 언급한 종래기술보다는 효과적으로 이루어지지만, 차량의 냉각수를 유입하여야 하므로, 차량 엔진실로 연결되는 별도의 배관을 설치하여야 한다. 따라서, 설비가 복잡하고, 차량 내의 설치 위치에도 제약이 있다는 문제점이 있다. 더욱이, 차량의 냉각수는, 차량의 운행중에는 고온의 차량 엔진의 냉각에 사용되는 것이므로, 필연적으로 높은 온도를 가지게 되고, 따라서 냉각핀(24)의 냉각에 적합하지 않다는 문제점을 또한 가진다.FIG. 1B shows another example of a vehicular refrigerator of the prior art, in which only the cooling method of the cooling fins 24 is different from the conventional art. The vehicle refrigerator of another prior art has a system in which the cooling water of the vehicle is introduced through the cooling water inlet 27a, the cooling fins 24 are cooled, and then the cooling water is discharged through the cooling water outlet 27b. In this case, cooling of the cooling fins 24 is more effective than the above-mentioned prior art, but since the cooling water of the vehicle must be introduced, a separate pipe connected to the engine compartment of the vehicle must be installed. Therefore, there is a problem that the installation is complicated and there is a restriction in the installation position in the vehicle. Moreover, since the cooling water of the vehicle is used for cooling a high temperature vehicle engine while the vehicle is running, it inevitably has a high temperature, and thus also has a problem that it is not suitable for cooling the cooling fins 24.
그리고, 차량에 있어서 전력공급은, 차량의 엔진 구동에 의하여 전기를 발생시키는 발전기에 의존하며, 특히 차량 엔진의 정지시에는, 전력 공급을 차량의 배터리에 전적으로 의존하게 되므로, 전력소모를 최소화하기 위하여, 냉장실의 완벽한 단열이 필수적으로 요구된다. 그러나, 상기 종래기술의 차량용 냉장고에 있어서는, 열전 반도체 소자(25)가 설치된 부분에는 필연적으로 단열재가 부착될 수 없고, 열전 반도체 소자(25)의 열방출면(25b)이 직접적으로 외부와 접하게 되므로,냉장실의 단열이 불충분하다.In the vehicle, the power supply depends on a generator that generates electricity by driving the engine of the vehicle, and especially when the vehicle engine is stopped, the power supply is completely dependent on the battery of the vehicle, so as to minimize power consumption. However, complete insulation of the refrigerating compartment is essential. However, in the vehicular refrigerator of the prior art, a heat insulating material cannot necessarily be attached to a portion where the thermoelectric semiconductor element 25 is installed, and the heat dissipating surface 25b of the thermoelectric semiconductor element 25 is directly in contact with the outside, Insulation of the refrigerating compartment is insufficient.
상기에서 언급한 바를 요약하면, 차량용 냉장고에 있어서는, 냉각효율이 뛰어나고, 또한 단열이 완벽히 이루어진 냉장고가 필연적으로 요구된다.In summary, in the vehicle refrigerator, a refrigerator having excellent cooling efficiency and perfect heat insulation is inevitably required.
그리고, 차량용 냉장고는, 온장고로서도 기능할 수 있다면, 더욱 유용성이 증가한다. 펠티어 효과가 가역적으로 적용됨을 이용하여, 냉장시와 반대 방향의 전류를 열전 반도체 소자에 인가하는 경우에는 온장고로서 기능하게 된다. 온장고의 경우에, 열효율은 주로 그 케이스의 단열에 좌우되게 되므로, 단열이 완벽히 이루어진 케이스를 제공하는 것이 요구된다.And a vehicle refrigerator can be more useful if it can also function as a warmer. Since the Peltier effect is applied reversibly, when the current in the opposite direction to the refrigerating device is applied to the thermoelectric semiconductor device, the Peltier effect functions as a warmer. In the case of a warmer, the thermal efficiency depends mainly on the insulation of the case, and therefore it is desired to provide a case in which the insulation is perfectly made.
본 발명의 목적은, 열전 반도체를 이용한 차량용 냉장고에 있어서, 열전 반도체 소자의 열방출면의 열을 효과적으로 방출시킴과 동시에 완벽한 단열이 이루어짐에 의하여, 냉각 성능이 뛰어난 차량용 냉장고를 제공하는 것에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a vehicle refrigerator having excellent cooling performance by effectively dissipating heat from a heat dissipating surface of a thermoelectric semiconductor element and attaining perfect heat insulation in a vehicle refrigerator using a thermoelectric semiconductor.
본 발명의 제2 의 목적은, 상기 목적에 더하여, 냉장실 내부의 공기의 순환을 향상시킴에 의하여, 냉각 성능이 뛰어난 차량용 냉장고를 제공하는 것에 있다.In addition to the above object, a second object of the present invention is to provide a vehicle refrigerator having excellent cooling performance by improving circulation of air in the refrigerating compartment.
본 발명의 제3 의 목적은, 상기 목적에 더하여 온장고로서도 사용될 수 있는 차량용 냉장고를 제공하는 것에 있다.A third object of the present invention is to provide a refrigerator for a vehicle that can also be used as a warmer in addition to the above object.
도 1a 및 1b는, 종래기술의 열전 반도체를 이용한 차량용 냉장고의 예를 도시한 도면이다.1A and 1B show an example of a vehicle refrigerator using a thermoelectric semiconductor of the prior art.
도 2는, 본 발명의 열전 반도체를 이용한 차량용 냉ㆍ온장고의 일실시예의 측면 단면도이다.2 is a side cross-sectional view of an embodiment of a vehicle cold / warmer using the thermoelectric semiconductor of the present invention.
도 3은, 본 발명의 열전 반도체를 이용한 차량용 냉ㆍ온장고의 일실시예에 있어서의 기화기와 배관의 구성을 도시한다.Fig. 3 shows the structure of a vaporizer and a piping in one embodiment of a vehicle cold / warmer using the thermoelectric semiconductor of the present invention.
도 4는, 본 발명의 열전 반도체를 이용한 차량용 냉ㆍ온장고의 다른 실시예의 측면 단면도이다.4 is a side cross-sectional view of another embodiment of a vehicle cold / warmer using the thermoelectric semiconductor of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for the main parts of the drawings *
1: 냉ㆍ온장고 케이스 6: 기화기 14a,14b: 덕트1: cold / heater case 6: vaporizer 14a, 14b: duct
1a: 단열재 7: 배관1a: insulation 7: piping
2: 문 8: 응축기2: door 8: condenser
3: 냉장실 9: 냉각팬3: refrigerator compartment 9: cooling fan
4: 히트싱크 10: 작동유체4: heat sink 10: working fluid
5: 열전 반도체 소자 11: 통풍실5: thermoelectric semiconductor element 11: ventilation chamber
5a: 열흡수면 12: 통풍팬5a: heat absorption surface 12: ventilation fan
5b: 열방출면 13: 냉각실5b: Heat dissipation surface 13: Cooling chamber
상기 본 발명의 목적은 하기 구성에 의하여 달성된다. 이하에서는, 편의상 냉장고를 중심으로 설명하고, 온장고에 대하여는 부가적으로 설명한다.The object of the present invention is achieved by the following configuration. Hereinafter, the refrigerator will be mainly described for convenience, and the heat storage device will be additionally described.
본 발명의 차량용 냉장고는, 개폐가능한 문을 구비하고, 단열재를 포함하는냉장고 케이스; 열흡수면 및 열방출면을 가지며, 상기 열흡수면이 상기 케이스의 내부에 면하도록, 상기 케이스 내의 일측벽에 배치된 열전 반도체 소자; 상기 케이스의 상기 일측벽 내부에, 상기 열전 반도체 소자의 열방출면과 대면하여 접촉하도록 설치된 용기로 이루어진 기화기; 상기 케이스의 외부에, 상기 기화기보다 높은 위치에 설치된 응축기; 상기 응축기에 설치된 냉각팬; 상기 기화기와 상기 응축기 사이를 연결하는 배관; 및 상기 기화기에서 기화가능하고, 상기 응축기에서 응축가능하며, 상기 기화기, 상기 배관, 및 상기 응축기 내부에서 유동하는 작동유체;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 배관은, 상기 기화기에서 기화된 상기 작동유체를 상기 응축기로 유도하는 제1 배관과, 상기 응축기에서 응축된 상기 작동유체를 상기 기화기로 유도하는 제2 배관을 포함하여 상기 작동유체가 순환하게 하는 것이 바람직하다. 그리고, 냉장실로부터 열전 반도체 소자의 열흡수면으로 열을 보다 효과적으로 흡수하기 위해서는, 상기 열흡수면 상에 히트싱크를 더 포함하는 것이 바람직하다.A vehicle refrigerator according to the present invention includes a refrigerator case including an openable door and a heat insulating material; A thermoelectric semiconductor element having a heat absorption surface and a heat dissipation surface and disposed on one side wall of the case such that the heat absorption surface faces the inside of the case; A vaporizer comprising a container provided inside the one side wall of the case to be in contact with the heat dissipation surface of the thermoelectric semiconductor element; A condenser installed outside the case at a position higher than the vaporizer; A cooling fan installed in the condenser; A pipe connecting the vaporizer and the condenser; And a working fluid vaporizable in the vaporizer, condensable in the condenser, and flowing in the vaporizer, the pipe, and the condenser. The pipe may include a first pipe guiding the working fluid vaporized in the vaporizer to the condenser and a second pipe guiding the working fluid condensed in the condenser to the vaporizer. It is desirable to make it. In order to more effectively absorb heat from the refrigerating chamber to the heat absorption surface of the thermoelectric semiconductor element, it is preferable to further include a heat sink on the heat absorption surface.
상기 본 발명의 냉장고의 작용을 살펴보면, 우선, 열전 반도체 소자에 전류를 인가함에 따라 냉장실 내의 열이, 열전 반도체 소자의 열흡수면에서 흡수되어, 열방출면을 통하여 방출된다. 이 방출된 열이 기화기로 전달되며, 이 열에 의하여 기화기 내에 수용된 액체상태의 작동유체가 기화된다. 기화된 기체상태의 작동유체는 배관에 의하여 응축기로 유도되고, 응축기에서 다시 액체상태로 응축된다. 이때 응축기에 설치된 냉각팬이 작동유체의 응축을 더 촉진시킨다. 응축된 작동유체는 중력에 의하여, 배관을 거쳐서 다시 기화기로 복귀한다. 이와 같은 과정을 거쳐서작동유체는 1 사이클을 완성하면서, 열전 반도체 소자의 열방출면에서 발생한 열을 외부로 방출시킨다. 이와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 열전 반도체 소자에서 발생한 열을 효율적으로 외부로 방출할 수 있으므로, 냉각효율, 특히, 냉장실 내의 내용물의 냉각속도가 현저히 개선된다. 그리고, 본 발명의 구성에 의하면, 단열재로 열방출면의 주위를 밀봉하는 것이 가능하므로, 단열효과가 더욱 향상된다. 요약하면, 본 발명의 구성에 의하면, 열전 반도체 소자에서 발생된 열을 효과적으로 외부로 방출시켜서 냉각효율을 향상시킴과 동시에 단열효과를 극대화하는 것이 가능하다. 또한, 통상적으로 열전 반도체 소자는, 그 성능의 한계로 인하여 3리터 내외의 소용량의 냉장고에만 적용가능하지만, 본 발명에 의하면, 50리터 정도의 비교적 대용량의 냉장고에도 열전 반도체 소자를 이용한 구성이 적용될 수 있다는 장점이 있다.Referring to the operation of the refrigerator of the present invention, first, as a current is applied to the thermoelectric semiconductor element, heat in the refrigerating chamber is absorbed by the heat absorption surface of the thermoelectric semiconductor element and is released through the heat dissipation surface. This released heat is transferred to the vaporizer, whereby the working fluid in the liquid state contained in the vaporizer is vaporized. The vaporized gaseous working fluid is led to the condenser by piping and condenses back to the liquid state in the condenser. At this time, the cooling fan installed in the condenser further promotes the condensation of the working fluid. The condensed working fluid is returned to the carburetor through gravity by way of gravity. Through this process, the working fluid releases heat generated from the heat dissipation surface of the thermoelectric semiconductor device to the outside while completing one cycle. According to such a configuration of the present invention, since heat generated in the thermoelectric semiconductor element can be efficiently discharged to the outside, the cooling efficiency, in particular, the cooling rate of the contents of the refrigerating chamber is remarkably improved. And according to the structure of this invention, since it is possible to seal the circumference | surroundings of a heat dissipation surface with a heat insulating material, a heat insulation effect improves further. In summary, according to the configuration of the present invention, it is possible to effectively release the heat generated in the thermoelectric semiconductor device to the outside to improve the cooling efficiency and to maximize the thermal insulation effect. In addition, a thermoelectric semiconductor device is generally applicable only to a refrigerator having a small capacity of about 3 liters due to the limitation of its performance, but according to the present invention, a configuration using a thermoelectric semiconductor device may be applied to a relatively large refrigerator of about 50 liters. There is an advantage.
본 발명의 제2의 목적을 위하여, 상기 본 발명의 구성에 더하여, 상기 냉장고 케이스 내에, 상기 열전 반도체 소자의 상기 열흡수면에 인접하여, 상기 케이스 내의 공기를 순환시키는 통풍팬을 설치한다. 이에 따라 상기 열흡수면 근처에서 냉각된 공기를 냉장고 전체에 걸쳐서 신속하게 전달함으로써 신속하고 균일한 냉각효과를 얻을 수 있다. 그리고, 이러한 구성에 의하여, 열흡수면 근처에서 국부적으로 과도하게 냉각이 이루어지는 것을 방지함에 의하여, 열흡수면과 열방출면 사이에 과도한 온도차가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 상기에서 언급한 바와 같이, 열흡수면과 열방출면 사이의 온도차가 클수록 효율이 감소된다는 점을 고려할 때, 본 발명의 구성에 의하여, 냉각효율도 향상된다.For the second object of the present invention, in addition to the configuration of the present invention, a ventilation fan is provided in the refrigerator case adjacent to the heat absorption surface of the thermoelectric semiconductor element to circulate air in the case. Accordingly, by rapidly transferring the air cooled near the heat absorbing surface over the entire refrigerator, a rapid and uniform cooling effect can be obtained. In this configuration, it is possible to prevent the excessive temperature difference between the heat absorbing surface and the heat dissipating surface by preventing excessive cooling locally near the heat absorbing surface. Therefore, as mentioned above, in view of the fact that the efficiency decreases as the temperature difference between the heat absorbing surface and the heat dissipating surface becomes larger, the cooling efficiency is also improved by the configuration of the present invention.
아울러, 상기 본 발명의 냉장고의 구성에 대하여, 열전 반도체 소자에 반대의 전류를 인가하면, 상기 열흡수면이 열방출면으로, 열방출면이 열흡수면으로 뒤바뀌어서, 온장고로서 기능하게 된다. 상기 냉장고의 구성은, 단열효과가 극대화된 것이므로, 열손실이 극소화된 온장고의 달성이 가능하다.In addition, when a current opposite to the thermoelectric semiconductor element is applied to the configuration of the refrigerator of the present invention, the heat absorption surface is turned into the heat release surface, and the heat release surface is turned into the heat absorption surface, thereby functioning as a warmer. Since the configuration of the refrigerator is to maximize the heat insulation effect, it is possible to achieve a warmer is minimized heat loss.
본 발명의 구성과 그에 따른 효과는, 첨부된 도면과 함께, 하기의 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명을 참조하여 명백하고도 용이하게 이해될 것이다.The configuration and the effects thereof according to the present invention, together with the accompanying drawings, will be apparently and easily understood with reference to the following detailed description of the preferred embodiment of the present invention.
실시예 1Example 1
도 2에 본 발명의 차량용 냉ㆍ온장고의 일실시예의 측면 단면도가 개시되어 있다. 도 2에는, 개폐가능한 문(2)을 구비한 냉ㆍ온장고 케이스(1)가 도시되어 있다. 그리고, 이 케이스(1)는, 단열재(1a)를 포함하고 있다. 이 실시예에서 상기 케이스(1)는 입방형이지만, 차량 내부에 적용하는 경우에는, 콘솔박스 등의 형태에 맞추어 다양한 형태로 변형될 수 있다.2 is a side cross-sectional view of an embodiment of a vehicle cold / warmer of the present invention. 2 shows a cold / cold storage case 1 having a door 2 that can be opened and closed. And this case 1 contains the heat insulating material 1a. In this embodiment, the case 1 is cubic, but when applied to a vehicle interior, the case 1 may be modified in various forms according to the shape of the console box.
상기 케이스(1)의 내부에 형성된 냉장실(3)의 후방벽에는 히트싱크(4)가 설치되어 있고, 상기 후방벽의 내부에, 상기 히트싱크(4)의 후면에 접촉하도록, 2 개의 열전 반도체 소자(5)가 설치되어 있다. 열전 반도체 소자(5)로서는, 판 형상의 공지의 열전 반도체 소자가 사용되었다. 열전 반도체 소자(5)는, 특정방향으로 전류를 인가할 경우에, 온도가 강하하는 열흡수면(5a)과 온도가 상승하는 열방출면(5b)을 가지는데, 열흡수면(5a)이 냉장실(3) 측으로 향하도록 설치되어 있다. 이러한 구성은, 냉장고로서 작동할 경우의 예이며, 온장고로서 작동하는 경우에는, 상기 특정방향과 반대방향으로 전류를 인가시킴에 따라, 열흡수면과 열방출면이 뒤바뀐다. 여기에서는, 편의상 냉장고를 기준으로 '열흡수면(5a)'과 '열방출면(5b)'이라 명명한다.The heat sink 4 is provided in the rear wall of the refrigerating chamber 3 formed in the case 1, and the two thermoelectric semiconductors are in contact with the rear surface of the heat sink 4 in the rear wall. The element 5 is provided. As the thermoelectric semiconductor element 5, a well-known thermoelectric semiconductor element of plate shape was used. The thermoelectric semiconductor element 5 has a heat absorption surface 5a in which the temperature drops and a heat release surface 5b in which the temperature rises when a current is applied in a specific direction. The heat absorption surface 5a is a refrigerator compartment. (3) It is provided so as to face. This configuration is an example of the case of operating as a refrigerator, and of the case of operating as a refrigerator, the heat absorbing surface and the heat dissipating surface are reversed by applying a current in a direction opposite to the specific direction. Here, for convenience, the heat absorbing surface 5a and the heat dissipating surface 5b will be referred to based on the refrigerator.
그리고, 또한 상기 케이스(1)의 후방벽 내부에는, 기화기(6)가 상기 열전반도체 소자(5)의 열방출면(5b)과 대면하여 접촉하도록 설치되어 있다. 상기 기화기(6)는, 작동유체(10)를 수용하기 위한 용기로 이루어져 있으며, 케이스(1)의 후방벽 내의 단열재로 둘러싸여 있다. 용기의 재질은 열전도성이 높은 금속, 예를 들면, 구리, 알루미늄 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.Further, the vaporizer 6 is provided inside the rear wall of the case 1 so as to face and contact the heat dissipating surface 5b of the thermoelectric semiconductor element 5. The vaporizer 6 consists of a container for accommodating the working fluid 10 and is surrounded by a heat insulating material in the rear wall of the case 1. It is preferable that the material of a container consists of a metal with high thermal conductivity, for example, copper, aluminum, etc.
상기 냉ㆍ온장고 케이스(1)의 외측 상부면 위에 응축기(8)가 설치되어 있으며, 응축기로서는 공지의 응축기가 사용되었다.The condenser 8 is provided on the outer upper surface of the cold / warm case 1, and a known condenser is used as the condenser.
그리고, 기체상태의 작동유체(10)가 응축기(8) 내에서 보다 효과적으로 응축될 수 있도록, 응축기(8) 주위를 강제로 통풍시키기 위한 냉각팬(9)이 응축기(8)에 부착되어 있다. 그리고, 상기 응축기(8)와 냉각팬(9)을 둘러싸고, 또한 통풍구(11a 및 11b)를 구비한 통풍실(11)이 케이스(1)의 상부에 케이스(1)로부터 연장되어 형성되어 있다.In addition, a cooling fan 9 for forcibly venting around the condenser 8 is attached to the condenser 8 so that the gaseous working fluid 10 can be condensed more effectively in the condenser 8. And the ventilation chamber 11 which surrounds the said condenser 8 and the cooling fan 9, and is provided with the ventilation opening 11a and 11b is extended from the case 1 in the upper part of the case 1, and is formed.
그리고, 도 3을 참조하면, 상기 기화기(6)와 상기 응축기(8)는 2개의 배관(7a 및 7b)을 통하여 연결되어 있다. 이와 같이 구성된 상기 기화기(6), 상기 배관(7a 및 7b), 및 상기 응축기(8) 내에서, 적당량의 작동유체(10)가 사이클을 형성하면서 순환한다. 상기 작동유체(10)는 상기 기화기(6)에서 기화가능하고, 상기 응축기(8)에서 응축가능한 물질이어야 하며, 본 실시예에서는 메탄올이 사용되었다. 구체적으로 작동유체(10)의 순환 과정을 살펴보면, 기화기(6)에서 기화된 기체상태의 작동유체(10)가 배관(7a)을 통하여, 상기 응축기(8)로 유도되며, 이 작동유체(10)가 상기 응축기(8)에서 액체상태로 응축되어, 배관(7b)을 통하여 다시 상기 기화기(6)로 되돌아 온다. 중력에 의하여, 가벼운 기체상태의 작동유체(10)는 상승하고, 무거운 액체상태의 작동유체(10)는 하강한다는 성질을 이용하여, 상기 응축기(8)를 상기 기화기(6)보다 높은 위치에 설치하였으므로, 별도의 펌프 등이 없어도, 작동유체(10)의 순환이 자연히 이루어진다. 본 실시예에서는 응축기(8)가 케이스(1)의 상부면 위에 설치되어 있으나, 기화기(6)보다 높은 위치라면, 케이스(1)의 후면이나 측면에도 형성될 수 있으며, 케이스(1)와 이격된 위치에도 설치가능하다.3, the vaporizer 6 and the condenser 8 are connected via two pipes 7a and 7b. In the vaporizer 6, the pipes 7a and 7b, and the condenser 8 configured as described above, an appropriate amount of working fluid 10 circulates while forming a cycle. The working fluid 10 must be a vaporizable material in the vaporizer 6 and a condensable material in the condenser 8, in this embodiment methanol being used. Specifically, looking at the circulating process of the working fluid 10, the working fluid 10 of the gaseous state vaporized in the vaporizer 6 is led to the condenser 8 through the pipe (7a), this working fluid 10 ) Is condensed in the liquid state in the condenser 8 and returned to the vaporizer 6 again through the pipe 7b. By gravity, the condenser 8 is installed at a position higher than the vaporizer 6 by utilizing the property that the light gas working fluid 10 rises and the heavy liquid working fluid 10 descends. Therefore, even without a separate pump, the circulation of the working fluid 10 is naturally made. In the present embodiment, the condenser 8 is installed on the upper surface of the case 1, but if the position is higher than the vaporizer 6, it may be formed on the rear or side of the case 1, and spaced apart from the case 1 It can be installed in a closed position.
본 실시예의 구성에 따른 작용을 살펴보면, 우선 열전 반도체 소자(5)에 전류를 인가함에 따라서, 냉장실(3)로부터 히트싱크(4)를 통하여 열흡수면(5a)에서 열을 흡수한다. 이때, 펠티어 효과에 의하여, 열흡수면(5a)의 대향면인 열방출면(5b)에서 열이 발생되며, 이 열은 기화기(6)로 전달된다. 기화기(6) 내부에 수용되어 있던 작동유체(10)의 온도가, 전달된 열에 의하여, 그 비등점까지 상승하면, 작동유체(10)가 기화열을 흡수하면서 기화한다. 기체상태의 가벼운 작동유체(10)는 상승하여 배관(7a)을 통하여 상기 응축기(8)로 유도된다. 상기 응축기(8)에서는, 기체상태의 작동유체(10)가, 냉각팬(9)의 작용에 의하여, 그 온도가 하강하며, 이에 따라, 응축되면서, 응축열을 발산한다. 이 발산된 열은, 상기 응축기(8)의 외부로 발산되며, 또한 냉각팬(9)의 작용에 의하여 강제적으로 통풍구(11b)를 통하여 외부로 방출된다. 냉각팬(9)은 동시에 통풍구(11a)를 통하여 외부의 공기를 유입하여 응축기(8)의 냉각작용을 촉진한다. 상기 응축기(8)에서 응축된 액체상태의 작동유체(10)는 배관(7b)을 통하여 다시 상기 기화기(6)로 되돌려지면서 한 사이클을 형성한다. 액체상태로 기화기(6)로 복귀한 작동유체(10)는 다시 상기의 사이클을 거치면서, 상기 열방출면(5b)으로부터의 열을 외부로 방출시킨다. 또한, 이와 같은 본 실시예의 구성에 의하면, 열전 반도체 소자(5) 및 기화기(6)가, 케이스(1)의 후방벽 내부에 단열재에 의하여 둘러싸여 있으므로, 단열효과가 뛰어나다. 따라서, 냉장고의 전원을 차단한 경우라도 외부로부터의 열유입을 완전히 차단할 수 있으므로, 장시간 동안 냉장효과가 지속된다.Referring to the operation according to the configuration of the present embodiment, first, as a current is applied to the thermoelectric semiconductor element 5, heat is absorbed from the refrigerating chamber 3 through the heat sink 4 from the heat absorption surface 5a. At this time, due to the Peltier effect, heat is generated at the heat dissipating surface 5b, which is the opposite surface of the heat absorbing surface 5a, and the heat is transferred to the vaporizer 6. When the temperature of the working fluid 10 stored in the vaporizer 6 rises to the boiling point by the transferred heat, the working fluid 10 vaporizes while absorbing the heat of vaporization. The gaseous light working fluid 10 rises and is led to the condenser 8 through a pipe 7a. In the condenser 8, the temperature of the working fluid 10 in the gaseous state decreases due to the action of the cooling fan 9, thereby dissipating heat of condensation while condensing. This dissipated heat is dissipated to the outside of the condenser 8 and is forcibly discharged to the outside through the vent 11b by the action of the cooling fan 9. The cooling fan 9 simultaneously introduces outside air through the vent 11a to promote cooling of the condenser 8. The working fluid 10 in the liquid state condensed in the condenser 8 is returned to the vaporizer 6 through the pipe 7b to form a cycle. The working fluid 10 returned to the vaporizer 6 in the liquid state passes through the above cycle again, and releases heat from the heat dissipating surface 5b to the outside. Moreover, according to the structure of this embodiment, since the thermoelectric semiconductor element 5 and the vaporizer | carburetor 6 are surrounded by the heat insulating material inside the rear wall of the case 1, it is excellent in heat insulation effect. Therefore, even when the power supply of the refrigerator is shut off, heat inflow from the outside can be completely blocked, and thus the refrigeration effect is maintained for a long time.
한편, 온장고로서 사용하기 위하여는, 상기에서 언급한 바와 같이, 냉장시와 반대 방향의 전류를 열전 반도체 소자(5)에 인가하면 된다. 이 경우에도, 상기와 같은 구성에 의하여, 단열효과가 뛰어나므로, 외부로의 열손실 없이 뛰어난 열효율을 달성할 수 있다.On the other hand, in order to use it as a warmer, as mentioned above, what is necessary is just to apply the electric current of the opposite direction to the thermoelectric semiconductor element 5 at the time of refrigeration. Also in this case, since the above structure is excellent in heat insulation effect, it is possible to achieve excellent thermal efficiency without heat loss to the outside.
실시예 2Example 2
도 4에는, 본 발명의 열전 반도체를 이용한 냉ㆍ온장고의 또다른 실시예가 도시되어 있다. 여기에서, 도 2 및 도 3에서와 동일한 부재번호로 표시된 구성요소들은 모두 상기에 설명된 실시예 1과 그 구성이 모두 동일하다. 본 실시예의 냉ㆍ온장고에서는, 냉ㆍ온장고 케이스(1)의 냉장실(3)의 후방벽에, 통풍팬(12)이 설치되어 있고, 상기 통풍팬(12) 뒤쪽의 상기 후방벽 내에는 소정 크기의 공간이 형성되어 냉각실(13)을 이루고 있다. 그리고, 상기 통풍팬(12)의 상하로, 상기 냉각실(13)과 상기 냉장실(3)을 연통하는 두 개의 덕트(14a, 14b)가 형성되어 있다. 상기 냉각실(13)의 후방벽면에 상기 통풍팬(12)과 대향하도록, 히트싱크(4)가설치되어 있다. 여기에서, 상기 실시예 1과 동일하게, 열흡수면(5a)이 냉각실측으로 향하고, 열방출면(5b)은, 열전 반도체 소자(5)의 후방의 기화기(6)와 접촉하도록, 열전 반도체 소자(5)가 설치되어 있다. 기타, 배관(7), 응축기(8), 냉각팬(9), 작동유체(10) 및 통풍실(11)의 구성은 실시예 1과 동일하다. 이와 같은 구성에 의하여, 상기 통풍팬(12)의 작용에 의하여 강제적으로, 냉장실(3) 내의 공기가 냉각실(13)로 유입된 후, 히트싱크(4)에 의하여 냉각되고, 덕트(14a 및 14b)를 통하여 다시 냉장실(3)로 유도된다. 따라서, 냉장실(3) 내의 공기가 강제적으로 순환되므로, 냉장실(3) 전체에 걸쳐서 균일하고 신속한 냉장효과를 기대할 수 있다. 그리고, 열흡수면(5a) 근처에서만 국부적으로 과도한 냉각이 이루어지는 것을 방지함으로써, 열흡수면(5a)과 열방출면(5b)간의 온도차가 과도히 커짐에 따라 발생할 수 있는 냉각효율의 저하를 막을 수 있다.4 shows another embodiment of a cold / warmer using the thermoelectric semiconductor of the present invention. Here, the components indicated by the same reference numerals as in Figs. 2 and 3 are all the same as the first embodiment and the configuration described above. In the cold / warmer of the present embodiment, a ventilation fan 12 is provided on the rear wall of the refrigerating compartment 3 of the cold / warmer case 1, and a predetermined size is provided in the rear wall behind the ventilation fan 12. Space is formed to form the cooling chamber (13). In addition, two ducts 14a and 14b communicating with the cooling chamber 13 and the refrigerating chamber 3 are formed above and below the ventilation fan 12. The heat sink 4 is provided on the rear wall surface of the cooling chamber 13 so as to face the ventilation fan 12. Here, as in the first embodiment, the thermoelectric semiconductor element is directed such that the heat absorption surface 5a faces the cooling chamber side and the heat release surface 5b is in contact with the vaporizer 6 behind the thermoelectric semiconductor element 5. (5) is provided. In addition, the structure of the piping 7, the condenser 8, the cooling fan 9, the working fluid 10, and the ventilation chamber 11 is the same as that of Example 1. FIG. By such a configuration, after the air in the refrigerating chamber 3 flows into the cooling chamber 13 by the action of the ventilation fan 12, it is cooled by the heat sink 4, and the ducts 14a and It is led to the refrigerating compartment 3 again through 14b). Therefore, since the air in the refrigerating chamber 3 is forcibly circulated, a uniform and rapid refrigerating effect can be expected throughout the refrigerating chamber 3. By preventing excessive cooling locally only near the heat absorbing surface 5a, it is possible to prevent a decrease in cooling efficiency that may occur due to an excessively large temperature difference between the heat absorbing surface 5a and the heat emitting surface 5b. have.
상기 실시예 1 및 2에서는, 작동유체(10)로서, 메탄올이 사용되었으나, 기화기(6)에서 기화가능하고, 응축기(8)에서 응축가능한 유체이면서, 배관 내를 순환하는데 어려움이 없도록 점성이 작고, 적정한 크기의 기화열을 가진 유체라면, 어떤 것도 작동유체로서 사용될 수 있다. 이와 같은 성질을 만족시키는 작동유체로서는, 물, 알코올, 암모니아, 염화 메틸, 염화 에틸, 이산화황, 플루오르화탄소, 수소화탄소, 수소화플루오르화탄소(HFC), 할로겐화수소화탄소 화합물, CFC계 냉매, 및 R-134a 등의 비CFC계 냉매 등을 들 수 있다. 다만, 환경보호의 측면을 고려하여, 환경친화적인 물질을 작동유체로서 사용하는 것이 바람직하다.In Examples 1 and 2, although methanol was used as the working fluid 10, it was a vaporizable fluid in the vaporizer 6, a fluid condensable in the condenser 8, and small in viscosity so that there was no difficulty in circulating in the pipe. Any fluid with a suitable amount of vaporization heat can be used as the working fluid. Working fluids satisfying such properties include water, alcohol, ammonia, methyl chloride, ethyl chloride, sulfur dioxide, carbon fluoride, carbon hydride, carbon hydride fluoride (HFC), carbon halide, CFC refrigerant, and R-134a. Non-CFC type refrigerant | coolants, such as these, etc. are mentioned. However, in consideration of environmental protection, it is preferable to use environmentally friendly materials as working fluids.
본 발명은, 종래기술의 열전 반도체를 이용한 차량용 냉ㆍ온장고와는 달리, 열전 반도체로부터 방출되는 열을, 작동유체를 매개로 하여, 기화기, 응축기, 그리고, 냉각팬을 사용하여 외부로 효율적으로 전달함으로써 냉각효과를 높인다. 또한, 본 발명의 구성에 의하면, 열전 반도체 소자가 외부와 직접 접촉하지 않으므로, 전력 공급을 차단한 경우에도 냉ㆍ온장고의 단열효과를 극대화할 수 있으며, 이에 따라 비교적 대용량의 냉장고에도 열전 반도체 소자를 이용한 구성을 적용할 수 있다. 아울러, 본 발명의 응축기는, 기화기보다 높은 위치라면 냉ㆍ온장고 케이스의 외부에 자유롭게 설치가능하므로, 차량용 냉ㆍ온장고를 자동차 내부의 편리한 위치에 장착하는 것이 용이하다.According to the present invention, unlike a vehicle cold / warmer using a thermoelectric semiconductor of the prior art, the heat emitted from the thermoelectric semiconductor is efficiently transferred to the outside using a vaporizer, a condenser, and a cooling fan through a working fluid. This increases the cooling effect. In addition, according to the configuration of the present invention, since the thermoelectric semiconductor device does not directly contact the outside, even when the power supply is cut off, the thermal insulation effect of the cold and cold storage can be maximized, and thus the thermoelectric semiconductor device can be applied to a relatively large refrigerator. The configuration used can be applied. In addition, since the condenser of the present invention can be freely installed outside the cold / warm case if the position is higher than the vaporizer, it is easy to mount the vehicle cold / warm at a convenient position inside the vehicle.
또한, 냉장실 내부의 공기를 강제적으로 순환시킴에 의하여, 냉장실 전체에 걸쳐서 균일한 냉각효과를 달성할 수 있으며, 이에 따라 냉각효과를 높일 수 있다.더욱이, 본 발명의 냉ㆍ온장고는, 단열효과가 뛰어난 온장고로서도 기능할 수 있다.In addition, by forcibly circulating the air in the refrigerating compartment, it is possible to achieve a uniform cooling effect over the entire refrigerating compartment, thereby increasing the cooling effect. It can also function as an excellent warmer.
본 발명은, 상기에서 특정한 실시예를 특별히 참조하여 설명되었지만, 다양한 변경이 본 발명의 범위와 취지를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 제한되지 않고, 다양한 변형물이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주되어야 한다.While the present invention has been described above with particular reference to particular embodiments, it should be understood that various changes may be made without departing from the scope and spirit of the invention. Accordingly, it is not intended to be limited to the embodiments of the present invention, but various modifications should be considered to be within the scope of the present invention.
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