KR100352436B1 - 개인용 냉방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개인용 냉방장치에 관한 것으로, 열전모듈을 이용하여 개인이 전용으로 이용할 수 있도록 소형으로 제작될 수 있도록 된 것이다.

이를 위해 본 발명은, 상부면 일측에 공기가 유입되는 유입구가 형성되고 전방면에 상기 유입구를 통해 유입된 공기가 배출되는 배출구가 형성된 상부케이스와, 상기 상부케이스의 하부에 착탈가능하게 장착되는 상부면이 개방된 하부케이스와, 상기 상부케이스 내에 설치되어 상기 유입구를 통해 외부의 공기를 흡입하여 배출시키는 흡입수단과, 전기적으로 작동하며 상부의 흡열부에서 상기 상부케이스 내를 유동하는 공기로부터 열을 흡수하여 하부의 방열부를 통해 열을 방출하도록 상기 상부케이스 바닥부에 설치되는 열전모듈과, 상기 열전모듈의 방열부 하부면에 부착되어 상기 방열부에서 방출되는 열을 하부케이스 내로 전달하도록 형성된 방열판과, 상기 하부케이스 내에 채워져 상기 방열판에 의해 전달되는 열에 의해 상이 변화되도록 된 상변화물질을 포함하여 이루어진 개인용 냉방장치를 제공한다.

Description

개인용 냉방장치{A personal air-conditioner}

본 발명은 냉방장치에 관한 것으로, 특히 개인이 전용으로 이용할 수 있도록 소형으로 제작되는 개인용 냉방장치에 관한 것이다.

일반적으로, 냉방장치는 주거공간, 상업적 공간, 또는 사무실 등의 실내 공간을 냉방시키기 위한 장치로서, 이러한 냉방장치의 구성 및 작동을 첨부된 도면의 도 1을 참조로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 압축기(1)에서 고온고압으로 압축된 냉매가스는 제 1열교환기(2)로 보내어지고, 이 제 1열교환기(2)에서는 일측에 설치된 송풍팬(3)에 의해 송풍된 외부의 공기에 의해 냉매가스가 응축열을 방출하여 액화되면서 응축작용이 일어나게 된다.

이 때, 상기 제 1열교환기(2)를 통과한 뜨거운 공기는 실외로 배출된다.

이와 같이 제 1열교환기(2)에서 응축된 냉매는 팽창밸브(4)를 지나면서 교축되어 증발하기 쉬운 압력으로 감압되어 제 2열교환기(5)로 보내어지고, 이 제 2열교환기(5)에서는 일측에 설치된 송풍팬(6)에 의해 송풍된 외부의 공기에 의해 냉매액이 증발하면서 외부의 열을 흡수하게 된다.

이에 따라 상기 제 2열교환기(5)를 지나면서 열을 빼앗긴 냉각공기는 실내로 배출되어 실내를 냉방시키게 되며, 상기 증발된 냉매는 저온저압의 가스로 되어 상기 압축기(1)로 보내어져 상기와 같은 과정을 반복하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 냉방장치는 실내 공간 전체를 냉방하도록 되어있는바, 넓은 면적을 냉방시키기 위해서는 열교환기의 크기가 커야하고 송풍되는 유량도 많아야 하므로 통상적으로 부피가 크고 무거웠다.

따라서, 상기와 같은 종래의 냉방장치는 그 설치 및 이동이 매우 어려워 주로 실내의 구석진 공간에 고정되게 설치되는 경우가 많아 냉방장치와 멀리 떨어진 지역에서는 냉방효과가 잘 전달되지 않으며, 실내에 있는 모든 사람들의 개별적인 성향을 모두 만족시킬 수가 없을 뿐만 아니라, 냉방에 필요한 공기조화량도 비효율적인 문제점이 있었다.

즉, 생리학적으로 인간의 호흡량은 1인당 0.133 ℓ/s이지만, 일반적인 냉방장치에서 공급되는 표준 공기조화량은 1인당 10ℓ/s로, 인간에게 실제로 필요한 양은 전체 공기조화량의 약 1%정도에 불과한 것으로 알려져 있다.

또한, 상기와 같은 종래의 냉방장치의 문제점은 열교환기에서의 열교환이 모두 공냉식으로 이루어지도록 되어 있는바, 실외기가 실내기와 함께 실내에 위치하게 되는 경우에는 실외기에서 방출되는 뜨거운 공기로 인해 냉방효율이 급격히 저하되게 되므로, 상기 실외기는 응축과정에서 발생하는 공기가 실내로 유입되지 않도록 옥외에 설치되어야 했고, 이에 따라 냉방장치의 설치장소 및 구성에 제약이 따르는 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 개인이 자신의 주변만을 집중적으로 냉방시킬 수 있도록 개인이 전용으로 이용할 수 있는 소형의 냉방장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 사용자가 필요로 하는 냉방공기를 만들때 생성되는 가열된 공기를 냉방장치 외부로 배출하지 않고 냉방장치 자체 내에서 열을 흡수함으로써, 실내의 어느 곳에서도 일정한 냉방성능을 가질 수 있는 개인용 냉난방장치를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 냉방장치의 구성을 나타내는 구성도

도 2는 본 발명에 따른 냉방장치의 구성을 나타내기 위하여 케이스를 투명하게 하여 도시한 개략적인 사시도

도 3은 도 2의 냉방장치의 상부케이스의 요부 횡단면도

도 4는 도 2의 냉방장치의 측면에서 본 요부 종단면도

도 5는 본 발명의 냉방장치에 이용되는 열전모듈의 구성 및 작동원리를 나타낸 구성도

도면의 주요부분에 대한 설명

10 - 상부케이스 11 - 유입구

12 - 배출구 13 - 전원

14 - 구동모터 15 - 직교류팬

17 - 필터 18 - 풍향가이드

20 - 하부케이스 30 - 열전모듈

31 - 흡열부 32 - 방열부

P - 상변화물질

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상부면 일측에 공기가 유입되는 유입구가 형성되고 전방면에 상기 유입구를 통해 유입된 공기가 배출되는 배출구가 형성된 상부케이스와, 상기 상부케이스의 하부에 착탈가능하게 장착되는 상부면이 개방된 하부케이스와, 상기 상부케이스 내에 설치되어 상기 유입구를 통해 외부의 공기를 흡입하여 배출시키는 흡입수단과, 전기적으로 작동하며 상부의 흡열부에서 상기 상부케이스 내를 유동하는 공기로부터 열을 흡수하여 하부의 방열부를 통해 열을 방출하도록 상기 상부케이스 바닥부에 설치되는 열전모듈과, 상기 열전모듈의 방열부 하부면에 부착되어 상기 방열부에서 방출되는 열을 하부케이스 내로 전달하도록 형성된 방열판과, 상기 하부케이스 내에 채워져 상기 방열판에 의해 전달되는 열에 의해 상이 변화되도록 된 상변화물질을 포함하여 이루어진 개인용 냉방장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 냉방장치의 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 냉방장치는, 상부면 후방측에 외부의 공기가 유입되는 유입구(11)가 형성되고, 전방면에 상기 유입구(11)를통해 유입된 공기가 배출되는 배출구(12)가 형성된 상부케이스(10)를 구비하며, 상기 상부케이스(10)의 하부에는 그 상부면이 개방되도록 형성된 하부케이스(20)가 착탈가능하게 장착되는바, 상기 상부케이스(10)의 바닥부(10a)는 하부케이스(20)와 공유된다.

상기 상부케이스(10)의 유입구(11) 바로 아래쪽에는 구동모터(14)에 의해 회동하면서 공기를 흡입하도록 된 직교류팬(15; crossflow fan)이 장착되고, 상기 상부케이스(10) 후방부에는 상기 구동모터(14)가 연결되는 전원(13)이 장착되며, 상부케이스(10)의 일측에는 상기 전원(13)에 연결되어 냉방장치의 작동을 제어하도록 된 제어부(16)가 설치된다.

또한, 상기 상부케이스(10) 내의 바닥부(10a) 전방측에는 상기 전원(13)에 연결되어 전기적으로 작동하는 열전모듈(30; thermoelectric module)이 장착되는데, 이 열전모듈(30)은 상부면이 열을 흡수하는 흡열부(31)로서 작용하고 하부면이 열을 방출하는 방열부(32)로서 작용하도록 전원(13)에 연결된다.

여기서, 상기 열전모듈(30) 하부의 방열부(32)는 상기 상부케이스(10)의 바닥부(10a)를 관통하여 하부케이스(20)에 위치되도록 형성되고, 상기 방열부(32) 밑면에는 이 방열부(32)에서 방출되는 열을 전달하기 위한 방열판(40)이 부착된다.

한편, 상기 하부케이스(20) 내에는 상기 방열판(40)에 의해 전달되는 열에 의해 상이 변화될 수 있도록 된 상변화물질(P)이 채워지게 된다.

그리고, 상기 상부케이스(10)의 유입구(11)에는 유입되는 외부의 공기로부터 이물질을 걸러내기 위한 필터(17)가 장착되고, 상기 상부케이스(10) 전방의배출구(12)에는 배출되는 공기의 배출방향을 조정하기 위한 풍향가이드(18)가 장착된다.

또한, 상기 하부케이스(20)의 후방 하부 끝단에는 힌지축(51)을 중심으로 선회하면서 경사각 조절이 가능하도록 된 받침대(50)가 형성되어 냉방장치의 경사각을 조절할 수 있도록 되어 있다.

참고로, 본 발명의 냉방장치에서 열교환을 일으키기 위한 열교환수단으로서 이용되는 열전모듈(30)의 구조와 작동원리 및 그 특성에 대해 설명하면 다음과 같다.

일반적으로, 열전모듈은 고상의 히트펌프로서의 기능을 하는 반도체 물질에 기초한 전기적인 구성요소로서, 서로 다른 두 물질을 직렬로 연결한 결합부에 전류를 흐르게 하면 두 물질의 접점에서 열을 방출하거나 흡수하는 펠티에 효과(Peltier Effect)를 이용한 것으로, 이 때 방출되는 열에너지는 전류의 크기에 비례한다.

이러한 원리를 이용한 본 발명의 냉난방장치에 이용되는 열전모듈(30)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 열을 흡수하여 냉각시키고자 하는 물체(Tc)와 접하도록 형성된 상부 세라믹판(31)과, 열을 방출하기 위한 물체(Th)와 접하도록 형성된 하부 세라믹판(32)과, 상기 상부 세라믹판(31)과 하부 세라믹판(32) 사이를 연결하도록 교대로 배열된 p형반도체(34) 및 n형반도체(35)와, 상기 p형반도체(34) 및 n형반도체(35)를 전기적으로 교차연결시킴과 더불어 p형반도체(34) 및 n형반도체(35)의 양단을 상기 상부 세라믹판(31)과 하부 세라믹판(32)에 연결시키는 매개체로서의 역할을 하는 구리 등으로 된 전기적 교차연결층(33)으로 이루어지고, 상기 교차연결층(33)은 직류전원(P)에 연결되어 상기 p형반도체(34) 및 n형반도체(35)를 통해 전류가 흐르도록 되어 있다.

따라서, 상기와 같이 구성된 열전모듈(30)을 이용하여 물체(Tc)를 냉각 또는 가열시키기 위해 사용자가 전원을 인가하면, 도 5에 도시된 바와 같이 전류(i)가 상기 교차연결층(33)에 의해 연결된 n형반도체(35) 및 p형반도체(34)를 교대로 흐르게 되고, 이에 따라 n형반도체(35)에서는 전류(i)의 방향과 반대방향으로 전자(-)가 이동하는 한편, p형반도체(34)에서는 전류의 흐름방향으로 정공(+)이 이동하게 된다.

즉, 상기 n형반도체(35) 및 p형반도체(34)를 통해 각각 전자(-) 및 정공(+)이 상부 세라믹판(31)에서부터 하부 세라믹판(32) 쪽으로 이동하게 되고, 이에 따라 상부 세라믹판(31)은 열을 흡수하여 하부 세라믹판(32)으로 방출시키게 되므로, 상기 상부 세라믹판(31)이 흡열부로 작용하여 이 상부 세라믹판(31)과 접해있는 물체(Tc)는 냉각되고, 상기 하부 세라믹판(32)은 방열부로서 작용하여 상기 하부 세라믹판(32)과 접해있는 물체(Th)는 가열되게 된다.

또한, 상기 열전모듈(30)에 연결된 전기의 극성을 전환시켜 전류의 방향을 전환시키면, 즉, 전원(P)의 양극(+)과 음극(-)에 연결된 부분을 서로 바꿔주면, 앞에서 설명한 현상과는 반대로 하부 세라믹판(32)에서부터 상부 세라믹판(31) 쪽으로 열이 방출되어 흡열부와 방열부가 전환되는 한편, 공급되는 전류의 크기를 변화시킴으로써 흡열 및 방열되는 열에너지의 크기가 변화될 수 있음은 이해 가능할 것이다.

한편, 상기 열전모듈은 다음과 같은 특성을 갖는다.

첫째, 정확한 온도제어가 가능한데, 이는 흡열 및 방열되는 열에너지의 크기가 공급되는 전류의 크기에 비례하기 때문이다.

둘째, 운동을 일으키는 기계적인 요소를 사용하지 않으므로 소음 및 진동이 없다.

세째, 소형이고 가볍다.

네째, 국지적인 냉난방이 가능하다.

다섯째, CFC가스 또는 어떠한 냉매도 사용하지 않으므로 환경친화적이다.

여섯째, 전류방향에 따라 가열 및 냉각이 결정된다.

이하, 상기와 같은 구성으로 이루어진 냉난방장치의 작동에 대해 설명한다.

사용자가 냉방장치에 전원을 인가하여 열전모듈(30) 및 구동모터(14)를 작동시키면, 상기 구동모터(14)에 의해 직교류팬(15)이 회전하면서 상기 유입구(11)를 통해 상부케이스(10) 내에 외부의 공기가 유입되고, 이렇게 유입된 공기는 상기 열전모듈(30)의 흡열부(31)에 의해 열이 흡수되면서 냉각되어 상기 상부케이스(10) 전방의 배출구(12)를 통해 배출됨으로써 사용자 주변을 냉방시키게 된다.

이 때, 상기 하부케이스(20)에서는 상기 열전모듈(30)의 방열부(32)에 의해 방열판(40)에 열이 전달되고, 이 방열판(40)에 전달된 열에 의해 하부케이스(20) 내에 채워진 상변화물질(P)이 상변화하게 되는데, 이와 같이 물질이 상변화를 일으키는 도중에는 온도의 변화는 없으므로, 상기 하부케이스(20) 내에서는 온도의 상승없이 지속적으로 상변화가 일어나면서 방열판(40)으로부터 전달된 열을 흡수하게 된다.

한편, 상기 하부케이스(20) 내의 상변화물질(P)이 모두 상변화하게 되면, 사용자는 하부케이스(20)를 상부케이스(10)로부터 탈거시킨 다음, 상변화물질(P)이 채워진 다른 하부케이스(20)를 상부케이스(10) 하부에 장착하여 사용할 수 있으며, 이미 상변화한 상변화물질(P)은 실온에서 다시 열을 방출하면서 환원되어 재사용할 수 있게 된다.

본 발명은 앞에서 설명한 실시예에 국한되지 아니하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 실시가 가능하다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 소형의 열전모듈을 사용함으로써 냉방장치를 소형화시킬 수 있게 되므로, 휴대가 가능하고, 개인의 주변 공간만을 냉방시킬 수 있도록 개인이 개별적으로 사용할 수 있는 개인용 냉방장치를 구현할 수가 있다.

또한, 냉방작동시 교환된 열이 냉방장치 외부로 배출되지 않고서 상변화물질 자체에서 흡수되므로, 냉방성능을 저하시키지 않으면서 실내의 원하는 장소에서 사용이 가능하게 된다.

Claims (6)

1. 일측면에 공기가 유입되는 유입구가 형성되고, 다른 일측면에 상기 유입구를 통해 유입된 공기가 배출되는 배출구가 형성된 상부케이스와,

   상기 상부케이스의 하부에 착탈가능하게 장착되는 상부면이 개방된 하부케이스와,

   상기 상부케이스 내에 설치되어 상기 유입구를 통해 외부의 공기를 흡입하여 배출시키는 흡입수단과,

   전기적으로 작동하며, 상부의 흡열부가 상기 상부케이스 내를 유동하는 공기로부터 열을 흡수하여 하부의 방열부를 통해 열을 방출하도록 상기 상부케이스 바닥부에 설치되는 열전모듈과,

   상기 열전모듈의 방열부 하부면에 부착되어 상기 방열부에서 방출되는 열을 하부케이스 내로 전달하도록 형성된 방열판과,

   상기 하부케이스 내에 채워져 상기 방열판에 의해 전달되는 열에 의해 상이 변화되도록 된 상변화물질을 포함하여 이루어진 개인용 냉방장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 유입구에는 유입되는 공기로부터 오염물을 걸러내기 위한 여과수단이 장착되는 것을 특징으로 하는 개인용 냉방장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 배출구에는 이 배출구를 통해 배출되는 공기의 배출방향을 조정하기 위한 풍향가이드가 설치되는 것을 특징으로 하는 개인용 냉방장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 하부케이스의 후단부에는 힌지축을 중심으로 선회하며 경사각 조절이 가능하도록 된 받침대가 형성된 것을 특징으로 하는 개인용 냉방장치.