KR100352439B1 - 신체에 착용이 가능한 개인용 냉난방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신체에 착용이 가능한 개인용 냉난방장치에 관한 것으로, 사용자가 신체에 착용하여 개인이 원하는 부위를 집중적으로 냉난방할 수 있도록 된 것이다.

이를 위해 본 발명은, 신체의 주변을 감을 수 있도록 유연한 금속판으로 된 긴 띠형상의 열전달벨트와, 전기적으로 작동하며 일 측면이 상기 열전달벨트의 중심부에 부착되어, 상기 열전달벨트로부터 열을 흡수하거나 열전달벨트에 열을 방출함으로써 상기 열전달벨트를 냉각 및 가열시키도록 된 열전모듈과, 상기 열전모듈의 다른 일 측면에 부착되어 상기 열전모듈과의 열전달이 이루어지도록 된 열교환 수단을 포함하여 이루어진 신체에 착용이 가능한 개인용 냉난방장치를 제공한다.

Description

신체에 착용이 가능한 개인용 냉난방장치{A wearable cooling and heating appliance}

본 발명은 냉난방장치에 관한 것으로, 특히 사용자가 신체에 착용하여 개인이 원하는 부위를 집중적으로 냉난방할 수 있도록 된 신체에 착용이 가능한 개인용 냉난방장치에 관한 것이다.

일반적으로, 냉난방장치는 주거공간, 상업적 공간, 또는 사무실 등의 실내 공간을 냉방 및 난방시키기 위한 장치로서, 이러한 냉난방장치의 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.

한편, 상기와 같은 냉난방장치로 실내를 난방하고자 하는 경우에는 냉매를 역으로 순환시키면 되는데, 이 경우에는 상기 제 2열교환기(5)는 응축기로서 작용하여 따뜻한 공기가 실내로 유입되게 되고, 반대로 상기 제 1열교환기(2)는 증발기로서 작용하여 차가운 공기가 실외로 배출되게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 일반적인 냉난방장치들은 실내 공간 전체를 냉방 또는 난방하도록 되어 있기 때문에, 냉난방장치와 멀리 떨어진 지역에서는 냉난방효과가 잘 전달되지 않으며, 실내에 있는 모든 사람들의 개별적인 성향을 모두 만족할 수가 없을 뿐만 아니라, 냉난방에 필요한 공기조화량도 비효율적인 문제점이 있었다.

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

또한, 상기와 같은 종래의 냉난방장치는 부피가 크고 무거운 고정식으로 되어 휴대가 불가능하도록 되어있는 바, 특히 사람이 냉난방장치가 설치된 실내를 벗어나 냉난방장치가 설치되지 않은 다른 장소로 이동하여 작업을 해야 하는 경우에는 냉난방을 전혀 기대할 수 없다는 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 사용자가 신체의 일부에 착용하여 사용할 수 있도록 하여 사용자 개인이 전용으로 사용할 수 있는 개인용 냉난방장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 냉난방장치의 구성을 나타낸 개략적인 구성도

도 2는 본 발명에 따른 냉난방장치의 개략적인 사시도

도 3은 도 2의 I-I선 단면도

도 4는 본 발명의 냉난방장치에 이용되는 열전모듈의 구성 및 작동을 나타낸 구성도

도면의 주요부분에 대한 설명

10 - 열전달벨트 20 - 열전모듈

21 - 상부 세라믹판 22 - 하부 세라믹판

30 - 박스팬 31 - 유입구

32 - 배출구 33 - 구동모터

34 - 송풍팬

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 신체의 주변을 감을 수 있도록 유연한 금속판으로된 긴 띠형상의 열전달벨트와, 전기적으로 작동하며 일 측면이 상기 열전달벨트의 중심부에 부착되어, 상기 열전달벨트로부터 열을 흡수하거나 열전달벨트에 열을 방출함으로써 상기 열전달벨트를 냉각 및 가열시키도록 된 열전모듈과, 상기 열전모듈의 다른 일 측면에 부착되어 상기 열전모듈과의 열전달이 이루어지도록 된 열교환수단을 포함하여 이루어진 신체에 착용이 가능한 개인용 냉난방장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 냉난방장치를 상세히 설명한다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 냉난방장치는, 사용자의 신체 일부를 감아 착용할 수 있도록 긴 띠형상의 유연한 부재로 된 열전달벨트(10)의 중심부위에 전기적으로 작동하는 열전모듈(20)의 상부 세라믹판(21)이 부착되고, 상기 열전모듈(20)의 반대쪽 측면의 하부 세라믹판(22)에는 상기 열전모듈(20)로부터 열이 전달될 수 있도록 된 박스팬(30)이 부착되어 있는 구조로 이루어진다.

상기 열전달벨트(10)는 상기 열전모듈(20)로부터 열을 전달받아 다시 사용자의 신체에 전달하게 되는데, 이 열전달벨트(10)는 열전달효율이 우수한 유연한 금속판 또는 그 내부에 열을 축적할 수 있는 축열재가 충전된 벨트 등으로 이루어질 수 있으며, 열전모듈(20)로부터 열을 전달받을 수 있는 임의의 재질로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 박스팬(30)은, 그 후방면이 상기 열전모듈(20)의 일 측면에 접착되고, 양 측면 및 상하부면에는 공기가 유입되는 유입구(31)가 형성되며, 전방부에는 공기가 배출되는 배출구(32)가 형성된 중공의 박스형상의 케이스 내에 상기유입구(31)를 통해 외부의 공기를 흡입하여 배출하도록 된 송풍팬(34)이 장착된 구조로 이루어진다.

또한, 상기 박스팬(30) 내에는 상기 송풍팬(34)을 구동시키는 구동모터(33)가 함께 장착된다.

그리고, 상기 열전모듈(20) 및 박스팬(30) 내의 구동모터(33)는 전기적으로 작동하도록 되어 있는바, 상기 열전달벨트(10)의 소정부위에는 상기 열전모듈(20) 및 박스팬(30) 내의 구동모터(33)에 연결되는 전원(40)이 착탈가능하게 장착되며, 이와 같이 전기를 공급하는 전원(40)으로서 충전식 배터리나 차량용 어댑터 또는 가정용 어댑터 등이 이용될 수 있다.

한편, 상기 열전모듈(20)은 그에 연결된 전극에 따라 일측이 열을 흡수하는 흡열부로 되고, 반대편 일 측은 이 흡열부에서 흡수된 열을 방출하는 방열부로 작용하여 상기 열전달벨트(10)와 상기 박스팬(30)에 열을 전달하게 되는데, 참고로 이러한 열전모듈(20)의 작동원리와 구성 및 특성에 대해 도 4를 참조로 설명한다.

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(20)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 열을 흡수하여 냉각시키고자 하는 물체(Tc)와 접하도록 형성된 상부 세라믹판(21)과, 열을 방출하기 위한 물체(Th)와 접하도록 형성된 하부 세라믹판(22)과, 상기 상부 세라믹판(21)과 하부 세라믹판(22) 사이를 연결하도록 교대로 배열된 p형반도체(24) 및 n형반도체(25)와, 상기 p형반도체(24) 및 n형반도체(25)를 전기적으로 교차연결시킴과 더불어 p형반도체(24) 및 n형반도체(25)의 양단을 상기 상부 세라믹판(21)과 하부 세라믹판(22)에 연결시키는 매개체로서의 역할을 하는 구리 등으로 된 전기적 교차연결층(23)으로 이루어지고, 상기 교차연결층(23)은 직류전원(P)에 연결되어 상기 p형반도체(24) 및 n형반도체(25)를 통해 전류가 흐르도록 되어 있다.

따라서, 상기와 같이 구성된 열전모듈(20)을 이용하여 물체(Tc)를 냉각 또는 가열시키기 위해 사용자가 전원을 인가하면 전류(i)가 상기 교차연결층(23)에 의해 연결된 n형반도체(25) 및 p형반도체(24)를 교대로 흐르게 되고, 이에 따라 n형반도체(25)에서는 전류(i)의 방향과 반대방향으로 전자(-)가 이동하는 한편, p형반도체(24)에서는 전류의 흐름방향으로 정공(+)이 이동하게 된다.

즉, 상기 n형반도체(25) 및 p형반도체(24)를 통해 각각 전자(-) 및 정공(+)이 상부 세라믹판(21)에서부터 하부 세라믹판(22) 쪽으로 이동하게 되고, 이에 따라 상부 세라믹판(21)은 열을 흡수하여 하부 세라믹판(22)으로 방출시키게 되므로, 상기 상부 세라믹판(21)이 흡열부로 작용하여 이 상부 세라믹판(21)과 접해있는 물체(Tc)는 냉각되고, 상기 하부 세라믹판(22)은 방열부로서 작용하여 상기 하부 세라믹판(22)과 접해있는 물체(Th)는 가열되게 된다.

또한, 상기 열전모듈(20)에 연결된 전기의 극성을 전환시켜 전류의 방향을전환시키면, 즉, 전원(P)의 양극(+)과 음극(-)에 연결된 부분을 서로 바꿔주면, 앞에서 설명한 현상과는 반대로 하부 세라믹판(22)에서부터 상부 세라믹판(21) 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 같이 구성된 냉난방장치의 작동에 대해 설명한다.

여름철에 사용자가 신체의 원하는 부위를 냉각시키고자 하는 경우, 원하는 신체부위에 열전달벨트(10)를 감은 다음 냉방작동이 되도록 전원을 인가하면, 상기 열전모듈(20)과 박스팬(30)의 송풍팬(34)이 작동된다.

이에 따라, 상기 열전달벨트(10)에 부착된 열전모듈(20)의 상부 세라믹판(21)이 흡열부로 되어 상기 열전달벨트(10)로부터 열을 흡수하여 열전달벨트(10)는 냉각됨과 동시에, 상기 열전모듈(20)의 반대편의 하부 세라믹판(22)은 방열부로 되어 상기 박스팬(30)에 열을 방출하게 된다.

이 때, 상기 박스팬(30) 내의 송풍팬(34)의 작동에 의해 상기 박스팬(30)의 유입구(31)를 통해 외부의 공기가 유입되고, 이렇게 유입된 공기는 박스팬(30) 내에서 열교환되어 열을 흡수한 다음, 박스팬(30) 전방의 배출구(32)를 통해 배출되게 된다.

따라서, 상기 열전달벨트(10)를 감은 신체부위는 냉각되고, 뜨거운 공기는 사용자 반대쪽으로 방출됨으로써 사용자 개인을 위한 냉방작동이 이루어질 수 있게 되는 것이다.

한편, 겨울철에 난방작동을 하고자 하는 경우, 사용자는 상기 열전모듈(20)에 연결된 전원의 극성을 전환시켜줌으로써 열전모듈(20)의 흡열부와 방열부가 전환되게 되고, 이에 따라 냉방작동과는 반대로 난방작동이 이루어지게 된다.

다시 말해서, 상기 열전모듈(20)에 연결된 전극을 전환시키면 상기 열전달벨트(10)와 접지된 열전모듈(20)의 상부 세라믹판(21)은 방열부로 되고, 반대편의 하부 세라믹판(22)은 흡열부로 되어 상기 박스팬(30)을 통해 유입된 공기로부터 열을 흡수하여, 상기 방열부의 역할을 하는 상부 세라믹판(21)에서 열을 방출함으로써 열전달벨트(10)를 가열시키게 되는 것이다.

그리고, 본 발명의 냉난방장치는 신체 주변에 감지 않고서도 이용될 수 있는데, 즉, 사용자가 냉난방장치를 책상 등에 올려놓은 다음 상기 박스팬(30)을 통해 토출되는 냉기 또는 온기를 이용하여 개인의 주변을 집중적으로 냉난방시킬 수도있다.

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

예컨대, 상기 열전달벨트(10)의 반대편에 위치되어 열을 방출 또는 흡수하도록 된 열교환수단으로서 박스팬(30)을 사용하고 있으나, 이 박스팬(30) 대신 단순히 열을 전달받을 수 있는 금속판 등이 부착될 수도 있다.

또한, 본 발명의 냉난방장치는 신체 일부를 집중적으로 냉난방시킬 수 있는 기능을 갖는 바, 냉온찜질용의 의료기구에 적용할 수도 있음은 물론이다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 사용자의 신체주변을 감아서 원하는 부위를 집중적으로 냉난방시킬 수 있게 되므로, 사용자를 개별적으로 만족시킬 수가 있으며, 휴대가 용이하여 실내 및 실외의 어느 장소에서도 사용이 가능하게 된다.

Claims (5)

1. 신체의 주변을 감을 수 있도록 유연한 금속판으로 된 긴 띠형상의 열전달벨트와,

   전기적으로 작동하며, 일 측면이 상기 열전달벨트의 중심부에 부착되어 상기 열전달벨트로부터 열을 흡수하거나 열전달벨트에 열을 방출함으로써 상기 열전달벨트를 냉각 및 가열시키도록 된 열전모듈과,

   상기 열전모듈의 다른 일 측면에 부착되어 상기 열전모듈과의 열전달이 이루어지도록 된 열교환수단을 포함하여 이루어진 신체에 착용이 가능한 개인용 냉난방장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 열전달벨트는 그 내부에 열을 저장하는 축열재를 포함한 벨트로 된 것을 특징으로 하는 신체에 착용이 가능한 개인용 냉난방장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 열교환수단은,

   후방부가 상기 열전모듈에 접지되어 열을 전달받고, 양 측면 및 상하부면에는 공기가 유입되는 유입구가 형성되며, 전방부에는 공기가 배출되는 배출구가 형성된 중공의 박스형상의 케이스와,

   상기 케이스의 내부에 장착되어 상기 유입구를 통해 외부의 공기를 흡입하여 배출하도록 된 송풍팬 및,

   상기 송풍팬을 구동시키는 구동모터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 신체에 착용이 가능한 개인용 냉난방장치.
5. 삭제