KR100398950B1 - 태양전지와 열전반도체를 이용한 모듈형 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양전지(solar cell)와 열전반도체(Peltier Modules:열전소자)와 기류(氣流)순환장치를 일체형으로 모듈화(패키지화)하여 외부전원 공급없이 공기조화(냉ㆍ난방)가 필요한 제품이나 장소에 간편히 설치하여 사용할 수 있도록 한 것이다.

또한, 지지부재에 설치되는 태양전지와 열전반도체는 평판형으로 하고 공기류를 강제 순환시키는 팬은 외경이 작은 원기둥 형상의 횡류팬을 사용하여 두께와 크기가 줄어든 슬림형으로 제작하도록 한다.

또한, 본 발명 모듈형 공기조화기의 온도제어와 전기제어를 담당하는 제어부의 입력에 열전반도체를 구동하기 위한 전력을 생산하는 태양전지와, 순환 공기의 온도를 감지하는 온도센서와, 온도설정과 열전반도체로 공급되는 전원의 극성전환(전류인가방향) 및 온/오프(on/off) 상태 등을 조작할 수 있는 스위치부를 접속하고, 상기 제어부의 출력에 펠티어 효과에 의해 냉기와 온기를 발생시키는 열전반도체와, 횡류팬을 구동시켜 기류를 강제로 순환시키는 팬모터와, 여분의 전력을 충전하였다가 필요할 때 이용할 수 있도록 하는 충전지로 구성한 것이다.

Description

태양전지와 열전반도체를 이용한 모듈형 공기조화기{Modular air conditioner by using solar cell and peltier modules}

본 발명은 태양전지(solar cell)와 열전반도체(열전소자)를 이용한 모듈형 공기조화기(냉ㆍ난방장치)에 관한 것으로, 상세하게는 평판 형태의 태양전지와 열전반도체와 기류순환장치를 모듈형(패키지화)으로 일체화하여 외부전원 공급없이도 공기조화(냉ㆍ난방)가 필요한 제품이나 장소에 간편히 설치하여 사용할 수 있도록 한 것이다.

산업사회의 고도화와 인구의 증가로 많은 에너지를 필요로하고 있으나 가용할 수 있는 에너지 자원은 한정되어 있을 뿐 아니라 사용에 의해 점차적으로 고갈되어가고 있는 실정이다.

한편, 태양열은 석탄이나 석유 천연가스와 같은 화석 에너지원과는 달리 공해발생이 없는 청정 에너지원인 동시에 거의 무제한적으로 공급되기 때문에 오래전부터 이러한 태양열 에너지를 산업용이나 난방용 또는 자동차 등의 에너지원으로 활용하기 위한 꾸준한 연구와 더불어 제품화가 이루어지고 있다.

예컨데, 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지(太陽電池)의 경우, 이러한 태양 에너지를 효과적으로 이용하는 전형적인 한 형태이며, 주택의 난방수 또는 온수 공급 등에도 태양열을 이용하여 에너지를 절약하도록 한 시스템들이 일부 고안된 바 있고 또한 사용되고 있기도 하다.

한편, 펠티어 효과(Peltier Effect)를 이용한 열전소자 또는 열전반도체는 두 종류의 다른 금속을 접합하여 전류를 흘렸을 때, 접합부에서 인가전류에 비례한 열의 발생 또는 흡수가 일어나고, 전류의 방향을 바꾸면 열의 발생 및 흡수가 반대로 일어나게 된다.

상기 열전반도체는 주로 비스무트(Bi)와 텔루르(Te)의 화합물인 비스무트 텔루라이드에 불순물을 가한 고용체로 제조되며, N형 열전소자와 P형 열전소자가 전열판을 매개로 교대로 연결되어 전류가 흐르는 구조로, N형 열전소자로부터 P형 열전소자로 전류가 흐르면 전열판은 흡열하고, P형 열전소자로부터 N형 열전소자로 전류가 흐르면 전열판은 발열하게 되므로 열전반도체의 상측부 유체(공기)는 냉각되고 열전소자의 하측부 유체(공기)는 가열되며, 전류의 흐름방향을 바꾸면 반대로 열전소자의 상측부 유체(공기)는 가열되고 열전반도체의 하측부 유체(공기)는 냉각된다.

상기 열전반도체를 직렬이나 병렬 또는 직ㆍ병렬로 복수 개 배열한 다음 전류를 인가하면 펠티어 효과(열전효과)에 의해 간단한 구성으로도 열펌프 또는 열교환기로서의 기능을 하게되므로 냉ㆍ난방을 하는 공기조화기와 같은 여러 제품에 응용되고 있다.

예컨데, 열전반도체를 이용한 차량용 컵홀더, 열전반도체를 이용한 순간 냉/온수기, 열전반도체를 이용한 냉/온수기 겸용 정수기, 열전반도체를 이용한 야외용 발전장치, 열전반도체를 사용한 리어 쿨러, 열전반도체를 이용한 김치냉장고, 열전반도체를 이용한 자동차용 공기조화기, LSI 쿨링장치, 컴퓨터의 CPU의 쿨링장치, 레이저 냉각장치에 이르기까지 그 응용예는 매우 많은 편이며, 사용처가 꾸준히 확장되고 있다.

그러나, 자가발전시설을 갖추지 않아 상용전원을 이용하게 되므로 대부분 필요한 장소에 고정형으로 사용하게 되며, 소수 이동형으로 사용하더라도 상용전원이 공급되는 지역에서 사용해야 할 뿐 아니라, 그 용도가 단일용도로 한정(제한)되는 등의 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 태양전지(solar cell)와 열전반도체(熱電半導體 素子)와 기류순환장치를 일체형으로 모듈화(패키지화)하여 공기조화가 필요한 제품이나 장소에 간편히 설치하여 외부전원의 도움없이도 간편히 사용할 수 있는 모듈형 공기조화기를 제공함에 목적이 있다.

또한, 지지부재에 설치되는 태양전지와 열전반도체는 평판형으로 하되 각각 외부로 노출되게 설치하여 태양전지는 태양에너지를 잘 받아들이도록 하고, 열전반도체는 펠티에 효과에 의해 흡수된 열을 외부 공간으로 잘 방출시킬 수 있도록 함을 목적으로 한다.

또한, 통기로의 하부에 지지부재의 일측과 연결되는 유도판을 설치하고, 유도판의 타측에 선회부를 형성하고, 유도판의 하부와 지지부재 사이에 지지부재의 중앙부분으로 향하는 유도로를 형성하고, 유도로의 말단에 분기실을 형성하고, 분기실의 하부에 복수 개의 토출구를 형성하여 열교환 된 공기가 골고루 배출 및 순환되도록 함을 목적으로 한다.

또한, 공기류를 강제 순환시키는 횡류팬은 길이가 길고 외경이 작은 원기둥 형상으로 하고, 지지부재와 지지부재에 설치되는 열전반도체와 태양전지는 두께가 얇은 평판형으로 하여 본 발명 모듈형 공기조화기의 전체 두께가 얇은 슬림형으로 구성하도록 함을 목적으로 한다.또한, 토출구에는 각도조절기구를 갖는 에어그릴을 설치하여 배출공기의 방향을 결정할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

또한, 열전반도체의 방열면과 흡열면에 방열핀과 흡열핀을 각각 형성하고, 흡열핀은 통기로를 지나가는 공기의 흐름방향과 같은 방향으로 형성하여 열효율을 향상시키도록 함을 목적으로 한다.

또한, 제어부의 입력에 열전반도체에 필요한 전력을 생산하는 태양전지와, 흡입과 열교환과 토출과정으로 순환하는 공기의 온도를 감지하는 온도센서와, 온도설정과 온/오프(on/off)및 전류인가방향을 조작할 수 있는 스위치부를 각각 접속하고, 상기 제어부의 출력에 열전반도체와, 횡류팬을 회동시키는 팬모터와, 남는 전력을 충전하는 충전지를 접속하도록 하여 전기와 온도의 제어 및 이상 상태를 제어할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

또한, 제어기에 접속되는 온도센서를 열전반도체의 흡열면과 방열면에 각각 설치하여 온도를 측정하되 비정상적인 온도범위로 온도차가 발생되었을 때 제어기는 열전반도체로 인가되는 전원을 자동으로 차단하여 열전반도체를 보호하도록 함을 목적으로 한다.

상기목적을 달성하기 위하여 지지부재의 상부면 중앙에 태양전지에 의해 발생된 전원을 공급받아 순환공기를 흡열 및 방열(발열)작용으로 열교환시키는 평판 형태의 열전반도체를 설치하고, 열전반도체의 가장자리 부분에 주변의 빛이나 태양광을 기전력으로 변환시키는 비교적 큰 평면적의 태양전지를 빙둘러 설치하고, 지지부재와 태양전지의 변부에 테두리 부재를 수밀 유지되게 고정하고, 지지부재의 일단에 공기를 흡입하는 흡기구와, 흡기구로부터 유입되는 공기를 열전반도체의 흡열면 또는 방열면에 접촉시켜 열교환하는 통기로와, 통기로에서 열교환 된 공기가 배출되는 복수 개의 토출구를 형성하고, 흡기구에는 팬모터에 의해 회전하는 횡류팬을 축 설치하도록 한다.

또한, 태양전지와 열전반도체는 열전도율이 낮고 절연이 유지되며 조립이 쉬운 '' 형상의 연결부재로 연결하고, 지지부재와 테두리 부재 또한 열전도율이 낮고 절연이 유지되며 조립이 쉬운 '' 형상의 연결부재로 연결하여 견고한 결합을 달성할 수 있도록 한다.

또한, 흡수된 열을 방출하는 열전반도체의 방열면과 열을 흡수하는 열전반도체의 흡열면에 방열핀이나 흡열핀을 각각 설치(형성)하거나, 열전반도체의 방열면이나 흡열면에 냉각팬(Cooling FAN)으로 강제 냉각시키는 공기냉각방식(空冷方式)이나 수냉재킷(水冷 Jacket)을 설치한 다음 냉각수를 강제로 순환시켜 수냉시키는 등의 방법으로 열의 흡수와 방열을 효과적으로 달성할 수 있도록 한다.

또한, 태양전지와 열전반도체는 평판형으로 공기류를 강제순환시키는 팬은 길이가 길고 외경이 작은 원기둥 형상의 횡류팬을 사용하여 공기조화에 필요한 공기를 효과적으로 공급할 수 있으면서 본 발명 모듈형 공기조화기의 두께와 크기를 줄여 슬림화 할 수 있도록 한다.

본 발명에서 테두리 부재의 바깥측면에 한 쌍의 걸림부를 돌출시켜 제품이나 지지부재를 쉽게 견고히 결합할 수도 있다.

본 발명에서 통기로를 일직선으로 연장시켜 일측 테두리 부재의 측면에 토출구를 형성하고, 공기가 유입되는 흡기구는 지지부재의 측면으로 개방시켜 형성할 수도 있다.

도 1 : 본 발명 모듈형 공기조화기의 부분 절개 사시도.

도 2 : 본 발명 모듈형 공기조화기의 단면 구성도.

도 3 : 본 발명 모듈형 공기조화기의 부분 확대 단면도.

도 4 : 본 발명 열전반도체에 방열핀과 흡열핀을 설치한 상태의 단면도.

도 5 : 본 발명 도 4의 다른 실시 예 단면도.

도 6 : 본 발명 모듈형 공기조화기의 일 실시예 저면도.

도 7 : 본 발명 모듈형 공기조화기의 일 실시예 회로 블럭도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(2)--모듈형 공기조화기 (4)--지지부재

(6)--테두리 부재 (8)--흡기구

(10)--흡열면 (12)--통기로

(14)--토출구 (16)--횡류팬

(18)--유도판 (19)--선회부

(20)--유도로 (21)--만곡면

(22)--분기실 (23)--유도편

(24)--에어그릴 (26)--조절구

(28)(30)--중공부 (32)--단열재

(34)(36)(40)--연결부재 (38)--제품이나 지지부재

(42)--방열면 (43)--걸림부

(44)--방열핀 (46)--흡열핀

(48)(50)--판넬 (SC)--태양전지(solar cell)

(TE)--열전반도체(Peltier Modules) (11)(41)(TS)--온도센서

(C)--제어부 (CC)--충전지

(S)--스위치부 (FM)--팬모터

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

열전반도체(TE)는, 특정방향으로 전류를 인가할 경우 온도가 강하하는 흡열면과 온도가 상승하는 방열면을 가지는데, 흡열면이 실내를 향하도록 설치된다. 이러한 구성은, 냉방기로서 작동할 경우의 예이며, 난방기로서 작동하는 경우에는 반대방향으로 전류를 인가시킴에 따라, 흡열면과 방열면이 뒤 바뀐다.따라서, 본 발명에서는 설명의 편의상 냉방(흡열)을 중심으로 설명하고 난방(방열)에 대해서는 부가적으로 설명하도록 하며, 열전반도체(TE)의 바깥면은 외부로 노출되게 설치하여 펠티에 효과에 의해 열전반도체로 흡수된 열을 외부 공간으로 잘 방출시킬 수 있도록 한다.

도 1은 평판 형태의 태양전지와 열전반도체 및 기류순환장치를 구비한 본 발명 모듈형 공기조화기(2)를 부분 절개한 상태의 사시도이고, 도 2는 그 단면도이다.

도면으로 보는 바와 같이 지지부재(4)의 상부면 중앙에 평판 형태의 열전반도체(TE)가 위치하고, 상기 열전반도체(TE)의 가장자리 부분에 복수 개의 태양전지(SC)가 빙둘러 설치되며, 상기 지지부재(4)와 태양전지(SC)의 변부에 수밀유지되게 빙둘러 설치되는 테두리 부재(6)에 의해 이들 지지부재(4)와 열전반도체(TE) 및 태양전지(SC)와 같은 구성품이 충격 등으로 부터 보호되고 또한 수밀에 의해 전기적인 고장이 방지된다.

상기 태양전지(SC)는 직렬 연결이나 병렬 연결 또는 직ㆍ병렬 혼합 형태로 배선되어 열전반도체(TE)를 구동하기에 충분한 기전력(전압과 전류)을 얻게되며, 남는 전력은 제어기(C)를 통하여 충전지(CC)로 충전된다.

상기 충전지(CC)는 태양전지(SC)로부터 생산되는 전력을 충전하였다가 장마철 등 태양이 구름에 가려 보이지 않을 경우 등에 임시 변통으로 사용할 수 있다.

상기 태양전지(SC)의 기전력이 부족하거나 전력을 생산하기에 충분한 면적을 확보할 수 없는 경우 보조 태양전지를 증설하여 사용할 수 있을 것이다.

한편, 태양전지(SC)로부터 발생되는 전기에너지로 중앙에 위치하는 열전반도체(TE)를 구동시키게 되는데 열전반도체(TE)는 그 특성상 전기가 통하면 한면(방열면)은 열이 나고 다른 한면(흡열면)은 차가워지게 된다.

그리고, 그 전기의 흐름방향을 바꾸어 주면 열이나던 면이 차가워지고 차갑던 면이 뜨거워지게 된다. 이러한 열전반도체(TE)의 특성을 이용하여 냉기가 필요하거나 온기가 필요할 때 극성전환 스위치의 간단한 조작으로 온도를 제어할 수 있다.또한, 지지부재에 설치되는 태양전지와 열전반도체는 평판형으로 하되 각각 외부로 노출되게 설치하여 태양전지는 태양에너지를 잘 받아들여 전기에너지를 생산하도록 하고, 열전반도체(TE)의 바깥면은 펠티에 효과에 의해 열전반도체로 흡수된 열을 외부 공간으로 잘 방출시킬 수 있도록 한다.

상기 열전반도체(TE)가 고정되는 지지부재(4)에는 외부공기 또는 실내공기를 강제 흡입한 다음 열전반도체(TE)에 접촉시켜 냉기(冷氣) 또는 온기(溫氣) 상태로 배출시키는 기류순환로와 송풍수단이 설치된다.

즉, 외부공기 또는 실내공기를 흡입할 수 있게 하향 개방되는 흡기구(8)와, 상기 흡기구(8)로부터 유입되는 공기를 열전반도체(TE)의 흡열면(10)에 접촉시켜 냉각시키는 통기로(12)와, 상기 통기로(12)에서 냉기(冷氣) 또는 온기(溫氣) 상태로 열교환 된 공기가 배출되는 복수 개의 토출구(14)가 형성되며, 흡기구(8)에는 팬모터(FM)에 의해 회전하는 횡류팬(16)이 축 설치되어 공기조화에 필요한 공기를 흡입한 다음 통기로(12)로 불어넣게 된다.

상기 횡류팬(16)은 외부공기 또는 실내공기를 강제로 흡입하여 순환시키므로 냉각작용을 촉진하기도 한다.

흡기구(8)의 입구부분은 도 6과 같이 지지부재(4)의 저부면에 장방형으로 형성하고 횡류팬(16) 또한 흡기구(8)와 비슷한 길이이면서 외경이 작은 원기둥 형상으로 형성하여 공기조화에 필요한 충분한 양의 공기를 흡입할 수 있도록 한다.

상기에서 횡류팬(16)은 길이가 길면서 그 외경이 작은 편이므로 지지부재(4)의 전체 두께를 얇게 구성할 수 있으며, 지지부재(4)에 고정되는 열전반도체(TE)와 태양전지(SC)는 평판형이므로 두께가 얇은 슬림형으로 본 발명 모듈형 공기조화기(2)를 제작할 수 있게된다.

한편, 본 발명에서 일측으로 치우쳐 위치하는 통기로(12)의 말단에 토출구(14)를 바로 형성할 경우 열교환 시간이 짧아지고 열효율이 다소 떨어질 뿐 아니라 배기면적 또한 크게 확장시킬 수 없다.

따라서, 본 발명에서는 열전반도체(TE)의 하부에 지지부재(4)의 일측과 연결되는 유도판(18)을 설치하여 통기로(12)를 지나는 공기가 열전반도체(TE)의 하부표면과 전면적으로 접촉하면서 효율적인 열교환이 이루어질 수 있도록 하고, 상기 유도판(18)의 타측에 선회부(19)를 형성하여 열교환 된 공기가 유턴식으로 선회하도록 하고, 유도판(18)의 하부와 지지부재(4) 사이에 지지부재(4)의 중앙부분으로 향하는 유도로(20)를 형성하여 선회하는 공기가 지지부재(4)의 중앙부분으로 이동하도록 한다.

상기 유도로(20)의 말단에는 분기실(22)을 형성하고, 분기실(22)의 하부에는 도 2와 같이 분기실(22)과 연통되는 복수 개의 토출구(14)를 형성하여 열교환된 공기가 골고루 배출되도록 한다.

지지부재(4)와 유도판(18)이 연결되는 분기실(22)의 모서리 부분에는 도 1과 같이 직각면으로 형성하여 열교환된 공기가 복수 개의 토출구(14)로 배출되게 할 경우 상기 직각 모서리 부분에서 공기가 와류하면서 배출저항과 소음이 발생될 수 있으므로, 도 2와 같이 만곡면(21)을 갖는 유도편(23)을 상기 직각면에 설치하여 저항이나 소음이 감소된 배출공기가 사방으로 골고루 분기되도록 한다.

본 발명에서 열교환된 공기를 한쪽면(지지부재의 저부면)으로 유도 배출하기 위하여 선회부(19), 유도로(20), 유도편(23), 분기실(22) 등을 형성하거나 구성하였으나, 물론 선회부(19), 유도로(20), 유도편(23), 분기실(22) 등을 생략하는 대신 통기로(12)를 일직선으로 연장시켜 일측 테두리 부재(6) 부분에 토출구를 형성하는 간단한 구성으로 사용할 수 있으며, 이러한 구성에 부합하거나 용도에 알맞는 제품이나 장소에 본 발명 모듈형 공기조화기(2)를 설치 사용하면 될 것이다.

또한, 외부공기 또는 실내공기를 유입하는 흡기구(8)는 도 1, 도 2와 같이 하향 개방형으로 형성할 수도 있으나, 본 발명을 설치할 때 주변여건이 허락하면 상기 배출구 처럼 지지부재(4)의 일측으로 개방시켜 형성할 수 있음은 물론이다.

열교환된 공기가 배출되는 토출구(14)의 형상은 여러가지 형상으로 변형 할 수 있으며, 도 6과 같이 지지부재(4)의 저부면 상ㆍ하ㆍ좌ㆍ우측에 각각 형성하거나 또는 지지부재(4)의 상ㆍ하측에 형성하거나 또는 지지부재(4)의 좌ㆍ우측에 형성할 수 있으며, 상기 토출구(14)의 말단에는 충분한 크기의 공간을 확보한 다음 각도조절기구를 갖는 통상의 에어그릴(24)을 설치하여 배출공기의 방향을 결정할 수 있도록 함이 바람직하다.

상기 에어그릴(24)은 에어그릴(24)을 조작할 수 있게 구성되는 회전식 조절구(26)를 이용하여 그릴의 각도를 조절할 수 있으며, 각도조절기구는 통상의 방법이나 기구물을 사용하면 되므로 본 발명에서는 구체적인 구성의 도시와 그 설명을 생략한다.그리고, 태양전지(SC) 또한 여러 산업분야에서 사용되고 있으며, 그 원리에 대해서는 익히 알려진 사실이므로 자세한 설명을 생략하도록 한다.

또한, 흡기구(8), 유도로(20), 토출구(14) 등에 온도센서(TS)를 설치한 다음제어기(C)에 접속하여 흡입공기의 온도 또는 배출공기의 온도가 스위치부(S)에 의해 설정된 온도로 항온 유지되도록 한다.

또한, 열전반도체(TE)의 흡열면(10)과 방열면(42)에 도 4, 도 5와 같이 온도센서(11)(41)를 각각 설치하여 흡열면(10)과 방열면(42)의 온도를 측정하도록 하되 비정상적인 온도범위로 되었을 경우 열전반도체(TE)로 인가되는 전원을 자동으로 차단하거나 전기의 흐름방향을 바꾸어 온도를 내리거나 올려주도록 함으로서 열전반도체(TE)를 보호하도록 한다.

본 발명 지지부재(4)와 테두리 부재(6)의 내부에는 중공부(28)(30)를 각각 형성하여 원가절감과 더불어 경량화를 꾀하도록 하고, 또한 제어기(C)와 충전회로를 포함한 충전지(CC) 등은 중공부(28)(30)에 수납 설치할 수 있도록 한다.상기에서, 태양전지(SC)로부터 발생된 전력은 열전반도체(TE)로 공급되어 소모되지만 일부는 제어부(C)를 통하여 충전지(CC)로 충전되며, 열전반도체(TE)가 동작하지 않는 경우(OFF)에는 대부분의 전력이 충전지(CC)로 충전된다. 그리고, 충전지(CC)에 충전된 전력은 제어부(C)를 통하여 이용하는 것은 일반적인 사항이므로 자세한 설명을 생략하도록 한다.

또한, 지지부재(4)와 유도편(23)은 알루미늄, 두랄루민, 경량합금과 같이 열전도율이 우수하면서 가벼운 금속을 사용하여 열전도율과 열효율을 향상시키도록 하고 또한 경량화시킬 수 있도록 한다.

태양전지(SC)와 열전반도체(TE)는 열전도율이 낮은 경질의 재질, 이를테면 탄소섬유 또는 합성수지 등으로 형성된 테두리 부재(4)로 보호하도록 함이 바람직하며, 온도차가 심한 지지부재(4)와 테두리 부재(6) 사이에는 단열재(32)를 각각 끼워 단열되도록 한다.

상기에서 태양전지(SC)와 열전반도체(TE)는 열전도율이 낮고 절연이 유지되면서 조립이 쉬운 '' 형상의 연결부재(34)로 연결하고, 지지부재(4)와 테두리 부재(6) 사이에도 열전도율이 낮고 절연이 유지되면서 조립이 쉬운 '' 형상의 연결부재(36)로 연결시켜 견고한 고정을 달성하도록 한다.

또한, 본 발명의 모듈형 공기조화기(2)를 특정 장소나 제품이나 지지부재(38)에 고정시킬 경우 모듈형 공기조화기(2)와 상기 제품이나 지지부재(38)를 접촉시킨 다음 피스와 같은 체결수단으로 체결시켜 고정하거나, 또는 테두리 부재(6) 및 제품과 지지부재(38) 사이에 열전도율이 낮고 절연이 유지되는 '' 형상의 연결부재(40)로 견고히 고정하도록 한다.

상기 연결부재(34)(36)(40)는 '' 형상이므로 이에 결합되는 태양전지(SC)와 열전반도체(TE)와 지지부재(4)와 테두리 부재(6) 및 제품이나 지지부재(38)의 상ㆍ하ㆍ좌ㆍ우 유동이 방지되므로 조립이 쉬우면서 견고한 결합을 달성할 수 있으며, 열전도율이 낮고 수밀 유지되므로 결로현상 등이 방지된다.

열전반도체(TE)와 지지부재(4)와 테두리 부재(6) 및 제품이나 지지부재(38)를 연결부재(34)(36)(40)로 연결할 때 그 사이에 내열성 고무패킹이나 실리콘 등으로 수밀을 달성할 수 있다.

또한, 테두리 부재(6)의 바깥측면에 한 쌍의 걸림부(43)를 돌출시켜 연결부재(40) 없이도 제품이나 지지부재(38)에 결합시켜 고정할 수도 있다.

본 발명에서 도 4, 도 5와 같이 흡수된 열을 방출하는 열전반도체(TE)의 방열면(42)과 열을 흡수하는 열전반도체(TE)의 흡열면(10)에 방열핀(44)이나 흡열핀(46)을 각각 설치(형성)하거나 열전반도체(TE)의 흡열면(10)이나 외기에 노출된 방열면(42)을 냉각팬(Cooling FAN)으로 강제 냉각시키는 공기냉각방식(空冷方式)이나 수냉재킷(水冷 Jacket)을 설치한 다음 냉각수를 강제로 순환시켜 수냉시키는 등의 방식으로 열의 흡수와 방열을 효과적으로 달성할 수 있다.

상기 도 4의 경우 열전반도체(TE)의 방열면(42)과 열을 흡수하는 열전반도체(TE)의 흡열면(10)에 방열핀(44)이나 흡열핀(46)을 일체형으로 각각 형성한 것이고, 또한, 도 5의 경우 열전반도체(TE)의 방열면(42)과 열을 흡수하는 열전반도체(TE)의 흡열면(10)에 방열핀(44)이나 흡열핀(46)이 형성된 판넬(48)(50)을 열전달 그리스(또는 열전도율이 우수한 접합제) 등으로 접합시켜 구성할 수 있을 것이다.

상기 방열핀(44)과 흡열핀(46)의 형성 간격과 돌출정도는 통상적으로 형성하는 정도이며, 흡열핀(46)은 통기로(12)를 지나가는 공기의 흐름방향과 같은 방향으로 형성하여 공기의 흐름을 방해하지 않도록 한다.

본 발명에서 흡열면(10)과 방열면(42)은 열전도율이 우수한 절연물질이나 절연재로 코팅 및 피복하는 등의 방법으로 누전이나 인체의 감전을 방지하거나, 또는 인체나 사물이 접근할 수 없는 보호망을 설치하여 인체나 사물의 접촉에 의한 누전이나 감전을 방지하도록 함이 바람직하다.

본 발명에서 모듈형 공기조화기(2)는 설명의 편의상 사각형으로 도시하였으나 물론 'H' 형상이나 'ㄴ' 형상이나 'ㄷ' 형상이나 'ㅁ'형상이나 '0' 형상 등으로 그 형상을 다양화 할 수 있다.

도 7은 본 발명 일 실시예로 도시한 회로 블럭도로, 본 발명 모듈형 공기조화기(2)의 총괄적인 제어를 담당하는 제어부(C)의 입력에 태양에너지를 전기에너지로 변환시켜 열전반도체(TE)를 구동하는데 필요한 전력을 생산하는 태양전지(SC)와, 모듈형 공기조화기(2)를 순환하면서 열교환되는 공기의 온도를 감지하는 온도센서(TS)와, 온도설정과 열전반도체(TE)로 인가되는 전원의 극성전환(전류인가방향) 및 온/오프(on/off) 상태 등을 조작할 수 있는 스위치부(S)를 각각 접속하고, 상기 제어부(C)의 출력에 펠티에 효과에 의한 냉기와 온기를 발생시키는 열전반도체(TE)와, 횡류팬(16)을 회전시켜 공기를 강제로 순환시키면서 열교환시키는 팬모터(FM)와, 여분의 전력을 충전하였다가 필요할 때 이용할 수 있도록 하는 충전지(CC)로 구성된다.

상기 제어부(C)는 메모리를 갖는 CPU 또는 마이콤(MICOM) 또는 프로그래머블 로직(PLC)으로 회로를 구성할 수 있을 것이다.상기 충전지(CC)는 제어부(c)로부터 충.방전 제어를 받게된다.

즉, 제어부(C)는 전기와 온도의 제어 및 과전압 등에 의한 이상현상을 방지하게되며, 충전지(CC)의 전기가 다 소모되면 외부전원을 사용할 수 있도록 제어하게 된다. 그리고 스위치(S)의 조작에 의해 열전반도체(TE)로 공급되는 전기의 극성을 변환하는 기능도 하게된다.

한편, 태양전지(SC)에 의해 발생된 전기는 횡류팬(16)을 구동시키는 팬모터(FM)와 열전반도체(TE)로 공급되며, 남는 전기는 충전지(CC)로 충전된다. 그리고 태양전지(SC)에 의해 생산되는 전력이 부족하거나 생산되지 못하는 경우 충전지(CC)에 충전된 전력을 사용하게 되며, 그래도 부족한 경우 외부전원을 공급하면 될 것이다.

예를 들어 자동차의 경우 시거잭의 12V 전원을 공급하면 되며, 그 외 다른 응용에 대해서는 일반적인 전원공급원으로부터 전력을 공급하면 될 것이다.

또한, 제어부(C)는 열전반도체(TE)가 고장나지 않는 온도범위를 유지하기 위해 열전반도체(TE)의 흡열면(10)과 방열면(42)의 온도를 측정하여 만약 비정상적인 온도범위로 되었을 때 열전반도체(TE)로 인가되는 전원을 자동으로 차단하거나 전기의 흐름을 바꾸어 줌으로서 열전반도체(TE)를 보호하게 된다.

그리고, 흡기구(8), 유도로(20), 토출구(14) 등에 설치되는 온도센서(TS)로 실내온도를 설정온도로 제어할 수 있도록 한다. 이러한 제어부(C)를 구성하는 부분품들은 본 발명 공기조화기(2)의 내부에 장착되어 모듈화된다.

한편, 본 발명에서 공기의 순환과정을 살펴보면 흡기구(8)에 위치하는 횡류팬(16)에 의해 실내공기 또는 외부공기가 흡입되고 흡입된 공기는 열전반도체(TE)의 흡열면(10)과 접하면서 지나가므로 공기와 열전반도체(TE) 사이에 열교환이 이루어진다. 열교환된 공기는 열전달이 쉬운(열전도율이 우수한) 판체로 구성된 지지부재(4)의 통기로(12)와 유도로(20)를 따라 흐르면서 공기의 온도는 일정해지고 그 공기는 분기실(22)에서 분기된 다음 복수 개의 토출구(14)로 배출되며, 배출된 공기는 실내를 냉각시키고, 상기 실내공기는 흡기구(8)로 유입되어 순환하는 과정을 되풀이하면서 실내공기가 좋은 분위기로 조화된다.

한편, 열전반도체(TE)의 방열면(42)에서는 방열핀(44)를 통하여 효율적인 방열이 이루어지게 되며, 흡열면(10)에도 방열면(42)과 마찬가지로, 공기유동방향과 평행하는 흡열핀(46)이 균일한 간격으로 배치되어 있어서 유동 공기가 충분한 시간동안 접촉하면서 냉각된다.

또한, 흡열핀(46)과 방열핀(44) 및 공냉장치 또는 수냉장치와 같은 강제냉각장치에 의해 열전반도체(TE)가 효율적으로 냉각되므로 열전반도체(TE)의 열흐름이 원활하게 진행되고 냉각 효율이 상승되어 소비전력을 절감할 수 있게된다.

본 발명의 응용에 대해 살펴보면, 가장 먼저 자동차를 예로 들고 싶다.

자동차의 지붕에 달린 썬루프를 상상하면 쉽다. 본 발명의 장착법도 썬루프의 장착법과 같이 자동차의 일정부분을 절단하고 본 발명 모듈형 공기조화기(2)를 삽입한 후 견고히 고정시킨 다음 방수, 방식처리하면 될 것이다.

자동차에 본 발명의 모듈형 공기조화기(2)를 장착하였을 경우, 뜨거운 여름, 장시간 주/정차를 하는 경우 자동차의 실내온도가 80℃ 정도로 상승되므로 주/정차하면서 차(車) 내의 에어콘을 계속 가동시킬 수 있으나 연료낭비와 비경제적인 요인이 있으므로 사실상 불가능하다.

그러나, 이러한 경우 본 발명 모듈형 공기조화기(2)를 작동시키면 태양전지(SC)에 의해 별도의 외부전원없이 태양에너지가 전기에너지로 바로 변환되어 열전반도체(TE)를 냉방상태로 작동시킬 수 있으므로 80℃가 넘는 자동차 실내의 뜨거운 온도를 쾌적한 온도로 유지를 시킬 수 있으며, 다른 연료에너지의 소비없이 태양에너지를 이용할 수 있는 한 무한히 작동시킬 수 있게된다.

온도제어에 소모되지 않은 전기에너지는 충전지(CC)로 충전되어 태양전지(SC)가 작동하지 않는 시간대에 본 발명 모듈형 공기조화기(2)를 작동시키도록 한다. 만약 그 충전지(CC)가 완전히 방전되면 자동차의 경우 시거잭에 연결하여 작동시키면 될 것이다.

자동차의 냉방기에는 압축기와 증발기 및 응축기 등이 있어서 자동차의 출력을 저하시키고 프레온가스 등의 냉매를 사용하므로 환경문제를 일으킬 수 있으나, 본 발명은 열전반도체(TE)를 이용한 모듈형 공기조화기(2)를 사용함으로서 압축기 등에 의한 엔진의 출력저하와 연료소비가 방지되며, 냉매를 사용하지 아니하므로 환경문제도 일으키지 않는다.

본 발명 모듈형 공기조화기(2)를 일반적인 승용차나 대형버스, 관광버스에 장착한다면 상당한 에너지 절약이 있을 것으로 예상되며, 자동차 이외에 적용하는 경우 예컨데, 버스 승차권 판매소, 주자창의 요금 정산소, 건설현장의 컨테이너 사무실 등에 적용이 가능하다.

물론, 일반가정에서도 그 적용이 가능하지만 기기의 장착에 약간의 제약이 따른다. 버스 승차권 판매소 등에서는 건물이 철구조물로 구성되어 있어서 지붕의 일부분을 절단한 다음 그 지붕에 장착하면 될 것이다.

하지만 일반주택에서는 그것이 다소간 불가능하므로 일반적인 창문 또는 벽면에 장착하는 것이 바람직하다. 즉 창문이 있는 자리에 창문을 제거하거나 벽면의 일부를 헐어버리고 본 발명 모듈형 공기조화기(2)를 장착하면 쉽고 간편하게 설치할 수 있으며, 태양에너지가 불충분하다면 보조 태양전지를 장착시켜 사용하면 될 것이다.

본 발명의 응용에는 여러가지가 있을 수 있다. 응용이 필요한 몇가지 조건으로는 태양에너지를 이용할 수 있어야 하며, 또한 방열면(42)과 태양전지(SC)가 외기와 접할 수 있어야 한다. 아프리카에서도 흙집을 짓고 천장에 본 발명을 장착하면 냉방이 되고 남극이나 북극에서도 전기의 흐름만 바꾸면 난방을 즐길 수 있다.

한편, 난방기로서 사용하기 위하여는, 앞서 기술한 바와 같이 냉방기와는 달리 열전반도체(TE)로 인가되는 전류가 반대로 흐를 수 있도록 스위치(S)를 조작하면 가열된 공기가 토출구(14)로 배출되므로 난방이 이루어지게 된다.

본 발명에서 모듈형 공기조화기(2)를 자동차의 천정이나 창문에 설치하는 경우 냉방과 난방을 선택하는 스위치부(S)는 운전자가 쉽게 조작할 수 있도록 운전석 및 계기판 부근에 설치할 수 있을 것이다.

본 발명에서 전류의 흐름방향에 따라 열류의 흐름방향이 형성되는 열전반도체(TE)를 이용하므로 부품수가 감소되고 제조공정 및 조립공정이 단축되어 제조원가가 크게 절감된다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면으로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

이상과 같이 본 발명은 무소음 및 무공해의 열전반도체를 이용하여 전류의 흐름을 제어하는 것으로 냉방 및 난방 효과를 얻을 수 있게 되므로 소음 발생이 심한 압축기와 오존층을 파괴하는 프레온 가스와 같은 냉매의 사용이 배제되어 원가가 크게 절감되며 환경보호에 기여하는 효과가 있다.

또한, 태양전지에 의해 자가발전이 달성되므로 별도의 상용전원이나 외부전원이 불필요한 효과가 있다.

또한, 태양전지로부터 생산되는 전력 중 여분의 전력은 충전지에 충전하였다가 야간, 장마철 등 태양이 구름에 가려 보이지 않을 경우 등에 임시 변통으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 온도의 추이에 따라 열전반도체의 양극이나 음극으로 인가되는 전압 및 전류를 제어하면 대상체의 온도를 쉽게 상승시키거나 하강시킬 수 있으므로 온도 제어가 한결 수월해지는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전류의 흐름방향에 따라 열류의 흐름방향이 형성되는 열전반도체(TE)를 이용하므로 부품수가 감소되고 제조공정 및 조립공정이 단축되어 제조원가를 절감할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (15)

1. 삭제
2. 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지와, 상기 태양전지로부터 공급되는 기전력에 의해 흡열면으로는 흡열하고 방열면으로는 방열하는 열전반도체와, 공기를 흡입시켜 열전반도체의 흡열면이나 방열면에 접촉시켜 열교환 한 다음 바깥으로 배출시키는 기류순환장치와, 남는 전력을 충전하는 충전지와 그 제어기로 구성하여서 된 공기조화기에 있어서 ;

   지지부재(4)의 상부면 중앙에 외기로 노출된 평판형 열전반도체(TE)를 설치하고, 상기 열전반도체(TE)의 가장자리 부분에 복수 개의 태양전지(SC)를 빙둘러 설치하고, 상기 지지부재(4)와 태양전지(SC)의 변부에 테두리 부재(6)를 수밀 유지되게 고정하고, 상기 지지부재(4)의 일단에 공기 흡기구(8)를 형성하고, 상기 공기 흡기구(8)로부터 유입되는 공기를 열전반도체(TE)의 흡열면(10) 또는 방열면(42)에 접촉시켜 열교환하는 통기로(12)를 형성하고, 통기로(12)의 끝 부분에 상기 통기로(12)에서 열교환 된 공기가 배출되는 복수 개의 토출구(14)를 형성하고, 상기 흡기구(8)에 팬모터(FM)에 의해 회전하는 횡류팬(16)을 축 설치하여 일체형으로 모듈화하여서 된 태양전지와 열전반도체를 이용한 모듈형 공기조화기.
3. 청구항 2에 있어서 ; 통기로(12)의 하부에 지지부재(4)의 일측과 연결되는 유도판(18)을 설치하고, 상기 유도판(18)의 타측에 공기가 선회하는 선회부(19)를 형성하고, 상기 유도판(18)의 하부와 지지부재(4) 사이에 지지부재(4)의 중앙부분으로 향하는 유도로(20)를 형성하고, 상기 유도로(20)의 말단에 분기실(22)을 형성하고, 상기 분기실(22)의 하부에 복수 개의 토출구(14)를 형성하여 열교환된 공기가 골고루 배출되도록 함을 특징으로 하는 태양전지와 열전반도체를 이용한 모듈형 공기조화기.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서 ; 횡류팬(16)은 길이가 길고 외경이 작은 원기둥 형상으로 하고, 지지부재에 설치되는 열전반도체(TE)와 태양전지(SC)는 두께가 얇은 평판형으로 하고, 흡기구(8)는 지지부재(4)의 저부면에 장방형으로 형성하고, 횡류팬(16) 또한 흡기구(8)와 비슷한 길이의 장방형으로 형성하여 전체 두께가 얇은 슬림형으로 구성하여서 된 태양전지와 열전반도체를 이용한 모듈형 공기조화기.
5. 삭제
6. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서 ; 지지부재(4)와 유도판(18)이 연결되는 분기실(22)의 모서리 부분에 만곡면을 갖는 유도편(23)을 설치하여서 된 태양전지와 열전반도체를 이용한 모듈형 공기조화기.
7. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서 ; 통기로(12)를 일직선으로 연장시켜 일측 테두리 부재의 측면에 토출구(14)를 형성함을 특징으로 하는 태양전지와 열전반도체를 이용한 모듈형 공기조화기.
8. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서 ; 공기가 유입되는 흡기구(8)는 지지부재(4)의 측면으로 개방되게 형성함을 특징으로 하는 태양전지와 열전반도체를 이용한 모듈형 공기조화기.
9. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서 ; 토출구(14)에 각도조절기구를 갖는 에어그릴(24)을 설치하여 배출공기의 방향을 결정할 수 있도록 함을 특징으로 하는 태양전지와 열전반도체를 이용한 모듈형 공기조화기.
10. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서 ; 태양전지(SC)와 열전반도체(TE)는 열전도율이 낮고 전기절연되는 '' 형상의 연결부재(34)로 연결하고, 지지부재(4)와 테두리 부재(6)도 열전도율이 낮고 전기절연이 유지되는 '' 형상의 연결부재(36)로 연결하여서 된 태양전지와 열전반도체를 이용한 모듈형 공기조화기.
11. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서 ; 테두리 부재(6)의 바깥측면에 한 쌍의 걸림부(43)를 돌출시켜 제품이나 지지부재를 결합할 수 있도록 함을 특징으로 하는 태양전지와 열전반도체를 이용한 모듈형 공기조화기.
12. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서 ; 열전반도체(TE)의 방열면(42)과 흡열면(10)에 방열핀(44)과 흡열핀(46)을 각각 형성하고, 흡열핀(46)은 통기로(12)를 지나가는 공기의 흐름방향과 같은 방향으로 형성함을 특징으로 하는 태양전지와 열전반도체를 이용한 모듈형 공기조화기.
13. 삭제
14. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서 ; 제어기는 전기와 온도의 제어 및 이상 상태를 제어하는 제어부(C)의 입력에 본 발명 모듈형 공기조화기(2)에 필요한 전력을 생산하는 태양전지(SC)와, 흡입과 열교환과 토출과정으로 순환하는 공기의 온도를 감지하는 온도센서(TS)와, 온도설정과 온/오프(on/off)및 전류인가방향을 조작할 수 있는 스위치부(S)를 각각 접속하고, 상기 제어부(C)의 출력에 열전반도체(TE)와, 횡류팬(16)을 회동시키는 팬모터(FM)와, 남는 전력을 충전하는 충전지(CC)를 접속하여서 된 태양전지와 열전반도체를 이용한 모듈형 공기조화기.
15. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서 ; 열전반도체(TE)의 흡열면(10)과 방열면(42)에 제어기(C)에 접속되는 온도센서(11)(41)를 각각 설치하여 온도를 측정하되 비정상적인 온도범위로 온도차가 발생되었을 때 열전반도체(TE)로 인가되는 전원을 제어기가 자동 차단하도록 함을 특징으로 하는 태양전지와 열전반도체를 이용한 모듈형 공기조화기.