KR100437320B1 - 열전소자를 이용한 냉,난방 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러나 에어컨 대신 전류 흐름 방향에 따라 흡열과 방열작용을 하는 열전소자를 이용한 실내 냉,난방방법 및 장치에 관한 것으로, 그 목적은 냉방과 난방시 소비전력과 소음을 최소화하면서 동일한 장치로서 냉방과 난방을 겸용하게 함으로서 설치면적을 최소화하여 공간 활용을 최대화하고 실내공기는 자연 대류작용에 의해 냉방 또는 난방을 실시하게 하여 쾌적한 실내환경을 제공하는데 있다.

열전소자는 전류 흐름의 방향에 따라 한 쪽 면에서는 열을 흡수하는 작용을 다른 쪽 면에서는 방열작용을 하게 되고 전류의 흐름을 그 반대로 하면 즉, 극 전환(+,-)을 하면 흡열과 방열작용이 반대가 되는 소자이기 때문에 전류의 흐름을 제어하면 냉방은 물론 난방도 동일한 장치로서 제공하게 되는 것이다.

냉방인 경우 열전소자의 흡열작용면에서 발생되는 냉수를 순환펌프로 실내의 바닥에 설치된 바닥 판의 배관을 통하여 공급하여 바닥 판을 냉각시키고 실내 공기는 냉각된 바닥 판을 통하여 자연대류작용으로 열 교환이 이루어져 냉방된다. 이 때 실내를 냉방시키면서 실내에서 흡수된 열은 열전소자의 발열 반응 면으로 흡수시켜 열 교환기를 통하여 외부로 방열한다.

난방을 할 경우에는 같은 장치로 열전소자의 전류흐름을 전환하는 조작만으로 가능함으로 냉방 또는 난방을 필요에 따라 간편하게 실시하는 것이다.

특히 본 발명의 열전소자를 이용한 냉,난방방법 및 장치는 소비전력과 소음을 최소화함은 물론 장시간 사용에 의한 실내 공기의 산소 부족 및 세균에 의한 감염을 완전히 제거하여 쾌적한 실내환경을 제공하게 한다.

Description

열전소자를 이용한 냉,난방 방법 및 장치 { Chilled or hypocaust plate making use of thermo-element }

본 발명은 열전소자를 이용한 실내 냉,난방 방법 및 장치에 관한 것으로서,보다 상세하게는 열전소자에서 발생하는 흡열작용과 발열작용을 물과 열 교환시켜 발생되는 냉수와 온수를 직접 실내의 바닥 판으로 순환시켜 바닥 판을 냉각하거나 가열하여 냉방 또는 난방 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래의 기술로는 하절기에는 프레온 가스와 같은 냉매를 이용하여 차가운 공기를 공급하는 냉방용 공기 조화기를 사용하고 동절기에는 전기 히터나 보일러에서 발생하는 열을 난방용 공기 조화기나 바닥에 설치된 배관에 온수를 이용하여 실내에 공급하게 되는 장치가 계절별로 각 각 사용되고 있고, 열전소자를 또 다른 종래의 냉,난방 기술로는

'특허 제1996-189183(1999.01.14) 열전소자를 이용한 공기조화기,

'특허 공개번호 1999-065393(1999.06.01) 열전소자를 이용한 공조장치'

'실용신안 공개번호 2000-01150 열전소자를 이용한 냉난방기(2000.06.26)'가 있다.

그러나, 상기와 바와 같은 종래 기술의 공기 조화기는 냉매를 압축시키기 위한 압축기와 강제 열 교환 수단으로 송풍 팬이 있고, 열전소자를 이용한 공조기 역시 실내의 공기와 강제로 열 교환을 위해 실내에 송풍 팬이 필수적으로 설치되어 작동하게 되므로 냉매누출에 의한 환경 오염을 유발할 수도 있고 소음 발생이 커지며 장시간 사용할 경우 실내공기의 산소 결핍과 세균 감염이 발생하게 되므로 세심한 주위가 필요하고 난방용 공기 조화기 또한 소음이 발생하게 되고 실내의 공기가 건조하게 되는 문제점을 가지고 있다.

그리고 바닥 판을 이용한 방법으로는 단지 난방만을 목적으로 사용되고 있고냉방을 위한 구조, 즉 냉수를 공급하는 구조를 갖추고 있지 못하다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열전소자의 양측에서 열 교환이 이루어진 냉수와 온수를 이용하여 냉방과 난방을 필요에 따라 제공할 때 열 교환을 공기보다 열 용량이 큰 바닥 판을 직접 냉각 또는 가열하고 실내의 공기는 자연대류에 의한 방식으로 냉각 또는 가열하여 에너지 소비 없이 효율을 높이면서 공기 조화기에 사용되는 압축기나 냉각 팬을 제거하여 소음을 줄이고 쾌적한 실내공기와 온도를 제공하게 하는 것이다.

이와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 전류의 흐름 방향에 따라 한 쪽 면에는 흡열 작용이 발생하여 저온이 되고 반대쪽 면에는 발열 작용이 발생하여 고온이 되는 열전소자와 여기서 발생된 저온 또는 고온을 순환수로 열 교환하여 얻은 냉수 또는 온수를 실내로 이동시키는 순환펌프, 배관부 그리고 압축기나 송풍 팬 없이 자연적으로 열 교환이 이루어지도록 배관이 되어 있는 냉,난방판과 반대측면에서 발생된 냉수 또는 온수를 실외로 이동시키는 순환펌프, 배관부와 이 열을 실외로 열 교환시키는 열교환기 및 이런 장치들을 실내의 온도에 따라 제어하는 수단이 포함된 조작부와 제어부로 구성된 것을 특징으로 하여 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 열전소자에 의한 냉,난방판의 열순환 회로도.

도 2는 본 발명의 냉,난방판의 열순환 제어부의 입출력 블록도.

도 3은 본 발명을 실제로 적용한 실시도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 열전소자 15, 15a, 15b : 순환펌프

20 : 열교환수조 25 : 냉,난방판

30 : 열교환기 35, 35a : 배관부

40, 40a : 온도감지기 45, 45a : 보충수통

50, 50a : 기수분리기 55 : 단열재

60 : 제어부 65 : 조작부

70, 70a : 열교환통

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 열 순환 회로 구성은, 전류 흐름의 방향에 따라 한 쪽 면에는 흡열작용이 일어나 저온이 형성되고, 반대쪽 면에는 발열작용이 일어나 고온이 형성되는 열전소자(10)의 양 측면에는 실내, 실외 열교환통(70, 70a)이 기밀처리 되어 부착되어 있다. 열전소자(10)로부터 발생되는 저온 또는 고온을 단열재(55)로 주위를 둘러 싼 실내, 실외열교환통(70, 70a)을 흐르는 순환수로 흡수하여 각 각 열 교환하고 실내, 실외 순환펌프(15, 15a)와 실내, 실외배관부(35, 35a)를 통하여 실내 와 실외로 강제 순환시키게 된다. 실내는 전체 면에 골고루 형성된 실내배관부(35)를 갖춘 냉,난방판(25)이 형성되어 있어 실내열교환통(70)에서 열전소자(10)로부터 열 교환이 이루어진 냉수 또는 온수를 흐르게 하여 냉,난방판(25)과 열 전도에 의하여 자연적으로 열 교환이 이루어지도록 하고 실외로 보내지는 냉수 또는 온수는 실외순환펌프(15a)와 실외배관부(35a)를 통하여 실외로 보내져 열교환기(30)에서 열교환수조(20)로 열 교환이 이루어지도록 한다.

열 교환이 이루어진 물은 다시 실내, 실외열교환통(70, 70a)으로 순환하여 상기 열전소자(10)에서 발생되는 저온, 또는 고온으로부터 다시 열 교환이 이루어져 같은 실내, 실외배관부(35, 35a)를 연속적으로 흐르게 된다.

따라서, 냉방 작동시에는 냉,난방판(25)에는 열전소자(10)의 흡열작용이 발생하여 냉수가 흐르게 되고, 실외배관부(35a)에는 발열작용측의 온수가 흐르게 된다. 난방 작동시는, 이와 반대로 실내배관부(35)로 온수를, 실외배관부(35a)에는 냉수가 흐르도록 열전소자(10)의 전류 흐름을 조작부(65)에서 설정하여 냉방 또는 난방을 필요에 따라 할 수 있도록 이루어져 있다. 그리고 온수와 냉수가 흐르는 실내, 실외배관부(35, 35a)상부에는 순환수를 보충할 수 있도록 실내, 실외배관부(35, 35a)와 일체로 형성된 실내, 실외보충수통(45, 45a)과 물 속에 포함된 기포를 분리할 수 있도록 실내, 실외기수분리기(50, 50a)가 각 각 설치되어 있다.

도 2에서 제어부(60)는 냉,난방판(25)의 온도를 감지하는 실내온도감지기(40)와 실외온도감지기(40a)의 감지 신호를 입력받아 조작부(65)에서 설정된 값에 따라 열전소자(10)와 실내, 실외순환펌프(15, 15a)의 작동을 제어하는 장치이다.

입력회로(100)는 각각의 온도감지기에서 감지된 온도 값을 전기적 테이터로 변환하여 제어부(60)로 보내주는 회로이고 구동회로(105)는 입력된 신호를 처리한 후 제어부(60)에서 보내진 신호에 따라 열전소자(10), 실내, 실외순환펌프(15, 15a)를 작동시키는 회로이다.

이와 같이 제어부(60)는 온도를 실내, 실외온도감지기(40, 40a,)로 감지하여 입력회로(100)를 통하여 보내진 신호를 입력받아 구동회로(105)를 작동시켜 열전소자(10)와 실내, 실외순환펌프(15, 15a)의 작동을 각 부의 온도에 따라 제어할 수 있도록 되어 있다.

또한, 조작부(65)는 사용자가 장치를 온/오프 하거나 냉,난방 온도 및 사용 시간을 설정하는 부분이다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 냉방 작동을 설명하면 다음과 같다. 우선, 냉방을 위해 조작부(65)를 작동시키면 제어부(60)는 냉,난방판(25)에 부착된 실내온도감지기(40)에서 냉,난방판(25)의 감지된 온도 신호값을 입력회로(100)을 통하여 받게 된다.

이 때 제어부(60)에 입력되는 냉,난방판(25)의 온도가 조작부(65)에서 설정된 온도 값 이하이면 모든 것들이 정지되어 있다가 설정한 온도 값 이상이 되면 제어부(60)는 열전소자(10)와 실내, 실외순환펌프(15, 15a)를 가동하여 냉,난방판(25)과 열교환기(30)가 작동 되도록 한다.

열전소자(10)의 전류흐름은 실내열교환통(70)이 흡열작용이 일어나서 저온의 냉수가 발생되도록 하고 이렇게 발생된 냉수를 실내순환펌프(15)에 의해 실내배관부(35)를 통하여 흐르게 하여 냉,난방판(25)을 냉각시키고 냉각된 냉,난방판(25)이 실내공기와 대류작용으로 자연적으로 열 교환이 일어나 바닥은 물론 실내공기도 냉방되도록 한다.

냉,난방판(25)과 열 교환으로 인하여 실내의 열을 회수하여 더워진 순환수는 다시 실내열교환통(70)으로 순환하여 회수된 열을 열전소자(10)의 다른 쪽 면인 즉, 발열 작용면인 실외열교환통(70a)에 전달하고 다시 냉수가 되어 순환하고 실외열교환통(70a)에서는 실내에서 회수된 열을 순환수로 흡수하여 실외순환펌프(15a)에 의해 실외배관부(35a)를 통하여 열교환기(30)로 보내져 열교환수조(20)에서 열 교환을 통하여 외부로 방출하는 것이다. 이 때 순환펌프(15c)는 정지시키고 밸브(95)를 닫아 태양열집열판(90)에서 발생되는 고온수의 열교환수조(20) 유입을 차단하는 한편 열 교환 효율을 높이기 위해서 얼음 또는 드라이 아이스를 열교환수조(20)에 넣어 신속한 열 교환이 이루어지도록 한다.

이렇게 순환수가 실내, 실외배관부(35, 35a)로 흐를 때 생성되는 기포는 실내, 실외배관부(35, 35a)의 상부에 일체로 형성된 실내, 실외기수분리기(50, 50a)를 통하여 외부로 방출하여 열 전달 효율을 높이면서 실내의 열을 실외로 방출하는 과정을 연속적으로 수행하면서 냉방을 실시하게 된다.

상기와 같은 냉방 작동시에 제어부(60)는 실내, 실외온도감지기(40, 40a)를 통해 냉,난방판(25)온도 및 순환수의 온도를 입력받아 이 입력된 온도 값에 따라 실내, 실외순환펌프(15, 15a)의 작동을 제어하게 되는데, 냉,난방판(25)의 온도가 계속 내려가 작동부(65)에서 설정된 온도와 같아지면 열전소자(10)와 실내, 실외순환펌프(15, 15a)의 작동을 중지시키고 냉,난방판(25)의 온도를 실내온도감지기(40)를 통하여 감지하다가 조작부(65)에서 설정된 온도 값 보다 냉,난방판(25)의 온도가 높아지면 다시 상기와 같은 작동이 일어나도록 하여 연속적으로 실내 냉방을 유지하게 한다. 또한 순환수의 온도가 조작부(65)에서 설정된 값 보다 높아질 경우 실외온도감지기(40a)에서 입력회로(100)를 통하여 제어부(60)에 신호를 보내면 냉,난방판(25)의 온도가 조작부(65)에서 설정된 값 이하이더라도 실외 순환펌프(15a)만을 동작시켜 과열로부터 안전하게 사용할 수 있도록 한다.

다음으로, 본 발명에 의한 난방은 조작부(65)를 난방 상태로 설정하면 제어부(60)는 열전소자(10)의 전류흐름을 반대로 흐르게 하여 실내열교환통(70)에는 흡열작용에 의한 열 교환으로 인한 온수가 발생하게 하고 실내순환펌프(15)는 이렇게 발생된 온수를 실내배관부(35)로 흐르게 하여 냉,난방판(25)을 가열하게 되므로 난방을 실시할 수 있게 된다. 이때에는 순환펌프(15c)를 작동시키고 밸브(95)를 열어 태양열집열판(90)에서 발생된 고온수가 열교환수조(20)로 유입되게 하여 열전소자(10)의 실외열교환통(70a)에서 발생된 저온의 순환수와 열 교환이 이루어지도록 하여 태양열을 효율적으로 실내에 공급할 수 있도록 구성한다.

이와 같이 본 발명의 구성에 의한 냉,난방판(25)은 열전소자(10) 전류흐름의 방향에 따라 냉방시 에는 냉방 판으로 난방시에는 난방 판으로 필요에 따라 사용할 수 있도록 되어 있고 열의 교환 및 이동은 순환펌프와 열 교환기를 사용하여 실내와 실외가 열 교환이 가능하게 함으로서 냉방 및 난방을 실시할 수 있도록 되어 있는 것이다.

도3은 본 고안의 종래에 설치되어 난방만을 목적으로 하던 온돌 판에 적용한 실시 예로서 종래에 사용하던 보일러(200)의 온수 유입밸브(110)와 배출밸브(120)를 닫고 본 발명에 의한 장치를 설치하여 사용함으로서 냉방도 겸할 수 있도록 한 것으로 이와 같은 구조를 갖는 저온창고 및 온실 등에도 본 발명의 적용원리를 이용해 용이하게 적용 실시할 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 열전소자를 이용한 냉,낭방 방법은 실내 공기와 자연대류에 의하여 열 교환하므로 공기 조화기에서 필수적으로 사용하는 압축기나 송풍 팬이 필요 없기 때문에 실내 진동이나 소음발생이 전혀 없고 실내의 공기를 자연대류 현상에 의해 냉방하거나 난방을 실시하게 되므로 냉방시 장시간 사용에 대한 문제점인 실내 공기의 산소부족, 세균감염 난방시 발생하는 실내공기의 건조 현상을 최소화 할 수 있다. 실외 역시 강제로 열 교환하는 방법이 아니므로 송풍 팬으로 인한 진동, 소음은 물론 냉동 공기 조화기 사용시 뜨거운 공기가 외부로 유출되는 것을 제거한다. 이처럼 에너지 효율을 극대화하여 냉방 및 난방에 필요한 비용을 최소화하고 종래에 사용하던 단지 난방만을 목적으로 하던 난방 판에도 용이하게 냉방을 실시할 수 있는 효과를 제공하게 되므로 설치 면적을 최소화하고 반도체인 열전소자를 사용함으로서 냉,난방 장치의 소형화와 내구성을 향상시킨다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 열전소자의 양면에 기밀 부착하고 단열재로 둘러 쌓인 실내, 실외열교환통이 있고 이 곳에서 열 교환이 이루어진 온수나 냉수를 실내, 실외순환펌프로 실내, 실외배관부에 순환시켜 냉, 난방판과 열교환기에서 열 교환이 이루어지도록 구성되어 있는 열전소자를 이용한 냉, 난방 장치에 있어서, 실외배관부(35a)를 흐르는 순환수는 난방시에 열교환수조(20)에서 태양열 집열판(90)에서 발생된 고온수와 열교환기(30)를 통하여 열 교환이 되도록 하고, 냉방시에는 열교환수조(20)에 얼음이나 드라이 아이스를 넣어 열교환기(30)에서 열 교환시키게 하는 열전소자를 이용한 냉, 난방장치.
4. 제 3항에 있어서, 냉, 난방판(25)의 온도를 감지하는 실내온도감지기(40)와 순환수의 온도를 감지하는 실외온도감지기(40a)에서 감지된 신호를 처리하여 열전소자(10) 및 실내, 실외순환펌프(15, 15a)의 작동을 제어할 수 있는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 냉, 난방장치.