KR100840542B1 - 액전체를 이용한 냉각장치 및 그 냉각방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 냉각장치는 금속판으로 형성되고 그 내부에 액전체가 채워지는 냉각판과, 금속판으로 형성되고 그 내부에 액전체가 채워지는 방열판과, 상기 냉각판과 상기 방열판의 액전체를 서로 연결하는 액전체 연결관과, 상기 냉각판의 금속판으로부터 상기 방열판의 금속판으로 전자를 이동시키도록 전기적으로 연결된 전자펌프를 포함하는 것이다.

본 발명의 냉각방법은 냉각부의 액전체의 액체전자를 기화시켜서 주변의 온도를 내리는 냉각단계와 기화된 전자를 방열부의 액전체 속으로 이동시켜 전자가 응축될 때 내놓은 열을 외부로 방출시키는 단계와, 상기 방열부의 액전체의 전자를 연결관을 통해서 냉각부의 액전체로 이동시키는 전자이동단계를 포함하는 것이다.

Description

액전체를 이용한 냉각장치 및 그 냉각방법{An Refrigerator with electro-liquid conducting materials and Refrigeration Method thereof}

도 1a 및 1b는 본 발명의 냉동장치와 전자펌프가 나타나 있는 냉각장치의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 메탈암민의 일 실시예인 Ca(NH₃)₆의 온도에 따른 상분리를 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명의 메탈암민의 실시예인 Ca(NH₃)₆, Ba(NH₃)₆, Sr(NH₃)₆, Li(NH₃)₆의 온도에 따른 저항을 나타낸 그래프이다.

도 4a는 본 발명의 메탈암민의 일실시예인 Ca(NH₃)₆의 온도에 따른 자기화율을 나타낸 그래프이다.

도 4b는 본 발명의 메탈암민의 일실시예인 Ba(NH₃)₆의 온도에 따른 자기화율을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 액전체를 이용한 냉각장치 및 그 냉각방법에 관한 것으로서, 특히 액전 체로서 메탈암민(M(CH₃)_n)을 사용하는 것에 관한 것이다.

일반적인 냉각 장치는 냉매 가스를 컴프레서(compressor)로 압축하며 이때 발생되는 열을 방열기(radiator)에서 방출하고 압축된 냉매가스를 냉각기(evaporator)에서 단열 팽창시킨 후 다시 콤프레서에서 압축하는 사이클로서 냉각기에서 냉기를 발생하는 방식의 냉각 장치이다. 냉각기에서 방생되는 냉기를 이용하여 냉장고에서는 실내 공간을 냉각시키고, 에어컨에서는 냉각기를 통과하는 공기를 냉각시킨다. 그러나 종래의 냉각 장치에서 사용되는 냉매가스인 프레온 가스는 대기의 오존층을 파괴하여 피부암 등을 유발한다는 문제가 있었다.

따라서, 본원발명의 목적은 액전체를 냉매로 사용하여 효과적으로 냉각시킬 수 있는 냉각장치와 그 냉각방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 액전체를 사용하는 전자펌프를 통해서 전선속 전자를 순환시킴으로써 별도의 전기의 공급이 불필요한 냉각장치및 냉각방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 전자펌프를 사용하는 냉각장치를 통해서 냉풍을 얻는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 냉각장치는 금속판으로 형성되고 그 내부에 액전체가 채워지는 냉각판과, 금속판으로 형성되고 그 내부에 액전체가 채워지는 방열판과, 상기 냉각판과 상기 방열판의 액전체를 서로 연결하는 액전체 연결관과, 상기 냉각판의 금속판으로부터 상기 방열판의 금속판으로 전자를 이동시키도록 전기적으로 연결된 전자펌프를 포함하는 것이다.

본 발명의 냉각방법은 냉각부의 액전체의 액체전자를 기화시켜서 주변의 온도를 내리는 냉각단계와, 상기 기화된 전자를 방열부의 액전체 속으로 이동시켜 전자가 응축될 때 내놓은 열을 외부로 방출시키는 단계와, 상기 방열부의 액전체의 전자를 연결관을 통해서 냉각부의 액전체로 이동시키는 전자이동단계를 포함하는 것이다.

도 1a 및 1b는 본 발명의 냉각장치의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예인 냉각장치를 도면을 참고하면서 설명한다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 냉각장치는 금속판으로 형성되고 그 내부에 액전체가 채워지는 냉각판(1)과, 그 상부에 형성되는 냉동실(2)로 구성되는 냉각부(10)와, 금속판으로 형성되고 그 내부에 액전체가 채워지는 방열판(20)과, 상기 방열판(20)의 일면에서 외부로 돌출되게 형성되는 다수의 돌출핀(21)과, 상기 냉각부(10)와 방열판(20)사이를 연결하는 관으로 액전체가 이동하는 연결관(11)과, 상기 방열판(20)과 냉각부(10) 사이를 전선(12)으로 연결되는 전자펌프(30)을 포함한다.

전자펌프(30)의 역할은 전자를 펌핑하는 것으로서 전선(37)로 인입된 전자를 전선(36)으로 내보는 역할을 한다. 그래서 이것은 배터리와 같은 역할 또는 전원발생장치와 같은 동작을 한다. 전자가 인입되는 전선이 "+" 전극이 되고 전자를 내보는 전극이 "-" 전극이 된다. 액전체 내에는 전자들이 액체처럼 고여 있는데, 하부에서 자계발생장치(33)에 자계가 전자들에 가하여 지면 플레밍의 법칙에 의한 힘을 받게 되어 "-" 전극이 형성된 부분으로 이동하게 되고, "+" 전극에서는 외부에서 전자를 빨아 드리게 되어 연속적으로 전자의 이동이 이루어지게 되어 전지와 같이 동작하게 된다.

본 발명의 냉각장치에 사용되는 액전체는 메탈암민을 사용한다. 메탈암민은 비중이 0.7로 낮으며 도 2에 도시된 바와 같이, 저온에서도 상분리가 가능하다. 또한, 중심금속에 암모니아 리간드가 결합되어 있는 착물이며, 팔면체구조(Octahedral Structure)를 가지고 중심에 금속이온이 위치하고 각각의 암모니아 리간드는 팔면체의 꼭지점에 위치하는 구조를 갖는다.

그리고, 메탈암민은 나눠 갖지 않는 전자(unshared electron)를 갖는 질소원자를 각각 갖는 암모니아를 리간드로 사용하여 자유전자의 밀도가 높고 홀전자(unpaired electron)의 수가 많으므로 도 3에 도시된 바와 같이, 높은 전기전도도를 갖으며 도 4에 도시된 바와 같이 높은 자기화율(magnetic susceptibility)을 갖는다. 즉, 메탈암민은 자기장에 끌리는 상자기성(Paramagnetic)물질이다.

상기 액전체에 사용되어 암민(NH₃)과 결합되는 금속(Metal)은 주기율표 상의 1족과 2족의 금속원소가 가능하지만, 바람직하게는 Li, Na, K, Ca, Ba, Sr중에서 선택하는 것이 좋다. 보다 바람직하게는 Ca을 사용하거나 Ca 90%와 Ba 10%를 혼합하여 사용하는 것이 상변이 특성상 좋다. 상기 액전체로 사용되는 메탈암민(M(NH₃)n)에서 암민의 결합수는 4~7이며, 바람직하게는 암민의 결합수는 6정도가 좋다.

그리고, 상기 냉각장치에서 사용되는 금속판과 외부금속판 및 내부금속판은 구리판을 사용하는 것이 좋다.

본 발명의 동작을 설명한다. 전류의 흐름은 냉각부(10)의 냉각판(1)에 채워진 액전체인 메탈암민 속에 있는 자유전자가 냉각판(1)의 구리판으로 이동되고, 구리판의 전자는 전자펌프(30)으로 이동하고, 전자펌프의 힘으로 전자는 방열판(20)으로 이동한 후 다시 냉각판(1)로 복귀한다. 냉각부가 냉각되는 과정은 냉각부(10)에서 상기 냉각판(1)에 채워진 액전체인 메탈암민 속에 있는 자유전자가 냉각판(1)의 구리판으로 이동하면서 메탈암민에서 액체상태로 있던 전자가 기체형태의 전자가 되면서 기화열을 뺏아가게 되어 냉각판이 냉각되게 된다.

그리고, 상기 냉각부에서 사용되는 액전체는 상기 연결관(11)을 통해서 방열판(20)의 액전체와 연결되어 있는데, 냉각판(1)에서 전자펌프로 기화되어 나가는 전자는 방열판(20)에서 연결관(11)을 통하여 보충된다. 방열판은 공기와 접촉면적을 좋게 하기 위해서 외부로 돌출되게 형성되는 다수의 돌출핀(21)을 방열판(20)의 일면에 형성한다. 방열판(20)은 구리속 기체전자가 액전체에 들어오면서 기화열을 방출(응축열을 발생)하면서 열을 발생하므로 온도가 상승하게 되고 외부로 방출하여야 한다. 이 때 다수의 돌출핀(21)이 열 방출 역할을 한다.

즉, 본 발명의 방법에서 액전체는 냉각부 내의 냉각판과 방열판사이에 채워져 있어 전자펌프에 의해 강제순환되는 자유전자들이 기화와 응축을 되풀이하면서 흡열, 방열을 되풀이하게 하면서 냉각부를 냉각시키고 방열판에서 열을 방출하므로 냉각 사이클이 작용하게 된다. 이 때 전자를 이동시키는 수단은 전자펌프(30)인데 이것은 바테리 또는 직류전원장치를 사용하여도 된다.

방열판(20)에 채워진 액전체에 있는 전자들은 방열판(20)과 냉각부(10) 사이를 연결하는 연결관(11)을 통해서 다시 냉각부(10)로 이동하는 전자이동단계를 가진다.

상기 전자이동단계에서, 전자의 이동속도를 빠르게 하는 것이 전자를 펌핑하는 전자펌프이다. 즉, 냉각판(1)로 연결하는 전선(12)의 중간에서 전자펌프 또는 전원장치를 연결하고 이 전자펌프(30)에서 펌핑되는 전자를 방열부로 공급한다.

상기 전자펌프를 사용하여 전자를 방출하는 대신 정류기에서 전선(12)에 연결하여 교류를 직류로 바꾸어 사용할 수도 있다. 또는 직류전원장치를 사용하여도 된다

전자펌프(30)는 외부원통(35) 내에 액전체가 채워져 있고, 이 액전체는 메탈암민과 같은 액전체로 채워지고, 그 내부에 구리판으로 된 외측 전극으로서 외부금속판(32)이 다수개 형성되어 있으며, 상기 다수개의 외부금속판(32)과 대응되는 위치에 원통 내측 전극으로서 다수개의 내부금속판(31)이 형성되어 있으며, 상기 내부 금속판들은 도선(구리선)으로 서로 연결되어 있고 상기 외부금속판들도 구리선으로 서로 연결되어 있어서, 내부금속판과 외부금속판이 서로 대응하여 하나의 전지를 형성한다고 볼 때, 이들 각각의 전지는 모두 병렬로 연결되어 있으며, 그래서 전류의 용량이 크게 증가하게 구성되어 있다. 외부원통(35)은 부도체로 된 원형 용기 또는 도너츠형 용기를 사용하면 된다. 내부금속판들은 모두 도선(36)에 연결된 다음 전선(12)에 연결되고 모든 외부금속판(32)도 전선으로 연결된 후 전선(37)에 모두 연결된 후 냉각판(1)의 구리판에 연결된다.

외부원통(35)의 아래에 자계발생장치(33)를 설치되는데 이자계는 회전되도록 한다. 즉, 원통 내부에 있는 액전체의 전자들이 자계발생장치(33)의 자계에 의하여 플레밍의 전자력 법칙에 의하여 이동하게 되므로, 즉 외부금속판으로부터 내부금속판으로 이동되어, 전자가 펌핑되어, 연결선(36)을 통해서 전자를 열열부로 방출하게 된다.

자계발생장치(33)는 일 실시예로서 소형녹음기의 디스켓회전장치나 컴퓨터의 디스켓회전장치에 사용되는 회전식 리니어 모터카 방식을 사용하여 자석을 회전시키는 방식을 사용하여 회전자계를 발생 시킬 수가 있다.

한편, 상기 외부원통(35) 내부에 다수개의 금속판들을 형성하는 대신에 외부원통(35)와 원통내부의 일 원형 벽면을 내부금속판(31)으로 형성하여 상기 외부금속판과 외부금속판이 전선에 의하여 방열판(20)과 냉각판(1)으로 각각 연결되도록 구성할 수도 있다.

상기 외부원통(35)에 연결선(37)을 연결하여 전자가 상기 전자펌프(30)내로 들어오게 하고, 전자펌프 내로 들어온 전자들은 상기 내부금속판(31)에 연결된 연결선(36)을 통해서 전선(12)으로 방출되게 된다.

전자펌프(30)내에도 메탈암민과 같은 액전체가 사용되기 때문에 상기 원통부에 채워진 액전체인 메탈암민에 전자가 액화하면서 열이 발생하게 된다. 그러나 또한 메탈암민에서 형성되어 있는 액체형태의 전자가 기체형태의 전자가 되면서 기화열을 뺏아가게 되어 냉각시키는 작용을 한다. 따라서, 상기 내부금속판(31)에서는 냉각이 이루어 지고 외부금속판(32)에서는 가열되는 현상이 나타나게 된다. 그래서 내부와 외부를 분리하여 상기 원통내부에서 배출되는 차가운 공기는 냉각부 속 공기를 차갑게 하는데 사용할 수도 있다.

이상 설명한 것은 본 발명의 기술사상을 이용하는 일 실시예를 보여 설명한 것인 바, 본 발명의 기술 사상 내에서 여러 가지 다양한 용도 다양한 형태로 제작할 수가 있음은 물론이다.

이상과 같은 본 발명의 냉각장치와 냉각방법은 아주 새로운 개념의 냉각 방식으로서 전자펌핑장치를 연결하면 에너지효율을 극대화 할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 냉각부와 방열판을 통해서 종래의 냉장고의 효과를 얻을 수 있을 뿐 아니라 전자펌핑을 위한 전자펌프장치의 냉각효과로 인하여 종래의 에어콘디셔너의 효과를 동시에 얻을 수 있다는 효과가 있으므로 경제적이라는 효과가 있다.

또한, 환경을 오염시키지 않는 냉매인 액전체를 사용함으로써 환경보호의 효과를 얻을 수 있다.

Claims (15)

1. 금속판으로 형성되고 그 내부에 액전체가 채워지는 냉각판과,

   금속판으로 형성되고 그 내부에 액전체가 채워지는 방열판과,

   상기 냉각판과 상기 방열판의 액전체를 서로 연결하는 액전체 연결관과,

   상기 냉각판의 금속판으로부터 상기 방열판의 금속판으로 전자를 이동시키도록 전기적으로 연결된 전자펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 액전체를 이용한 냉각장치.
2. 청구항 1 있어서,

   상기 전자펌프 대신 바테리 또는 교류 정류장치를 연결하는 것을 특징으로 하는 액전체를 이용한 냉각장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 전자펌프는,

   액전체가 용기 내부에 채워진 부도체 원형용기와,

   상기 원형용기의 원주부 내면에 설치된 외부금속판과,

   상기 원형용기 내부 중앙에 설치된 내부금속판과,

   상기 액전체에 자계를 발생하는 자계발생장치를 포함하고,

   상기 외부금속판은 전선으로 상기 냉각판에 연결되고, 상기 내부금속판은 전선으로 상기 방열판에 연결되는 것을 특징으로 하는 액전체를 이용한 냉각장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 내부금속판 및 외부금속판은 하나 또는 다수개의 구리판들인 것을 특징으로 하는 액전체를 이용한 냉각장치.
5. 청구항 1 또는 3 에 있어서,

   상기 액전체는 메탈암민(M(NH₃)n)을 사용하는 것을 특징으로 하는 액전체를 이용한 냉각장치.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 메탈암민의 메탈은 Li, Na, K, Ca, Ba, Sr중에서 선택되는 것이며, 암모니아의 결합수는 4~7인 것을 특징으로 하는 액전체를 이용한 냉각장치.
7. 냉각부의 액전체의 액체전자를 기화시켜서 주변의 온도를 내리는 냉각단계와,

   상기 기화된 전자를 방열부의 액전체 속으로 이동시켜 전자가 응축될 때 내놓은 열을 외부로 방출시키는 단계와,

   상기 방열부의 액전체의 전자를 연결관을 통해서 냉각부의 액전체로 이동시키는 전자이동단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액전체를 이용한 냉각방법.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 전자이동단계에서, 전자를 펌핑하는 전자펌프 또는 직류전원 장치를 사용하여 전자를 이동시키는 것을 특징으로 하는 액전체를 이용한 냉각방법.
9. 청구항 7 또는 8항에 있어서,

   상기 액전체는 메탈암민(M(NH₃)n)을 사용하는 것을 특징으로 하는 액전체를 이용한 냉각방법.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 메탈암민에서 메탈은 Li, Na, K, Ca, Ba, Sr중에서 선택되는 것이며, 암모니아의 결합수는 4~7인 것을 특징으로 하는 액전체를 이용한 냉각방법.
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