KR100919525B1 - 펠티어소자를 이용한 고효율 수배전반 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펠티어소자를 이용한 고효율 수배전반에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수배전반의 벽에 펠티어소자를 형성하되, 상기 펠티어소자의 흡열면은 수배전반의 내부를, 방열면은 수배전반의 외부로 향하도록 형성하며, 상기 흡열면과 방열면에는 열교환부를 각각 형성하되, 그 일측에는 송풍팬을 형성함으로써, 수배전반 내부에서 발생되는 고열을 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 펠티어소자를 이용한 고효율 수배전반에 관한 것이다.

Description

펠티어소자를 이용한 고효율 수배전반{A switchgear with high efficiency using peltier module}

본 발명은 펠티어소자를 이용한 고효율 수배전반에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수배전반의 벽에 펠티어소자를 형성하되, 상기 펠티어소자의 흡열면은 수배전반의 내부를, 방열면은 수배전반의 외부로 향하도록 형성하며, 상기 흡열면과 방열면에는 열교환부를 각각 형성하되, 그 일측에는 송풍팬을 형성함으로써, 수배전반 내부에서 발생되는 고열을 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 펠티어소자를 이용한 고효율 수배전반에 관한 것이다.

일반적으로, 수배전반은 특고압을 각종 장치에 적합한 전압으로 낮추어 분배하는 장치로, 상기와 같은 기능을 담당하는 수배전반의 내부에는 특고압연결부, 변압기, 저압분배부가 내설되어 있다.

이러한 구조로 형성되는 수배전반의 내부에는 매우 높은 고열이 발생하는 바, 이러한 고열은 열화현상을 발생시켜 내부의 각종 장치에 손상을 입히는 경우가 다대하므로, 상기 고온의 공기를 외부로 방출시켜 냉각시켜주는 냉각장치가 필요하다.

상기와 같은 수배전반 내부의 고열을 냉각시켜주는 냉각장치와 관련하여, 본 발명의 출원인은 2007년 10월 4일자로 출원하여 등록받은 선등록특허(등록번호 810092호)가 있는데, 상기 출원인의 선등록특허는 수배전반 내부의 온도와 습도를 온습도센서가 감지하면, 상기 온습도센서는 이를 제어부에 전송하게 되고, 이를 전송받은 제어부는 온습도센서의 신호에 따라 송풍팬을 구동시키거나 송풍구를 개폐함으로써 내부의 온습도를 조절하는 것으로, 이는 일정량의 송풍만을 제공하였던 종래의 냉각장치에 비해서는 효율적으로 냉각하여 전력을 절감할 수 있는 효과는 있으나, 오랫동안 송풍팬을 구동시켜야 비로소 설정온도 이하로 냉각되므로 냉각효율은 그다지 높지 아니하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수배전반의 내부에서 발생하는 고열을 보다 효율적으로 냉각시키기 위하여 수배전반 벽에 펠티어소자를 형성하고, 상기 펠티어소자의 양측면에는 열교환부를 형성하되, 상기 열교환부의 일측에는 주위 공기를 열교환부로 강제이동시켜 빠른 열교환을 유도하는 송풍팬을 형성함으로써 수배전반 내부의 고온을 상기 구성을 통해 보다 효율적이고 빠르게 냉각시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 펠티어소자를 이용한 고효율 수배전반을 제공하고자 하는 데에 목적이 있는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명에서 사용되는 펠티어소자에 대해 간략하게 설명하면, 펠티어(열전모듈, Peltier)소자는 N형 반도체소자와 P형 반도체소자로 내부를 구성하고, 그 양측면에는 접합금속판을 형성하여 이루어진 것으로, 상기와 같이 구성되는 펠티어소자에 전원을 공급하게 되면, 양 접합금속판 중 일측면은 흡열반응이 일어나게 되고, 타측면은 흡열한 열을 방열하는 방열반응이 일어나게 되는 바, 상기와 같은 원리를 가진 펠티어소자의 흡열면에 열교환부를 형성하게 되면 흡열면의 주위 기온을 냉각시킬 수 있게 되고, 방열면에 열교환부를 형성하게 되면, 주위 기온을 상승시킬 수 있게 되므로, 상기와 같은 펠티어소자는 냉각 및 발열장치에 넓게 사용되고 있으며, 그 면적을 크게 할수록 냉각력 혹은 발열력은 더욱 커짐은 물론이다.

본 발명은 상기와 같은 특성을 가진 펠티어소자(1)를 이용하여 수배전반(100)의 내부에서 발생하는 고열을 효율적으로 냉각시키기 위한 것으로, 일정형상의 함체(2)의 내부에 특고압연결부, 변압부, 전력분배부가 내장되어 고온의 열이 발생하는 수배전반(100)에 있어서, 함체(2)의 벽(3)에 형성하되, 흡열면(4)은 함체(2)의 내측으로 향하도록 형성하고, 방열면(5)은 함체(2)의 외측으로 향하도록 형성하는 펠티어소자(1); 일정한 길이로 형성된 다수개의 금속핀(6)으로 이루어진 것으로, 각 금속핀(6)은 상기 펠티어소자(1)의 흡열면(4)과 방열면(5)에 일정간격으로 수평형성되는 열교환부(7)(7a); 원통형으로 형성되어, 그 중앙측면의 개구부(8)에는 상기 흡열면(4)의 열교환부(7)가 긴밀하게 삽입고정되어 있고, 입구부(9)에는 내부 송풍팬(10)이 형성되어 있는 열교환통로(11); 방열면(5)에 형성된 열교환부(7a)의 양측에 동일한 송풍방향으로 각각 형성되어 방열면(5)에서 방사되는 열을 분산시키는 외부 송풍팬(10a); 함체(2)의 내부에 형성되어 함체(2) 내부온도를 감지하는 온도센서(12); 일측은 상기 온도센서(12)와 연결되고, 타측은 송풍팬(10a)과 연결되어 온도센서(12)로부터 받은 신호로 송풍팬(10a)의 구동세기를 제어하는 송풍팬 구동제어부(13);로 이루어진 것을 특징으로 한다.

보다 상세하게는, 상기 펠티어소자(1)를 수배전반(100)를 구성하는 함체(2)의 벽에 형성하되, 흡열면(4)은 함체(2)의 내측으로 향하는 구조로 형성하고, 방열면(5)은 함체(2)의 외부에 노출된 구조로 형성하며, 상기 펠티어소자(1)의 흡열면(4)과 방열면(5)에는 열교환부(7)(7a)를 형성한 구조로 되어 있다.

여기서, 상기 열교환부(7)(7a)는 함체(2) 외부의 차가운 공기나 내부의 뜨거운 공기와 접촉면적을 넓게 하여, 상기 펠티어소자(1)와의 열교환되는 공기량을 크게 하기 위한 것으로, 본 발명에 의한 흡열면에 형성되는 열교환부(7)는 일정한 길이로 형성된 다수개의 금속핀(6)이 함체(2)의 내측방향으로 일자형으로 뻗어져 있는 형태로 형성되어 있으며, 반대로, 방열면(5)에 형성되는 열교환부(7a)는 일정한 길이로 형성된 다수개의 금속핀(6)이 함체(2)의 외측방향으로 일자형으로 뻗어져 있는 형태로 형성되어 있으며, 상기 열교환부(7)(7a)를 형성하는 금속핀(6)은 전도도가 높은 금속으로 형성됨이 바람직하다.

상기와 같이 일정한 길이의 다수개의 금속핀(6)으로 형성되는 열교환부(7)(7a)의 일측에는 송풍팬(10)(10a)이 형성되어 있는 바, 상기 송풍팬(10)(10a)은 주위 공기를 열교환부(7)(7a)에 강제이동케 함으로써 주위 공기와 열교환부(7)(7a)의 열교환속도를 더욱 높이기 위한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에 의한 수배전반(100)에 설치되는 펠티어소자(1)의 흡열면(4)에 형성된 열교환부(7)는 함체(2)의 내부에 설치되는 열교환통로(11)의 중앙측면에 개구된 개구부(8)에 긴밀하게 삽입되어 열교환통로(11)를 지나가는 공기는 상기 펠티어소자(1)의 흡열면(4)에 형성된 열교환부(7)를 통과하도록 형성되어 있되, 상기 열교환통로(11)의 입구부(9)에는 송풍팬(7)이 형성되어 주위 공기를 열교환통로(11)로 강제진입시켜 보다 많은 양의 공기가 통과하도록 하는 구조로 되어 있다.

이에 대응되는 펠티어소자(1)의 방열면(5)에 형성되는 열교환부(7a)의 양측에도 송풍팬(10a)이 설치되어 주변 공기가 방열면(5)에서 발산되는 열을 강제분산시킬 수 있도록 하는 구성으로 되어 있는 바, 상기 한쌍의 송풍팬(10a)은 송풍방향이 동일하도록 외측 열교환부(7a)의 양측에 형성되어 있다.

또한, 상기 함체(2) 내부에 형성되는 열교환통로(11)의 입구부(9)에는 함체(2)의 내부 온도를 감지하는 온도센서(12)가 설치되어 있고, 상기 온도센서(12)는 송풍팬 구동제어부(13)와 연결되어 있으며, 상기 송풍팬 구동제어부(13)는 함체(2) 외측의 열교환부(7a)에 설치된 송풍팬(10a)과 연결되어 있다.

상기와 같은 냉각 및 발열원리를 가진 펠티어소자(1)를 함체(2)의 벽에 설치하되, 흡열면(4)은 함체(2)의 내측을 향하도록 형성하고, 상기 방열면(5)은 함체(2)의 외측을 향하도록 형성함으로써, 함체(2) 내부의 뜨거운 공기는 펠티어소자(1)의 흡열면(4)에 의해 흡열된 후, 방열면(5)으로 이동하여 함체(2)의 외부로 방열됨으로써 함체(2) 내부의 온도가 냉각되어지는 것으로, 상기 흡열면(4)에 다수개의 금속핀(6)으로 형성된 열교환부(7)(7a)를 형성하여 함체(2) 내부의 공기와의 접촉면적을 크게 함으로써 열교환부(7)(7a)가 없는 것보다 더 많은 양의 공기량에 열교환이 발생하여 함체(2) 내부의 온도하락속도를 빨라지게 하며, 상기 흡열면(4)에 형성된 열교환부(7a)의 일측에 함체(2) 내부 공기를 상기 열교환부(7)(7a)로 강제이동케 하는 송풍팬(10)을 형성함으로써 수배전반(100) 내부의 공기의 냉각속도는 더욱 빨라지게 되는 것이다.

이 때, 상기 함체(2) 내부에 형성되는 송풍팬(10)은 열교환통로(11)의 입구부(9)에 형성되어 있는 바, 상기 열교환통로(11)는 원통형으로 형성되어 있고, 그 중앙측면에는 개구부(8)가 형성되어 있으며, 상기 개구부(8)에는 펠티어소자(1)의 흡열면(4)에 형성된 열교환부(7)가 긴밀하게 삽입되어 있어 열교환통로(11)를 진입한 뜨거운 공기는 상기 흡열면(4)의 열교환부(7)를 거치게 되는 구조로 되어 있어서 함체(2) 내부의 송풍팬(10)에 의해 열교환통로(11)의 입구에 강제진입하게 되는 함체(2) 내부의 뜨거운 공기는 상기 흡열면(4)의 열교환부(7)를 거치면서 열을 빼앗기므로 열교환통로(11)의 출구부(14)로 나오는 공기는 냉각된 상태로 나오게 되는 것이다.

한편, 함체(2)의 외측에 위치한 펠티어소자(1)의 방열면(5)에도 열교환부(7a)가 형성되는 바, 이 역시, 다수개의 금속핀(6)으로 형성되어 함체(2) 외부의 공기와의 접촉면적을 넓게 한 것으로, 그 양측에는 송풍팬(10a)이 형성되어 있되, 상기 한쌍의 송풍팬(10a)은 동일한 송풍방향으로 차례로 형성된 구조로 되어 있어서 방열면(5)을 통해 방사되는 열을 보다 빨리 분산시킬 수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기 함체(2)의 내부, 보다 구체적으로 열교환통로(11)의 입구부(9)에는 온도센서(12)가 형성되어 있고, 상기 온도센서(12)는 송풍팬(10a)과 연결된 송풍팬 구동제어부(13)와 연결되어 있어서 함체(2) 내부의 온도에 따라 송풍팬 구동제어부(13)를 통해 송풍팬(10a)을 구동시키는 것이 가능한데, 즉, 함체(2) 내부 온도가 매우 높은 경우에는 송풍팬(10a)의 송풍강도를 더욱 크게 하여 방열면(5)으로 방사되는 함체(2) 내부의 열을 더욱 더 잘 분산시킬 수 있게 되는 것이다.

상기와 같은 펠티어소자(1)는 그 면적이 넓어질수록 냉각효율은 더욱 커짐은 당연하므로, 그 면적은 수배전반(100)의 용량과 내부 온도 정도에 따라 적절한 크기로 형성하는 것이 가능함은 물론이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 종래 수배전반 냉각장치에 비해 별도의 전력을 크게 소비하지 아니하면서도 수배전반 내부의 온도를 냉각시킬 수 있어 전력을 크게 절감할 수 있음은 물론 종래 냉각장치에 비해 더욱 더 높은 냉각효율을 제공할 수 있는 매우 큰 효과가 있다.

도 1은 본 발명을 구성하는 펠티어소자의 열전자이동 원리도

도 2는 본 발명에 의한 펠티어소자의 형성구조도

도 3은 본 발명에 의한 방열면에 형성된 한쌍의 송풍팬의 설치구조 및 공기흐름도

도 4는 본 발명에 의한 흡열면과 방열면의 송풍팬 설치구조 및 공기흐름도

도 5는 본 발명에 의한 수배전반 사시도

<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 수배전반 1 : 펠티어소자

2 : 함체 3 : 벽

4 : 흡열면 5 : 방열면

6 : 금속핀 7, 7a : 열교환부

8 : 개구부 9 : 입구부

10 : 내부 송풍팬 10a : 외부 송풍팬

11 : 열교환통로 12 : 온도센서

13 : 송풍팬 구동제어부 14 : 출구부

15 : 온도표시부

상기와 같은 작용효과를 가지는 본 발명의 구성에 대한 구체적인 실시예를 본 발명의 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명을 구성하는 펠티어소자의 열전자이동 원리도, 도 2는 본 발명에 의한 펠티어소자의 형성구조도, 도 3은 본 발명에 의한 방열면에 형성된 한쌍의 송풍팬의 설치구조 및 공기흐름도, 도 4는 본 발명에 의한 흡열면과 방열면의 송풍팬 설치구조 및 공기흐름도, 도 5는 본 발명에 의한 수배전반 사시도이다.

본 발명의 실시예에 의한 펠티어소자(1)는 플레이트(Plate)형으로 그 설치구조는 첨부된 도 2에 도시된 바와 같이, 함체(2)의 벽에 설치되는 바, 이를 보다 상세하게 설명하면, 함체(2) 벽(3)의 일부분을 절개하고, 이에 판재형으로 형성된 펠티어소자(1)를 설치하게 되는데, 본 발명은 내부가 고온인 수배전반(100)의 내부를 냉각시키기 위한 것이므로, 펠티어소자(1)의 양측면 중 흡열면(4)을 함체(2)의 내측을 향하도록 형성하고, 방열면(5)을 함체(2)의 외측을 향하도록 형성한 구조로 되어 있다.

상기와 같이 설치되는 펠티어소자(1)의 양측면인 흡열면(4)과 방열면(5)에는 열교환부(7)(7a)가 형성되어 있는 바, 상기 열교환부(7)(7a)는 일정길이로 형성된 다수개의 금속핀(6)으로 이루어진 것으로, 일정길이로 형성된 각 금속핀(6)은 수직면으로 형성된 펠티어소자(1)의 흡열면(4) 혹은 방열면(5)에 대해 수평방향으로 뻗은 구조로 형성되어 있다.

여기서, 상기 열교환부(7)(7a)를 형성하는 금속핀(6)은 열전도도가 좋은 금속인 구리, 알루미늄으로 형성하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 일정한 길이의 다수개의 금속핀(6)으로 형성되는 열교환부(7)(7a)의 일측에는 함체(2) 내부의 뜨거운 공기열 혹은 외부의 차가운 공기열을 강제이동시켜 공기열이 열교환부(7)(7a)에 보다 잘 전달되도록 하기 위한 송풍팬(10)(10a)이 형성된 구조로 되어 있다.

이 때, 함체(2)의 내부에는 원통형의 열교환통로(11)를 형성하고, 그 입구부(9)에 송풍팬(10)을 형성하는 구성도 가능한데, 상기 열교환통로(11)의 중앙측면에 개구부(8)를 형성하고, 그 개구부(8)에 상기 흡열면(4)에 형성된 열교환부(7)를 긴밀하게 삽입케한 구성으로 형성하게 되면, 함체(2) 내부의 고온공기는 열교환통로(11)의 입구부(9)를 통해 강제진입하게 되고, 이는 열교환부(7)를 거치면서 냉각되어 출구부(14)로 나오는 구조로 되어 있다.

한편, 방열면(5)에 형성된 열교환부(7a)에 설치되는 송풍팬(10a)은 열교환부(7a)의 좌우양측 모두에 설치되어 방열면(5)에서 방사되는 열을 동일한 방향으로 분사하여 신속하게 분산시킬 수 있도록 한 구조로 되어 있다.

상기 함체(2) 내부에는 공기의 온도를 감지하는 온도센서(12)가 설치되어 있고, 상기 온도센서(12)는 방열면(5)의 송풍팬(10a)과 연결된 송풍팬 구동제어부(13)와 연결되어 있어, 함체(2) 내부의 온도가 상승하는 경우에는 온도센서(12)가 이를 감지하여 송풍팬 구동제어부(13)에 신호를 전달하게 되고, 신호를 전달받은 송풍팬 구동제어부(13)는 송풍팬(10)(10a)을 구동시킴으로써 흡열면(4)에서 방열면(5)으로 방사되는 열을 보다 신속하게 분산시킬 수 있을 뿐 아니라 상기 온도센서(12)는 함체(2) 내부 온도의 상승폭도 감지하여 송풍팬(10a)의 구동세기를 조절하는 것도 가능하며, 상기 송풍팬(10a)의 외면에는 수배전반(100) 내부의 온도정보를 표시하는 온도표시부(15)가 형성된 구조로 되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 실시예에 한하여 설명하였으나, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서는 얼마든지 다양한 실시가 가능함은 물론이다.

Claims (2)

1. 일정형상의 함체의 내부에 특고압연결부, 변압부, 전력분배부, 송풍구로 구성된 수배전반에 있어서, 상기 함체의 벽에 형성하되, 흡열면은 함체의 내측으로 향하도록 형성되고, 방열면은 함체의 외측으로 향하도록 형성된 펠티어소자; 일정한 길이로 형성된 다수개의 금속핀으로 이루어지되, 각 금속핀은 상기 펠티어소자의 흡열면과 방열면에 일정간격으로 수평형성된 열교환부; 원통형으로서 그 중앙에 형성된 개구부를 통해 상기 흡열면의 열교환부가 내삽되고 입구부에는 내부 송풍팬이 형성된 열교환통로; 방열면에 형성된 열교환부의 양측에 동일한 송풍방향으로 설치되어 방열면에서 방사되는 열을 분산시키는 외부 송풍팬; 함체의 내부에 형성되어 함체 내부온도를 감지하는 온도센서; 일측은 상기 온도센서와 연결되고, 타측은 송풍팬과 연결되어 온도센서로부터 받은 신호로 송풍팬의 구동세기를 제어하는 송풍팬 구동제어부; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 펠티어소자를 이용한 고효율 수배전반.
2. 제 1 항에 있어서, 열교환부를 구성하는 금속핀은 구리 혹은 알루미늄으로 형성됨을 특징으로 하는 펠티어소자를 이용한 고효율 수배전반.