KR101020543B1 - 열전소자 이용 공조장치 - Google Patents

Abstract

열전소자의 양면 온도차를 최소화시킴으로써 열전소자의 이용 효율이 향상되도록 한 열전소자 이용 공조장치가 소개된다. 열전소자; 이 열전소자의 일측면에서 열교환된 공기가 실내로 토출될 수 있도록 형성된 공냉라인; 펌프가 연결되며 상기 열전소자의 타측면에서 열교환된 물이 라디에이터를 거쳐 순환될 수 있도록 형성된 수냉라인; 및 냉방모드에서 열전소자의 일측면이 흡열면이 되고 난방모드에서 타측면이 흡열면이 되도록 열전소자에 전원을 인가하며, 냉방모드일 때 수냉라인의 유량을 난방모드일 때 보다 크게 하는 제어유닛;을 포함한다.

열전소자, 공조장치, 효율

Description

열전소자 이용 공조장치{Air-Conditioning Apparatus Using Thermoelectric Devices}

본 발명은 열전소자 이용 공조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정해진 열교환기 사이즈와 소모 전력하에서 열전소자의 양면 온도차를 최소화시킴을써 열전소자의 효율을 향상되도록 한 열전소자 이용 공조장치에 관한 것이다.

최근 전기 자동차 혹은 하이브리드 자동차의 개발과 함께 열전소자를 이용한 공조장치의 개발에 대한 관심이 높아지고 있다.

열전소자(thermoelectric device: TED)는 전원을 공급하면 어느 일면은 발열되며 반대의 타면에는 흡열이 일어나는 소자로서, 통상적으로 열전소자 이용 공조장치는 발열면과 흡열면에 각각 열교환기를 설치하고 각 열교환기에 송풍기에 의해 바람을 공급하여 열풍 또는 냉풍을 얻는 공냉식으로 사용된다.

그런데, 종래의 열전소자 이용 공조장치는 열전소자의 이용 효율이 낮다는 문제점이 있다. 즉, 열전소자는 발열면에서 발생되는 열량이 흡열면에서 흡수하는 열량 보다 많음에도 불구하고, 종래에는 발열면과 흡열면에 동일한 유량의 공기를 공급하기에, 흡열면 측의 열교환기에는 열량 대비 지나치게 많은 유량의 공기가 공 급된다. 종래에는 열전소자의 성능을 충분히 이용되지 못하고 있는 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 열전소자의 양면 온도차를 최소화시킴으로써 열전소자의 이용 효율이 향상되도록 한 열전소자 이용 공조장치를 제공함에 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열전소자 이용 공조장치는, 열전소자; 이 열전소자의 일측면에서 열교환된 공기가 실내로 토출될 수 있도록 형성된 공냉라인; 상기 열전소자의 타측면에서 열교환된 물이 히트싱크를 거쳐 순환될 수 있도록 형성된 수냉라인; 및 냉방모드에서 열전소자의 일측면이 흡열면이 되고 난방모드에서 타측면이 흡열면이 되도록 열전소자에 전원을 인가하며, 냉방모드일 때 수냉라인의 유량을 난방모드일 때 보다 크게 하는 제어유닛;을 포함한다.

바람직하게는, 상기 히트싱크에는 팬이 설치되며, 제어유닛은 냉방모드일 때 팬에의 인가전압을 난방모드일 때 보다 크게 한다.

또한 바람직하게는, 상기 제어유닛은, 난방모드일 때 공냉라인의 유량을 냉방모드일 때 보다 크게 한다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 열전소자 이용 공조장치에 따르면, 냉난 방 모드 모두에 대해 최적의 열전소자 이용 효율을 얻을 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열전소자 이용 공조장치에 대하여 살펴본다.

도 1 및 도 2에서 보듯이, 공조장치는 크게 보아 열전소자, 이 열전소자와 열교환되는 공냉라인 및 수냉라인, 제어유닛으로 구성된다. 공냉라인은 공기가 흐르는 공냉라인이며, 수냉라인은 물이 흐르는 수냉라인일 수 있다.

열전소자의 일측면에는 제1열교환기가 마련되며, 공냉라인은 그 내부를 유동하는 공기가 제1열교환기에서 열교환된 후 공조를 위해 차량 실내로 토출될 수 있도록 형성된다. 공기의 유동은 통상의 공조장치에 마련되는 블로워가 이용될 수 있다.

열전소자의 타측면에는 제2열교환기가 마련되며, 수냉라인은 그 내부를 유동하는 물이 제2열교환기에서 열교환된 후 히트싱크, 예로서 라디에이터를 거쳐 순환될 수 있도록 형성된다. 수냉라인에서의 물의 순환은 펌프의 압력에 의해 이루어지며, 라디에이터에는 열방출을 보조하기 위한 팬이 설치된다. 다만, 차량 주행 중에 팬의 작동은 크게 필요하지 않을 수 있다.

제어유닛(미도시)는, 냉방모드에서 열전소자의 일측면이 흡열면이 되고 난방모드에서 타측면이 흡열면이 되도록 전원의 +/- 극성을 변경하면서 열전소자에 전원을 공급한다. 또한, 제어유닛은 열전소자의 효율 증대를 위해, 펌프에의 인가전압을 조절하여 냉방모드일 때의 수냉라인의 유량을 난방모드일 때 보다 크게하며, 그리고/또는 냉방모드일 때 팬에의 인가전압을 난방모드일 때 보다 크게 한다. 그리고, 제어유닛은 난방모드일 때의 공냉라인의 유량을 냉방모드일 때 보다 크게 한다. 당연하게도, 앞서 냉방모드에서와 반대로, 난방모드일 때 팬에의 인가전압을 냉방모드일 때 보다 작게 할 수 있다.

도 3을 참조하여 유량의 증가와 열전소자의 효율 간의 관계에 대하여 살펴본다.

도 3에서 보듯이, 냉방모드에서 수냉라인의 유량이 증가할수록 열전소자의 효율 또한 선형으로 증가한다. 반면에 난방모드에서는 수냉라인의 유량이 증가시 열전소자의 효율은 급격히 증가하나, 물의 유량이 일정값 이상을 넘으면 물의 유량의 증가가 열전소자의 효율 증가에 미치는 영향은 미미해진다. 이는 열전소자의 특성에 기인한 것으로, 냉방모드일 때의 열전소자의 발열량이 난방모드일 보다 커서 물유량의 증가에 따른 냉방성능의 향상이 급격히 증대하고, 난방모드일 때에는 열전소자의 흡열량이 작아서 물유량이 상대적으로 작아도 냉방성능이 급격하게 증가하는 것이다.

도 4를 참조하여 공조장치의 제어로직에 대하여 살펴본다.

제어유닛은, 공조모드가 냉방모드인지 난방모드인를 검지하여, 각 모드에서의 공냉라인 및 수냉라인의 필요 유량을 결정하고, 그에 따라 각 라인을 따라 공기 및 물이 공급되도록 한다. 각 모드에서의 물의 유량이 결정되면, 제어유닛은, 펌프인가 전압을 계산하여 펌프에 전압을 인가하고, 라디에이타 팬에의 인가전압을 계산하여 팬에 전압을 인가한다. 그리고, 공조모드 및 요구되는 온도에 따라, 열전소자의 양측면에 공급될 전원의 극성 및 전압인가량을 계산하여, 열전소자에 전압을 인가한다. 이상의 제어로직에서, 공냉라인 및 수냉라인에 공급되는 물/공기의 유량은 이미 앞서 언급한 사항에 따라 결정된다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열전소자 이용 공조장치의 개략적인 구성도로서, 도 1은 냉방모드일 때, 그리고 도 2는 난방모드일 때의 작동예,

도 3은, 도 1 및 도 2에 도시된 공조장치에 있어, 물 유량과 열전소자의 성능 간의 상관관계 그래프,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열전소자 이용 공조장치의 제어로직을 나타낸 흐름도이다.

Claims (3)

1. 열전소자;

   상기 열전소자의 일측면에서 열교환된 공기가 실내로 토출될 수 있도록 구성된 공냉라인;

   상기 열전소자의 타측면에서 열교환된 물이 히트싱크를 거쳐 순환될 수 있도록 구성된 수냉라인; 및

   냉방모드에서 열전소자의 일측면이 흡열면이 되고 난방모드에서 타측면이 흡열면이 되도록 열전소자에 전원을 인가하며, 열전소자의 발열면 측의 냉각이 원활하도록, 냉방모드일 때 수냉라인의 유량을 난방모드일 때 보다 크게 하며 난방모드일 때 공냉라인의 유량을 냉방모드일 때 보다 크게 하는 제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자 이용 공조장치.
2. 열전소자;

   상기 열전소자의 일측면에서 열교환된 공기가 실내로 토출될 수 있도록 구성된 공냉라인;

   상기 열전소자의 타측면에서 열교환된 물이 히트싱크를 거쳐 순환될 수 있도록 구성된 수냉라인; 및

   냉방모드에서 열전소자의 일측면이 흡열면이 되고 난방모드에서 타측면이 흡열면이 되도록 열전소자에 전원을 인가하는 제어유닛;을 포함하며,

   상기 히트싱크에는 팬이 설치되며, 열전소자의 발열면 측의 냉각이 원활하도록, 제어유닛은 냉방모드일 때 팬에의 인가전압을 난방모드일 때 보다 크게 하며 난방모드일 때 팬에의 인가전압을 냉방모드일 때 보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 열전소자 이용 공조장치.
3. 삭제

Images