KR101150931B1 - 열전소자 모듈을 이용한 차량용 냉온장고의 성능향상장치및 이의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 열전소자 모듈을 이용한 차량용 냉온장고의 성능향상장치는,전류의 흐름 방향에 따라 일측에서 냉온장고내의 열을 흡열할때는 타측에서 열을 방열함과 아울러 일측에서 냉온장고내의 열을 방열할때는 타측에서 열을 흡열하는 열전소자 모듈(3)을 갖는 냉온장고(40)가 설치되고, 공기를 냉기/온기 상태로 변화시켜 토출하는 공조수단이 설치된 차량에 있어서,

상기 열전소자 모듈(3)과 차량 실내간을 서로 연통시켜 공기의 이송을 안내하도록 통로(61)를 갖는 제1 덕트(60)와;

일단은 상기 제1 덕트(60)에 합류되도록 연통 가능하게 연결되고, 타단은 상기 공조수단에 연결되어 공기를 이송시키도록 통로(71)를 갖는 제2 덕트(70)와;

상기 제1,제2 덕트(60)(70)의 통로를 선택적으로 개폐하는 도어(80)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

냉온장고, 차량, 열전소자 모듈

Description

열전소자 모듈을 이용한 차량용 냉온장고의 성능향상장치 및 이의 제어방법{A device and control method for extending the performances of cooling and heating cabinet for vehicle using thermoelectric element}

도 1은 종래의 열전소자 모듈을 이용한 냉온장고의 내부 구성을 도시한 단면도.

도 2는 종래 기술에 의한 열전소자 모듈을 이용한 차량용 냉온장고를 차량의 트렁크룸에 설치한 상태를 도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 냉온장고의 성능향상장치의 구성을 도시한 단면도.

도 4는 본 발명의 제어 블럭도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 냉온장고 케이스

4 : 제1 열전달체

5 : 제2 열전달체

40 : 냉온장고

60 : 제1 덕트

70 : 제2 덕트

80 : 도어

본 발명은 열전소자 모듈을 이용한 차량용 냉온장고의 성능향상장치에 관한 것으로, 제2 열전달체의 방열 또는 흡열 기능을 원활하게 수행하여 냉장 또는 온장 성능을 향상시킬 수 있도록 한 열전소자 모듈을 이용한 차량용 냉온장고의 성능향상장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 냉온장고는 간단한 음료나 소량의 음식물을 일시적으로 보관하기 위한 것으로, 그 일례를 도 1에 도시하였다.

도시된 바와 같이, 도어(1)로 개폐됨과 아울러 내부 케이스(21)와 외부 케이스(22)로 이루어진 케이스(2)의 외부 케이스(22) 일측에 설치된 열전소자 모듈(3)에 의하여 내용물은 차게 또는 따뜻하게 보관하도록 되어 있다. 이 열전소자 모듈(3)은 펠티에 효과에 의해 전류의 극성 변경에 따라 한쪽은 흡열 작용을 하고, 다른쪽은 발열작용을 하도록 이루어짐으로써, 내용물의 냉장 및 온장 작용을 수행할 수 있다. 열전소자 모듈(3)의 한쪽에는 외부 케이스(22)와 내부 케이스(21)의 사이에 설치됨과 아울러 내부 케이스(21)의 내부로 노출되도록 제1 열전달체(4)인 블록이 설치됨으로써 내부 케이스(21)의 내부에 수납되는 내용물이 차게 또는 따뜻하게 보관될 수 있고, 열전소자 모듈(3)의 다른쪽에는 제2 열전달체(5)인 알루미늄제 히트 싱크가 설치된다. 그리고, 이 제2 열전달체(5)에 인접하여 이것을 강제 냉각시킬 수 있도록 냉각팬(6)이 독립적으로 더 설치된다.

상기와 같이 구성된 냉온장고의 열전소자 모듈(3)은 냉장고 기능으로 사용할때에는 제1 열전달체(4)에 대응되는 부분은 흡열하는 흡열부로 사용되고, 제2 열전달체(5)인 히트 싱크는 열을 방출하는 방열부로 사용되는데, 상기 흡열부에서 낮은 온도의 열원을 얻기 위해서는 제2 열전달체(5)의 주변 온도를 낮추어주는 것이 유리하다. 그러므로 제2 열전달체(5)의 주변 온도가 낮을수록 상기 흡열부에서 보다 많이 흡열함으로써 내부 케이스를 저온 상태로 유지하여 냉장고의 기능으로 사용할 수 있는 것이다.

좀더 상세하게는, 제2 열전달체(5)의 주변 온도를 낮추어기 위해서는 상기 열전소자 모듈(3)의 양측중 제1 열전달체(4)에 접촉되는 일측(3a)의 반대편에 위치한 타측, 즉 방열부에서 열을 얼마나 빨리 방열시킬 수 있느냐에 관계있으며, 방열부의 온도가 낮을수록 상기 제2 열전달체(5)의 주변 온도를 낮추어줄 수 있게 된다.

한편, 전류의 극성을 변경시키게 되면 상기 흡열부는 방열부로, 상기 방열부는 흡열부로 전환되어 열전소자 모듈(3)을 온장고의 기능으로 사용할 수 있는 것이다.

상기와 같이 구성된 냉온장고는 도 2에 도시된 바와 같이, 통상적으로 차량의 트렁크룸(30)의 내벽면에 상기 도어(1)가 실내에 위치하도록 고정 설치되어 있다.

그러나, 냉온장고를 냉장고의 기능으로 사용하고자 할 경우에는 방열부 기능을 하는 제2 열전달체(5)의 온도가 트렁크룸(30)내의 온도보다 같거나 높기 때문에 제2 열전달체(5)에서의 열방출 효율이 향상되지 않게 됨으로 인해 냉장고의 기능을 원활하게 수행할 수 없는 문제점이 있었으며, 심한 경우에는 제2 열전달체(5)에서 방열된 열은 트렁크룸(30)에서 다시 차량 실내로 순화되어 차실내의 공기 온도를 상승시키는 폐단도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 제2 열전달체의 방열 또는 흡열 기능을 원활하게 수행하여 냉장 또는 온장 성능을 향상시킬 수 있도록 한 열전소자 모듈을 이용한 차량용 냉온장고의 성능향상장치 및 이의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열전소자 모듈을 이용한 차량용 냉온장고의 성능향상장치는, 전류의 흐름 방향에 따라 일측에서 냉온장고내의 열을 흡열할때는 타측에서 열을 방열함과 아울러 일측에서 냉온장고내의 열을 방열할때는 타측에서 열을 흡열하는 열전소자 모듈을 갖는 냉온장고가 설치되고, 공기를 냉기/온기 상태로 변화시켜 토출하는 공조수단이 설치된 차량에 있어서, 상기 열전소자 모듈과 차량 실내간을 서로 연통시켜 공기의 이송을 안내하도록 통로를 갖는 제1 덕트와; 일단은 상기 제1 덕트에 합류되도록 연통 가능하게 연결되고, 타단은 상기 공조수단에 연결되어 공기를 이송시키도록 통로를 갖는 제2 덕트와; 상기 제1,제2 덕트의 통로를 선택적으로 개폐하는 도어를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열전소자 모듈을 이용한 차량용 냉온장고의 성능향상장치의 제어방법은, 실내온도 감지수단과 공기온도 감지수단에 의해 감지된 신호를 입력받아 실내 온도가 공기 온도보다 높은지를 판단하는 온도 판단 단계와; 상기 온도 판단 단계를 수행한 후, 상기 실내 온도가 공기 온도보다 높은 경우에 액츄에이터를 구동시켜 도어가 제1 덕트의 통로를 폐쇄하도록 함과 아울러 제2 덕트의 통로를 개방하도록 제어하고, 상기 실내 온도가 공기온도보다 낮은 경우에 상기 액츄에이터를 구동시켜 상기 도어가 제2 덕트의 통로를 폐쇄하도록 함과 아울러 상기 제1 덕트의 통로를 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 열전반도체를 이용한 차량용 냉온장고의 성능향상장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의한 냉온장고의 성능향상장치의 구성을 도시한 단면도이며, 도 4는 본 발명의 제어 블럭도이다.

본 발명은 전류의 흐름 방향에 따라 일측에서 냉온장고내의 열을 흡열할때는 타측에서 열을 방열함과 아울러 일측에서 냉온장고내의 열을 방열할때는 타측에서 열을 흡열하는 열전소자 모듈(3)을 갖는 냉온장고(40)가 설치되고, 공기를 냉기/온기 상태로 변화시켜 토출하는 공조수단이 설치된 차량에 있어서, 냉온장고의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

여기서, 열전소자 모듈을 이용한 냉온장고(40)는 종래 기술과 동일한 기술이어서 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 하고 본 발명의 요지에 대해서만 설명하 기로 한다.

여기서, 상기 냉온장고(40)의 설치 위치는 그 일례로 차량의 트렁크룸(30)에 설치되는 것으로, 종래 기술과 동일한 설치 구조를 갖는다.

본 발명의 요부 구성은 제1 덕트(60)와, 제2 덕트(70)와, 도어(80)를 포함하여 이루어지는 것으로, 트렁크룸(30)에 모두 설치된다.

상기 제1 덕트(60)는, 일단이 차량 실내와 연통 가능하게 연결되고, 타단이 상기 제2 열전달체(5)에 연결되어 공기의 이송을 안내하도록 통로(61)를 갖는 소정의 길이로 연장 형성된다.

상기 제2 덕트(70)는, 일단이 상기 제1 덕트(60)에 합류되도록 연통 가능하게 연결설치되는 바, 상기 열전소자 모듈(3)의 타측(3b)에 연결되는 지점의 제1 덕트(60), 바람직하게는 열전소자 모듈(3)의 타측(3b)에 접촉되게 설치된 제2 열전달체(5)에 연결되는 지점의 제1 덕트(60)에 합류되도록 연통 가능하게 연결된다.

반면에 타단은 상기 공조수단(미도시)을 구성하는 토출구(미도시)에 연결되어 공기의 이송을 안내하도록 통로(71)를 갖는 소정의 길이로 연장 형성된다.

여기서, 제2 덕트(70)의 타단이 연결되는 부분은, 엔진(미도시됨)의 동력을 전달받아 구동되는 압축기(100)에 의하여 압축된 냉매가 응축기(101)로 유입되어 냉각팬(미도시됨)의 강제송풍에 의하여 열교환되어 응축된 다음 리시버 드라이어(102)와 팽창밸브(103) 및 증발기(104)를 차례로 거치고 다시 압축기(100)로 유입되는 과정에서 내외기 전환도어(110d)의 전환에 의해 내외기 도입구(110b)(110c)를 통해 블로어 휠 유니트(110)의 블로어 모터(110a')에 의해 회전되는 블로어 휠 (110a)에 의하여 강제 송풍되는 실내외 공기가 증발기(104)를 거치는 냉매와 열교환되어 냉기 상태로 실내로 유입됨으로써 자동차의 실내를 냉방하는 장치와, 엔진의 냉각수가 히터 코어(105)를 거쳐 엔진으로 복귀하는 과정에서 블로어 휠(110a)에 의하여 송풍되는 공기가 히터 코어(105)를 거치는 냉각수와 열교환되어 온기 상태로 유입됨으로써 자동차의 실내를 난방하는 난방장치를 포함하여 이루어진 공조수단의 구성중 증발기(104)의 후방측의 공조케이스(120)에 연통 가능하게 설치되고, 증발기(104)에서 열교환된 찬 공기는 상기 제2 덕트(70)를 통해 이송 안내하게 된다.

한편, 도면상에는 도시하지는 않았지만, 제2 덕트(70)의 타단이 연결되는 부분을 증발기(104)의 후방측의 공조케이스(120)에 연통 가능하게 연결하지 않고 벤트덕트, 플로어덕트, 디프로스터 덕트중 어느 하나에 연통하게 연결할 수 도 있음은 물론이다.

상기 도어(80)는 제1,제2 덕트(60)(70)의 통로(61)(71)를 선택적으로 개폐하는 역할을 하는 것으로, 상기 도어(80)는 상기 제1 덕트(60)와 제2 덕트(70)가 분기된 부분에 단일개가 축부(81)를 중심으로 하여 회동 가능하게 설치된다.

그러나, 상기 도어(80)를 제1, 제2 덕트(60)(70)의 통로(61)(71)에 개별적으로 설치할 수 있으나, 단일개를 설치하는 것에 비해 제조 원가 및 조립 공수 및 두개의 개별 도어가 각각 구동하도록 하기 위한 기술적인 구성이 복잡한 폐단이 있기에 본 발명에서는 가장 바람직한 실시예로 도어를 단일개로 구성하였다.

한편, 본 발명은 상기 차량 실내의 온도를 감지하는 실내온도 감지수단(90)과, 상기 공조수단에서 토출되는 공기의 온도를 감지하는 공기온도 감지수단(91)과, 상기 도어(80)의 축부(81)를 회동 조작하는 액츄에이터(93)와, 제어수단(92)을 더 구비한다.

상기 제어수단(92)은 상기 실내온도 감지수단(90)과 공기온도 감지수단(91)에 의해 감지된 신호를 입력받아 실내 온도가 공기 온도보다 높으면 상기 액츄에이터(93)를 구동시켜 상기 도어(80)가 제1 덕트(60)의 통로(61)를 폐쇄하도록 함과 아울러 제2 덕트(70)의 통로(71)를 개방하도록 제어하고, 실내 온도가 공기 온도보다 낮거나 대략 20℃보다 낮게 되면 상기 액츄에이터(93)를 구동시켜 상기 도어(80)가 제2 덕트(70)의 통로(71)를 폐쇄하도록 함과 아울러 제1 덕트(60)의 통로(61)를 개방하도록 제어하게 된다.

그리고, 상기 액츄에이터(93)로는 모터를 사용할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 냉온장고를 냉장 기능을 수행하도록 전류 극성을 변경시키면, 열전소자 모듈(3)의 타측(3b)은 열을 방열하게 되기 때문에 결국 제1 열전달체(5)는 방열부 역할을 하고, 열전소자 모듈(3)의 일측(3a)은 열을 흡열하기 때문에 결국 제2 열전달체(4)는 흡열부 역할을 하게 되어 냉온장고 케이스(2)의 내부 온도는 낮아지게 되어, 내용물을 차게 보관할 수 있게 된다.

이후, 공조수단을 작동시켜 실내로 냉기가 토출되도록 한다.

상기와 같은 상태에서 제어수단(92)은 상기 실내온도 감지수단(90)과 공기온도 감지수단(91)에 의해 감지된 신호를 입력받아 실내 온도가 공기 온도보다 높은지를 판단하는 온도 판단 단계를 진행한다.

상기 온도 판단 단계를 진행한 후, 실내 온도가 공기 온도보다 높으면 상기 액츄에이터(93)를 구동시켜 상기 도어(80)에 의해 제1 덕트(60)의 통로(61)를 폐쇄하도록 함과 아울러 제2 덕트(70)의 통로(71)를 개방하도록 제어하고, 실내 온도가 공기 온도보다 낮거나 대략 20℃보다 낮게 되면 상기 액츄에이터(93)를 구동시켜 상기 도어(80)에 의해 제2 덕트(70)의 통로(71)를 폐쇄하도록 함과 아울러 제1 덕트(60)의 통로(61)를 개방하도록 제어하게 된다.

즉, 도어(80)에 의해 제1 덕트(60)의 통로(61)가 폐쇄됨과 아울러 제2 덕트(70)의 통로(71)가 개방되면, 제2 열전달체(5)의 주변 온도는 제2 열전달체(5)의 온도보다 낮게 되고, 이로 인해 제2 열전달체(5)에서 보다 원활하게 열이 방출된다. 따라서, 제1 열전달체(4)에서는 냉온장고 케이스(2)의 내부의 열을 보다 원활하게 흡열하여 냉장 기능을 잘 수행할 수 있게 된다.

본 발명은 냉온장고를 냉장 기능으로 사용할때 보다 효과적으로 냉장 기능을 수행하기 위해서는 열전소자 모듈(3)의 냉각성능을 향상시켜야 한다.

즉, 열전소자 모듈(3)의 양측(3a)(3b)중 제1 열전달체(4)에 접촉되는 일측(3a)의 반대편에 위치하여 제2 열전달체(5)에 접촉되는 타측(3b), 즉 방열부에서 열을 빨리 방열시킬수록 냉각 성능이 향상된다.

따라서, 본 발명은 상기 열전소자 모듈(3)의 타측과 차량 실내간을 서로 연통시켜 공기의 이송을 안내하도록 통로(61)를 갖는 제1 덕트(60)와, 일단은 상기 제1 덕트(60)에 연통 가능하도록 연결되고 타단은 상기 공조수단에 연결되어 공기를 이송시키도록 통로(71)를 갖는 제2 덕트(70)와, 상기 제1,제2 덕트(60)(70)의 통로를 선택적으로 개폐하는 도어(80)를 구성함과 아울러 도어(80)에 의해 제1 덕트(60)의 통로(61)가 폐쇄되도록 함과 아울러 제2 덕트(70)의 통로(71)가 개방되도록 하면, 전술한 설명에서와 같이 제2 열전달체(5)의 주변 온도는 제1 열전달체(5)의 온도보다 낮게 되고, 이로 인해 제2 열전달체(5)에서 보다 원활하게 열이 방출된다. 따라서, 열전소자 모듈(3)의 냉각 성능을 향상시켜 결국에는 제1 열전달체(4)에서는 냉온장고 케이스(2)의 내부의 열을 보다 원활하게 흡열하여 냉장 기능을 잘 수행할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 냉온장고를 전류 극성을 냉장 기능 상태에서 다시 변경시키면, 온장 기능을 수행하게 되며, 따라서 제2 열전달체(5)는 흡열부 역할을 하고, 제1 열전달체(4)는 방열부 역할을 하게 되어 냉온장고 케이스(2)의 내부는 따뜻한 내용물을 보관할 수 있도록 데워지게 된다.

여기서, 본 발명을 온장고 기능으로 전환시켜 사용하고자 하는 경우에 제어수단(92)은 액츄에이터(93)를 구동시켜 도어(80)가 제2 덕트(70)의 통로(71)를 폐쇄시킴과 아울러 제1 덕트(60)의 통로(61)를 개방하도록 한다.

이때, 공조수단은 히팅 모드로 작동되어 실내로 온기가 토출되기 때문에 실내의 온도는 상승되며, 이로 인해 제2 열전달체(5)의 주변 온도는 제1 열전달체(5)의 온도보다 높게 된다. 따라서, 제2 열전달체(5)는 제1 덕트(60)의 통로(61)의 열을 흡열하게 되며, 반면에 제1 열전달체(4)는 방열 작용을 하여 냉온장고 케이스(2)의 내부의 온도를 상승시키게 된다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 제2 열전달체의 방열 또는 흡열 기능을 원활하게 수행하여 냉장 또는 온장 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 전류의 흐름 방향에 따라 일측에서 냉온장고내의 열을 흡열할때는 타측에서 열을 방열함과 아울러 일측에서 냉온장고내의 열을 방열할때는 타측에서 열을 흡열하는 열전소자 모듈(3)을 갖는 냉온장고(40)가 설치되고, 공기를 냉기/온기 상태로 변화시켜 토출하는 공조수단이 설치된 차량에 있어서,

   상기 열전소자 모듈(3)과 차량 실내간을 서로 연통시켜 공기의 이송을 안내하도록 통로(61)를 갖는 제1 덕트(60)와;

   일단은 상기 제1 덕트(60)에 합류되도록 연통 가능하게 연결되고, 타단은 상기 공조수단에 연결되어 공기를 이송시키도록 통로(71)를 갖는 제2 덕트(70)와;

   상기 제1,제2 덕트(60)(70)의 통로를 선택적으로 개폐하는 도어(80)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 이용한 차량용 냉온장고의 성능향상장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 차량 실내의 온도를 감지하는 실내온도 감지수단(90)과;

   상기 공조수단에서 토출되는 공기의 온도를 감지하는 공기온도 감지수단(91)과;

   상기 도어(80)의 회동을 조작하는 액츄에이터(93)와;

   상기 액츄에이터(93)의 작동을 제어하는 제어수단(92)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 이용한 차량용 냉온장고의 성능향상장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 도어(80)는 상기 제1 덕트(60)와 제2 덕트(70)가 분기된 부분에 단일개가 회동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 이용한 차량용 냉온장고의 성능향상장치.
4. 전류의 흐름 방향에 따라 일측에서 냉온장고내의 열을 흡열할때는 타측에서 열을 방열함과 아울러 일측에서 냉온장고내의 열을 방열할때는 타측에서 열을 흡열하는 열전소자 모듈(3)을 갖는 냉온장고(40)가 설치되고, 공기를 냉기/온기 상태로 변화시켜 토출하는 공조수단이 설치된 차량에 있어서, 상기 열전소자 모듈(3)과 차량 실내간을 서로 연통시켜 공기의 이송을 안내하도록 통로(61)를 갖는 제1 덕트(60)와; 일단은 상기 제1 덕트(60)에 합류되도록 연통 가능하게 연결되고, 타단은 상기 공조수단에 연결되어 공기를 이송시키도록 통로(71)를 갖는 제2 덕트(70)와; 상기 제1,제2 덕트(60)(70)의 통로를 선택적으로 개폐하는 도어(80)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 이용한 차량용 냉온장고의 성능향상장치의 제어방법으로서,

   상기 차량 실내의 온도를 감지하는 실내온도 감지수단(90)과 상기 공조수단에서 토출되는 공기의 온도를 감지하는 공기온도 감지수단(91)에 의해 감지된 신호를 입력받아 실내 온도가 공기 온도보다 높은지를 판단하는 온도 판단 단계와;

   상기 온도 판단 단계를 수행한 후, 상기 실내 온도가 공기 온도보다 높은 경우에 액츄에이터(93)를 구동시켜 상기 도어(80)가 상기 제1 덕트(60)의 통로(61)를 폐쇄하도록 함과 아울러 상기 제2 덕트(70)의 통로(71)를 개방하도록 제어하고,

   상기 실내 온도가 공기온도보다 낮은 경우에 상기 액츄에이터(93)를 구동시켜 상기 도어(80)가 상기 제2 덕트(70)의 통로(71)를 폐쇄하도록 함과 아울러 상기 제1 덕트(60)의 통로(61)를 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 이용한 차량용 냉온장고의 성능향상장치의 제어방법.

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