KR101728147B1 - 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거 - Google Patents

냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거에 관한 것으로, 압전소자를 통해 생산되는 전기에너지를 축전시켜 용기고정홀더 상에 장착되는 열전소자를 이용한 냉온용기에 전원을 공급하여 냉온용기의 가열 또는 냉각을 통해 물을 가열하거나 냉각시킴으로써 계절에 따른 온수 또는 냉수를 마실 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 발명은 자전거의 주행 중에 상하 반복적으로 작용하는 자전거 라이더의 하중에 의한 압력을 통해 전기에너지를 생산하는 압전소자 모듈; 자전거의 프레임 일측에 설치 고정되어 압전소자 모듈로부터 생산된 전기에너지를 축전시키는 축전지; 자건거의 프레임 일측에 설치 고정되어지되 내측 바닥에는 접속단자가 형성된 용기고정홀더; 용기고정홀더 상에 장착시 접속단자와 전기적으로 접속되어 인가되는 전원에 의해 내부의 물을 냉각 또는 가열시키는 열전소자가 구비된 냉온용기; 및 열전소자에 인가되는 전류의 방향을 전환시켜 물의 냉각 또는 가열이 이루어지도록 냉온 전환스위치를 포함한 구성으로 이루어진다.

Description

냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거{Cold container cooling / heating devices are equipped with bicycle}
본 발명은 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거에 관한 것으로, 압전소자나 태양전지 또는 발전기를 통해 생산되는 전기에너지를 축전시켜 용기고정홀더 상에 장착되는 냉온용기에 전원을 공급함으로써 냉온용기의 가열 또는 냉각을 통해 물을 가열하거나 냉각시켜 계절에 따른 온수 또는 냉수를 마실 수 있도록 한 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거에 관한 것이다.
일반적으로, 자전거는 발로 밟는 힘을 페달과 크랭크 기구 및 체인을 거쳐 구동용 뒷바퀴에 전달함으로서 뒷바퀴와 조향용 앞바퀴를 회전시켜 주행이 이루어질 수 있도록 한 구성으로 이루어진다. 이러한 자전거는 주행 상태에 따라 변속비를 바꾸어 언덕에서도 용이하게 주행이 이루어질 수 있도록 한 것도 있다.
전술한 바와 같은 자전거로는 근래에는 일상생활용이나 레저용 그리고 산악과 오프로드(off road) 등을 달릴 수 있도록 튼튼하게 만들어진 산악용 자전거(MTB : Mountain bike)가 인기를 끌고 있으며, 자전거는 교통의 수단으로서 뿐만 아니라 체력증진을 위한 운동과 레저 스포츠로써 널리 사용되어지고 있다.
또한, 전술한 바와 같은 자전거는 쾌적한 자연을 갈구하고 스피드를 즐기는 현대인에게 주말이나 휴일을 이용한 하이킹의 수단으로써 이용되어 피로를 풀고 스트레스를 해소하는데 도움이 되고 있다. 이러한 자전거 라이딩으로 인한 호흡 순환계의 발달은 달리기와 비슷하여 오히려 달리기 운동에 비해 지루함을 덜 느끼면서 즐겁게 실시할 수 있어 바람직한 운동프로그램으로 이용될 수 있다.
전술한 바와 같은 장점에 따라 아침이나 한낮은 물론 해가 진 저녁이나 새벽에 자전거 라이딩을 즐기는 인구가 점차 늘고 있는 추세이다. 특히, 자전거 전용도로의 확충과 여가시간의 활용하려는 심리 및 같은 취미를 가진 자전거 동호회의 증가 등으로 인하여 장거리 자전거 라이딩이 현저하게 늘어난 추세이다.
한편, 전술한 바와 같이 아침이나 저녘 또는 장시간의 자전거 라이딩을 즐기는 경우 대체적으로 라이더들은 목마름을 해결하기 위해 물병을 가지고 다니게 된다. 이때, 물병은 대체적으로 자전거 프레임 상에 용기고정홀더를 고정시켜 라이딩 동안에는 용기고정홀더에 장착하여 고정시키고, 물을 마시고자 하는 경우에는 용기고정홀더로부터 물병을 분리하여 마시게 된다.
그러나, 전술한 바와 같은 용기고정홀더의 경우에는 단순히 물병을 자전거의 프레임 상에 고정시키는 기능 이외에는 없기 때문에 장시간 용기고정홀더에 고정시켜 놓게 되면 여름에는 미지근한 물이 되고, 겨울에는 너무 차가운 물이 되어 원하는 상태의 물을 마시지 못하게 되는 문제가 있다.
1. 대한민국 공개특허공보 제2014-0074583호(2014.06.18.자 공개) 2. 대한민국 공개특허공보 제2011-0018179호(2011.02.23.자 공개) 3. 대한민국 등록특허공보 제10-0962665호(2010.06.11.자 공고)
본 발명은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 압전소자를 통해 생산되는 전기에너지를 축전시켜 용기고정홀더 상에 장착되는 열전소자를 이용한 냉온용기에 전원을 공급하여 냉온용기의 가열 또는 냉각을 통해 물을 가열하거나 냉각시킴으로써 계절에 따른 온수 또는 냉수를 마실 수 있도록 한 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거를 제공함에 그 목적이 있다.
아울러, 본 발명에 따른 기술의 다른 목적은 압전소자에 의한 전기에너지의 생산과 더불어 태양전지나 발전기를 통해서도 전기에너지를 생산하여 축전시킬 수 있도록 함으로써 열전소자를 이용한 냉온용기에 전원을 더 안정적으로 공급할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거는 자전거의 주행 중에 상하 반복적으로 작용하는 자전거 라이더의 하중에 의한 압력을 통해 전기에너지를 생산하는 압전소자 모듈; 자전거의 프레임 일측에 설치 고정되어 압전소자 모듈로부터 생산된 전기에너지를 축전시키는 축전지; 자건거의 프레임 일측에 설치 고정되어지되 내측 바닥에는 접속단자가 형성된 용기고정홀더; 용기고정홀더 상에 장착시 접속단자와 전기적으로 접속되어 인가되는 전원에 의해 내부의 물을 냉각 또는 가열시키는 열전소자가 구비된 냉온용기; 및 열전소자에 인가되는 전류의 방향을 전환시켜 물의 냉각 또는 가열이 이루어지도록 냉온 전환스위치를 포함한 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 압전소자 모듈은 자전거의 시트 하부와 프레임을 구성하는 시트튜브 상단의 시트 포스트 사이에 설치될 수 있다. 또한, 압전소자 모듈은 자전거 앞바퀴의 회전중심인 허브에 지지되는 포크가 서스펜션 포크로 구성되는 경우 서스텐션 포크의 내부에 장착될 수도 있다.
그리고, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 축전지는 용기고정홀더의 하부측에 일체로 구성됨이 보다 양호하다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 축전지는 자전거의 프레임을 구성하는 시트튜브 또는 다운튜브 상에 설치 고정됨이 보다 양호하다.
한편, 본 발명에 따른 구성에서 냉온 전환스위치는 용기고정홀더 또는 냉온용기의 일측에 구성되거나 용기고정홀더와 냉온용기의 일측에 각각 구성되어지되 자전거 라이더의 선택에 의해 전환되어 냉온용기로 인가되는 전류의 방향이 전환되도록 하는 구성으로 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 냉온용기의 내부에는 별도의 배터리가 더 구성될 수 있다. 이때, 냉온용기의 내부에 구성된 배터리는 1회용 배터리 또는 충전용 배터리의 구성으로 이루어질 수 있다.
아울러, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 구성에서 냉온용기의 일측에는 충전용 케이블을 통해 배터리를 충전시키는 충전포트가 더 구성될 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에는 압전소자 모듈을 통해 생산되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 축전지에 축전되도록 하는 압전소자용 정류기가 더 구성됨이 보다 양호하다.
또한, 본 발명에 따른 구성에는 압전소자 모듈에 더하여 자전거의 핸들스템이나 핸들바 일측에 설치되어지되 태양광을 통해 전기에너지를 생산하여 축전지에 전기에너지를 축전시키는 태양전지 모듈이 더 구성될 수 있다.
전술한 바와 같은 태양전지 모듈을 통해 생산되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 축전지에 축전되도록 하는 태양전지용 정류기가 더 구성될 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 구성에는 자전거의 프레임 하단에 구성되는 허브 또는 후륜측 허브에 설치되어지되 로터축의 양단에 페달이 구성된 크랭크 암을 연결하여 페달의 답력이 발생시 로터축의 회전에 의해 스테이터와의 사이에 전자기유도작용에 의한 전기에너지의 생산이 이루어질 수 있도록 하는 발전기 모듈이 더 구성될 수 있다.
전술한 바와 같은 발전기 모듈을 통해 생산되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 축전지에 축전되도록 하는 발전기용 정류기가 더 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 구성에는 압전소자용 정류기와 태양전지용 정류기 및 발전기용 정류기에 의해 변환된 직류전원의 전압을 필요한 평활성과 레벨로 변환시켜 축전지에 저장되도록 하는 전압조정기가 더 구성될 수 있다.
본 발명의 기술에 따르면 압전소자를 통해 생산되는 전기에너지를 축전시켜 용기고정홀더 상에 장착되는 열전소자를 이용한 냉온용기에 전원을 공급하여 냉온용기의 가열 또는 냉각을 통해 물을 가열하거나 냉각시킴으로써 계절에 따른 온수 또는 냉수를 마실 수 있도록 하는 효과가 발현된다.
아울러, 본 발명에 따른 기술은 압전소자에 의한 전기에너지의 생산과 더불어 태양전지나 발전기를 통해서도 전기에너지를 생산하여 축전시킬 수 있도록 함으로써 열전소자를 이용한 냉온용기에 전원을 더 안정적으로 공급할 수 있도록 하여 냉온용기를 안정적으로 가열 또는 냉각시킬 수가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거를 보인 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거의 구성에서 압전소자 모듈의 설치 상태를 보인 종단면 구성도.
도 3a 는 본 발명에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거의 구성에서 압전소자 모듈의 구성을 보인 단면 구성도.
도 3b 는 도 3a 의 작용을 보인 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거의 구성에서 용기고정홀더를 보인 구성도.
도 5 는 본 발명에 따른 냉온용기를 보인 구성도.
도 6 은 본 발명에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치의 회로 구성을 보인 블록도.
도 7 은 본 발명에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거의 다른 실시 예를 보인 측면 구성도.
도 8 은 도 1 과 도 7 을 포함하는 냉온용기 냉각/가열 장치의 회로 구성을 보인 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거에 대해 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거를 보인 구성도, 도 2 는 본 발명에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거의 구성에서 압전소자 모듈의 설치 상태를 보인 종단면 구성도, 도 3a 는 본 발명에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거의 구성에서 압전소자 모듈의 구성을 보인 단면 구성도.
도 3b 는 도 3a 의 작용을 보인 구성도, 도 4 는 본 발명에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거의 구성에서 용기고정홀더를 보인 구성도, 도 5 는 본 발명에 따른 냉온용기를 보인 구성도, 도 6 은 본 발명에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치의 회로 구성을 보인 블록도이다.
도 1 내지 도 6 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자전거용 냉온용기 냉각/가열 장치(100)는 자전거(10)의 주행 중에 상하 반복적으로 작용하는 자전거 라이더의 하중에 의한 압력을 통해 전기에너지를 생산하는 압전소자 모듈(110), 자전거(10)의 프레임(20) 일측에 설치 고정되어 압전소자 모듈(110)로부터 생산된 전기에너지를 축전시키는 축전지(120), 자건거(10)의 프레임(20) 일측에 설치 고정되어지되 내측 바닥에는 접속단자(134)가 형성된 용기고정홀더(130), 용기고정홀더(130) 상에 장착시 접속단자(134)와 전기적으로 접속되어 인가되는 전원에 의해 내부의 물을 냉각 또는 가열시키는 열전소자(142)가 구비된 냉온용기(140) 및 열전소자(142)에 인가되는 전류의 방향을 전환시켜 물의 냉각 또는 가열이 이루어지도록 냉온 전환스위치(150)를 포함한 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치(100)에 의한 냉온용기(140)의 냉각 또는 가열을 위한 작용을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 자전거(10)의 프레임(20)을 구성하는 시트튜브(22)나 다운튜브(24) 상에 고정되는 용기고정홀더(130) 상에 냉온용기(140)를 장착 고정시킨다. 이때, 용기고정홀더(130)에 장착되는 냉온용기(140)는 용기고정홀더(130) 내부의 용기장착홈(132) 바닥면에 구성된 접속단자(134)와 접속이 이루어진다.
한편, 전술한 바와 같이 용기고정홀더(130) 상에 냉온용기(140)를 장착 고정시킨 다음에는 자전거(10)의 시트(30) 상에 라이더가 앉은 상태로 페달을 밟아 자건거(10)의 주행이 이루어질 수 있도록 한다. 이처럼 자전거(10)의 주행이 이루어지게 되면 노면의 상태에 따라서 라이더의 몸이 상하로 유동되어 시트(30)에 압력이 반복적으로 작용하게 된다.
또한, 전술한 바와 같이 자전거(10)의 시트(30) 상에 라이더가 앉은 상태로 페달을 밟게 되면 힘이 가해지는 페달 방향으로 라이더의 몸이 쏠리기 때문에 자전거(10)의 주행 중에는 라이더의 몸이 좌우로 움직이면서 유동이 이루어져 시트(30)에 압력을 반복적으로 가하게 된다.
전술한 바와 같이 자전거(10)의 중행 중 노면의 상태에 따라 상하 반복적으로 유동되는 라이더의 하중에 의한 압력이나 페달을 밟는 답력에 따라 좌우로 움직이는 라이더의 하중에 의한 압력이 발생하게 되면 압력이 시트(30)에 작용하게 되어 시트(30) 하부에 설치되어 시트튜브(22) 상단을 구성하는 시트 포스트(22a)에 의해 지지되는 압전소자 모듈(110)에 압력이 반복적으로 작용하여 압전소자 모듈(110)로부터 전기에너지의 생산이 이루어진다.
다시 말해서, 전술한 바와 같이 자전거(10)의 주행 중에 발생하는 라이더의 반복적인 유동에 따라 상하의 압력이 시트(30)에 작용하게 되면 시트(30)가 상하로 반복적인 유동되어 반복적으로 압전소자 모듈(110)에 압력을 가하게 되고, 이에 따라 압전소자 모듈(110)에서는 지속적으로 전기에너지의 생산이 이루어진다.
전술한 바와 같이 압전소자 모듈(110)로부터 지속적으로 생산되는 전기에너지는 도 5 에 도시된 바와 같이 압전소자 모듈(110)의 후단에 구성되는 압전소자용 정류기(160)를 통해 직류전원으로 변환된다. 즉, 압전소자 모듈(110)로부터 생산되는 전원은 교류전원으로 시간에 따라 크기와 방향이 주기적으로 바뀌게 된다.
따라서, 전원을 냉온용기(130)에 안정적으로 공급하기 위해서는 직류전류로 변환시키야 하는데 압전소자용 정류기(160)는 압전소자 모듈(110)의 후단에 구성되어 시간에 따라 크기와 방향이 주기적으로 바뀌어 흐르는 교류전류를 시간에 따른 크기와 바양이 변하지 않고 일정하게 흐르는 직류전류로 변환시키게 된다.
한편, 전술한 바와 같이 라이더의 하중에 의한 반복적인 압력으로 인해 압전소자 모듈(110)로부터 생산되는 전기에너지는 압전소자용 정류기(160)를 통해 직류전류로 변환되어 프레임(10)의 일측에 설치되는 축전지(120) 상에 축전된다. 이때, 축전지(120)는 프레임(20)을 구성하는 시트튜브(22)나 다운튜브(24) 상에 설치된다.
전술한 바와 같이 압전소자 모듈(110)로부터 전기에너지의 생산이 이루어지고 압전소자용 정류기(160)를 통해 직류전류로 변환되어 축전지(120) 상에 축전이 이루어지면 축전지(130)는 용기고정홀더(130) 내부의 용기장착홈(132) 상에 구성된 접속단자(134)를 통해 냉온용기(140)의 열전소자(142)에 전기를 인가하게 된다.
다시 말해서, 전술한 바와 같은 축전지(120)는 용기고정홀더(130)의 용기장착홈(132) 상에 장착되는 냉온용기(140)의 열전소자(142)에 전기를 인가함으로써 냉온용기(140)의 냉각 또는 가열이 이루어질 수 있도록 하여 냉온용기(140)의 내부에 담긴 물을 냉수 또는 온수로 변화시켜 마실 수 있도록 한다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 기술은 압전소자 모듈(110)을 통해 전기에너지의 생산하여 축전지(120) 상에 축전하는 가운데 용기고정홀더(130)에 장착 고정된 내온용기(140)에 전원을 인가하여 냉온용기(140)를 냉각 또는 가열함으로써 냉각수나 온수를 선택적으로 마실 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거(10)를 구성하는 각각의 구성요소를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 본 발명을 구성하는 압전소자 모듈(110)은 라이더의 하중에 의한 반복적인 압력을 통해 전기에너지를 생산하는 것으로, 이러한 압전소자 모듈(110)은 도 1 , 도 2, 도 3 및 도 6 에 도시된 바와 같이 자전거(10)의 주행 중에 상하 반복적으로 작용하는 자전거 라이더의 하중에 의한 압력을 통해 전기에너지를 생산한다.
전술한 바와 같은 압전소자 모듈(110)은 본 발명에서는 라이더가 앉는 시트(30) 하부와 시트튜브(22) 상단을 구성하는 시트 포스트(22a) 사이에 설치되어 주행시 노면 상태에 따라 상하 유동으로 인한 라이더의 상하 유동시 발생되는 반복적인 압력이나 라이더가 페달을 밟기 위한 몸의 좌우 움직임시 발생되는 반복적인 압력에 의해 전기에너지를 생산하게 된다.
한편, 전술한 바와 같은 압전소자 모듈(110)은 자전거(10)를 주행 중에 라이더의 하중에 의한 압력이 반복적으로 이루어지는 경우에는 지속적인 전기에너지의 생산이 이루어지게 된다. 즉, 이러한 압전소자 모듈(110)은 라이더의 하중에 의한 압력이 작용하여야만 전기의 생산이 이루어진다는 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에서는 압전소자 모듈(110)을 라이더가 앉는 시트(30) 하부의 시트튜브(22) 상단을 구성하는 시트 포스트(22a) 상단에 지지되도록 하는 구성으로 설치하였지만 앞바퀴(40)의 허브(42) 상에 지지되는 포크(50)가 서스펜션 포크로 구성되는 경우 서스텐션 포크(쇼버)의 내부에 장착될 수도 있다.
따라서, 전술한 바와 같이 서스펜션 포크의 내부에 설치되는 압전소자 모듈(110)은 노면의 상태에 따라 상하 유동운동을 하는 서스펜션의 반복적인 압력에 의해 전기에너지의 생산이 이루어진다.
전술한 바와 같이 반복적인 상하 유동에 따른 압력에 의해 전기에너지를 생산하는 압전소자 모듈(110)은 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이 상하 분리형의 모듈 케이스(112), 모듈케이스(112)의 내부에 적층 배열되는 다수의 압전소자(114), 적층 배열된 압전소자(114) 사이에 배열되어 압력을 제공하는 압력부재(116) 및 상하 분리형의 모듈 케이스(112) 내부에 설치되어 모듈 케이스(112)의 압축을 복원시키는 방향으로 그 탄성력이 작용하는 복원스프링(118)의 구성으로 이루어진다.
한편, 전술한 바와 같이 모듈케이스(112), 압전소재(114), 압력부재(116) 및 복원스프링(118)의 구성으로 이루어진 본 발명을 구성하는 압전소자 모듈(110)은 시트(30) 하부와 시트튜브(22) 상단을 구성하는 시트 포스트(22a) 상단 사이에 설치되어 시트(30)에 하중이 실리게 되면 압전소자 모듈(110)에 압력이 가해질 수 있도록 구성되어진다.
다시 말해서, 전술한 바와 같이 시트(30) 하부와 시트튜브(22) 상단을 구성하는 시트 포스트(22a) 상단 사이에 설치된 압전소자 모듈(110)은 시트(30) 상부에 라이더의 하중이 실리게 되면 눌려져 압전소자(114)의 압전효과에 의해 전기에너지의 생산이 이루어지게 되고, 시트(30)에 라이더의 하중이 해제되면 모듈케이스(112)는 복원스프링(118)에 의해 복원된다.
전술한 바와 같이 전기에너지를 생산하는 압전소자(114)는 외부에서 기계적 변형을 가하면 전기 분극(分極)이 나타나는 현상을 이용한 소자를 말하는 것으로, 기계적 신호 또는 음향 신호를 전기적 신호로 바꾸거나 수정 발진기(水晶發振器)의 주파수를 제어하는 변환기(變換器) 따위를 이른다.
다음으로, 본 발명을 구성하는 축전지(120)는 압전소자 모듈(110)로부터 생산되는 전기에너지를 축전시키는 것으로, 이러한 축전지(120)는 도 1, 도 4 및 도 6 에 도시된 바와 같이 자전거(10)의 프레임(20) 일측에 설치 고정되어 압전소자 모듈(110)로부터 생산되는 전기에너지를 축전시키는 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 축전지(120)는 별도의 구성으로 구성되어 자전거(10)의 프레임(20) 일측에 설치 고정될 수도 있지만 본 발명에서는 후술하는 용기고정홀더(130)의 하단에 일체로 구성하여 용기고정홀더(130)를 프레임(20)의 일측에 고정하는 것만으로 축전지(120)의 고정이 이루어질 수 있도록 하였다.
다시 말해서, 전술한 바와 같이 구성되는 축전지(120)는 별도의 구성으로 이루어져 자전거(10)의 프레임(20)을 구성하는 시트튜브(22) 또는 다운튜브(24) 상에 설치될 수도 있지만 본 발명에서는 후술하는 용기고정홀더(130)의 하부에 일체로 구성되어 용기고정홀더(130)와 함께 프레임(20)의 시트튜브(22) 또는 다운튜브(24) 상에 고정되어진다.
다음으로, 본 발명을 구성하는 용기고정홀더(130)는 냉온용기(140)를 고정시키기 위한 것으로, 이러한 용기고정홀더(130)는 도 1 및 도 4 에 도시된 바와 같이 자전거(10)의 프레임(20) 일측에 설치 고정되어지되 내측 바닥에는 냉온용기(140)와 전기적으로 접속되는 접속단자가 형성된 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 용기고정홀더(130)는 자전거(10)의 프레임(20)을 구성하는 시트튜브(22)나 다운튜브(24) 중 어느 하나에 설치 고정된다. 이처럼 용기고정홀더(130)를 시트튜브(22)나 다운튜브(24)에 설치 고정하는 것은 시트튜브(22)와 다운튜브(24)의 구성이 냉온용기(140)의 뚜껑 부분이 상부를 향할 수 있도록 하는 구성으로 이루어지기 때문이다.
다시 말해서, 전술한 용기고정홀더(130)를 시트튜브(22)나 다운튜브(24)에 설치 고정한 상태에서 용기고정홀더(130)에 냉온용기(140)를 장착하게 되면 일정 경사각으로 세워진 형태로 용기고정홀더(130) 상에 장착되어진다. 이처럼 냉온용기(140)가 용기고정홀더(130)에 세워진 형태로 장착되기 때문에 자전거(10)의 주행 중에 용기고정홀더(130)로부터 냉온용기(140)가 분리되지 않게 된다.
한편, 전술한 용기고정홀더(130)에는 냉온용기(140)의 장착이 이루어지는 용기장착홈(132)의 구성되어지되 용기장착홈(132)의 내부에는 냉온용기(140)와 전기적으로 접속되어 전원을 공급하기 위한 접속단자(134)가 구성된다. 이때, 접속단자(134)는 냉온용기(140)를 용기장착홈(132) 상에 삽입 장착하면 접속이 이루어질 수 있도록 용기장착홈(132)의 바닥면 중심에 형성된다.
다음으로, 본 발명을 구성하는 냉온용기(140)는 내부용기의 내부에 물을 저수하여 인가되는 전원을 통해 물을 냉수나 온수로 냉각 또는 가열시킬 수 있도록 하는 것으로, 이러한 냉온용기(140)는 도 1 및 도 5 에 도시된 바와 같이 용기고정홀더(130) 상에 장착시 접속단자(134)와 전기적으로 접속되어 인가되는 전원에 의해 내부의 물을 냉각 또는 가열시키는 열전소자(142)가 구비된 구성으로 이루어진다.
전술한 냉온용기(140)에 사용되는 열전소자(Thermo Electronic Module)의 원리를 살펴보면 고체 소자의 Heat-Pump로써 Peltier Effect를 이용하여 Freon식 Compressor나 흡열식 냉동기와 비슷한 냉각기능을 소형으로 가능하게 만든 소자를 말하는 것으로, 펠티어(Peltier)에 의해 발견되었기 때문에 펠티어 소자라고도 한다.
한편, 전술한 바와 같이 펠티어가 발견한 현상은 서로 다른 두 개의 전기적 양도체에 직류전원을 가하면 상하에 접점이 각각 냉각되고 가열되며 또 전류의 방향을 바꾸었을 때는 두 접점이 각각 가열되고 냉각된다는 이론이다. 이러한 이론을 기초로 소자를 본격적으로 만들게 된 시기는 반도체를 개발한 시기와 거의 비슷한 시기이다.
전술한 바와 같은 열전소자를 흔하게 기존 냉각방식의 시스템에 비유하여 설명하기도 하는데 이를 비교한다면 재래식 냉각장치는 크게 세 가지 부분으로 구성되는데 증발기와 콘덴셔 및 응축기이다. 증발기는 찬 부분을 압축된 냉매가 확산 비등하여 증발하는 곳을 증발기라 한다. 액체에서 기체로 바뀌는 과정에서 열 형태의 에너지가 흡수하게 되며 콤프레셔에서 발생한 열을 외기로 뽑아내는 역할을 증발기에서 하는 것이다. 전자 냉각장치도 이와 유사한 구성으로 동작하게 된다.
그리고, 차가운 접합점에서는 전자가 한 반도체에서 다른 반도체로 이동하면서 열 형태의 에너지를 흡수하고 낮은 에너지 상태에서 고에너지 상태로 가게 된다. 전원을 공급하면 전자가 시스템을 통과하는데 필요한 에너지를 얻게 되고 뜨거운 접합점은 열교환기에 접속되어 발생하는 열을 외기로 방출하게 된다.
전술한 바와 같은 전자 냉각기는 고체소자로서 유체나 기체 등 유동부품이 없는 히트펌프로, 열역학의 기본 법칙은 재래식 히트펌프와 흡열식 냉각기 및 열 전달을 매개로 하는 기타장치와 마찬가지로 이 장치에도 적용이 된다.
한편, 앞서 언급 하였듯이 반도체의 개발과 비슷한 시기부터 열전소자가 개발되었다고 하였다. 정확하게 말한다면 Thermocouple이 개발된 시기이다. Thermocouple은 서로 다른 금속으로 구성되는데, 대표적으로 구리/콘스탄트에 두선을 연결하여 두 접합점이 이루어지도록 되어 있다. 한 접합점은 일정한 온도에 맞추어 있고 다른 접합점은 온도를 측정하고자 하는 물체에 접속하게끔 되었다. 이러한 구성은 어떤 점에서 회로를 개방하였을때 발생된 전압을 측정하는 것이다.
전술한 바와 같은 사고의 흐름을 전환시켜서 전기에너지를 가하여 한 쪽은 뜨거워지고 다른 쪽은 차가워지는 한 쌍의 접합점을 생각하면 이해할 수 있다. 전자 냉각의 연결은 두 요소의 반도체로 구성되어 있으며, 기본점으로 Bisimuth와 Telluride의 불순물을 주입하여 전자의 N Type과 P Type을 만들어 낸다. 냉각용 플레이트(Cold Plate)에서 가열용 플레이트(Heat Plate)로 흡수된 열이 이송하는 것은 회로에 흐르는 자유전자와 반도체의 숫자와 비례한다.
아울러, 전술한 바와 같은 열전소자가 응용되는 분야를 설명하면 현대 산업은 예측하기 힘들 정도로 빠르게 변화되어가고 있으며 고정밀과 신뢰성에 더욱더 필요성을 느끼게 하고 있다. 반도체가 첨단화되면서 온도 상승으로 인한 많은 문제와 기존의 냉각방법으로는 해결하기 어려운 많은 문제점이 발생되고 있는 것이 현실이다. 이러한 문제를 열전소자(Thermo Electronic Module)를 이용 어느 정도 해결할 수가 있다. 이때, 중요한 것은 열전소자를 이용한 시스템이 기존의 냉각 장비를 대치하지는 못한다는 것을 반드시 인식하여야 한다는 것이다.
전술한 바와 같은 열전소자(Thermo Electronic Module)를 응용하여 현재 실용화된 예를 열거하면 적외선 센서(Sensor)의 온도 보상용 냉각장치, CCTV Camera 냉각장치, 적외선 Sensor의 온도보상용 냉각장치, 수술용 침대, 정수기 및 Laser 냉각장치 등 많은 분야에서 이용되고 있다.
한편, 전술한 바와 같이 구성되는 냉온용기(140)는 도 5 에 도시된 바와 같이 내부용기 하부면 상에 설치 고정되는 열전소자(142)의 흡열 또는 발열 기능을 통해 내부용기를 냉각시키거나 가열시켜 냉수 또는 온수로 변화시키게 된다. 이때, 냉온용기(140)에는 열전소자(142)의 흡열 또는 발열시 발생되는 열을 외기로 방열시키기 위한 방열핀과 방열팬으로 이루어진 방열수단이 구성된다.
아울러, 전술한 바와 같은 냉온용기(140)의 내부에는 별도의 배터리(144)가 더 구성될 수 있다. 이때, 냉온용기(140)의 내부에 구성된 배터리(144)는 1회용 배터리 또는 충전용 배터리로 이루어질 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 배터리(144)의 구성이 충전용 배터리로 이루어진 경우 충전용 배터리는 축전지(120)에 의해 충전이 이루어질 수 있음은 물론, 냉온용기(140)의 일측에 충전용 케이블(도시하지 않음)을 통해 배터리를 충전시킬 수 있도록 하는 충전포트(146)를 통해서도 충전이 이루어질 수 있다.
다음으로, 본 발명을 구성하는 냉온 전환스위치(150)는 열전소자(142)와 전류의 방향을 전환시켜 냉각 또는 가열을 전환시킬 수 있도록 하는 것으로, 이러한 냉온 전환스위치(150)는 도 5 에 도시된 바와 같이 열전소자(142)에 인가되는 전류의 방향을 전환시켜 물의 냉각 또는 가열이 이루어지도록 한다.
전술한 바와 같은 냉온 전환스위치(150)는 용기고정홀더(130) 또는 냉온용기(150)의 일측에 구성될 수 있다. 이러한 냉온 전환스위치(150)는 자전거 라이더의 선택에 의해 전환되어 냉온용기(140)로 인가되는 전류의 방향이 전환되도록 함으로써 냉온용기(140)를 냉각 또는 가열하게 된다.
한편, 전술한 냉온 전환스위치(150)의 구성이 용기고정홀더(130)와 냉온용기(140) 각각에 구성되는 경우 냉온용기(140)가 용기고정홀더(130)에 장착이 되면 용기고정홀더(130) 상에 구성된 냉온 전환스위치(150)에 의해 냉온 전환이 이루어진다. 반면, 용기고정홀더(130)로부터 냉온용기(140)를 분리하는 경우에는 냉온용기(140) 상에 구성된 냉온 전환스위치(150)를 통해 냉온 전환이 이루어질 수 있도록 한다.
전술한 바와 같은 냉온 전환스위치(150)의 구성은 보다 양호하게는 냉온용기(140)의 일측에 설치되는 것이 보다 양호하다 할 것이다. 즉, 냉온 전환스위치(150)를 미리 전환시킨 상태에서 용기고정홀더(130)에 냉온용기(140)를 장착하거나 용기고정홀더(130)로부터 냉온용기(140)를 분리하여 냉온 전환스위치(150)를 전환시켜 냉온의 전환이 이루어질 수 있도록 할 수가 있어 사용이 용이하다는 장점이 있기 때문이다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치에는 도 6 에 도시된 바와 같이 압전소자 모듈(110)을 통해 생산되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 축전지(120)에 축전되도록 하는 압전소자용 정류기(160)가 더 구성된다. 정류(整流)란 주기적으로 전기가 흐르는 방향이 바뀌는 교류를 전기가 항상 같은 방향으로 흐르는 상태의 직류로 변환하는 것을 말하며, 정류기(160)란 교류를 직류로 바꿔주는 소자(또는 장치)를 말한다.
한편, 전술한 바와 같은 직류는 직류 발전기 또는 전지를 사용하여 얻을 수 있으나 많은 경우 교류를 정류하여 직류를 얻는다. 현재는 주로 다이오드가 많이 사용되는데 다이오드는 그 특성이 한쪽 방향으로만 전류를 흘려주는 소자이다.
도 7 은 본 발명에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거의 다른 실시 예를 보인 측면 구성도, 도 8 은 도 1 과 도 7 을 포함하는 냉온용기 냉각/가열 장치의 회로 구성을 보인 블록도이다.
한편, 본 발명에 따른 구성에는 도 7 및 도 8 에 도시된 바와 같이 전기에너지를 생산하는 압전소자 모듈(110)에 더하여 자전거(10)의 핸들스템(12)이나 핸들바(14) 일측에 설치되어지되 태양광을 통해 전기에너지를 생산하여 축전지(120)에 전기에너지를 축전시키는 태양전지 모듈(170)이 더 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 구성에는 압전소자 모듈(110)과 태양전지 모둘(170)에 더하여 자전거(10)의 프레임(20) 하단에 구성되는 허브(26) 또는 후륜측 허브(26a)에 설치되어지되 로터축(184)의 양단에 페달(52)이 구성된 크랭크 암(60)을 연결하여 페달(62)의 답력이 발생시 로터축(184)의 회전에 의해 스테이터(182)와의 사이에 전자기유도작용에 의한 전기에너지의 생산이 이루어질 수 있도록 하는 발전기 모듈(180)이 더 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거(10)에는 태양전지 모듈(170)을 통해 생산되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 축전지(120)에 축전되도록 하는 태양전지용 정류기(160a)와 발전기 모듈(180)을 통해 생산되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 축전지(120)에 축전되도록 하는 발전기용 정류기(160b)가 더 구성되어진다.
아울러, 본 발명에 따른 기술에는 압전소자 모듈(110)과 태양전지 모듈(170) 및 발전기 모듈(180)에 의해 생산된 교류전원을 압전소자용 정류기(160)와 태양전지용 정류기(160a) 및 발전기용 정류기(160b)를 통해 직류전원으로 변환시킨 다음에는 직류전원의 전압을 필요한 평활성과 레벨로 변환시켜 축전지(120)에 저장되도록 하는 전압조정기(190)가 더 구성된다.
따라서, 도 7 및 도 8 에 도시된 바와 같이 전기에너지를 생산하는 수단으로 압전소자 모듈(110)과 태양전지 모듈(170) 및 발전기 모듈(180)이 구성되는 경우 압전소자용 정류기(160)와 태양전지용 정류기(160a) 및 발전기용 정류기(160b)를 통해 생산된 교류전원을 직류전원으로 변환시킨 다음에는 전압조정기(190)를 통해 압전소자 모듈(110)과 태양전지 모듈(170) 및 발전기 모듈(180)로부터 생산된 전원의 전압을 평활하게 한다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 기술은 압전소자(114)를 통해 생산되는 전기에너지를 축전시켜 용기고정홀더(130) 상에 장착되는 열전소자(142)를 이용한 냉온용기(140)에 전원을 공급하여 냉온용기(140)의 가열 또는 냉각을 통해 물을 가열하거나 냉각시킬 수가 있다.
본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
100. 냉각/가열 장치 110. 압전소자 모듈
120. 축전지 130. 용기고정홀더
132. 용기장착홈 134. 접속단자
140. 냉온용기 142. 열전소자
150. 냉온 전환스위치 160. 압전소자용 정류기
160a. 태양전지용 정류기 160b. 발전기용 정류기
170. 태양전지 모듈 180. 발전기 모듈
190. 전압조정기

Claims (15)

  1. 자전거의 주행 중에 상하 반복적으로 작용하는 자전거 라이더의 하중에 의한 압력을 통해 전기에너지를 생산하는 압전소자 모듈;
    상기 자전거의 프레임 일측에 설치 고정되어 상기 압전소자 모듈로부터 생산된 전기에너지를 축전시키는 축전지;
    상기 자전거의 프레임 일측에 설치 고정되어지되 내측 바닥에는 접속단자가 형성된 용기고정홀더;
    상기 용기고정홀더 상에 장착시 상기 접속단자와 전기적으로 접속되어 인가되는 전원에 의해 내부의 물을 냉각 또는 가열시키는 열전소자가 구비된 냉온용기;
    상기 열전소자에 인가되는 전류의 방향을 전환시켜 물의 냉각 또는 가열이 이루어지도록 냉온 전환스위치;
    상기 압전소자 모듈을 통해 생산되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 상기 축전지에 축전되도록 하는 압전소자용 정류기;
    상기 자전거의 핸들스템이나 핸들바 일측에 설치되어 태양광을 통해 전기에너지를 생산하여 상기 축전지에 전기에너지를 축전시키는 태양전지 모듈;
    상기 태양전지 모듈을 통해 생산되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 상기 축전지에 축전되도록 하는 태양전지용 정류기;
    상기 자전거의 프레임 하단에 구성되는 허브 또는 후륜측 허브에 설치되어 로터축의 양단에 페달이 구성된 크랭크 암을 연결하여 상기 페달의 답력이 발생시 상기 로터축의 회전에 의해 스테이터와의 사이에 전자기유도작용에 의한 전기에너지의 생산이 이루어질 수 있도록 하는 발전기 모듈;
    상기 발전기 모듈을 통해 생산되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 상기 축전지에 축전되도록 하는 발전기용 정류기; 및,
    상기 압전소자용 정류기와 태양전지용 정류기 및 발전기용 정류기에 의해 변환된 직류전원의 전압을 필요한 평활성과 레벨로 변환시켜 상기 축전지에 저장되도록 하는 전압조정기;를 포함하며,
    상기 압전소자 모듈은, 상기 자전거의 시트 하부와, 상기 프레임을 구성하는 시트튜브 상단에서 상기 시트를 고정 지지하게 되는 시트 포스트 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거.
  2. 삭제
  3. 자전거의 주행 중에 상하 반복적으로 작용하는 자전거 라이더의 하중에 의한 압력을 통해 전기에너지를 생산하는 압전소자 모듈;
    상기 자전거의 프레임 일측에 설치 고정되어 상기 압전소자 모듈로부터 생산된 전기에너지를 축전시키는 축전지;
    상기 자전거의 프레임 일측에 설치 고정되어지되 내측 바닥에는 접속단자가 형성된 용기고정홀더;
    상기 용기고정홀더 상에 장착시 상기 접속단자와 전기적으로 접속되어 인가되는 전원에 의해 내부의 물을 냉각 또는 가열시키는 열전소자가 구비된 냉온용기;
    상기 열전소자에 인가되는 전류의 방향을 전환시켜 물의 냉각 또는 가열이 이루어지도록 냉온 전환스위치;
    상기 압전소자 모듈을 통해 생산되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 상기 축전지에 축전되도록 하는 압전소자용 정류기;
    상기 자전거의 핸들스템이나 핸들바 일측에 설치되어 태양광을 통해 전기에너지를 생산하여 상기 축전지에 전기에너지를 축전시키는 태양전지 모듈;
    상기 태양전지 모듈을 통해 생산되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 상기 축전지에 축전되도록 하는 태양전지용 정류기;
    상기 자전거의 프레임 하단에 구성되는 허브 또는 후륜측 허브에 설치되어 로터축의 양단에 페달이 구성된 크랭크 암을 연결하여 상기 페달의 답력이 발생시 상기 로터축의 회전에 의해 스테이터와의 사이에 전자기유도작용에 의한 전기에너지의 생산이 이루어질 수 있도록 하는 발전기 모듈;
    상기 발전기 모듈을 통해 생산되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 상기 축전지에 축전되도록 하는 발전기용 정류기; 및,
    상기 압전소자용 정류기와 태양전지용 정류기 및 발전기용 정류기에 의해 변환된 직류전원의 전압을 필요한 평활성과 레벨로 변환시켜 상기 축전지에 저장되도록 하는 전압조정기;를 포함하며,
    상기 압전소자 모듈은 상기 자전거 앞바퀴의 회전중심인 허브에 지지되는 포크가 서스펜션 포크로 구성되는 경우 상기 서스펜션 포크의 내부에 장착되는 것을 특징으로 하는 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 축전지는 상기 용기고정홀더의 하부측에 일체로 구성된 것을 특징으로 하는 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 축전지는 상기 자전거의 프레임을 구성하는 시트튜브 또는 다운튜브 상에 설치 고정되는 것을 특징으로 하는 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 냉온 전환스위치는 상기 용기고정홀더 또는 냉온용기의 일측에 구성되거나 상기 용기고정홀더와 냉온용기의 일측에 각각 구성되어지되 자전거 라이더의 선택에 의해 전환되어 상기 냉온용기로 인가되는 전류의 방향이 전환되도록 하는 것을 특징으로 하는 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 냉온용기의 내부에는 별도의 배터리가 더 구성된 것을 특징으로 하는 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 냉온용기의 내부에 구성된 상기 배터리는 1회용 배터리 또는 충전용 배터리인 것을 특징으로 하는 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 냉온용기의 일측에는 충전용 케이블을 통해 상기 배터리를 충전시키는 충전포트가 더 구성된 것을 특징으로 하는 냉온용기 냉각/가열 장치가 구비된 자전거.
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