KR101873857B1 - 냉온 분리를 이용한 차량용 냉온장 컵홀더 - Google Patents

Abstract

음료용기가 컵홀더에 수납될 당시의 차가운 음료는 차가운 상태로 계속 유지하고, 뜨거운 음료는 뜨거운 상태로 계속 유지할 수 있도록 하는 냉온 분리를 이용한 차량용 냉온장 컵홀더를 제시한다. 그 컵홀더는 열전소자는 제1 및 제2 온도영역으로 구분하는 냉온분리 격벽에 부착되고, 제어부는 수납용기에 설치된 온도센서, 열전소자 및 블로워 팬과 전기적으로 연결되고, 제어부는 온도센서에 의해 측정된 수납용기에 수납되는 음료용기의 표면온도를 확인하여 제1 온도영역의 온도를 표면온도에 부합되도록 냉온 공기를 발생시키고, 블로워 팬에 의해 제1 온도영역의 냉온 공기를 유로, 덕트를 거쳐 수납용기에 공급된다.

Description

냉온 분리를 이용한 차량용 냉온장 컵홀더{Apparatus of cooling and heating cup for vehicle using separation of cooling and heating}

본 발명은 차량용 냉온장 컵홀더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전모듈의 냉온 분리를 이용하여, 수납된 음료의 온도를 유지하는 차량용 냉온장 컵홀더에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 냉온장 컵홀더는 차량 실내에 구비되어 수용된 음료용기를 가열 또는 냉각한다. 이렇게 함으로써, 차량의 주행 또는 정차 중에, 탑승자는 여름철에는 차가운 음료 그리고 겨울철에는 따뜻한 음료를 보관하여 마실 수 있다. 상기 냉온장은 대부분 열전소자가 활용된다. 열전소자는 전기저항의 온도변화, 온도차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과 및 전류에 의해 열의 흡수 또는 발생이 생기는 현상인 펠티에 효과를 이용한다. 특히, 차량용 냉온장에는 펠티에 효과를 활용한 소자가 사용된다. 펠티에 효과는 2종류의 금속 끝을 접속시키고 여기에 전류를 흘려보내면, 전류 방향에 따라 한쪽 단자는 흡열하고, 다른 쪽 단자는 발열을 일으키는 현상이다.

종래의 차량용 냉온장 컵홀더는 미국등록특허 제5,720,171호 등에서 열전도를 이용하여 컵홀더의 냉온장을 구현하도록 하고 있다. 하지만, 열전도만으로는 음료에 대한 열전달이 미흡하여, 냉온장이 신속하게 이루어지지 않는다. 열전도만 이용하는 냉온장 방식의 문제점을 해결하기 위하여, 국내등록특허 제1,534,584호, 국내공개특허 제2014-0066889호 등에서는 차량의 공조 장치를 활용하는 방안을 제시하고 있다. 그런데, 공조 장치에 의한 냉온장은 공조 장치의 작동할 때에만 냉온장 기능을 할 수 있으며, 차량 시동 또는 공조 장치의 작동이 중단되면 냉온장 기능을 수행할 수 없다.

종래의 냉온장 컵홀더는 수납된 음료가 뜨거우면 차갑게 하고, 차가우면 뜨겁게 하는 용도로 사용되고 있다. 이렇게 하면, 음료가 컵홀더에 수납될 당시의 차가운 음료는 차가운 상태로 계속 유지하고, 뜨거운 음료는 뜨거운 상태로 계속 유지할 수 없다. 즉, 종래의 컵홀더는 온/오프 스위치를 통하여 냉온장을 선택한다. 하지만, 음료가 담긴 음료용기의 표면온도를 확인하여 수납될 당시의 음료 온도를 계속 유지하는 기능이 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 음료용기가 컵홀더에 수납될 당시의 차가운 음료는 차가운 상태로 계속 유지하고, 뜨거운 음료는 뜨거운 상태로 계속 유지할 수 있도록 하는 냉온 분리를 이용한 차량용 냉온장 컵홀더를 제공하는 데 있다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 냉온 분리를 이용한 차량용 냉온장 컵홀더는 수납용기를 포함하는 수납부, 덕트, 유로, 열전소자를 포함하는 열전모듈, 제어부 및 블로워 팬을 포함하는 냉온장 컵홀더에 있어서, 상기 열전소자는 제1 및 제2 온도영역으로 구분하는 냉온분리 격벽에 부착되고, 상기 제어부는 상기 수납용기에 설치된 온도센서, 상기 열전소자 및 상기 블로워 팬과 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 제어부는 상기 온도센서에 의해 측정된 상기 수납용기에 수납되는 음료용기의 표면온도를 확인하여 상기 제1 온도영역에 상기 표면온도에 부합되도록 냉온 공기를 발생시키고, 상기 블로워 팬에 의해 상기 제1 온도영역의 냉온 공기를 상기 유로, 상기 덕트를 거쳐 상기 수납용기에 공급된다.

본 발명의 컵홀더에 있어서, 상기 수납용기의 개수는 적어도 하나일 수 있다. 상기 덕트는 상기 수납용기에 부착된다. 상기 유로는 상기 수납용기의 개수와 동일한 개수를 가지며, 각각의 유로에는 밸브가 설치될 수 있다. 상기 제어부는 상기 밸브와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 온도영역의 냉온 공기는 배기로를 통하여 외부로 방출된다. 상기 수납용기에는 서로 다른 온도를 가진 음료가 수납될 수 있다.

본 발명의 냉온 분리를 이용한 차량용 냉온장 컵홀더에 의하면, 음료의 온도에 따라 냉온장을 조절하도록 냉온 분리된 열전모듈을 활용함으로써, 음료용기가 수납될 당시의 차가운 음료는 차가운 상태로 계속 유지하고, 뜨거운 음료는 뜨거운 상태로 계속 유지할 수 있다. 또한, 수납용기에 장입되는 음료의 온도가 서로 다를 지라도, 열전소자로부터 발생하는 온도영역을 교대로 반복하여 수납용기마다 전달하면, 서로 다른 음료용기의 온도를 수납 당시 상태로 계속 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 냉온 분리를 이용한 차량용 냉온장 컵홀더를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 수납부를 나타내는 사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 한편, 상부, 하부, 정면 등과 같이 위치를 지적하는 용어들은 도면에 나타낸 것과 관련될 뿐이다. 실제로, 컵홀더는 임의의 선택적인 방향으로 사용될 수 있으며, 실제 사용할 때 공간적인 방향은 컵홀더의 위치 및 회전에 따라 변한다.

본 발명의 실시예는 음료의 온도에 따라 냉온장을 조절하도록 냉온 분리된 열전모듈을 활용함으로써, 음료용기가 수납될 당시의 차가운 음료는 차가운 상태로 계속 유지하고, 뜨거운 음료는 뜨거운 상태로 계속 유지할 수 있도록 하는 차량용 냉온장 컵홀더를 제시한다. 이를 위해, 수납될 당시의 음료의 온도를 확인하고, 상기 온도를 유지하도록 냉온 분리된 열전모듈을 구비한 냉온장 컵홀더의 구조를 상세하게 살펴보고, 상기 온도가 유지되는 과정을 구체적으로 설명하기로 한다. 여기서, 냉온장 컵홀더는 컵을 수납하는 수납부뿐 아니라 온도를 조절하는 수단, 예컨대 열전모듈을 포함하는 개념이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 냉온 분리를 이용한 차량용 냉온장 컵홀더를 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 도 2는 도 1의 수납부(10)를 나타내는 사시도이다. 이때, 열전모듈(40)은 설명의 편의를 위하여, 90도 회전한 상태를 부가하여 나타내었다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 컵홀더는 수납부(10), 덕트(20), 열전모듈(40), 제어부(50) 및 블로워 팬(60)을 포함하여 이루어진다. 수납부(10)는 음료가 담긴 병 또는 캔과 같은 음료용기가 수용되는 부분으로, 적어도 1개의 수납용기(11)를 포함한다. 도면에서는 2개의 수납용기(11)를 사례로 들었다. 경우에 따라, 2개보다 많은 수납용기(11)의 설치도 가능하다. 덕트(20)는 수납용기(11)에 부착되어 열전모듈(40)이 제공하는 냉온 공기가 유입되어 흐른다. 열전모듈(40)은 수납된 음료의 온도에 부합하도록 제어부(50)를 이용하여 냉온 조절을 한다. 블로워 팬(60)은 열전모듈(40)에서 제공하는 냉온 공기를 덕트(20) 방향으로 강제로 송풍시킨다.

수납용기(11)는 상기 음료용기가 수용되도록 움푹 패인 형상이다. 수납용기(11)는 다양한 재질이 가능하며, 플라스틱과 같이 열전달이 적은 재질이 보다 좋다. 열전달이 적으면, 수납용기(11) 내부의 열이 외부로 방출되어 발생하는 손실을 최대한으로 줄일 수 있다. 수납용기(11)의 내측에는 열전모듈(40)로부터 제공된 냉온 공기가 덕트(20)를 거쳐 배출되는 복수개의 관통홀(13)이 있다. 관통홀(13)의 크기, 위치 및 개수는 본 발명의 수납용기(11)의 크기, 형상 등을 고려하여 적절하게 설정된다. 또한, 수납용기(11)의 내측에는 수납되는 음료용기의 표면온도를 측정하는 온도센서(14)가 구비된다. 온도센서(14)에서 측정된 상기 음료용기의 표면온도가 본 발명의 실시예에 적용되는 음료의 온도로 간주된다. 온도센서(14)는 다양한 방식이 적용될 수 있으며, 적외선 센서가 바람직하다. 온도센서(14)는 제어부(50)에 연결된다.

수납용기(11)는 덮개(12)로 덮이며, 덮개(12)의 상면에는 각각의 수납용기(11)의 온도 상태를 유지하도록 결정하는 ON/OFF 스위치(16)가 위치한다. 구체적으로, 음료가 담긴 음료용기가 수납용기(11)가 장입되면, ON/OFF 스위치(16)를 ON 상태로 전환하여, 상기 음료용기의 온도를 유지하는 제어를 시작한다. 여기서, 상기 음료용기의 온도는 음료의 온도를 나타내는 것으로, 실질적으로는 음료용기의 표면온도라고 할 수 있다. 경우에 따라, ON/OFF 스위치(16)가 없이, 제어부(50)를 이용하여 직접 온도 유지 과정을 수행할 수 있다. 덮개(12)의 측면에는 덕트(20)를 고정하기 위한 덕트 고정부(15)가 배치된다. 덕트 고정부(15)는 덕트(20)를 고정하는 수단, 예를 들어 나사 등으로 고정하며, 고정하는 방법은 굳이 제한되지 않는다.

덕트(20)의 내부는 냉온 공기가 흐를 수 있는 공간이 존재하며, 덕트(20)를 유동하는 냉온 공기는 관통홀(13)을 통하여, 수납용기(11)의 내부로 전달된다. 덕트(20)의 일측에는 제1 및 제2 유로(30, 31)과 연통되는 연통구멍(21)이 있다. 즉, 덕트(20)는 연통구멍(21) 및 관통홀(13)을 제외하고는 막힌 상태이다. 열전모듈(40)로부터의 냉온 공기는 제1 및 제2 유로(30, 31), 연통구멍(21) 및 관통홀(13)을 거쳐 수납용기(11)로 유입된다. 도면에서의 제1 및 제2 유로(30, 31)는 수납용기(11)가 2개이므로, 거기에 부합하여 2개의 유로로 제시된 것이다. 만일, 수납용기(11)가 1개이라면, 1개의 유로가 적용된다. 경우에 따라, 제1 및 제2 유로(30, 31)의 각각에는 밸브(30a, 31a)가 존재하여, 냉온 공기의 흐름을 단속할 수 있다. 물론, 밸브(30a, 31a)를 채용하지 않고, 제어부(50)에서 냉온 공기의 흐름을 직접 단속할 수도 있다. 특히, 수납용기(11)가 1개이면, 상기 밸브는 필요하지 않다.

열전모듈(40)은 열전소자(thermoelectric element, 41) 및 방열핀(42)으로 구성되며, 케이스(34)의 내부에 장착된다. 여기서, 열전소자(41)는 두 종류의 도체를 결합하고 전류를 흐르도록 할 때, 한쪽의 접점은 발열하여 온도가 상승하고 다른 쪽의 접점에서는 흡열하여 온도가 낮아지는 현상인 펠티어 효과(Peltier effect)를 이용하는 소자이다. 방열핀(42)은 알루미늄을 허니콤 형태로 제작한 후 절개하여 핀 형태(fin type) 또는 압출하여 만든 것을 사용할 수 있고, 방열핀(42)은 빗살 형태 또는 스파이럴 형태를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 핀 형태의 방열핀(42)을 제시하였으나, 본 발명의 범주 내에서 다양한 형태가 가능하다는 것은 자명하다.

열전소자(41)은 냉온분리 격벽(33)에 의해 구분된다. 냉온분리 격벽(33)으로 인하여, 케이스(34)의 내부는 제1 온도영역(a) 및 제2 온도영역(b)로 나뉜다. 여기서, 제1 및 제2 온도영역(a, b)의 온도는 상대적으로 결정된다. 즉, 제1 온도영역(a)의 온도가 상대적으로 높으면 제2 온도영역(b)의 온도는 낮다. 제1 및 제2 온도영역(a, b)의 온도는 수납용기(11)에 수용되는 음료용기의 온도가 상대적으로 낮으면, 제1 온도영역(a)의 온도는 상대적으로 낮고 제2 온도영역(b)의 온도는 상대적으로 높다. 제2 온도영역(b)을 흐르는 냉온공기는 본 발명의 실시예에 의한 온도 제어와는 무관하므로, 배기로(32)를 통하여 외부로 방출된다. 다시 말해, 본 발명에 활용되는 냉온 공기는 제1 온도영역(a)을 흐르며, 앞에서 설명한 제1 및 제2 유로(30, 31)를 통하여 수납용기(11)에 유입된다.

선택적으로, 블로워 팬(60)으로 흡입되는 공기는 깔대기 형태의 집속부(61)에 의해 집속될 수 있다. 만일, 집속부(61)가 없으면, 공기의 흐름을 방해하는 사각이 존재할 수 있어서, 수납용기(11)로의 냉온 공기가 안정되게 흐르지 않을 수 있다. 제어부(50)는 온도센서(14), 열전소자(41) 및 블로워 팬(60)에 전기적으로 연결되며, 필요한 경우, 제1 및 제2 밸브(30a, 30b)와도 연결될 수 있다. 제어부(50)는 음료용기가 수납용기(11)에 수납될 당시의 차가운 음료는 차가운 상태로 계속 유지하고, 뜨거운 음료는 뜨거운 상태로 계속 유지할 수 있도록 한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 냉온 분리를 이용한 차량용 냉온장 컵홀더에 수납된 음료의 온도를 제어하는 과정을 사례로 들어 설명하기로 한다. 이때, 수납용기(11)에 수납되는 음료용기의 표면온도가 상대적으로 차가운 온도, 예를 들어 10도라고 가정하기로 한다. 상기 10도는 마실 때, 차가움을 느낄 수 있는 온도로 차가운 온도라고 할 수 있다. 상기 10도는 음료용기의 표면온도이지만, 음료용기에 담겨진 음료의 온도라고 간주된다. 차가운 음료용기가 수납용기(11)에 장입되면, 온도센서(14)는 음료용기의 표면온도를 측정하여 제어부(50)로 보낸다. 이때, 제어부(50)를 가동하기 위하여 ON/OFF 스위치(16)를 ON 상태로 전환할 수 있다. 물론, 앞에서 설명한 바와 같이, ON/OFF 스위치(16)가 없이, 제어부(50)에서 직접 ON 상태를 구현할 수도 있다.

제어부(50)는 열전소자(41) 및 블로워 팬(60)을 가동하여, 제1 온도영역(a)에 상기 10도에 부합하는 냉풍을 발생시킨다. 이때, 제2 온도영역(b)에는 음료의 온도를 10도로 유지하는 온도와는 무관하므로, 배기로(32)를 통하여 외부로 방출된다. 제1 온도영역(a)에서 발생한 냉풍은 제1 및 제2 유로(30, 31), 덕트(20) 및 관통홀(13)을 거쳐 수납용기(11)에 유입되어, 음료용기의 온도를 수납된 상태의 온도로 계속 유지시킨다. 만일, 상기 음료용기가 수납용기(11)의 어느 하나에만 투입된다면, 상기 제1 및 제2 유로(30, 31)에 위치하는 밸브(30a, 31a)의 어느 하나만 개방될 수 있다. 만일, 상기 음료용기가 두 군데의 수납용기(11) 모두에 투입된다면, 밸브(30a, 31a)를 모두 개방할 수 있다. 이와 같이, 수납용기(11)의 개수, 수납되는 음료용기의 개수에 따라, 밸브(30a, 31a)의 동작은 적절하게 조절된다.

경우에 따라, 복수개의 수납용기(11)의 일부는 차가운 음료, 다른 수납용기(11)의 뜨거운 음료가 수납될 수 있다. 예컨대, 일부 수납용기(11)는 10도, 다른 수납용기(11)는 30도의 음료용기가 수납된다면, 제1 온도영역(a)의 온도는 10도에 부합되는 온도, 30도에 부합되는 온도가 교대로 반복될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 밸브(30a, 31a)는 각각의 온도에 따라 냉풍 및 온풍을 수납용기(11)에 전달되도록 여닫이가 조절된다. 도면에서, 10도에 해당하는 음료용기가 제1 유로(30) 쪽에 수납되고, 30도에 해당하는 음료용기가 제2 유로(31) 쪽에 수납되었다고 가정하기로 한다. 상기 10도의 음료 온도를 유지하기 위하여, 제1 영역(a)에 상기 10도에 부합하는 냉풍을 발생시키고, 제1 밸브(30a)를 개방한다. 이어서, 제1 영역(a)에 상기 30도에 부합하는 온풍을 발생시키고, 제1 밸브(30a)는 닫고 제2 밸브(31a)를 개방한다. 이와 같은 과정을 반복하면, 차가운 음료 및 뜨거운 음료의 온도를 동시에 계속 유지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 냉온 분리를 이용한 차량용 냉온장 컵홀더는 열전소자로부터 발생하는 온도영역을 냉온분리 격벽으로 분리한 다음, 분리된 격벽의 일측 온도영역의 냉온 공기를 수납용기에 전달하여, 음료용기가 수납될 당시의 차가운 음료는 차가운 상태로 계속 유지하고, 뜨거운 음료는 뜨거운 상태로 계속 유지할 수 있다. 또한, 수납용기에 장입되는 음료의 온도가 서로 다를 지라도, 열전소자로부터 발생하는 제1 온도영역의 냉온 공기를 교대로 반복하여 수납용기마다 전달하면, 서로 다른 음료용기의 온도를 수납 당시 상태로 계속 유지할 수 있다.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10; 수납부 11; 수납용기
12; 덮개 13; 관통홀
14; 온도센서 15; 덕트 고정부
16; ON/OFF 스위치 20; 덕트
21; 연통구멍
30, 31; 제1 및 제2 유로
30a, 30b; 제1 및 제2 밸브
32; 배기로 33; 냉온분리 격벽
34; 케이스 40; 열전모듈
41; 열전소자 42; 방열핀
50; 제어부 60; 블로워 팬
61; 집속부
a, b; 제1 및 제2 온도영역

Claims (7)

1. 수납용기를 포함하는 수납부, 덕트, 유로, 열전소자를 포함하는 열전모듈, 제어부 및 블로워 팬을 포함하는 냉온장 컵홀더에 있어서,
   상기 열전소자는 제1 및 제2 온도영역으로 구분하는 냉온분리 격벽에 부착되고,
   상기 제어부는 상기 수납용기에 설치된 온도센서, 상기 열전소자 및 상기 블로워 팬과 전기적으로 연결되며,
   상기 제어부는 상기 온도센서에 의해 측정된 상기 수납용기에 수납되는 음료용기의 표면온도를 확인하여 상기 제1 온도영역에 상기 표면온도에 부합되도록 냉온 공기를 발생시키고, 상기 블로워 팬에 의해 상기 제1 온도영역의 냉온 공기를 상기 유로, 상기 덕트를 거쳐 상기 수납용기에 공급하고,
   상기 유로는 상기 수납용기의 개수와 동일한 개수를 가지며, 각각의 유로에는 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 냉온 분리를 이용한 차량용 냉온장 컵홀더.
2. 제1항에 있어서, 상기 수납용기의 개수는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 냉온 분리를 이용한 차량용 냉온장 컵홀더.
3. 제1항에 있어서, 상기 덕트는 상기 수납용기에 부착되는 것을 특징으로 하는 냉온 분리를 이용한 차량용 냉온장 컵홀더.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 밸브와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 냉온 분리를 이용한 차량용 냉온장 컵홀더.
6. 제1항에 있어서, 상기 제2 온도영역의 냉온 공기는 배기로를 통하여 외부로 방출되는 것을 특징으로 하는 냉온 분리를 이용한 차량용 냉온장 컵홀더.
7. 제1항에 있어서, 상기 수납용기에는 서로 다른 온도를 가진 음료가 수납되는 것을 특징으로 하는 냉온 분리를 이용한 차량용 냉온장 컵홀더.

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