KR101930867B1

KR101930867B1 - 냉동공조장치에 설치가능한 열회수용 열전모듈 및 이를 포함하는 냉동공조장치

Info

Publication number: KR101930867B1
Application number: KR1020160120604A
Authority: KR
Inventors: 임현의; 오선종; 김완두; 이덕규
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2018-12-20
Also published as: KR20180032237A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 압축기, 응축기, 팽창밸브, 및 증발기 사이에서 냉매가 순환하는 냉동 사이클을 갖는 냉동공조장치에서 상기 냉매가 흐르는 배관에 설치가능한 열회수용 열전모듈로서, 상기 열회수용 열전모듈이 열전소자, 상기 열전소자의 제1 면에 부착된 히트싱크부, 및 상기 열전소자의 제2 면에 부착된 콜드싱크부를 포함하고, 상기 히트싱크부가, 상기 배관이 관통하며 제1 면이 상기 열전소자의 제1 면과 부착되도록 평면 형상을 갖는 집열판 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 열회수용 열전모듈을 제공한다.

Description

냉동공조장치에 설치가능한 열회수용 열전모듈 및 이를 포함하는 냉동공조장치 {Thermoelectric module for heat recovery attachable to refrigerating and air conditioning apparatus}

본 발명은 열회수용 열전모듈 및 이를 포함하는 냉동공조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 냉공조장치에 설치할 수 있는 열회수용 열전모듈 및 이를 포함하는 냉동공조장치에 관한 것이다.

냉동공조장치는 냉매가 순차적으로 압축, 응축, 팽창, 및 증발하는 냉각 사이클을 거치도록 하고 이 과정에서 기체(예컨대 공기)나 액체를 냉각시키기 위한 장치이고, 이 때 냉동공조장치에서 발생하는 열은 재사용되거나 회수되지 않고 버려지는 것이 일반적이었다. 더욱이 이러한 열은 바깥으로 배출되어 주변의 온도를 높여 불쾌감을 느끼게 하거나 위생상에 문제를 일으킬 수도 있다.

이에 대해, 에너지 효율을 높이기 위해 냉동공조장치에서 발생하는 열을 회수하는 기술이 점차 개발되고 있다. 예를 들어 양쪽면에 온도차가 있을 때 전류를 생성하는 특성을 갖는 열전소자를 이용하는 방법이 개시되었고, 예컨대 특허문헌1은 열전소자를 냉동시스템에 적용한 기술을 개시하였고, 특허문헌2는 열전소자를 보일러 연통에 설치하여 전류를 생산하는 구성을 개시하였다.

그러나 열전소자를 냉동공조장치에 적용한 종래 기술은 예컨대 에어컨 실외기의 뜨거운 공기의 열에너지를 이용하는 경우가 많았고, 에어컨이나 냉장고 등의 냉매용 배관은 직경이 작아서 열전소자를 냉매용 배관 표면에 밀착시켜 결합하기 곤란하다는 문제가 있었다.

특허문헌1: 한국 공개특허공보 제2008-0071996호 (2008년 8월 5일 공개) 특허문헌2: 한국 공개특허공보 제2012-0133452호 (2012년 12월 11일 공개)

본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉동공조장치의 냉매용 배관에 직접 설치 가능한 열회수용 열전모듈을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉동공조장치의 냉매용 배관에 설치하여 냉매의 열에너지를 이용하여 전류를 생성함으로써 에너지 효율을 향상시키고 열에너지가 회수되어 덜 데워진 바람을 내보낼 수 있는 열회수용 열전모듈을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 압축기, 응축기, 팽창밸브, 및 증발기 사이에서 냉매가 순환하는 냉동 사이클을 갖는 냉동공조장치에서 상기 냉매가 흐르는 배관에 설치가능한 열회수용 열전모듈로서, 상기 열회수용 열전모듈이 열전소자, 상기 열전소자의 제1 면에 부착된 히트싱크부, 및 상기 열전소자의 제2 면에 부착된 콜드싱크부를 포함하고, 상기 히트싱크부가, 상기 열전소자의 제1 면과 결합되어 내부에 상기 배관이 통과할 수 있는 공간을 가지며 상기 배관이 유입되는 배관 유입구와 배관이 유출되는 배관 유출구가 형성된 단열재 덮개를 포함하고, 상기 단열재 덮개 내부에 배치되는 상기 배관은 상기 열전소자의 제1 면과 열적으로 접촉하며 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 열회수용 열전모듈을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉동공조장치의 냉매용 배관에 쉽게 부착할 수 있도록 열회수용 열전모듈을 구성하여 기존의 냉동공조장치에도 쉽게 탈착할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉동공조장치의 냉매용 배관에 설치하여 냉매의 열에너지를 이용하여 전류를 생성함으로써 에너지 효율을 향상시키고 열에너지가 회수되어 덜 데워진 바람을 내보낼 킬 수 있는 이점이 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열회수용 열전모듈의 사시도,
도2는 일 실시예에 따른 열회수용 열전모듈의 단면도,
도3(a) 및 도3(b)는 집열판 부재를 설명하기 위한 도면,
도4는 일 실시예에 따른 콜드싱크부를 설명하기 위한 도면,
도5는 대안적 실시예에 따른 콜드싱크부를 설명하기 위한 도면,
도6은 또 다른 대안적 실시예에 따른 콜드싱크부를 설명하기 위한 도면,
도7은 일 실시예에 따른 열회수용 열전모듈이 복수개 배열된 구조를 설명하기 위한 도면,
도8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열회수용 열전모듈의 사시도,
도9는 제2 실시예에 따른 열회수용 열전모듈의 히트싱크부를 설명하기 위한 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 구성요소간의 위치 관계를 설명하기 위해 사용되는 '상부(위)', '하부(아래)', '좌', '우' 등의 표현은 절대적 기준으로서의 방향을 의미하지 않고 각 도면의 참조할 때의 설명의 편의를 위한 상대적 의미를 뜻한다. 그러므로 이하에서 언급되는 위치관계를 나타내는 표현들은 각각의 도면을 참조하여 설명할 때의 해당 도면에서의 상대적 위치관계를 나타내는 것임을 이해할 것이다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열회수용 열전모듈(100)의 사시도이고 도2는 열회수용 열전모듈의 단면도이다.

일 실시예에서 본 발명의 열회수용 열전모듈(100)은 임의의 냉동공조 장치에 설치될 수 있다. 냉동공조장치는 예를 들어 냉장고, 에어컨 등을 의미할 수 있다. 냉동공조장치는 예컨대 압축기, 응축기, 팽창밸브, 및 증발기를 구성요소로서 포함할 수 있고, 냉매가 이들 구성요소 사이에서 순환하는 냉동 사이클을 가짐으로써 유체(공기 또는 액체)를 냉각시킬 수 있다.

이러한 일반적인 냉동공조장치에 대해, 본 발명의 열회수용 열전모듈(100)은 냉매가 흐르는 배관에 설치될 수 있다. 예를 들어 열회수용 열전모듈(100)은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 및 증발기 사이를 연결하며 냉매가 흐르는 배관에 설치될 수 있으며, 구체적인 일 예로서, 도시한 실시예에서는 열회수용 열전모듈(100)이 냉동공조 장치의 압축기와 응축기 사이를 연결하는 배관(45)에 설치된다고 가정한다.

도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 열회수용 열전모듈(100)은 열전소자(10), 이 열전소자(10)의 제1 면에 부착된 히트싱크부(20), 및 열전소자(10)의 제2 면에 부착된 콜드싱크부(30)를 포함한다.

열전소자(10)는 내부에 다수의 P형 열전 반도체와 다수의 N형 열전 반도체가 교대로 배열되고 평판형 구조를 갖는 부재일 수 있고, 제벡 효과(Seebeck effect)에 따라, 열전소자(10)의 양쪽면에 온도차가 발생하면 이 온도차에 의해 열전소자(10)에 전류가 흐르게 된다.

열전소자(10)의 제1 면(도2에서 열전소자(10)의 상부 표면)에는 히트싱크부(20)가 배치된다. 일 실시예에서 히트싱크부(20)는 집열판 부재(21) 및 단열재(22)를 포함할 수 있다.

집열판 부재(21)는 냉동공조장치의 배관(45)이 관통할 수 있는 구조를 가진다. 집열판 부재(21)의 한쪽 면(도2에서 하부 표면)은 열전소자(10)의 제1 면에 부착하여 열적으로 연결되고, 이에 따라 집열판 부재(21)는 배관(45) 내부를 흐르는 고온의 냉매로부터 열에너지를 열전소자(10)로 전달할 수 있다. 바람직하게는 집열판 부재(21)는 금속 등의 열전도성이 우수한 재질로 형성될 수 있다.

도3a 및 도3b는 집열판 부재(21)를 구현하는 2가지 예시적 구성을 나타낸다. 우선 도3a를 참조하면, 일 실시예에 따른 집열판 부재(21)는 파이프 형상의 배관(45)을 중심으로 좌우로 분리되는 서브 부재(211,212)로 구성된다. 각 서브 부재(211,212)의 하부면은 평평하게 형성되고 일 측면은 배관(45)과 맞물리도록 오목한 곡면 형상을 가진다. 이에 따라 배관(45)의 좌우에서 두 개의 서브 부재(211,212)가 결합됨으로써 배관(45)이 집열판 부재(21)에 의해 둘러싸이게 된다.

이러한 도3a의 구성에 따르면, 서브 부재(211,212)를 냉동공조장치의 기설치된 배관(45)에 결합함으로써 열전모듈(100)을 쉽게 설치할 수 있고 또한 탈거하는 것도 용이하기 때문에, 본 발명의 열회수용 열전모듈(100)을 기존 냉동공조장치에 탈착할 수 있는 이점이 있다.

한편 도3b의 대안적 실시예에 따르면, 집열판 부재(21)는 하부가 평평하고 단면이 삼각형 형태를 갖는 블록으로 구성된다. 집열판 부재(21)는 냉매가 흐를 수 있는 관통구(213)를 포함한다. 구체적으로, 집열판 부재(21)의 길이방향을 따라 제1 측면에서 이와 마주보는 제2 측면까지 관통구(213)가 형성된다.

일 실시예에서 관통구(213)의 양쪽 출구에 배관(45)이 각각 연결되어서 냉매가 관통구(213) 안으로 직접 흐를 수 있고, 대안적으로, 관통구(213) 내에 배관(45)이 삽입되고 이 배관(45) 내부로 냉매가 흐르도록 구성할 수도 있다. 이 경우 열전도 효율을 높이기 위해 관통구(213)의 내경이 배관(45)의 외경과 동일한 치수를 갖도록 하여 관통구(213)와 배관(45)를 밀착하여 결합하는 것이 바람직하다.

일 실시예에서 집열판 부재(21)와 열전소자(10) 사이의 결합, 서브 부재(211,212)와 배관(45)의 결합, 및/또는 관통구(213)와 배관(45)의 결합을 위해 열전도성이 우수한 열접착제를 사용하여 접합할 수 있다. 열접착제는 예를 들어 실온에서 경화되는 열전도성 실리콘 접착제를 사용할 수 있다.

도시한 실시예에서는 집열판 부재(21)의 중앙부, 즉 배관(45)이 관통하는 영역의 단면의 높이가 다른 영역(즉 배관(45)이 관통하지 않는 영역)의 단면 높이보다 높아서 단면이 삼각형 형상을 가지는 것으로 도시하였다. 그러나 대안적 실시예에서 단면이 삼각형 외에 다른 형상을 가질 수도 있다. 예를 들어 집열판 부재(21)의 배관(45)이 관통하지 않는 영역의 단면 높이가 배관(45)이 관통하는 영역의 단면 높이보다 낮아서 집열판 부재(21)의 상부면이 임의의 요철 형상을 가지도록 구성될 수 있다.

다시 도1과 도2를 참조하면, 단열재(22)는 집열판 부재(21)의 양쪽면 열전소자(10)에 부착되는 면에 대향하는 면(즉 도2에서 집열판 부재(21)의 상부면)에 부착된다. 도시한 것처럼 단열재(22)는 집열판 부재(21)의 상부면의 요철 형상에 맞물리는 요철 형상을 가짐으로써 단열재(22)가 집열판 부재(21)에 밀착하여 부착될 수 있는 구성을 가진다.

이와 같이 집열판 부재(21)의 한쪽 면에 열전소자(21)가 부착되고 이의 대향하는 면에 단열재(22)가 부착되도록 구성함으로써, 집열판 부재(21)가 냉동공조장치의 냉매에서 집열판 부재(21)로 전달된 열이 열전소자(10)가 있는 쪽 외의 방향으로는 전달되지 않고 열전소자(10)측으로만 전달되도록 하여 열전소자(10)의 양쪽 표면간 높은 온도차를 유지할 수 있고 전류 발생 효율을 높일 수 있다.

한편 열전소자(10)의 제2 면(도2에서 열전소자의 하부면)에는 콜드싱크부(30)가 부착되어 있다. 도시한 실시예에서 콜드싱크부(30)는 방열판(31) 및 복수개의 방열핀(32)을 포함할 수 있다. 방열판(31)은 열전소자(10)의 제2 면과 부착되는 제1 면(즉 방열판(31)의 상부면) 및 이와 대향하는 제2 면(즉 방열판(31)의 하부면)을 갖는 평판 형상일 수 있다. 복수개의 방열핀(32)의 각각은 방열판(31)의 제2 면에서 수직으로 돌출되는 형상이다. 방열판(31) 및 방열핀(32)의 각각은 열에너지를 잘 전달할 수 있도록 금속과 같은 열전도성 재료로 형성될 수 있다.

이상과 같은 구성에 따르면, 냉동공조장치에서 고온의 냉매가 배관(45)을 따라 흐를 때 냉매의 열에너지가 집열판 부재(21)를 통해 열전소자(10)의 제1 면(상부 표면)으로 전달되고, 이에 따라 열전소자(10)의 제1 면(상부면)과 제2 면(하부면) 사이에 온도차가 발생하게 되고 이 온도차에 의해 열전소자(10)에 전류가 생성된다.

생성된 전류는 열전소자(10)에 연결된 도선(도시 생략)을 통해 열회수용 열전모듈(100) 외부의 임의의 전자회로로 보내어져 회로를 구동하는 전원으로 사용될 수 있다. 예컨대 이 생성된 전류는 냉동공조장치의 팬이나 디스플레이 등 장치 일부를 구동하는 전원으로 공급될 수 있다.

이제 도4 내지 도6을 참조하여 콜드싱크부(30)의 대안적 실시예에 대해 설명하기로 한다.

도4는 일 실시예에 따른 콜드싱크부를 설명하기 위한 도면으로, 도1 및 도2에 도시한 열회수용 열전모듈(100)과 비교할 때, 도4의 열회수용 열전모듈(200)의 열전소자(10), 히트싱크부(20), 및 콜드싱크부(30)의 각 구성은 도1과 도2의 열회수용 열전모듈(100)의 각 구성요소(10,20,30)와 동일 또는 유사한 구성을 가지며, 이들 구성요소(10,20,30)에 대해서는 설명을 생략한다.

다만 도4의 실시예에서 콜드싱크부(30)는 열회수용 열전모듈(200) 외부의 임의의 부재(40)와 열적으로 접촉하도록 구성된다. 예를 들어 이 부재(40)는 냉동공조장치의 외부 케이스일 수 있다. 예컨대 냉동공조장치가 에어컨인 경우 실외기의 케이스일 수 있고, 냉장고인 경우 냉장고 본체 케이스 등이 될 수 있다. 전류 생성을 위해 열전소자(10)의 제1 면(열전소자의 상부면)과 제2 면(열전소자의 하부면)의 온도차를 크게 유지하는 것이 바람직하므로, 이 부재(40)는 열전소자(10)의 제1 면과 온도차가 많이 나는 부재인 것이 바람직하다.

도5는 대안적 실시예에 따른 콜드싱크부를 설명하기 위한 도면으로, 도1 및 도2에 도시한 열회수용 열전모듈(100)과 비교할 때, 도5의 열회수용 열전모듈(300)의 열전소자(10), 히트싱크부(20), 및 콜드싱크부(30)는 도1과 도2의 열회수용 열전모듈(100)의 각 구성요소(10,20,30)와 동일 또는 유사한 구성을 가지므로 이들 구성요소(10,20,30)에 대해서는 설명을 생략한다.

도5의 실시예에서 열회수용 열전모듈(300)은 콜드싱크부(30) 측에 배치된 수조(50)를 더 포함한다. 도시한 실시예에서 수조(50)는 콜드싱크부(30)의 방열핀(32)에 인접하여 배치되며 냉각수를 저장할 수 있다. 열전소자(10) 양면의 온도차를 크게 유지하기 위해, 냉각수는 가능하면 저온의 액체인 것이 바람직하다. 예를 들어 냉동공조장치의 냉매의 증발시 주위 공기의 응축에 의해 발생하는 물을 냉각수로 이용할 수 있다.

도6은 또 다른 대안적 실시예에 따른 콜드싱크부를 설명하기 위한 도면으로, 도1 및 도2에 도시한 열회수용 열전모듈(100)과 비교할 때, 도5의 열회수용 열전모듈(400)의 열전소자(10)와 히트싱크부(20)의 구성이 도1과 도2의 열회수용 열전모듈(100)의 각 구성요소(10,20)와 동일 또는 유사하므로 이들 구성요소(10,20)에 대해서는 설명을 생략한다. 그러나 도6의 실시예에 따른 열회수용 열전모듈(400)의 콜드싱크부(60)는 도1 및 도2의 열회수용 열전모듈(100)의 콜드싱크부(30)의 구성과 상이하다.

도6을 참조하면, 일 실시예에 따른 콜드싱크부(60)는 방열판(61), 방열핀(62), 및 수조(63)를 포함한다. 방열판(61)은 열전소자(10)의 제2 면과 부착되는 제1 면(즉 방열판(61)의 상부면) 및 이와 대향하는 제2 면(즉 방열판(61)의 하부면)을 갖는 평판 형상일 수 있다. 수조(63)는 방열판(61)과 일체로 결합되어 내부에 냉각수를 저장할 수 있는 밀폐공간을 형성할 수 있다.

복수개의 방열핀(62)의 각각은 방열판(61)의 제2 면에서 밀폐공간 내부를 향해 수직으로 돌출되는 형상을 가질 수 있다. 방열판(61)과 수조(63)에 의해 형성된 내부공간에 냉각수가 저장된 상태에서, 바람직하게는 방열핀(62)이 이 냉각수에 접촉하도록 구성된다.

방열판(61), 방열핀(62), 및 수조(63)의 각각은 열에너지를 잘 전달할 수 있도록 금속과 같은 열전도성 재료로 형성될 수 있다. 방열판(61), 방열핀(62), 및 수조(63)는 각각 별개로 제조된 후 결합되어 일체로 형성될 수도 있고, 최초 제작시부터 일체형으로 제작될 수도 있다.

열전소자(10) 양면의 온도차를 크게 유지하기 위해 냉각수는 가능하면 저온의 액체인 것이 바람직하고, 예를 들어 냉동공조장치의 냉매의 증발시 주위 공기의 응축에 의해 발생하는 물을 냉각수로 이용할 수 있다.

또한 콜드싱크부(60)는 내부 공간에 냉각수를 주입하기 위한 주입구(65) 및 내부의 냉각수를 외부로 배출하기 위한 배출구(66)를 더 포함할 수 있다. 냉동공조장치의 냉매 증발시 공기 응축에 의해 발생하는 물을 냉각수로 사용하는 경우, 냉동공조장치 내에서 공기가 응축하여 물방울이 생성 되는 부위에 예컨대 물받침대를 설치하고, 이 물받침대와 콜드싱크부(60)의 주입구(65) 사이를 냉각수용 배관(도시 생략)으로 연결하도록 구성할 수 있다.

이상과 같이 도4 내지 도6에 도시한 열회수용 열전모듈(200,300,400)에 따르면, 콜드싱크부(30,60)를 저온의 케이스나 냉각수에 열적으로 접촉시키도록 구성하여 열전소자(10) 양쪽면의 온도차를 더 크게 유지하도록 하였으므로 열전소자(10)의 전류 생산 효율을 더 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

도7은 일 실시예에 따른 열회수용 열전모듈이 복수개 배열된 구조를 설명하기 위한 도면으로, 제1 실시예에 따른 3개의 열회수용 열전모듈(100)이 배관(45)을 따라 설치된 구성을 나타낸다. 이와 같이 냉동공조장치의 냉각 사이클을 따라 설치된 냉매용 배관(45)의 임의의 위치에 본 발명에 따른 열회수용 열전모듈(100)을 다수개 설치할 수 있으며, 구체적 실시 형태에 따라 설치 위치나 개수를 자유롭게 설정할 수 있다. 또한 도면에서는 제1 실시예에 따른 열회수용 열전모듈(100)을 도시하였지만, 도4 내지 도6의 대안적 실시예들의 열회수용 열전모듈(200,300,400)도 배관(45)을 따라 복수개 설치할 수 있음은 물론이다.

이제 도8과 도9를 참조하여 제2 실시예에 따른 열회수용 열전모듈(500)을 설명하기로 한다. 도8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열회수용 열전모듈의 사시도이고 도9는 히트싱크부를 설명하기 위한 분해 사시도이다.

도1의 열회수용 열전모듈(100)과 비교할 때, 도8의 열회수용 열전모듈(500)의 열전소자(10)와 콜드싱크부(30)는 도1의 열회수용 열전모듈(100)의 각 구성요소(10,30)와 동일 또는 유사하므로 이들 구성요소(10,30)에 대해서는 설명을 생략한다.

그러나 도8의 실시예에 따른 열회수용 열전모듈(500)의 히트싱크부(70)는 열전소자(10)의 제1 면(상부면)에 열적으로 접촉하여 결합된 배관(45) 및 이 배관(45)의 측면과 상부를 덮는 단열재 덮개(71)를 포함할 수 있다.

단열재 덮개(71)는 열전소자(10)의 제1 면과 결합되어 내부에 배관(45)이 통과할 수 있는 공간을 가지며, 배관(45)이 유입되는 배관 유입구(72)와 배관이 유출되는 배관 유출구(73)가 형성되어 있다. 도시한 실시예에서 배관 유입구(72)는 단열재 덮개(71)의 일 측면에 형성되고 배관 유출구(73)는 단열재 덮개(71)의 상면에 형성되어 있다. 그러나 구체적 실시 형태에 따라 배관 유입구(72)와 유출구(73)의 위치나 형상이 달라질 수 있음은 물론이다.

또한 일 실시예에서 히트싱크부(70)는 열전도성 판재(75)를 더 포함할 수 있다. 열전도성 판재(75)는 예컨대 열전도성이 우수한 임의의 금속 재질의 금속판으로 구현될 수 있다. 열전도성 판재(75)는 열전소자(10)의 상면(제1 면)을 덮을 정도로 열전소자의 상면과 거의 동일한 넓이를 가질 수 있다. 열전도성 판재(75)는 열전소자(10)의 상면에 부착되고, 그 후 열전도성 판재(75) 위에 배관(45)이 부착될 수 있다.

이와 같이 열전도성 판재(75)가 배관(45)과 열전소자의 상면 사이에 개재되어 배치됨으로써 배관(45) 내를 흐르는 고온 냉매의 열에너지가 배관(45)으로부터 열전소자(10)로 더욱 잘 전달될 수 있어 열회수용 열전모듈(500)의 열전달 효율을 향상시킬 수 있다.

배관(45)은 냉동공조장치의 냉매가 흐르는 배관으로서, 단열재 덮개(71) 내부 공간에서 열전소자(10)의 상부면과 열적으로 접촉하며 부착되어 있다. 도9에 도시한 것처럼, 배관 유입구(72)를 통해 단열재 덮개(71)의 내부로 유입된 배관(45)은, 배관의 곡률 반경이 점차 작아지는 평면 나선형 형상으로 구성되고, 이 평면 나선형 형상의 배관 구조의 하부면이 열전소자(10)의 상부면에 결합되어 있다. 배관(45)은 평면 나선형 형상의 중심까지 감긴 후 상부의 배관 유출구(73)를 통해 단열재 덮개(71)의 상면을 관통하여 단열재 덮개(71)를 빠져나가도록 구성된다.

이상과 같은 구성에 따르면, 냉동공조장치에서 고온의 냉매가 단열재 덮개(71) 내부에 배치된 배관(45)을 따라 흐를 때 냉매의 열에너지가 열전소자(10)의 상부면으로 전달되고, 이에 따라 열전소자(10)의 상부면과 하부면 사이에 온도차가 발생하게 되고 이 온도차에 의해 열전소자(10)에 전류가 생성된다.

한편 도8의 제2 실시예의 열회수용 열전모듈(500)에도 도4 내지 도6에 도시한 콜드싱크부 구성이 적용될 수 있다. 예를 들어, 열회수용 열전모듈(500)의 콜드싱크부(30)의 방열핀(32)이 실외기 케이스나 냉장고 본체 케이스 등과 같은 임의의 외부 부재(40)와 열적으로 접촉하도록 구성될 수 있다.

또한 열회수용 열전모듈(500)의 콜드싱크부(30)에 인접하여 수조(50)가 배치되고 방열핀(32)이 수조(50) 내의 냉각수와 접촉하도록 구성할 수도 있고, 또는 열회수용 열전모듈(500)이 방열판(61), 방열핀(62), 및 수조(63)가 일체로 형성된 콜드싱크부(60)를 포함하도록 구성할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있으며, 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 열전소자
20, 70: 히트싱크부
30, 60: 콜드싱크부
45: 배관
50: 수조
100, 200, 300, 400, 500: 열회수용 열전모듈

Claims

압축기, 응축기, 팽창밸브, 및 증발기 사이에서 냉매가 순환하는 냉동 사이클을 갖는 냉동공조장치에서 상기 냉매가 흐르는 배관에 설치가능한 열회수용 열전모듈로서,
상기 열회수용 열전모듈이 열전소자, 상기 열전소자의 제1 면에 부착된 히트싱크부, 및 상기 열전소자의 제2 면에 부착된 콜드싱크부를 포함하고,
상기 히트싱크부가,
상기 배관이 관통하며 제1 면이 상기 열전소자의 제1 면과 부착되도록 평면 형상을 갖는 집열판 부재; 및
상기 집열판 부재의 상기 제1 면에 대향하는 제2 면에 부착되는 단열재;를 포함하고,
상기 집열판 부재는 상기 배관이 통과하는 관통구(213)를 포함하고, 상기 집열판 부재의 상기 관통구(213)가 형성되지 않은 영역의 단면 높이가 상기 관통구(213)가 형성된 영역의 단면 높이 보다 낮도록 요철 형상을 가짐으로써, 냉매의 열에너지를 회수하여 덜 데워진 바람을 냉동공조장치에서 외부로 내보낼 수 있는 것을 특징으로 하는, 열회수용 열전모듈.
제 1 항에 있어서,
고온의 냉매의 열에너지가 상기 배관을 통해 상기 집열판 부재로 전달되고,
상기 열전소자는 상기 열전소자의 제1 면과 제2 면의 온도차에 의해 전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 열회수용 열전모듈.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 단열재가 상기 집열판 부재의 상기 제2 면의 요철 형상에 맞물리는 요철 형상을 가짐으로써 상기 단열재와 상기 집열판 부재가 밀착하여 부착되는 것을 특징으로 하는 열회수용 열전모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 콜드싱크부가,
상기 열전소자의 제2 면과 부착되는 제1 면 및 이와 대향하는 제2 면을 갖는 방열판; 및
상기 방열판의 제2 면에서 돌출된 복수개의 방열핀;을 포함하고,
상기 방열핀이 상기 냉동공조장치의 케이스에 열적으로 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 열회수용 열전모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 콜드싱크부가,
상기 열전소자의 제2 면과 부착되는 제1 면 및 이와 대향하는 제2 면을 갖는 방열판;
상기 방열판의 제2 면에서 돌출된 복수개의 방열핀; 및
상기 방열핀에 인접하여 배치되고 냉각수를 저장하는 수조;를 포함하고,
상기 방열핀이 상기 냉각수에 열적으로 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 열회수용 열전모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 콜드싱크부가,
상기 열전소자의 제2 면과 부착되는 제1 면 및 이와 대향하는 제2 면을 갖는 방열판;
상기 방열판과 일체로 결합되어 내부에 밀폐공간을 가지며 이 밀폐공간에 냉각수를 저장하는 수조; 및
상기 방열판의 제2 면에서 상기 밀폐공간을 향해 돌출된 복수개의 방열핀;을 포함하고,
상기 방열핀이 상기 냉각수에 열적으로 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 열회수용 열전모듈.
제 6 항에 있어서,
상기 수조의 냉각수가 상기 냉동공조장치의 냉매의 증발시 주위 공기의 응축에 의해 발생하는 물인 것을 특징으로 하는 열회수용 열전모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 열회수용 열전모듈이 상기 냉동공조장치의 압축기와 응축기 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 열회수용 열전모듈.
압축기, 응축기, 팽창밸브, 및 증발기 사이에서 냉매가 순환하는 냉동 사이클을 갖는 냉동공조장치로서,
상기 냉매가 흐르는 배관; 및
상기 배관에 설치된 청구항 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 기재된 열회수용 열전모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동공조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 집열판 부재(21)가 상기 관통구(213)를 통과하는 상기 배관을 중심으로 좌우로 분리되는 한 쌍의 서브 부재(211,212)로 이루어지며, 상기 배관의 좌우에서 상기 한 쌍의 서브 부재(211,212)가 착탈가능하게 결합되어 상기 집열판 부재가 상기 배관을 둘러싸도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열회수용 열전모듈.
제 11 항에 있어서,
상기 각 서브 부재의 하부면이 상기 열전소자의 상기 제1 면과 부착되도록 평평하게 형성된 것을 특징으로 하는 열회수용 열전모듈.
제 11 항에 있어서,
상기 한 쌍의 서브 부재(211,212)가 상기 배관에 탈착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 열회수용 열전모듈.
제 11 항에 있어서,
상기 집열판 부재(21)의 하부가 평평하고 단면이 삼각형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 열회수용 열전모듈.
제 7 항에 있어서,
상기 수조의 냉각수가 상기 냉동공조장치의 냉매의 증발시 주위 공기의 응축에 의해 발생하는 물인 것을 특징으로 하는 열회수용 열전모듈.
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