KR102013325B1 - 실린더형 가스봄베의 온도제어장치 - Google Patents

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Abstract

실시예는 실린더형 가스봄베의 온도제어장치에 관한 것이니다.
실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치는 소정의 가스봄베의 외측면에 배치되는 열전도부; 상기 열전도부 상에 배치되는 열전모듈; 및 상기 열전모듈 상에 배치되는 방열부;를 포함하며, 상기 열전도부는, 상기 가스봄베의 외측면에 착탈가능할 수 있다.

Description

실린더형 가스봄베의 온도제어장치{Temperature Controller of Cylinder type Gasbombe}
실시예는 온도제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실린더형 가스봄베의 온도제어장치에 관한 것이다.
가스봄베는 압축된 고압가스나 액화 가스 등을 넣는 원통형 또는 실린더형 용기를 말한다. 예를 들어, 가스봄베로는 질소 탱크, 헬륨 탱크, 알곤 탱크, 이산화탄소 탱크, 산소탱크, LGP 탱크 등이 있다.
이러한 가스봄베는 고압의 가스나 액화 가스를 저장하고 있으므로 소정의 온도 이하로 냉각이 필요하다. 예를 들어, LGP 탱크나 휴대용 산소탱크 등이 작업을 위해 사용되는 경우나 운반되는 경우에, LGP 탱크나 휴대용 산소탱크 등이 가열되는 경우에는 폭발 등의 위험한 상황이 발생될 수 있다.
종래기술에서는 LGP 탱크나 휴대용 산소탱크 등을 사용하거나 운반 시, 직사광선을 피하는 정도에서 안전조치를 하고 있으나, 실제 운반이나 사용 상황에서는 직사광선에 노출되거나, 탱크 자체가 가열되는 상황에 노출되어 위험한 상황이 발생되고 있으나 이에 대한 적절한 조치를 취하지 못하는 실정이다.
한편, 실린더의 냉각장치 관련된 선행기술로는 아래 특허문헌들과 같이 열전모듈을 이용한 냉각장치에 대한 특허들이 있다. 그런데, 이러한 선행특허들은 실린더 자체에 열전모듈이 구비되는 온도제어 장치에 대한 기술이며, 자체 냉각장치가 장착되지 않은 일반적인 가스봄베에 대한 온도제어장치 등에 대한 기술은 개시되지 못하고 있는 실정이다.
일본공개번호(공개일): JP2008-077B9 (1996-01-11) 일본등록특허번호(등록일): JP2089487B9 (1996-09-02) 일본등록특허번호(등록일): JP3284585B9 (2002-03-08)
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 가스봄베에 착탈 가능한(detachable) 가스봄베의 온도제어장치를 제공하고자 함이다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 온도제어 소자로 열전모듈을 채용하되 가스봄베에 온도제어장치가 밀착되어 열전모듈의 냉각기능이 최대한 구현될 수 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공하고자 함이다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 온도제어 소자로 열전모듈이 온도제어장치에 장착 및 동작 시에 열전모듈의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공하고자 함이다.
실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치는 소정의 가스봄베(100)의 외측면에 배치되는 열전도부(210); 상기 열전도부(210) 상에 배치되는 열전모듈(220); 및 상기 열전모듈(220) 상에 배치되는 방열부(230);를 포함하며, 상기 열전도부(210)는, 상기 가스봄베(100)의 외측면에 착탈가능할 수 있다.
또한 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치는 소정의 가스봄베(100)의 외측면에 배치되는 열전도부(210); 상기 열전도부(210) 상에 배치되는 열전모듈(220); 및 상기 열전모듈(220) 상에 배치되는 방열부(230);를 포함하며, 상기 열전도부(210)는, 자성체를 포함할 수 있다.
또한 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치는 소정의 가스봄베(100)의 외측면에 배치되는 열전도부(210); 상기 열전도부(210) 상에 배치되는 열전모듈(220);을 포함하며, 상기 열전도부(210)는, 그 외곽형태가 가변형(variable)일 수 있다.
실시예에 의하면, 가스봄베에 착탈 가능한(detachable) 기술적 효과가 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 가스봄베에 밀착되어 열전소자의 냉각기능이 최대한 구현될 수 있는 기술적 효과가 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 열전모듈의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치가 장착된 가스봄베의 예시도.
도 2a는 제1 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치의 단면도.
도 2b는 제1 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치의 다른 단면도.
도 3은 제1 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치의 부분 단면도.
도 4는 제1 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치에서 열전모듈 단면도.
도 5는 제1 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치의 부분 단면도.
도 6은 제2 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치의 단면도.
도 7은 제2 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치의 부분 단면도.
도 8은 제3 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치의 부분 단면도.
도 9는 제4 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치의 부분 단면도.
도 10은 제4 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치의 부분 확대도.
이하 상기의 과제를 해결하기 위한 구체적으로 실현할 수 있는 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(201)가 장착된 가스봄베(100)의 예시도이다.
도 1을 참조하면, 소정의 가스봄베(100)에 제1 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(201)가 장착될 수 있다. 상기 가스봄베(100)는 몸체(110)와 주입구(120)를 포함할 수 있으며, 상기 몸체(110)의 형태는 원통형, 실린더형일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 다각형 외형을 포함할 수 있다.
상기 가스봄베(100)는 질소 탱크, 헬륨 탱크, 알곤 탱크, 이산화탄소 탱크, 산소탱크, LGP 탱크 등 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
아울러 상기 가스봄베(100)의 형태, 크기 등은 소정의 제품규격에 따라 정해져 있을 수 있으며, 실시예의 가스봄베의 온도제어장치도 해당 제품규격을 고려하여 규격에 따라 형태나 크기 등이 준비될 수 있다.
앞서 기술한 바와 같이, 종래기술의 실린더 냉각장치들에서는 실린더 자체에 열전모듈이 구비되는 온도제어 장치에 대한 기술들이며, 일반적인 가스봄베에 착탈 가능한 온도제어장치 등에 대한 기술은 개시되지 못하고 있는 실정이다.
이러한 종래기술을 고려하여, 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 가스봄베에 착탈 가능한(detachable) 가스봄베의 온도제어장치를 제공하고자 함이다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 온도제어 소자로 열전모듈을 채용하되 가스봄베에 온도제어장치가 밀착되어 열전모듈의 냉각기능이 최대한 구현될 수 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공하고자 함이다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 온도제어 소자로 열전모듈이 온도제어장치에 장착 시 및 동작 시에 열전모듈의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공하고자 함이다.
이하, 도 2a 내지 도 5를 참조하여, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 실시예의 기술적 특징에 대해 상술하기로 한다.
우선, 도 2a는 도 1에 도시된 제1 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(201)의 I-I'선을 따른 단면도이며, 도 3은 제1 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(201)의 부분 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 제1 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(201)는 소정의 가스봄베(100)의 외측면에 배치되는 열전도부(210)와, 상기 열전도부(210) 상에 배치되는 열전모듈(220) 및 상기 열전모듈(220) 상에 배치되는 방열부(230)를 포함할 수 있다.
제1 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(201)는 가스봄베의 몸체(110)에 착탈 가능(detachable)함으로써, 내부에 별도의 온도제어장치가 내장되어 있지 않은 가스봄베에 필요 시 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(201)를 효율적으로 장착하여 가스봄베의 온도를 제어할 수 있는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 실시예에의 가스봄베의 온도제어장치(201)에서 상기 열전도부(210)는, 상기 가스봄베(100)의 외측면에 착탈가능할 수 있다.
도 1을 참조하면, 가스봄베(100)의 형태, 크기 등은 소정의 규격에 따라 제조되어 사용되고 있으며, 실시예의 가스봄베의 온도제어장치(201)는 해당 제품규격을 고려하여 규격에 따라 형태나 크기 등이 준비될 수 있다.
예를 들어, 가스봄베(100)의 하측 폭 또는 직경은 상측 폭 또는 직경에 비해 넓게 형성될 수 있으며, 이에 따라 실시예의 가스봄베의 온도제어장치(201)의 하측 폭 또는 직경은 상측 폭 또는 직경에 비해 넓게 형성될 수 있다. 이 경우, 실시예의 가스봄베의 온도제어장치(201)를 가스봄베(100)의 상측에서 하측으로 이동시켜 장착할 수 있다.
다시 도 2a를 참조하면, 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(201)는 열전도부(210) 상에 배치되는 열전모듈(220), 상기 열전모듈(220) 상에 배치되는 방열부(230), 상기 방열부(230) 상에 배치되는 제1 외곽부(240), 상기 제1 외곽부(240) 상에 배치되는 제2 외곽부(250)를 포함할 수 있다. 실시예에서 채용되는 열전모듈(220)에 대해서는 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.
실시예에 의하면, 열전모듈(220) 상에 방열부(230)가 배치되어 상기 열전모듈(220)로부터 발생되는 열을 효과적으로 방열시킴으로써 냉각 효율 및 열전모듈(220)의 동작성능을 유지시킬 수 있다.
상기 방열부(230)는 열전도성이 우수한 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 방열부(230)는 Al, Al2O3, Ag, Cu 등 열전도성이 좋은 금속(Metal) 계열을 물질이나, 세라믹(Ceramic) 계열을 물질을 포함할 수 있다.
또한 상기 방열부(230)는 냉각을 위한 냉매나 공기를 위한 유로(미도가)가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 냉매란 넓은 의미에서 냉각작용을 일으키는 물질을 가리키며, 주로 냉동장치, 열펌프, 공기조화장치 및 소온도차 열에너지 이용기관 등의 사이클 내부를 순환하면서 저온부(증발기)에서 증발함으로써 주위로부터 열을 흡수하여 고온부(응축기)에서 열을 방출시키는 작동유체를 포함한다. 예를 들어, 실시예에서 채용가능한 냉매로는 암모니아, 프레온(염화플루오린화탄소(ClFC, chloro-fluoro-carbon)), 수소염화플루오린화탄소(HCFC, hydro-chloro-fluoro-carbon), 수소플루오린화탄소(HFC, hydro-fluoro-carbon), 수소플루오린화올레핀(HFO, hydro-fluoro-olefin), 메틸클로라이드 등이 있으며 초저온으로 내리기 위해서는 액체헬륨, 액체 수소 등을 사용할 수 있다.
실시예에서 상기 방열부(230) 상에는 제1 외곽부(240)가 배치되어 외부로부터의 열의 유출입을 차단하여 냉각효율을 향상시킬 수 있다. 상기 제1 외곽부(240)는 보온재질의 물질을 채용할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 외곽부(240)는 펄라이트보드, 스티로폼의 기포판, 석면(石綿), 암면(岩綿), 유리섬유, 텍스 또는 코르크 등을 채용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예는 상기 제1 외곽부(240) 상에 배치되는 제2 외곽부(250)를 구비하여 온도제어장치(201)의 기구적 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 상기 제2 외곽부(250)는 알루미늄, 티타늄과 알루미늄간 금속간 화합물 등의 금속재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(201)는 가스봄베의 몸체(110)에 착탈 가능(detachable)함으로써, 가스봄베(100)에 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(201)를 효율적으로 장착하여 가스봄베의 온도를 제어할 수 있는 기술적 효과가 있다.
한편, 도 2b는 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(201)의 다른 단면도이다.
도 2b에 도시된 가스봄베의 온도제어장치(201)는 그 설치나 이용방식이 도 2a에 도시된 방식과 다를 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 가스봄베의 온도제어장치(201)는 고정된 상태에서 소정의 분리부를 통해 가스봄베(100)가 대체 내지 교체될 수 있다.
예를 들어, 도 2b를 참조하면, 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(201)는 소정의 회전부(294)를 기준으로 제1 분리부(291)와 제2 분리부(292)가 분리되어 오픈될 수 있고, 내부의 가스봄베가 대체 또는 교체될 수 있다. 상기 회전부(294)는 경첩의 형태일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 소정의 손잡이(293)를 통해 제1 분리부(291)를 기준으로 가스봄베의 온도제어장치(201)가 오픈 될 수 있다.
이때, 내부의 열전도부(210), 방열부(230), 제1 외곽부(240), 제2 외곽부(250) 등은 그 내부에 물질이 외부로 이탈되지 않도록 내부 마감처리가 될 수 있다. 예를 들어, 상기 열전도부(210), 방열부(230), 제1 외곽부(240), 제2 외곽부(250) 등은 도 2b를 기준으로 상측과 하측으로 각각 분리될 수 있으며, 각 분리된 상측과 하측은 각각 그 자체로 견고한 상태를 유지할 수 있다.
실시예의 가스봄베의 온도제어장치(201)는 제2 외곽부(250) 외측에 소정의 고정부(미도시)를 통해 전체적으로 견고하게 결합되어 고정될 수 있다.
다음으로, 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 온도제어 소자로 열전모듈을 채용하되 가스봄베에 온도제어장치가 밀착되어 열전모듈의 냉각기능이 최대한 구현될 수 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공하고자 함이다.
도 3을 참조하면, 이러한 기술적 과제를 해결하기 위해, 실시예에서 상기 열전도부(210)는 상기 가스봄베의 몸체(110)의 외측면에 접하는 제1 열전도부(211)와 상기 열전모듈(220)과 접하는 제2 열전도부(213)를 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 제1 열전도부(211)는 플렉서블(flexible)함으로써 실시예의 가스봄베의 온도제어장치(201)가 가스봄베에 밀착되도록 함으로써 열전모듈(220)의 냉각기능이 최대한 구현될 수 있는 기술적 효과가 있다.
상기 제1 열전도부(211)는 열전도성이 우수하면서 플렉서블(flexible)한 재질일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 열전도부(211)는 흑연지(Graphite Sheet), 흑연테입(Graphite Tape) 등과 같은 유연 열전도성 재료를 채용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 흑연지는 고분자 필름을 흑연화(Graphite)하여 종이(sheet) 형상의 열분해 흑연(Graphite)을 말하며, 열전도성, 유연성이 높은 재료이다.
실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(201)는 제1 열전도부(211)가 플렉서블(flexible)한 특성으로 인해 가스 봄베의 형태에 대응하여 그 형상이 가스 봄베의 외곽형태로 변화될 수 있으므로 가스 봄베의 외곽형태에 제한의 받지 않고 가스봄베에 밀착되어 열전달 기능을 수행함으로써 열전모듈의 냉각성능 또는 가열성능을 최대로 구현될 수 있는 기술적 특징이 있다.
또한 가스봄베의 형태뿐만 아니라 사이즈(직경 또는 폭)가 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치의 사이즈와 차이가 있더라도 제1 열전도부(211)가 가스봄베의 형태뿐만아니라 사이즈에 적응하여 가변성이 있으므로 가스봄베에 최대한 밀착됨으로써 냉각 및 가열효율을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
다음으로, 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 온도제어 소자로 열전모듈이 온도제어장치에 장착 및 동작 시에 열전모듈의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공하고자 함이다.
이러한 기술적 과제를 해결하고자 실시예에서 상기 제2 열전도부(213)는 리지드(rigid)한 특성을 구비함으로써 열전모듈(220)이 안정적으로 제2 열전도부(213)에 장착이 되면서도 실제 사용시에 별도의 기구적 스트레스나 손상(damage)이 가해지지 않으므로 열전모듈의 기구적 신뢰성이 향상됨과 아울러 작동시의 전기적 신뢰성도 향상될 수 있는 기술적 효과가 있다.
상기 제2 열전도부(213)는 Al, Al2O3, Ag, Cu 등 열전도성이 좋은 금속(Metal) 계열을 물질이나, 세라믹(Ceramic) 계열을 물질을 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 열전도부(210)의 외곽 형태는 다각형 형상일 수 있다. 예를 들어, 제2 열전도부(213)의 외곽 형태가 다각형 형상으로 됨으로써 열전모듈(220)을 안정적으로 설치 및 작동시킬 수 있으므로 열전모듈의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공할 수 있다.
통상적으로 열전모듈(220)은 평판구조를 가지고 있기 때문에, 원형의 실린터 타입의 봄베의 곡선 면에는 부착이 어려울 뿐만 아니라 접착 면의 감소로 효율이 감소될 수 있다.
실시예에 의하면, 열전도부(210)의 외곽 형태를 사각형 형상 내지 팔각형 형상 등 다양한 다각형 구조를 갖는 제2 열전도부(213)를 가공하여 열전모듈(220) 부착면을 확보 함으로서 열전모듈(220)을 안정적으로 설치 및 작동시킬 수 있으므로 열전모듈의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공할 수 있다.
다음으로, 실시예의 열전도부(210)는 상기 제1 열전도부(211) 및 상기 제2 열전도부(213) 사이에 배치되는 열전도성 재료층(212)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 열전도성 재료층(212)은 열전도성이 우수한 분말로 형성되어 제1 열전도부(211)의 유연성의 특성이 최대한 구현되면서도 방열효율을 극대화할 수 있다. 예를 들어, 상기 열전도성 재료층(212)은 Al, Al2O3, Ag, Cu 등 열전도성이 좋은 금속(Metal) 계열을 물질의 분말(powder)나, 세라믹(Ceramic) 계열물질의 분말을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또는 실시예에 따라서 제1 열전도부(211)와 상기 열전도성 재료층(212)은 일체로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 도 4는 제1 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치에서 열전모듈(220) 단면도이다.
실시예에서는 열전모듈(220)을 채용함으로써 신속하고 효율적인 온도제어가 가능한 기술적 특징이 있다.
실시예에 따른 열전모듈(220)은 전류에 의해 열의 흡수 또는 발생이 생기는 현상인 펠티에효과(Peltier effect)를 이용하여 냉각 또는 가열이 가능하다. 펠티에효과는 2종류의 금속 끝을 접속시켜, 여기에 전류를 흘려 보내면, 전류 방향에 따라 한쪽 단자는 흡열하고, 다른 쪽 단자는 발열을 일으키는 현상이다. 2종류의 금속 대신 전기전도 방식이 다른 비스무트·텔루륨 등 반도체를 사용하면, 효율성 높은 흡열 및 발열 작용을 하는 펠티에소자를 얻을 수 있다. 이러한 펠티에소자는 전류 방향에 따라 흡열 및 발열의 전환이 가능하고, 전류량에 따라 흡열 및 발열량이 조절될 수 있다.
실시예에서 열전모듈(220)은 인가되는 전압의 극성에 따라 열전도부(210), 예를 들어, 제2 열전도부(213)를 냉각시키거나 가열시킬 수 있다. 전압은 예컨대, 직류(DC) 전압일 수 있다. 예컨대, 열전모듈(220)로 정극성(+)의 전압이 인가되는 경우, 제2 열전도부(213)가 냉각될 수 있다.
상기 열전모듈(220)은 복수의 반도체층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열전모듈(220)은 단일 또는 복수의 열전소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열전모듈(220)은 제1 n형 반도체층(n1), 제1 p형 반도체층(p1)을 포함할 수 있다. 또한 상기 열전모듈(220)은 제2 n형 반도체층(n2)과 제2 p형 반도체층(p2)을 포함할 수 있다.
상기 복수의 반도체층은 소정의 전극(224)을 통해 전원을 인가 받을 수 있다. 상기 전극(224)은 복수의 전극을 포함할 수 있으며, 제1 전극(224a), 제2 전극(224b) 및 제3 전극(224c)을 포함할 수 있으며, 복수의 열전모듈이 전기적으로 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 n형 반도체층(n1)은 제1 전극(224a)과 전기적으로 연결되고, 제1 p형 반도체층(p1)과 제2 n형 반도체층(n2)은 제2 전극(224b)과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 p형 반도체층(p2)은 제3 전극(224c)과 전기적으로 연결되어 2개의 열전소자가 직렬 연결될 수 있다.
상기 제1 n형 반도체층(n1)과 제2 n형 반도체층(n2)은 n형 도펀트를 포함하는 반도체물질로 형성되고, 제1 p형 반도체층(p1)과, 제2 p형 반도체층(p2)은 p형 도펀트를 포함하는 반도체물질로 형성될 수 있다.
실시예의 열전모듈(220)은 전도성 열전달층(223)을 포함할 수 있다. 상기 전도성 열전달층(223)은 전기적 전도성이 있으면서 연절달 효율이 우수한 구리(Cu) 등의 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 제1 전도성 열전달층(223a)은 제1 n형 반도체층(n1)의 일단과, 제1 p형 반도체층(p1)의 일단을 전기적으로 연결하면서 방열효과가 있을 수 있다. 또한 제2 전도성 열전달층(223b)은 제2 n형 반도체층(n2)의 일단과, 제2 p형 반도체층(p2)의 일단을 전기적으로 연결하면서 방열효과가 있을 수 있다.
상기 전도성 열전달층(223)과 상기 제2 열전도부(213) 사이에는 제1 절연성 열전도층(221)이 배치될 수 있다. 상기 제1 절연성 열전도층(221)은 전기적 절연성이 있으면서 열전도성이 우수한 알루미나 계열물질, 알루미늄 나이트라이드 계열물질, 실리콘 계열의 물질 등을 채용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 열전소자 부착면인 제1 절연성 열전도층(221)과 상기 제2 열전도부(213) 사이에는 방열 그리스(Thermal grease)와 같은 열전도성을 향상시킬 수 있는 접착활성물을 삽입할 수 있다.
실시예에서 상기 전극(224) 상에는 제2 절연성 열전도층(222)이 배치될 수 있다. 상기 제2 절연성 열전도층(222)은 전기적 절연성이 있으면서 열전도성이 우수한 알루미나 계열물질, 알루미늄 나이트라이드 계열물질, 실리콘 계열의 물질 등을 채용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면, 열전모듈(220)을 채용함으로써 신속하고 효율적인 온도제어가 가능한 기술적 특징이 있다. 예를 들어, 실시예에 의하면 열전모듈을 채용함으로써 온도의 변환속도가 빠르고 이용 온도범위를 확대할 수 있으며 온도의 균일성 및 효율 측면에서도 뛰어날 수 있다.
또한 실시예에 의하면, 하나의 전기적 소자를 통하여 열전모듈의 극성 스위칭을 통해 가열 및 냉각을 할 수 있기 때문에 기구의 소형화가 가능하고 에너지 절약 효과를 얻을 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(201)는 상기 가스봄베(100)의 온도를 측정하는 온도센서(270)를 포함함으로써 가스봄베의 온도를 실시간 측정함으로써 이를 기반으로 열전모듈(220)을 통해 신속하고 효율적인 온도제어가 가능한 기술적 특징이 있다.
상기 온도센서(270)는 가스봄베(100)의 열을 감지하여 전기신호를 내는 센서일 수 있으며, 접촉식 또는 비접촉식일 수 있다. 실시예의 온도센서(270)는 온도가 높아지면 저항값이 감소하는 부저항온도계수의 특성이 있는 전자회로용 소자일 수 있으며, 열용량이 작아서 미세한 온도변화에도 급격한 저항 변화가 생기므로 온도 제어가 효율적일 수 있다.
실시예에서 온도센서(270)는 복수로 장착될 수 있고, 실시예의 가스봄베의 온도제어장치(201)도 복수의 구획으로 나뉘어 질 수 있다. 예를 들어, 가스봄베(100)의 상측영역, 하측영역 및 중간영역에 각각 구획이 나뉜 온도제어장치가 구비됨으로써 구획 별 온도에 따라 온도제어가 가능할 수 있다.
다음으로, 도 5는 제1 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(201)의 부분 단면도이다.
실시예에서 상기 열전도부(210)는 공기 주입구(212a)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 열전도부(210) 중에 열전도성 재료층(212)은 제1 층(212p)과 제2 층(212q)를 포함할 수 있고, 그 사이에 공기 주입구(212a)를 통해 소정의 공기가 주입되고, 제1 층(212p)와 제1 열전도부(211)의 공기 유출구(212b)를 통해 열전모듈(220)의 냉기를 포함한 공기가 가스봄베(100)에 신속하게 전달됨으로써 냉각효율이 더욱 향상될 수 있다. 상기 공기는 소정의 팬(fan)에 의해 유입될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 6은 제2 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(202)의 단면도이며, 도 7은 제2 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치의 부분 단면도이다.
제2 실시예는 앞서 기술한 제1 실시예의 가스봄베의 온도제어장치(201)를 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제1 실시예와 차이가 있는 제2 실시예의 주된 기술적 특징에 대해 기술하기로 한다.
앞서 기술한 바와 같이, 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 가스봄베에 착탈 가능(detachable) 하면서도 가스봄베에 온도제어장치가 밀착되어 열전모듈의 냉각기능이 최대한 구현될 수 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공하고자 함이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 제2 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(202)는 소정의 가스봄베(100)의 외측면에 배치되는 열전도부(210)와, 상기 열전도부(210) 상에 배치되는 열전모듈(220) 및 상기 열전모듈(220) 상에 배치되는 방열부(230)를 포함하며, 상기 열전도부(210)는, 자성체를 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 실시예에서 열전도부(210)는 자성체, 예를 들어 자석(215)을 포함함으로써 플렉서블한 제1 열전도부(211)가 가스봄베의 몸체(110)에 더욱 밀착되도록 함으로써 열전모듈의 냉각기능을 더욱 향상시킬 수 있다.
실시예에 의하면, 가스봄베(100)가 강자성체, 예를 들어 철(Fe) 등의 재질인 경우, 열전도부(210)에 Nd계열, SmCo계열, 페라이트(Ferrite)계열, 알루니코(알루미늄·니켈·코발트·구리의 합금), 큐니페(구리·니켈·철의 합금) 등의 영구자석을 채용할 수 있고, 이러한 영구자석은 10 W/mK 이상의 높은 열전도율을 유지함으로써, 자석(215)을 통해 플렉서블한 제1 열전도부(211)가 가스봄베의 몸체(110)에 더욱 밀착되도록 함으로써 열전모듈의 냉각기능을 더욱 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
특히, 실시예에서 냉각이 진행될수록 온도가 낮아지고, 이를 통해 자석의 자력이 높아짐으로써 밀착성능은 더욱 향상되어 가스봄베에 열전달부가 더욱 밀착되어 냉각성능이 더욱 향상될 수 있다.
또한 실시예에서 열전달부에 자석을 채용하는 경우, 열전달부 자체가 자력을 통해 가스봄베에 밀착됨으로써 별도의 시건장치가 필요하지 않음으로써 착탈성능이 더욱 향상될 수 있다.
다음으로, 도 8은 제3 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(203)의 부분 단면도이다.
실시예에서 열전도부(210)는 자성분말(217) 형태의 자성체를 포함할 수 있다.
실시예에서 열전도부(210)는 자성분말(217)을 포함함으로써 플렉서블한 제1 열전도부(211)가 가스봄베의 몸체(110)에 더욱 밀착되도록 함으로써 열전모듈의 냉각기능을 더욱 향상시킬 수 있다.
실시예에 의하면 열전도부(210)에 Nd계열, SmCo계열, 페라이트(Ferrite)계열, 알루니코, 큐니페 등의 자성분말(217)을 채용할 수 있고, 이러한 영구자석 분말은 높은 열전도율을 유지함으로써, 자성분말(217)을 통해 플렉서블한 제1 열전도부(211)가 가스봄베의 몸체(110)에 더욱 밀착되도록 함으로써 열전모듈의 냉각기능을 더욱 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에서 자성분말(217) 자체의 비고정성, 유연성으로 인해, 플렉서블한 제1 열전도부(211)가 가스봄베의 몸체(110)에 밀착되는 성능이 더욱 극대화될 수 있다.
또한 실시예에서 냉각이 진행될수록 온도가 낮아지고, 이를 통해 자석의 자력이 높아짐으로써 밀착성능은 더욱 향상되어 가스봄베에 열전달부가 더욱 밀착되어 냉각성능이 더욱 향상될 수 있다.
또한 실시예에서 열전달부에 자성분말 채용하는 경우, 열전달부 자체가 자력을 통해 가스봄베에 밀착됨으로써 별도의 시건장치가 필요하지 않음으로써 착탈성능이 더욱 향상될 수 있다.
도 9는 제4 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(204)의 부분 단면도이며, 도 10은 도 9에 도시된 제4 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(204)의 B영역의 확대도이다.
제4 실시예는 앞서 기술한 제1 실시예 내지 제3 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제4 실시예의 주된 특징을 중심으로 설명하기로 한다.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 가스봄베에 착탈 가능한(detachable) 가스봄베의 온도제어장치를 제공하고자 함이다. 또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 온도제어 소자로 열전모듈을 채용하되 가스봄베에 온도제어장치가 밀착되어 열전모듈의 냉각기능이 최대한 구현될 수 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공하고자 함이다. 또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 온도제어 소자로 열전모듈이 온도제어장치에 장착시 및 동작시에 열전모듈의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공하고자 함이다.
도 9와 도 10을 참조하면, 제4 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(204)는 소정의 가스봄베(100)의 외측면에 배치되는 열전도부(210)와, 상기 열전도부(210) 상에 배치되는 열전모듈(220)을 포함할 수 있다.
이때, 제4 실시예에 의하면, 상기 열전도부(210)는, 그 외곽형태가 가변형(variable)일 수 있으므로, 제4 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(204)는 가스 봄베(100)의 외곽 형태에 대응하여 형태로 변화될 수 있으므로 가스 봄베(100)의 형태에 제한의 받지 않고 가스봄베(100)에 밀착되어 냉각 및 가열기능을 수행함으로써 열전모듈의 냉각 및 가열성능을 최대로 구현될 수 있는 기술적 특징이 있다.
특히 제4 실시예에 의하면, 열전도부(210)가 부분적으로 리지드(rigid)하나 전체적으로 플렉서블(flexible)한 실린더형 가스봄베의 온도제어장치를 제공할 수 있는 특유의 기술적 효과가 있다.
구체적으로 도 10을 참조하면, 실시예에서 상기 열전도부(210)는 상기 열전모듈(220)이 배치되는 제2 열전도부(213)를 포함할 수 있고, 상기 제2 열전도부(213)는 회전형 연결부(214)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제4 실시예에 따른 가스봄베의 온도제어장치(204)에서 제2 열전도부(213)는 부분적으로 볼 때는 리지드(rigid)하나 전체적으로는 플렉서블(flexible)할 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 상기 제2 열전도부(213)는, 제1 지지부(213a), 제2 지지부(213b) 및 상기 제1 지지부(213a)와 상기 제2 지지부(213b) 사이에 배치되는 제1 회전형 연결부(214a)를 포함하고, 상기 제1 지지부(213a)와 상기 제2 지지부(213b) 상에는 각각 제1 열전소자(221)와 제2 열전소자(222)가 배치될 수 있다.
또한 실시예에서 상기 제2 열전도부(213)는, 제3 지지부(213c)를 더 포함하고, 제2 지지부(213b)와 상기 제3 지지부(213c) 사이에 배치되는 제2 회전형 연결부(214b)를 포함하고, 상기 제2 지지부(213b)와 상기 제3 지지부(213c) 상에는 각각 제2 열전소자(222)와 제3 열전소자(223)가 배치될 수 있다.
상기 제1 지지부(213a), 상기 제2 지지부(213b) 및 상기 제3 지지부(213c) 는 Al, Al2O3, Ag, Cu 등 열전도성이 좋은 금속(Metal) 계열을 물질이나, 세라믹(Ceramic) 계열을 물질을 포함할 수 있으며, 리지드(rigid)함으로써 열전모듈(220)을 안정적으로 설치 및 작동시킬 수 있으므로 열전모듈의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공할 수 있다.
이때, 상기 제1 지지부(213a)와 상기 제2 지지부(213b) 사이에는 제1 회전형 연결부(214a)가 배치됨으로써 상기 제1 지지부(213a)와 상기 제2 지지부(213b)는 서로 연결된 상태에서 회전될 수 있으므로, 가스봄베(100)의 외곽의 형태에 적응하여 제1 열전도부(210)가 가스봄베(100)에 밀착될 수 있다. 또한 상기 제2 지지부(213b)와 상기 제3 지지부(213c) 사이에는 제2 회전형 연결부(214b)가 배치될 수 있다.
상기 회전형 연결부(214)는 체인의 고리형상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 열전도성이 우수하면서 전기적 전도성이 있는 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 회전형 연결부(214)는 Al, Ag, Cu 등 열전도성이 좋은 금속(Metal) 계열을 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이를 통해, 제4 실시예에 의하면, 상기 열전도부(210)는, 그 외곽형태가 가변형(variable)일 수 있으므로, 가스 봄베(100)의 외곽 형태에 대응하여 형태로 변화될 수 있으므로 가스 봄베(100)의 형태에 제한의 받지 않고 가스봄베(100)에 밀착되어 방열기능을 수행함으로써 열전모듈의 냉각성능을 최대로 구현될 수 있는 특유의 기술적 특징이 있다.
특히 제4 실시예에 의하면, 열전도부가 부분적으로 리지드(rigid)하나 전체적으로 플렉서블(flexible)한 실린더형 가스봄베의 온도제어장치를 제공할 수 있는 특유의 기술적 효과가 있다.
실시예에 의하면, 가스봄베에 착탈 가능한(detachable) 기술적 효과가 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 가스봄베에 밀착되어 열전소자의 냉각기능이 최대한 구현될 수 있는 기술적 효과가 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 열전모듈의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있는 가스봄베의 온도제어장치를 제공할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
가스봄베(100), 열전도부(210), 열전모듈(220), 방열부(230)
제1 열전도부(211), 제2 열전도부(213), 열전도성 재료층(212),
온도제어장치(201), 자석(215), 자성분말(217),
제1 지지부(213a), 제2 지지부(213b), 회전형 연결부(214)

Claims (19)

  1. 소정의 가스봄베(100)의 외측면에 배치되는 열전도부(210); 상기 열전도부(210) 상에 배치되는 열전모듈(220); 및 상기 열전모듈(220) 상에 배치되는 방열부(230);를 포함하며,
    상기 열전도부(210)는 상기 가스봄베(100)의 외측면에 접하는 제1 열전도부(211)와, 상기 열전모듈(220)과 접하는 제2 열전도부(213)와, 상기 제1 열전도부(211) 및 상기 제2 열전도부(213) 사이에 배치되는 열전도성 재료층(212)을 포함하고,
    상기 열전도성 재료층(212)은 제1 층(212p)과 제2 층(212q)를 포함하고,
    상기 제1 층(212p)과 상기 제2 층(212q) 사이에 공기 주입구(212a)를 통해 소정의 공기가 주입되고,
    상기 제1 층(212p)와 상기 제1 열전도부(211)의 공기 유출구(212b)를 통해 상기 열전모듈(220)의 냉기를 포함한 공기가 상기 가스봄베(100)에 전달되는 실린더형 가스봄베의 온도제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전도부(210)는 상기 가스봄베(100)의 외측면에 착탈가능한 실린더형 가스봄베의 온도제어장치.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 열전도부(211)는 플렉서블(flexible)한 것을 특징으로 하는 실린더형 가스봄베의 온도제어장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 열전도부(213)는 리지드(rigid)한 것을 특징으로 하는 실린더형 가스봄베의 온도제어장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열전도부(210)의 외곽 형태는 다각형 형상인 실린더형 가스봄베의 온도제어장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가스봄베(100)의 온도를 측정하는 온도센서(270)를 더 포함하는 실린더형 가스봄베의 온도제어장치.
  8. 삭제
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열전도부(210)는 자성체를 포함하는 실린더형 가스봄베의 온도제어장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 자성체는 자석(215)을 포함하는 실린더형 가스봄베의 온도제어장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 자성체는 자성분말(217)을 포함하는 실린더형 가스봄베의 온도제어장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열전도부(210)는 그 외곽형태가 가변형(variable)인 실린더형 가스봄베의 온도제어장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 열전도부(213)는 제1 지지부(213a), 제2 지지부(213b) 및 상기 제1 지지부(213a)와 상기 제2 지지부(213b) 사이에 배치되는 제1 회전형 연결부(214a)를 포함하고,
    상기 제1 지지부(213a)와 상기 제2 지지부(213b) 상에는 각각 제1 열전소자(221)와 제2 열전소자(222)가 배치되는 실린더형 가스봄베의 온도제어장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 열전도부(213)는 부분적으로 리지드(rigid)하나 전체적으로 플렉서블(flexible)한 실린더형 가스봄베의 온도제어장치.
  19. 삭제
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