KR102198667B1

KR102198667B1 - 증발냉각을 이용한 냉온열 벤치

Info

Publication number: KR102198667B1
Application number: KR1020200106017A
Authority: KR
Inventors: 김동필
Original assignee: 주식회사 피치케이블
Priority date: 2020-08-24
Filing date: 2020-08-24
Publication date: 2021-01-05
Also published as: KR102198667B9

Abstract

본 발명의 증발냉각을 이용한 냉온열 벤치는 착좌부와 상기 착좌부를 지지하기 위한 지지부를 포함한다. 착좌부는 수평 프레임과, 수평 프레임의 상면을 덮어 좌대로 제공되고, 내부 공간에 에어 통로를 형성하는 상부 덮개와, 상부 덮개의 저면에 열적으로 밀결합된 수분 흡수 패드와, 수평 프레임에 설치되어 상방향으로 수분을 분사하기 위한 분사노즐과, 수평 프레임의 일측에 위치하여 에어 통로에 공기 흐름을 유도하는 팬과, 분사노즐에 수분을 공급하기 위한 펌프와, 제어부를 포함한다. 제어부는 제1설정온도 이상으로 기온이 상승하면 펌프를 가동하여 수분 흡수 패드에 수분을 분사하고, 팬에 의한 공기 흐름으로 수분 흡수 패드의 표면에서 흡수된 수분의 증발을 촉진함으로써 상부 덮개를 쿨링시킨다.

Description

증발냉각을 이용한 냉온열 벤치{Cold and hot bench using evaporative cooling}

본 발명은 증발냉각을 이용한 냉온열 벤치에 관한 것으로, 특히 태양에 의해 달구어진 좌대를 쿨링시킬 수 있는 증발냉각을 이용한 냉온열 벤치에 관한 것이다.

최근에 버스 승강장, 철도 플랫폼, 공원 등에 설치된 벤치의 다기능화가 추진되고 있다.

특히 벤치의 좌대에 발열판을 설치하여 겨울철에 좌대를 따듯하게 유지시킴으로써 이용자의 편의를 도모하고자 하는 기술들이 소개되고 있다.

또한, 자동차 시트 분야에서는 열전모듈을 이용한 냉난방시트 기술을 소개하고 있다.

그러나 열전모듈을 이용한 기술은 자동차와 같이 1인석에 적합하지만 다수의 이용자들이 동시에 이용하는 벤치에 적용하기에는 열전모듈의 부품비용이 고가이므로 적합하지 않다. 또한, 넓은 면적을 쿨링시키기 위해서는 그만큼 전력 소모가 커지게 되므로 비경제적이다.

따라서 버스 승강장 등에 설치된 벤치에서는 겨울철 온열기능은 소개되고 있지만 여름철 쿨링 기능에 대해서는 아직까지 이렇다할 기술이 없는 실정이다.

등록특허 제10-1481382호 등록특허 제10-1528798호 등록특허 제10-1634303호 등록특허 제10-1884727호 등록특허 제10-1884265호 등록번호 제10-1794873호 등록특허 제10-2007613호

상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 경제적이며 친환경적인 쿨링 기능을 가진 증발냉각을 이용한 냉온열 벤치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 냉온열 겸용 가능함으로써 겨울철 뿐만 아니라 여름철에도 이용자의 편익을 도모할 수 있는 증발냉각을 이용한 냉온열 벤치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 증발냉각을 이용한 냉온열 벤치는 착좌부와 상기 착좌부를 지지하기 위한 지지부를 포함한다. 착좌부는 수평 프레임과, 수평 프레임의 상면을 덮어 좌대로 제공되고, 내부 공간에 에어 통로를 형성하는 상부 덮개와, 상부 덮개의 저면에 열적으로 밀결합된 탄소발열패드와, 탄소발열패드의 저면에 열적으로 밀결합된 수분흡수 증발패드와, 수평 프레임에 설치되어 상방향으로 수분을 분사하기 위한 분사노즐과, 수평 프레임의 일측에 위치하여 에어 통로에 공기 흐름을 유도하는 팬과, 분사노즐에 수분을 공급하기 위한 펌프와, 제어부를 포함한다.

제어부는 제1설정온도 이상으로 기온이 상승하고, 제2설정온도 이상 이면 펌프를 가동하여 수분흡수 증발패드에 수분을 분사하고, 수분흡수 증발패드로 흡수된 수분은 태양열로 달구어진 상부 덮개의 열에너지를 흡수하여 증발하고, 팬에 의한 공기 흐름으로 증발을 촉진함으로써 상부 덮개를 쿨링시킨다.

본 발명에서 수분흡수 증발패드는 수분 기화 표면적을 증가시키기 위한 엠보싱 구조를 섬유, 천, 합성수지 또는 종이 등과 같이 수분 흡수율을 좋으면서 모세관 현상에 의해 흡수된 수분의 분산을 유도하여 증발 표면적을 극대화 시킬 수 있는 재료이면 바람직하다.

본 발명에서 수평 프레임은 상면 중앙에 길이방향으로 연장된 삽입홈이 형성되고, 삽입홈에 공급관이 설치되고, 공급관에 일정 간격으로 복수의 분사노즐들이 형성될 수 있다.

본 발명에서 착좌부는 수평 프레임과 상부 덮개의 조립부의 양측 사이드에 각각 결합되는 제1 및 제2 사이드 캡들을 구비하고, 제1 사이드 캡의 내부 공간에는 팬이 수납되고, 복수의 공기 유출구들이 형성되며, 제2 사이드 캡에는 복수의 공기 유입구들이 형성될 수 있다.

본 발명에서 제어부는 온도가 제1설정온도 이상이고, 상부 덮개의 온도가 제2설정온도 이상이면 팬과 펌프의 동작을 시작하고, 제2설정온도 미만으로 떨어지면 펌프의 동작은 정지하고 팬은 지속적으로 가동하여 흡수된 수분을 증발시킴으로써 증발하는 시간 동안 냉각은 계속 유지된다. 또한, 수분흡수 증발패드의 수분이 완전 증발되어야 세균, 곰팡이 등의 번식을 예방할 수 있다. 펌프 정지 후 팬의 가동은 3시간이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 제어부는 제3설정온도 이하이고, 상부 덮개의 온도가 제4 설정온도 이하로 떨어지면 탄소발열패드를 가동시키고, 제4 설정온도 이상 높아지면 탄소발열패드의 가동을 중지시키는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제어부는 상부 덮개의 온도가 제4 설정온도 이하로 떨어지면 탄소발열패드를 가동시키고, 제4 설정온도 보다 높아지면 탄소발열패드의 가동을 중지시키는 것이 더 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 증발냉각을 이용한 냉온열 벤치는 쿨링 동작시 수분의 증발 냉각기술을 이용함으로써 에너지 소모가 적고 친환경적이고 에너지 소모가 적어 경제적이다. 또한 기존의 온열기능과 융합시킴으로써 제품의 상품성 및 편익성을 향상시킬 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기에서 언급된 효과로 제한되는 것은 아니며, 상기에서 언급되지 않은 다른 효과들은 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 증발냉각을 이용한 냉온열 벤치의 바람직한 일실시예의 외관 사시도.
도 2는 도 1의 착좌부의 분해 사시도.
도 3은 도 1의 A-A선 수직 단면도.
도 4는 도 1의 B-B선 수직 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 증발냉각을 이용한 냉온열 벤치의 제어동작을 설명하기 위한 흐름도.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 구성요소에 대해 사용하였다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시(說示)된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 실시예에서 "벤치"는 "의자", "시트" 또는 "좌석"과 동일한 의미로 확장 사용될 수 있다. 편의상 대표적 명칭으로 "벤치"를 사용한 것이며 이용자의 좌대로 제공되는 수단에는 모두 동일한 의미로 사용될 수 있다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 증발냉각을 이용한 냉온열 벤치의 바람직한 일실시예의 외관 사시도이고, 도 2는 도 1의 착좌부의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 A-A선 수직 단면도이고, 도 4는 도 1의 B-B선 수직 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 증발냉각을 이용한 냉온열 벤치(10)는 크게 착좌부(20)와 지지부(30)를 포함한다. 실시예에서 착좌부(20)는 지지부(30)에 의해 지상으로부터 일정 높이로 지지된다.

착좌부(20)는 수평 프레임(102), 상부 덮개(104), 수분흡수 증발패드(106), 탄소발열패드(108), 분사노즐(110), 제1 사이드 캡(112), 제2 사이드 캡(114)를 포함한다.

수평 프레임(102)은 알루미늄과 같은 금속 압출재로 구성되고, 중앙에 길이방향으로 연장된 삽입홈(102a)를 가진다. 삽입홈(102a)에는 분사노즐(110)이 삽입되어 설치된다.

상부 덮개(104)는 열전도율이 좋은 알루미늄과 같은 전도성 소재로 구성하고 양측 에지부위가 수평 프레임(102)의 양측 에지부위에 조립된다. 상부 덮개(104)는 좌대로 제공된다. 따라서 수평 프레임(102)과 상부 덮개(104) 사이의 내부 공간에는 길이 방향으로 연장된 에어 통로(40)가 형성된다.

상부 덮개(104)의 저면에는 탄소발열패드(108) 및 수분흡수 증발패드(106)가 중첩되어 열적으로 밀결합된다. 열전도율이 좋은 접착제로 부착될 수 있다. 상부 덮개(104)의 열이 수분흡수 증발패드(106)로 전도되고, 열에너지를 얻은 수분흡수 증발패드(106)의 물분자는 증발하여 에어통로(40)에 흐르는 공기에 의해 외부로 유출된다. 따라서 상부 덮개(104)는 증발되는 물분자에 의해 열 에너지를 빼앗겨 쿨링되게 된다. 반대로 탄소발열패드(108)에서 발생된 열 에너지는 상부 덮개(104)로 전도되어 상부 덮개는 히팅되게 된다. 그러므로 상부덮개(104), 탄소발열패드(108) 및 수분흡수 증발패드(106)는 열적으로 밀결합되어야 한다. 여기서, 탄소발열패드(108)는 방수처리되어 하부의 수분침투가 방지되어야 한다.

수분흡수 증발패드(106)는 섬유, 천, 합성수지 또는 종이 등과 같이 수분 흡수율을 좋으면서 모세관 현상에 의해 흡수된 수분의 분산을 유도하여 증발 표면적을 극대화 시킬 수 있는 재료이면 바람직하다. 증발 표면적을 증대시키기 위하여 엠보싱 처리될 수도 있다.

분사노즐(110)은 공급관(110a)과 복수의 분사 노즐공들(110b)를 포함하다. 공급관(110a)은 지지부(30) 내부에 설치된 펌프(118)과 연결되어 펌프(118)로부터 물이 공급된다. 공급된 물은 분사노즐공들(110b)을 통하여 에어 통로(40)에 미세한 물방울들로 분사된다. 분사된 물방울들은 상부에 위치한 수분흡수 증발패드(106)에 흡수되어 모세관 현사엥 의해 주변으로 빠르게 확산된다. 펌프(118)는 별도의 물공급원에 연결되어 물을 펌핑한다. 이때 물 공급원은 빗물, 상수도등이 될 수 있다.

제1 사이드 캡(112) 내부 공간에는 팬(116)이 설치된다. 제1 사이드 캡(112)에는 유출구(112a)가 형성되고, 제2 사이드 캡(114)에는 유입구(114a)가 형성된다. 따라서, 팬(116)이 회전하면 유입구(114a)를 통하여 외부 공기가 에어통로(40)로 유입되고, 유입된 에어는 수분흡수 증발패드(106)의 물분자 증발을 촉진시키고, 수분을 품은 공기는 유출구(112a)를 통하여 외부로 배출되게 된다. 제1 및 제2 사이드 캡들(112, 114)은 수평 프레임(102) 및 상부 덮개(104)의 조립체의 양 사이드에 조립된다.

제어부(120)는 온도센서(122, 124)에 응답하여 탄소발열패드(108), 팬(116) 및 펌프(118)를 제어한다. 온도센서(122)는 벤치 주변의 기온을 센싱하고, 온도센서(124)는 상부 덮개(104)의 온도를 센싱한다.

도 5는 본 발명에 의한 증발냉각을 이용한 냉온열 벤치의 제어동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 제어부(120)는 전원이 투입되면 날자 데이터를 참조하여 계절을 체크한다(S100). S100단계에서 체크된 계절이 하절기이면 온도센서(122)를 통하여 주변 기온을 검출한다(S102). 검출된 기온이 제1설정온도, 예컨대 섭씨 21도 이상이면 쿨링 조건으로 판단하고(S104) 온도센서(124)를 통하여 상부 덮개(104), 즉 좌대의 온도를 검출한다(S106). 검출된 좌대의 온도가 제2설정온도, 예컨대 섭씨 30도 이상인지를 판단한다(S108). S108단계에서 체크된 좌대의 온도가 섭씨 30도 이상이면 팬(116) 및 펌프(118)를 가동하여 쿨링 동작을 수행한다(S110). 쿨링 동작 중에 외부 기온이 섭씨 21도 미만으로 떨어지거나 좌대의 온도가 섭씨 30도 미만으로 낮아지면 펌프(118)의 가동은 정지시키고 팬(116)은 3시간 동안 가동시킨다(S112).

S100단계에서 체크된 계절이 동절기이면 온도센서(122)를 통하여 주변 기온을 검출한다(S114). 검출된 기온이 제3설정온도, 예컨대 섭씨 18도 이하이면 히팅 조건으로 판단하고(S116) 온도센서(124)를 통하여 상부 덮개(104), 즉 좌대의 온도를 검출한다(S118). 검출된 좌대의 온도가 제4설정온도, 예컨대 섭씨 38도 이하인지를 판단한다(S120). S120단계에서 체크된 좌대의 온도가 섭씨 38도 이하이면 탄소발열패드(108)를 가동하여 히팅동작을 수행한다(S122). 히팅 동작 중에 외부 기온이 섭씨 18도 보다 높아지거나 좌대의 온도가 섭씨 38도 보다 높아지면 탄소발열패드(108)의 가동을 중지한다(S124).

본 발명의 복사열 증발 냉각 방식과 기존의 냉매 압축 냉각방식을 비교하면 아래의 표 1과 같다.

	전기에너지	열에너지	냉매
복사열 증발 냉각	Day 240W/h =20W/h(fan) *12h/d	태양 복사열 에너지	물
냉매 압축 냉각	Day 2,400W/h =200W/h(com) * 12h/d	전기 에너지	프레온가스

살펴본 바와 같이 증발 냉각에 필요한 에너지로 태양 복사열을 이용하고 증발 유체로 물을 사용하기 대문에 친환경적이며 전기 에너지 소모량도 대략 1/10 정도로 크게 절감할 수 있음을 알 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

10 : 벤치
20 : 착좌부
30 : 지지부
40 : 에어통로
102 : 수평 프레임
102a : 삽입홈
104 : 상부 덮개
106 : 수분흡수 증발패드
108 : 탄소발열패드
110 : 분사노즐
110a : 공급관
110b : 분사노즐공
112 : 제1사이드 캡
112a : 유출구
114 : 제2사이드 캡
114a : 유입구
116 : 팬
118 : 펌프
120 : 제어부
122, 124 : 온도센서

Claims

착좌부(20)와 상기 착좌부(20)를 지지하기 위한 지지부(30)를 가진 벤치에 있어서,
상기 착좌부(20)는
수평 프레임(102);
상기 수평 프레임(102)의 상면을 덮어 좌대로 제공되고, 내부 공간에 에어 통로(40)를 형성하는 상부 덮개(104);
상기 상부 덮개(104)의 저면에 열적으로 밀결합된 탄소발열패드(108);
상기 탄소발열패드(108)의 저면에 열적으로 밀결합된 수분흡수 증발패드(106);
상기 수평 프레임(102)에 설치되어 상방향으로 수분을 분사하기 위한 분사노즐(110);
상기 수평 프레임(102)의 일측에 위치하여 상기 에어 통로에 공기 흐름을 유도하는 팬(116);
상기 분사노즐에 수분을 공급하기 위한 펌프(118); 및
상기 펌프(118) 및 팬(116)을 제어하기 위한 제어부(120)를 구비하고,
상기 수분흡수 증발패드(106)는 수분 기화 표면적을 증가시키기 위한 엠보싱 구조를 가진 섬유로 구성하고,
상기 수평 프레임(102)은 상면 중앙에 길이방향으로 연장된 삽입홈(102a)이 형성되고, 상기 삽입홈(102a)에 공급관(110a)이 설치되고, 상기 공급관(110a)에 일정 간격으로 복수의 분사노즐공들(110b)이 형성되고,
상기 착좌부(20)는 상기 수평 프레임(102)과 상부 덮개(104)의 조립부의 양측 사이드에 각각 결합되는 제1 및 제2 사이드 캡들(112, 114)을 구비하고, 상기 제1 사이드 캡(112)의 내부 공간에는 상기 팬(116)이 수납되고, 복수의 공기 유출구들(112a)이 형성되며, 상기 제2 사이드 캡(114)에는 복수의 공기 유입구들(114a)이 형성된 증발냉각을 이용한 냉온열 벤치.
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제1항에 있어서, 상기 제어부(120)는 온도가 제1설정온도 이상이고, 상부 덮개(104)의 온도가 제2설정온도 이상이면 상기 팬(116)과 펌프(118)의 동작을 가동하고, 제2설정온도 미만으로 떨어지면 상기 팬(116)과 펌프(118)의 동작을 제어하며, 온도가 제3설정온도 이하이고, 제4설정온도 이하로 떨어지면 상기 탄소발열패드(108)를 가동시키고, 제4설정온도 이상이면 상기 탄소발열패드(108)의 가동을 중지시키는 증발냉각을 이용한 냉온열 벤치.