KR102309751B1 - 히트파이프를 이용한 냉온겸용 벤치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 앉을 수 있는 방열판 밑면에 길이방향을 따라 히트파이프를 최소 두줄 나란히 설치하고 이들 히트파이프에 밀착되는 열전소자를 다수 마련함으로써, 상기 방열판의 열분포가 균일하게 되고 또한 사람이 없을 때는 예열운전을 하여 에너지를 절약하고 여름철에는 이슬점온도가 되지 않게 운전 제어하여 방열판에 물기가 없도록 한 히트파이프를 이용한 냉온겸용 벤치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 내부에 공간부를 가지며 다수가 앉을 수 있는 본체가 구비되고, 상기 본체의 개방된 상부에 놓여서 앉는 자리를 제공하는 방열판이 구비되며, 상기 방열판 밑면에는 상기 공간부 쪽으로 다수의 열전소자가 구비된 방열판을 갖는 의자에 있어서, 상기 방열판 밑면에는 길이방향을 따라 파이프홈이 형성되고; 상기 파이프홈에 빈틈없이 밀착되게 끼워지는 히트파이프가 구비되는데, 상기 히트파이프는 상기 방열판보다 열전도율이 좋은 구리재질로 구성되고, 내부에는 암모니아가스 또는 프레온가스가 충진되며; 상기 열전소자는 상기 방열판과 히트파이프에 동시에 접하여서 상기 열전소자의 열기가 상기 히트파이프를 통하여 상기 방열판에 균일하게 퍼지도록 한 특징이 있다.

Description

히트파이프를 이용한 냉온겸용 벤치{Cold and hot bench}

본 발명은 히트파이프를 이용한 냉온겸용 벤치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 앉을 수 있는 방열판 밑면에 길이방향을 따라 히트파이프를 최소 두줄 나란히 설치하고 이들 히트파이프에 밀착되는 열전소자를 다수 마련함으로써, 상기 방열판의 열분포가 균일하게 되도록 하고 또한 사람이 없을 때는 예열운전을 하고 여름철에는 이슬점온도가 되지 않게 운전제어하여 방열판에 물기가 없도록 한 히트파이프를 이용한 냉온겸용 벤치에 관한 것이다.

일반적으로 공공장소, 공원 및 정류소 등에 설치되는 긴 의자는 사람들이 앉아서 휴식을 취할 수 있도록 옥외에 설치되는데, 각 지방자치단체는 휴식공간을 제공하기 위해 다양한 형태의 의자를 설치하고 있는 추세이다. 하지만 기존의 의자는 기온이 매우 높은 하절기에는 좌석이 뜨겁고, 기온이 매우 낮은 동절기 특히 야간의 경우에는 좌석이 매우 차갑기 때문에 잘 사용하지 않는 문제점이 있었다.

이를 감안하여 종래 특허 제1929936호는 펠티어효과를 내는 열전소자로 냉각블럭을 냉각시키고, 상기 냉각블럭으로 냉매가 순환되는 냉각관 표면에 바람을 공급하여 냉풍이 의자로 토출되도록 한 냉풍벤치를 제안하 바 있다.

그러나 종래 특허는 냉풍을 일으키기 위하여 냉각관과 냉매가 필요하고, 냉매를 순환시키는 펌프가 필요하므로 구조가 복잡하고, 또한 열전소자에서 냉각이 이뤄지는 동안 반대쪽에서 고열이 발생되는데, 외기를 불어서 공냉시키는 구조이므로 여름철 외기온도가 높아지는 혹서기에는 방열기능이 떨어져 상대적으로 냉각효율이 저하되는 등의 문제점이 있었다.

국내 공개특허 제2017-0002952호는 좌판 또는 등판에 열전소자를 설치하여 주위온도에 따라 냉열 작동하도록 한 열전소자 의자를 제안한 바 있다.

그러나 종래특허는 전류방향을 바꿔서 하나의 열전소자로 여름철에는 좌판을 냉각시키고 겨울철에는 가열시키도록 구성하였으나, 여름철 한쪽 면이 냉각되는 동안 반대쪽에서 발생되는 고열을 빠르게 낮춰야 냉각이 지속되는 열전소자의 특성을 감안할때 열을 방출시키는 히트싱크 등의 구성이 없고, 단순히 공기 중에 노출된 정도만으로 열을 낮추는 것은 한계가 있으므로 냉각효율이 떨어지는 등의 기술적인 문제점이 있었다.

이러한 점을 감안하여 본 발명자는 방열판을 갖는 의자를 특허 제2054205호로 등록한 바 있다. 이는 열전도율이 좋으면서 여러 명이 앉을 수 있는 크기의 방열판 밑면에 다수의 열전소자를 일렬로 설치하되 냉각 전용과 가열 전용으로 구분하여 번갈아 설치하고, 상기 냉각전용 열전소자는 히트싱크(heat sink)로 발열부의 온도를 낮추며 이때 발생되는 열풍은 상기 방열판의 밑면에서 온도가 낮아지도록 한 것이다.

그러나 본 발명자의 특허는 열전소자가 있는 부분과 없는 부분에서 방열판 온도편차가 발생되어 균일한 냉각이나 균일한 가열이 되지 않는 단점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 앉을 수 있는 방열판 밑면에 길이방향을 따라 히트파이프를 최소 두줄 나란히 설치하고 이들 히트파이프에 밀착되는 열전소자를 다수 마련함으로써, 상기 방열판의 열분포가 균일하게 되고 또한 사람이 없을 때는 예열운전을 하여 에너지를 절약하고 여름철에는 이슬점온도가 되지 않게 운전 제어하여 방열판에 물기가 없도록 한 히트파이프를 이용한 냉온겸용 벤치를 제공함에 있다.

이를 위하여 본 발명은 내부에 공간부를 가지며 다수가 앉을 수 있는 본체가 구비되고, 상기 본체의 개방된 상부에 놓여서 앉는 자리를 제공하는 방열판이 구비되며, 상기 방열판 밑면에는 상기 공간부 쪽으로 다수의 열전소자가 구비된 방열판을 갖는 의자에 있어서, 상기 방열판 밑면에는 길이방향을 따라 파이프홈이 형성되고; 상기 파이프홈에 빈틈없이 밀착되게 끼워지는 히트파이프가 구비되는데, 상기 히트파이프는 상기 방열판보다 열전도율이 좋은 구리재질로 구성되고, 내부에는 암모니아가스 또는 프레온가스가 충진되며; 상기 열전소자는 상기 방열판과 히트파이프에 동시에 접하여서 상기 열전소자의 열기가 상기 히트파이프를 통하여 상기 방열판에 균일하게 퍼지도록 한 특징이 있다.

본 발명에 따르면 방열판을 냉각 또는 가열시키는 열전소자들이 서로 떨어져 배치되더라도 방열판을 따라 길이방향으로 나열된 히트파이프를 통하여 열전달이 이뤄지므로 방열판의 균일한 냉각 또는 가열이 가능하여 제품의 신뢰성이 향상된다.

또한 사람이 없을 때는 예열운전을 시행하여 지속적인 냉각 또는 가열에 따른 전력손실을 줄이고, 특히 습도가 높은 여름철 냉각과정에서 이슬점온도에 도달되지 않도록 열전소자의 운전을 제어하여 사용에 불편이 없도록 한 이점이 있다.

도 1은 본 발명 한 실시예의 벤치의 방열판 분리 사시도
도 2는 본 발명 한 실시예의 벤치의 정단면도
도 3은 도 2의 A - A선 단면도
도 4는 본 발명 한 실시예의 방열판의 열분포사진
도 5는 본 발명 한 실시예의 벤치의 제어시스템 구성도
도 6은 본 발명 한 실시예의 벤치의 제어시스템 흐름도

도 1 내지 도 4에서 본 발명 한 실시예의 벤치는 직육면체로 최소 3명이 앉을 수 있는 길이의 본체(10)가 구비된다. 상기 본체(10)는 상부가 개방되고 내부는 빈 공간부(11)로 구성되며, 지면에서 앉을 수 있는 높이로 돌출된다. 상기 본체(10)의 상단에는 개방된 공간부(11)를 덮는 방열판(20)이 구비된다. 상기 방열판(20)은 좌석 역할을 하는 것으로서, 열전도율이 높은 알루미늄판으로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 방열판(20)의 밑면은 길이방향을 따라 서로 떨어진 파이프홈(21)이 최소 두줄 나란히 형성된다. 그리고 각 파이프홈(21)에는 히트파이프(30)가 끼워진다. 상기 히트파이프(30)는 파이프홈(21)에 끼워진 상태에서 상기 공간부(11)로 노출되는 밑면이 상기 방열판(20)의 밑면과 일치되는 동일평면상에 놓인다. 그리고 상기 히트파이프(30)의 외주면은 파이프홈(21)의 내주면과 억지끼움식으로 밀착되어 빈 틈이 없이 결합된다.

상기 히트파이프(30)는 열전도율이 상기 방열판(20)보다 우수한 재질로 구성되는데, 상기 방열판(20)이 알루미늄 재질이므로 상기 히트파이프(30)는 구리 재질로 구성된다. 그리고 상기 히트파이프(30)의 안쪽에는 유리섬유나 망상(網狀)의 동선(銅線)으로 구성된 심재(心材)가 부착되고, 내부에는 프레온 또는 암모니아 같은 열매체가 채워진 것으로서, 열전도율이 구리의 1000 ∼ 1500배로 증가된다.

그리고 상기 각 히트파이프(30)와 방열판(20)의 밑면에 동시에 밀착되는 열전소자(40)가 상기 방열판(20)을 따라 길이방향으로 다수개 등간격으로 떨어져 구비된다. 바람직하게는 상기 방열판(20)의 밑면에서 중앙을 기준으로 양측에 히트파이프(30)가 배치되고 상기 열전소자(40)는 방열판(20)의 밑면 중앙에 배치되면 각 히트파이프(30)와 방열판(20)의 밑면이 상기 열전소자(40)와 밀착된다. 또한 각 열전소자(40)들 사이에는 상기 히트파이프(30)를 방열판(20)에 고정하기 위한 파이프고정판(31)이 구비된다.

상기 열전소자(40)는 전류의 방향에 따라 상기 방열판(20) 및 히트파이프(30)와 접촉된 접촉면이 가열 및 냉각되는 것으로서, 한쪽면이 -1℃ ∼ 2℃를 유지할때 반대쪽 면은 90℃로 상승된다. 따라서 이들 온도를 제어하면 여름철에는 주위온도 보다 5℃ 낮게 유지할 수 있으며, 또한 겨울철에는 약 50℃ 정도 유지되게 할 수 있다.

또한 상기 열전소자(40)의 상기 공간부(11)로 향하는 면에는 히트싱크(50)가 부착된다. 열전소자(40)는 여름철 한쪽이 냉각되는 동안 동안 반대쪽은 고열이 발생되는데, 이 고열을 빠르게 방열시켜야 냉각효율이 저하되지 않는 특성을 갖는다. 따라서 상기 히트싱크(50)는 냉각핀으로 구성된 육면체의 중앙에 팬(51)과 모터(52)가 구비되고 냉각핀에는 냉매가 충진된 냉매관이 설치되어서 발열면과 접촉되어 열을 방출시킨다.

도 5 및 도 6은 본 발명 한 실시예의 제어시스템을 나타낸 것으로서, 상기 상기 방열판(20)에는 표면 온도를 측정하는 열센서(63)가 구비되고, 상기 본체(10)에는 벤치 주변의 대기 온도를 측정하는 대기센서(61), 습도를 측정하는 습도센서(62) 및 사람을 감지하는 근접센서(64)가 각각 구비된다. 상기 대기센서(61), 습도센서(62) 및 근접센서(64)는 본체(10)의 외부에 부착되는 것이 바람직하나, 본체(10) 내부가 대기중과 통하는 구조를 가질 경우 내부에 설치할 수 도 있다.

그리고 상기 본체(10)의 내부에는 상기 센서들과 연결되는 제어부(60)가 구비되는데, 상기 제어부(60)는 상기 열전소자(40)를 구동시키는 열전소자구동부(65), 상기 히트싱크(50)를 구동시키는 히트싱크구동부(66)와 연결되며, 상기 대기센서(61) 및 습도센서(62)값에 따라 이슬점을 연산하는 이슬점연산부(67)와 회로적으로 연결된다.

상기 제어부(60)는 상기 근접센서(64)의 신호값에 따라 사람이 벤치에 접근하지 않는 동안 상기 방열판(20)이 예열되도록 상기 열전소자(40)의 온도를 제어한다. 여름철 또는 겨울철 정상운전 온도보다 낮게 열전소자(40)를 운전하여 전력소모를 줄인다. 그리고 상기 제어부(60)는 여름철 상기 습도센서(62) 및 대기센서(61)의 신호값을 상기 이슬점연산부(67)로 보내서 이슬점온도를 수시로 피드백 받는다. 따라서 상기 방열판(20)이 이슬점온도에 도달되면 온도를 낮추거나 높여서 방열판(20)에 이슬이 맺히지 않도록 제어한다. 미설명부호 12는 본체(10)의 공간부(11)와 대기를 통하게 하는 통기구이다.

이처럼 구성된 본 발명 한 실시예의 벤치는 방열판(20) 밑면에 두개의 히트파이프(30)가 서로 떨어져 나란히 구비되므로 열전소자(40)의 냉기 또는 열기가 이들 히트파이프(30)를 통하여 방열판(20)에 균일하게 분포된다. 도 4에 도시된 바와같이 히트파이프(30)가 없는 경우 열전소자(40)가 있는 부분과 없는 부분의 온도차가 발생되는 것을 알 수 있다.

상기 히트파이프(30)는 상기 방열판(20)의 밑면에 형성된 파이프홈(21)에 억지끼움 식으로 밀접 접촉된 상태에서 밑면이 방열판(20)의 밑면과 동일평면상에 놓인다. 따라서 열전소자(40)는 이들 방열판(20)과 히트파이프(30)에 각각 접촉되므로 열전소자(40)가 작동되는 동안 방열판(20) 및 히트파이프(30)가 동시에 가열 또는 냉각되므로 방열판(20)의 온도를 빠르게 제어할 수 있다. 그리고 히트파이프(30)를 통하여 방열판(20)의 온도분포를 균일하게 유지시킬 수 있다.

도 6에서와 같이 여름철 방열판(20)의 냉각이 필요한 경우 제어부(60)는 열전소자구동부(65)를 통하여 열전소자(40)를 작동시킨다. 이때 습도센서(62) 및 대기센서(61)를 통하여 대기중의 온도와 습도 관계를 이슬점연산부(67)에서 연산하며, 이슬점에 도달되면 제어부(60)에서 열전소자(40)의 운전을 제어하여 방열판(20)에 이슬이 맺히지 않게 한다. 또한 상기 제어부(60)는 근접센서(64)를 통하여 입력되는 신호에 따라 벤치에 사람이 없을 경우 상기 방열판(20)이 정상운전 온도보다 낮아지도록 상기 열전소자(40)를 제어하여 전력소모를 줄인다.

여름철 상기 열전소자(40)는 -1℃ ∼ 2℃의 온도로 상기 방열판(20)을 냉각시키므로 계속 작동되면 온도가 지속적으로 낮아진다. 따라서 앉는데 불편하지 않도록 대기보다 5℃ 정도 낮게 방열판(20)의 온도를 유지시킨다. 그리고 상기 열전소자(40)는 냉각되지 않는 반대쪽면이 90℃ 정도 올라가므로 이를 낮춰야 냉각되는 쪽의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 따라서 히트싱크(50)의 작동으로 냉매가 냉각관으로 순환되고 팬(51) 및 모터(52)의 작동으로 가열되는 면의 온도를 낮춘다.

겨울철 방열판(20)의 가열이 필요한 경우 제어부(60)는 열전소자구동부(65)를 통하여 열전소자(40)로 공급되는 전류의 방향을 전환시킨다. 이때 열전소자(40)는 방열판(20) 및 히트파이프(30)와 접하는 면이 90℃ 까지 올라가므로 방열판(20)의 온도가 지속적으로 상승된다. 그러나 지나치게 높으면 앉는데 불편하므로 약 50℃ 정도 유지되게 제어부(60)는 상기 열센서(63)의 입력값에 따라 상기 열전소자구동부(65)를 제어한다.

10 : 본체 11 : 공간부
20 : 방열판 21 : 파이프홈
30 : 히트파이프 40 : 열전소자
50 : 히트싱크 60 : 제어부
61 : 대기센서 62 : 습도센서
63 : 열센서 64 : 근접센서
65 : 열전소자구동부 66 : 히트싱크구동부
67 : 이슬점연산부

Claims (4)

1. 내부에 공간부를 갖는 본체의 개방된 상부에 놓여서 앉는 자리를 제공하는 방열판이 구비되고, 상기 방열판 밑면에는 길이방향을 따라 파이프홈이 형성되고, 상기 파이프홈에 빈틈없이 밀착되게 끼워지는 히트파이프가 구비되는데, 상기 히트파이프는 상기 방열판보다 열전도율이 좋은 구리재질로 구성되고, 내부에는 암모니아가스 또는 프레온가스가 충진되며, 열전소자는 상기 방열판 밑면과 히트파이프에 동시에 접하여서 상기 열전소자의 냉기 또는 열기가 상기 히트파이프를 통하여 상기 방열판에 균일하게 퍼지도록 한 히트파이프를 이용한 냉온겸용 벤치에 있어서,
   상기 본체에는 대기온도를 측정하는 대기센서 및 대기중의 습도를 측정하는 습도센서가 구비되고, 상기 대기센서 및 습도센서의 신호값에 따라 이슬점을 연산하는 이슬점연산부가 구비되며;
   상기 이슬점연산부에서 이슬점온도가 측정되면 제어부는 상기 열전소자를 이슬점온도 이상 또는 이하가 되도록 운전 제어하여 상기 방열판에 이슬이 맺히지 않도록 제어함을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 냉온겸용 벤치.
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