KR102370846B1 - 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치 - Google Patents

열전 소자 모듈의 온도 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치에 관한 것이고, 구체적으로 제어 전원과 구동 전원을 분리시키면서 조절 대상의 온도 및 주변 온도에 따라 냉각 수준의 조절이 가능한 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치에 관한 것이다. 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치는 제어 모듈(11)에 전력을 공급하는 제어 전원(17); 열전 소자를 포함하면서 제어 전원(17)과 독립된 구동 전원(12)에 의하여 구동되는 열전 모듈(13); 냉각 대상(14)의 온도를 탐지하는 탐지 센서(15); 및 탐지 센서(15)에서 탐지된 온도 정보에 기초하여 열전 모듈(13)의 작동 수준을 결정하는 작동 데이터 유닛(16)을 포함하고, 상기 구동 전원(12)은 제어 모듈(11)에서 전송된 구동 신호에 따라 작동이 제어되고, 전기적으로 구동 전원(12)과 분리된다.

Description

열전 소자 모듈의 온도 제어 장치{An Apparatus for Controlling a Temperature of a Thermoelement Module}
본 발명은 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치에 관한 것이고, 구체적으로 제어 전원과 구동 전원을 분리시키면서 조절 대상의 온도 및 주변 온도에 따라 냉각 수준의 조절이 가능한 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치에 관한 것이다.
열전 소자의 흡열 또는 발열을 이용하는 전자 냉각 방식이 다양한 산업 분야에 적용되고 있고, 이와 같은 열전 모듈은 pn 반도체, 단열재 또는 방열 수단을 포함한다. 이와 같은 전자 냉각 기술은 의료 기기. 컴퓨터 부품 또는 작동에 따라 발열이 되는 전자 또는 전기기기에 적용되고 있고 이와 관련된 다양한 기술이 공지되어 있다.
특허공개번호 제10-2011-0125723호는 불안정한 온도 제어 범위에서 헌팅 현상을 제거하여 온도 안정화를 이룰 수 있는 기술에 대하여 개시한다. 특허등록번호 제10-1688888호는 열전 소자의 극성이 전환되는 제어 영역에서 안정적인 온도 제어가 가능한 온도 제어 시스템에 대하여 개시한다. 또한 특허공개번호 제10-2014-0143816호는 열전 소자가 온도 제어 시스템과 통합된 온도 제어 시스템에 대하여 개시한다. 열전 소자를 포함하는 열전 모듈에 의하여 냉각을 하는 과정에서 발열체의 주위 온도에 따라 냉각 수준을 조절하거나, 제한적인 범위에서 냉각 또는 가열을 할 필요가 있다. 또한 냉각기의 구동을 위하여 큰 전력이 요구되고, 제어 모듈은 상대적으로 작은 전력에서 작동이 가능하므로 구동 전원과 제어 전원을 분리시키는 것이 유리하다. 그러나 선행기술은 이와 같은 기술에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
특허문헌 1: 특허공개번호 제10-2011-0125723호(유니셈(주), 2011년11월22일 공개) 전기식 칠러 장치 및 이의 온도 제어 방법 특허문헌 2: 특허등록번호 제10-1688888호(주식회사 에프에스티, 2016년12월22일 공고) 열전소자를 이용한 온도 제어 시스템 특허문헌 3: 특허공개번호 제10-2014-0143816호(젠썸 인코포레이티드, 2014년12월17일 공개) 열전 소자를 갖는 온도 제어 시스템
본 발명은 목적은 제어 전원과 구동 전원을 분리시키면서 발열체의 온도 및 주변 온도에 따라 냉각 수준의 조절이 가능한 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치는 제어 모듈에 전력을 공급하는 제어 전원; 열전 소자를 포함하면서 제어 전원과 독립된 구동 전원에 의하여 구동되는 열전 모듈; 냉각 대상의 온도를 탐지하는 탐지 센서; 및 탐지 센서에서 탐지된 온도 정보에 기초하여 열전 모듈의 작동 수준을 결정하는 작동 데이터 유닛을 포함하고, 상기 구동 전원은 제어 모듈에서 전송된 구동 신호에 따라 작동이 제어되고, 전기적으로 구동 전원과 분리된다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 탐지 센서는 냉각 대상의 온도 및 주변 온도를 탐지하여 작동 데이터 유닛으로 전송한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 열전 모듈은 내부에 냉각 유로가 형성된 냉각 모듈을 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 냉각 유로는 다수 개의 곡선 경로가 병렬로 배치되면서 분리 벽에 의하여 서로 분리되고, 각각의 곡선 경로는 연장 방향을 따라 서로 다른 깊이를 가진다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 탐지 센서에서 탐지된 온도에 따라 냉각(Cooling) 또는 가열(heating)을 결정하는 비교기를 더 포함하고, 냉각 및 가열 사이의 변경을 위하여 변경 시간 간격이 설정된다.
본 발명에 따른 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치는 큰 전력이 요구되는 구동 전원과 비교적 작은 전력으로 작동이 가능한 제어 전원을 전기적으로 분리시키는 것에 의하여 냉각 기기의 전력 소비 효율이 높아지도록 한다. 또한 주변 온도에 따라 냉각 또는 가열 조건을 조절하는 것에 의하여 냉각 성능이 향상되도록 한다. 본 발명에 따른 온도 제어 장치는 팬 또는 냉각수 또는 냉각유와 같은 냉매에 의한 방열 구조를 가질 수 있고, 냉매의 속력, 압력 또는 유량을 조절하는 것에 의하여 냉각 시간의 조절이 가능하도록 하면서 정해진 범위에서 작동이 차단되도록 하는 것에 의하여 다양한 형태의 냉각 제어 오류 또는 안전사고가 방지되도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 온도 제어 장치가 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 온도 제어 장치에 적용되는 열전 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 온도 제어 장치의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치는 제어 모듈(11)에 전력을 공급하는 제어 전원(17); 열전 소자를 포함하면서 제어 전원(17)과 독립된 구동 전원(12)에 의하여 구동되는 열전 모듈(13); 냉각 대상(14)의 온도를 탐지하는 탐지 센서(15); 및 탐지 센서(15)에서 탐지된 온도 정보에 기초하여 열전 모듈(13)의 작동 수준을 결정하는 작동 데이터 유닛(16)을 포함하고, 상기 구동 전원(12)은 제어 모듈(11)에서 전송된 구동 신호에 따라 작동이 제어되고, 전기적으로 구동 전원(12)과 분리된다.
온도 제어 장치는 제어 부분과 구동 부분으로 이루어질 수 있고, 제어 부분은 온도 탐지 정보에 기초하여 열전 모듈(13)의 작동 여부, 작동 방법 또는 작동 수준을 결정하고, 구동 부분은 제어 부분으로부터 전송된 작동 개시 신호에 기초하여 열전 모듈(13)을 작동시키는 기능을 가질 수 있다. 작동 개시 신호를 포토다이오드, 전자석 또는 영구 자석과 같은 자기장 발생 소자에 의한 마그네틱 방식 또는 릴레이 방식이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
제어 부분은 제어 모듈(11), 열전 모듈(13)의 작동 방식을 결정하는 작동 데이터 유닛(16) 및 제어 모듈(11)에 전력을 공급하는 제어 전원(17)을 포함할 수 있다. 그리고 구동 부분은 구동 전원(12), 구동 전원(12)에 의하여 작동되어 냉각 대상(14)을 냉각시키는 열전 모듈(13) 및 열전 모듈(13)의 온도, 냉각 대상(14)이 되는 발열체의 온도 또는 주변 온도를 탐지하는 탐지 센서(15)를 포함할 수 있다. 제어 모듈(11)은 작은 전류 또는 작은 전압 조건에서 작동될 수 있고, 제어 모듈(11)의 작동에 필요한 전력은 제어 전원(17)에 의하여 공급될 수 있다. 제어 모듈(11)은 구동 전원(12)의 작동 여부를 결정하는 기능을 가질 수 있고, 예를 들어 광 개시 신호, 전자기 개시 신호 또는 이와 유사한 작동 개시 신호를 구동 전원(12)으로 전송할 수 있다. 구동 전원(12)은 제어 전원(17)과 독립적으로 작동되고, 전기적으로 분리될 수 있다. 독립적으로 작동되는 것은 제어 전원(17)의 작동 여부에 관계없이 구동 전원(12)이 구동되어 열전 모듈(13)을 작동시키거나, 작동시키지 않을 수 있다. 이와 같이 독립적으로 서로 전기적으로 분리되어 작동되는 것에 의하여 제어 모듈(11)의 제어 회로가 보호되면서 예를 들어 구동 전원(12)의 누설과 같은 전류 누설 또는 유사한 구동 부분의 전기적 작동 오류에 대하여 제어 부분의 안전 작동이 보장될 수 있다. 열전 모듈(13)의 작동을 위하여 큰 전류 또는 큰 전압이 요구되고, 구동 전원(12)은 열전 모듈(13)의 작동에 필요한 전력을 공급할 수 있다. 열전 모듈(13)은 적어도 하나의 열전 소자 및 방열 수단을 포함할 수 있고, 열전 소자는 예를 들어 pn 반도체 소자로 이루어질 수 있다. 추가로 열전 모듈(13)에 포함된 방열 수단은 방열 핀, 방열 팬 또는 냉각 유체와 같은 것을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 열전 모듈(13)은 열 교환 기능을 가질 수 있고, 이와 같은 열 교환 기능에 의하여 냉각 대상(14)이 되는 발열체를 냉각시킬 수 있다. 냉각 대상(14)은 예를 들어 고주파 발생, 레이저 발생 또는 이와 유사하게 전력 소비에 의하여 치료 기능을 가지는 의료 기기가 될 수 있고, 미리 정해진 온도 범위로 유지될 필요가 있다. 열전 모듈(13)은 냉각 대상(14)의 온도 또는 주변 조건에 따라 냉각 대상(14)을 냉각시키거나(cooling), 가열시킬(heating) 수 있다. 냉각 대상(14)은 전력 공급에 의하여 작동되어 열을 발생시키는 다양한 형태의 발열체가 될 수 있고, 다양한 형태로 열전 모듈(13)과 열 교환이 이루어질 수 있다. 예를 들어 냉각수 또는 냉각유와 같은 매체를 냉각을 시키거나 가열을 시켜 냉각 대상(14)으로 유도하여 열 교환이 이루어지도록 할 수 있다. 냉각 대상(14)의 온도에 따라 열전 모듈(13)의 작동 수준이 조절될 수 있고, 냉각 또는 가열 수준이 조절될 수 있다. 이를 위하여 냉각 대상(14)의 온도가 탐지 센서(15)에 의하여 탐지될 수 있다.
탐지 센서(15)에 의하여 냉각 대상(14) 또는 발열체의 온도가 탐지될 수 있고, 선택적으로 냉각 대상(14)의 주변 온도가 탐지될 수 있다. 발열체의 온도는 열전 모듈(13)의 작동 수준을 결정하는 직접적인 매개변수가 되고, 주변 온도는 열전 모듈(13)의 작동 수준을 결정하는 간접적인 매개변수가 될 수 있다. 구체적으로 발열체의 온도를 탐지하여 미리 결정된 범위에 있는지 여부가 판단되어 열전 모듈(13)의 작동 여부가 결정될 수 있다. 그리고 주변 온도가 탐지되어 열전 모듈(13)의 작동 방법이 결정될 수 있고, 예를 들어 냉각수 또는 냉각유의 순환 속력, 유동 압력, 유동 양 또는 열전 소자의 작동 시간이 결정될 수 있다. 탐지 센서(15)에 의하여 탐지된 발열체의 온도 또는 주변 온도가 작동 데이터 유닛(16)으로 전송될 수 있고, 작동 데이터 유닛(16)은 탐지된 온도 정보에 기초하여 열전 모듈의 작동 방식을 결정하여 제어 모듈(11)로 전송할 수 있다. 제어 모듈(11)은 전송된 작동 데이터에 기초하여 열전 모듈(13)의 작동 여부를 결정하고 구동 신호를 구동 전원(12)으로 전송할 수 있다. 그리고 구동 전원(12)은 제어 모듈(11)로부터 전송된 작동 신호에 기초하여 열전 모듈(13)의 작동을 개시시킬 수 있다. 이후 탐지 센서(15)에서 탐지된 온도 정보가 제어 모듈(11)로 피드백 형태로 전송되고 제어 모듈(11)은 그에 기초하여 구동 전원(12)의 구동을 유지시키거나, 중단시킬 수 있다.
탐지 정보의 분석에 따른 열전 모듈(13)의 작동 제어는 다양한 방법으로 이루어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 온도 제어 장치가 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 제어 전원(17)은 광전 변환 소자(photo coupler), 트랜지스터 소자, FET 반도체 소자, 릴레이 또는 이와 유사한 신호 발생 유닛(21)에 의하여 제어 모듈(11)과 연결될 수 있고, 필요에 따라 트랜지스터와 같은 신호 증폭 수단을 포함할 수 있다. 제어 모듈(11)은 미리 결정된 작동 전압에 기초하여 작동될 수 있고, 구동 전원(12)과 전기적으로 분리될 수 있다. 냉각 대상이 되는 발열체(23)의 온도가 제1 온도 센서(151)에 의하여 탐지될 수 있고, 발열체(23)의 주변 온도가 제2 온도 센서(152)에 의하여 탐지되어 제어 모듈(11)로 전송될 수 있다. 제어 모듈(11)은 전송된 정보에 기초하여 열전 모듈(13)의 작동 여부를 결정할 수 있고, 열전 모듈(13)의 작동이 결정되면 작동 개시 신호를 구동 전원(12)으로 전송할 수 있다. 구동 전원(12)에 대한 작동 개시 신호의 전송에 따라 구동 전원(12)과 열전 모듈(13)을 연결하는 스위치 유닛(22)이 작동되어 열전 모듈(13)의 작동이 개시될 수 있고, 이에 따라 열전 모듈(13)이 작동되어 발열체(23)를 냉각시킬 수 있다. 제어 모듈(11)은 냉각과 발열에 따라 서로 다른 경로를 통하여 작동 개시 신호를 전송할 수 있고, 신호 전송은 디지털 또는 아날로그 방식으로 이루어질 수 있다. 이에 따라 열전 모듈(13)은 주변 온도에 따라 또는 발열체(23)의 작동 조건에 따라 발열체(23)를 냉각을 시키거나 가열을 시킬 수 있다. 또한 냉각 속도를 조절할 수 있고, 정해진 범위에서 냉각 또는 발열이 반복적으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 열전 모듈(13)에 의하여 냉각 및 발열이 이루어질 수 있고, 각각의 조건에 따라 작동되도록 다수 개의 스위치 유닛(22)이 설치될 수 있다. 구체적으로 25 ℃ 이상이 되면 냉각 기능이 작동되고, 0 ℃ 이하에서 히터 기능이 작동될 수 있고, 50 ℃ 이상이 되면 작동 중단이 되도록 설정될 수 있다. 이와 같은 냉각 또는 가열 기능은 독립적으로 작동되는 제어 전원(17)과 제어 모듈(11)의 분리 구조 및 그에 적합한 열전 모듈(13)의 구조에 의하여 이루어질 수 있다. 이와 같은 작동 구조에서 발열에서 냉각으로 또는 그 역으로 작동 조건이 변경되면 변경 시간 간격(interval time)이 설정될 수 있다. 구체적으로 냉각에서 발열로 또는 그 역으로 가열 조건이 변경되면 열전 소자의 작동 전극이 변경되어야 하므로 전압 조건 또는 전류 조건의 설정이 되어야 하고, 이미 작동하고 있는 조건에 따른 효과를 제거하기 위한 변경 시간 간격이 설정되고, 적절한 탐지 수단에 의하여 변경 시점이 탐지될 수 있다. 예를 들어 변경 시간 간격은 1 내지 5초가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 변경 시간 간격에 의하여 예를 들어 전기 쇼트 현상과 같은 전기적 오류의 발생이 방지될 수 있다. 아래에서 이와 같은 기능을 가지는 열전 모듈(13)의 구조에 대하여 설명된다.
도 3은 본 발명에 따른 온도 제어 장치에 적용되는 열전 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 열전 모듈은 내부에 냉각 유로(364)가 형성된 냉각 모듈(36)을 포함한다. 또한 냉각 유로(364)는 다수 개의 곡선 경로가 병렬로 배치되면서 분리 벽에 의하여 서로 분리되고, 각각의 곡선 경로는 연장 방향을 따라 서로 다른 깊이를 가진다.
열전 모듈(13)은 열 교환 방식으로 발열체가 되는 표적(MT)을 냉각시키거나, 가열시킬 수 있고, 열전 모듈(13)은 표적(MT)의 용도, 구조, 작동 형태에 적합한 구조로 만들어질 수 있다. 예를 들어 열전 모듈은 냉각수 또는 냉각유와 같은 유체의 유동에 의하여 표적(MT)과 열전 소자 사이에 열 교환이 이루어지도록 할 수 있다. 이를 위하여 열전 모듈(13)은 표적(MT)에 접촉되거나, 접촉이 되지 않은 상태로 열 교환이 이루어지도록 하는 열 교환 블록(33); 열 교환 블록(33)의 열을 흡수하거나 방출하는 냉각 모듈(36); 및 열 교환 블록(33)에 결합된 열전 소자로부터 방출되거나 흡수되는 열을 외부로 분산시키는 방열 핀 유닛(32)을 포함할 수 있다. 선택적으로 방열 핀 유닛(32)에 의하여 유도된 열을 외부로 분산시키는 방열 팬(31)을 포함할 수 있다. 그리고 표적(MT) 또는 표적 주변의 온도를 탐지하는 제1, 2 온도 센서(151, 152)가 표적(MT) 또는 그 주변에 배치될 수 있다. 냉각 모듈(36)은 냉각수 또는 냉각유와 같은 냉매를 발열체가 되는 표적(MT)과 연결되는 유입 라인(L11, L12)으로 유도하는 기능을 가질 수 있다. 냉각 모듈(36)은 예를 들어 열전도율이 높은 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 이와 유사한 금속으로 만들어질 수 있고, 냉매의 유동을 위한 유동 경로를 포함할 수 있다. 구체적으로 냉각 모듈(36)의 내부에 열 교환을 위한 매체가 되는 냉각수 또는 냉각유의 유동을 위한 냉각 유로(364)가 형성될 수 있다. 냉각 유로(364)는 다수 개의 곡선 경로가 병렬로 배치되면서 분리 벽에 의하여 서로 분리되고, 서로 다른 곡선 경로의 끝 부분이 서로 연결될 수 있다. 각각의 곡선 경로는 경로 길이의 증가를 위하여 곡선 형상이 되면서 서로 다른 곡선 경로는 유사한 형상을 가질 수 있다. 냉각 유로(364)의 둘레 벽은 열전도성 소재 또는 이와 유사한 소재로 이루어질 수 있고, 필요에 따라 이중벽으로 이루어질 수 있다. 냉각 유로(364)의 양쪽 끝에 각각 유입 유닛(363a)과 배출 유닛(363b)이 형성될 수 있다. 유입 유닛(363a)은 냉각 유로(364)의 각각의 곡선 경로의 연장 방향에 대하여 수직이 되는 방향으로 형성된 다수 개의 체류 벽으로 이루어질 수 있고, 배출 유닛(363b)은 또한 유입 유닛(363a)과 동일 또는 유사한 구조로 만들어질 수 있다. 다수 개의 체류 벽은 한쪽 끝이 둘레 벽과 곡선 경로에 결합되어 일체로 형성될 수 있고, 인접하는 체류 벽이 각각 둘레 벽과 곡선 경로에 연결되면서 다른 끝 부분과 체류 벽 및 곡선 경로와 갭을 형성하는 것에 의하여 유동 경로를 형성할 수 있다. 유입 유닛(363a)의 한쪽 끝에 형성된 입구(362a)를 통하여 유입된 냉각수는 유입 유닛(363a)에 형성된 다수 개의 체류 벽을 따라 흘러 냉각 유로(364)로 유도될 수 있다. 냉각 유로(364)에 형성된 다수 개의 곡선 경로는 길이 방향을 따라 서로 다른 깊이를 가질 수 있고, 깊이 변화는 불규칙적으로 이루어질 수 있다. 이에 의하여 냉각 유로(364)에서 와류가 형성되면서 체류 시간이 적절하게 조절될 수 있다. 이와 동시에 접촉 면적이 증가될 수 있다. 이와 같이 냉각 유로(364)에서 체류 시간이 조절되어 정해진 온도 범위로 만들어진 냉매가 배출 유닛(363b)에 형성된 출구(362b)를 통하여 배출되어 유입 라인(L11, L12)을 따라 유도되어 표적(MT)을 냉각시키거나 가열시킬 수 있다. 이후 표적(MT)에서 정해진 경로를 따라 흐르면서 표적과 열 교환이 이루어진 냉매가 배출 라인(L22, L21)을 따라 배출되어 입구(362a)로 유입되어 위에서 설명된 경로를 따라 흐를 수 있다. 이와 같이 유입 유닛(363a)과 배출 유닛(363b)에 형성된 유동 경로가 냉각 유로(364)에 형성된 유동 경로가 서로 다른 방향을 가지는 것에 의하여 냉각 유로(364)에서 냉각수의 유동이 인가되는 외부 압력에 의하여 효과적으로 조절될 수 있다. 제시된 실시 예에서 냉각 모듈(36)의 한쪽 부분이 제시되어 있지만 동일 또는 유사한 구조를 가지는 냉각 모듈(36)이 서로 결합되어 밀폐 구조를 형성하거나, 적절한 밀폐 덮개에 의하여 냉각 모듈(36)이 밀폐될 수 있다. 선택적으로 방열 홀 블록(322)에 다수 개의 방열 홀(323)이 형성될 수 있고, 각각의 방열 홀(323)을 따라 냉각수, 냉각유와 같은 유체 또는 냉각 기체가 냉각 모듈(36)의 냉매와 독립적으로 유동되도록 유도될 수 있고, 이에 따라 방열 핀(321)으로 전달된 열이 외부로 신속하게 배출되어 냉각 모듈(36)의 냉각 또는 가열 효율이 높아지도록 할 수 있다 냉각 모듈(36)에 형성된 냉각 유로(364)는 냉매의 흐름을 조절하거나, 접촉 면적을 조절할 수 있는 다양한 구조로 만들어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다. 또한 선택적으로 방열 팬(31)에 의하여 열의 방출이 향상되도록 할 수 있다. 냉각 모듈(36)에서 냉각수 또는 냉각유의 흐름은 다양한 방법으로 조절될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 온도 제어 장치의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치는 탐지 센서(15)에서 탐지된 온도에 따라 냉각(Cooling) 또는 가열(heating)을 결정하는 비교기(45)를 포함한다.
온도 제어 장치는 적어도 두 개의 독립 전원을 포함할 수 있고, 예를 들어 제어 모듈(11)에 전력을 공급하는 제1 전원(41) 및 열전 모듈(13)의 작동을 위한 제2 전원(43)을 포함할 수 있다. 냉각 대상(14)에 설치된 제1 온도 센서(151) 또는 제2 온도 센서로부터 온도 정보가 탐지 신호 처리 유닛(44)으로 전송될 수 있고, 탐지 신호 처리 유닛(44)은 발열체에 해당하는 냉각 대상(14)의 온도와 주변 온도를 전기 신호로 변환 및 증폭하여 비교기(45)로 전송할 수 있다. 비교기(45)는 발열체의 온도와 주변 온도를 대비하여 열전 모듈(13)의 작동 방법을 설정할 수 있다. 또한 냉각 대상(14) 또는 열전 모듈(13)의 작동 오류가 탐지되면 차단 신호 유닛(451)을 통하여 차단 신호를 생성시켜 작동 선택 모듈(42)로 전송하여 냉각 대상(14) 또는 열전 모듈(13)의 작동을 중단시킬 수 있다. 작동 선택 모듈(42)은 가열 또는 냉각을 결정할 수 있고, 냉각과 가열 사이의 변경을 위한 변경 시간 간격이 설정할 수 있다. 비교기(45)의 비교 결과가 작동 데이터 유닛(46)으로 전송될 수 있고 작동 데이터 유닛(46)은 열전 모듈(13)의 작동 여부, 열전 모듈(13)의 작동 방법 또는 제1 온도 센서(151)의 정보 전송 주기를 결정할 수 있고, 이에 따른 작동 데이터가 생성될 수 있다. 작동 데이터가 제어 모듈(11)로 전송될 수 있고, 제어 모듈(11)은 작동 선택 모듈(42)을 통하여 제2 전원(43)으로 작동 개시 신호를 전송할 수 있다. 작동 선택 모듈(42)에서 전송된 개시 신호에 기초하여 제2 전원(42)은 유동 조절 유닛(431) 또는 소자 조절 유닛(432)을 작동시킬 수 있다. 유동 조절 유닛(431)은 예를 들어 순환 펌프(CR)를 작동시켜 냉각수의 순환 속도 또는 방열 팬의 작동 수준을 조절할 수 있고, 소자 조절 유닛(432)에 의하여 열전 모듈(13)의 작동 방법이 결정될 수 있다. 이후 냉각수 또는 냉각유의 순환 및 열전 모듈(13)의 작동에 의하여 냉각 대상(14)이 정해진 온도 범위로 유지될 수 있다. 열전 모듈(13)의 작동은 다양한 방법으로 조절될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치는 큰 전력이 요구되는 구동 전원과 비교적 작은 전력으로 작동이 가능한 제어 전원을 전기적으로 분리시키는 것에 의하여 냉각 기기의 전력 소비 효율이 높아지도록 한다. 또한 주변 온도에 따라 냉각 또는 가열 조건을 조절하는 것에 의하여 냉각 성능이 향상되도록 한다. 본 발명에 따른 온도 제어 장치는 팬 또는 냉각수 또는 냉각유와 같은 냉매에 의한 방열 구조를 가질 수 있고, 냉매의 속력, 압력 또는 유량을 조절하는 것에 의하여 냉각 시간의 조절이 가능하도록 하면서 정해진 범위에서 작동이 차단되도록 하는 것에 의하여 다양한 형태의 냉각 제어 오류 또는 안전사고가 방지되도록 한다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11: 제어 모듈 12: 구동 전원
13: 열전 모듈 14: 냉각 대상
15: 탐지 센서 16: 작동 데이터 유닛
17: 제어 전원 21: 신호 발생 유닛
22: 스위치 유닛 23: 발열체
31: 방열 팬 32: 방열 핀 유닛
33: 열 교환 블록 36: 냉각 모듈
41, 43: 제1, 2 전원 42: 작동 선택 모듈
44: 탐지 신호 처리 유닛 45: 비교기
46: 작동 데이터 유닛 151, 152: 제1, 2 온도 센서
321: 방열 핀 322: 방열 홀 블록
323: 방열 홀 362a: 입구
362b: 출구 363a: 유입 유닛
363b: 배출 유닛 364: 냉각 유로
431: 유동 조절 유닛 432: 소자 조절 유닛
451: 차단 신호 유닛 CR: 순환 펌프
L11, L21: 유입 라인 MT: 표적

Claims (1)

  1. 제어 모듈(11)에 전력을 공급하는 제어 전원(17);
    열전 소자를 포함하면서 제어 전원(17)과 독립된 구동 전원(12)에 의하여 구동되는 열전 모듈(13);
    냉각 대상(14)의 온도를 탐지하는 탐지 센서(15);
    탐지 센서(15)에서 탐지된 온도 정보에 기초하여 열전 모듈(13)의 작동 수준을 결정하는 작동 데이터 유닛(16);
    제어 전원(17)과 제어 모듈(11)을 연결시키는 광전 변환 소자, 트랜지스터 소자, FET 반도체 소자 또는 릴레이로 이루어진 신호 발생 유닛(21);
    구동 전원(12)에 대한 작동 개시 신호의 전송에 따라 구동 전원(12)과 열전 모듈(13)을 연결하는 스위치 유닛(22); 및
    열전 모듈(13)은 표적(MT)에 접촉되거나 접촉이 되지 않은 상태로 열 교환이 이루어지도록 하는 열 교환 블록(33); 열 교환 블록(33)의 열을 흡수하거나 방출하도록 내부에 냉각 유로(32)를 형성하는 냉각 모듈(36); 열 교환 블록(33)에 결합된 열전 소자로부터 방출되거나 흡수되는 열을 외부로 분산시키는 방열 핀 유닛(32) 및 방열 핀 유닛(32)에 의하여 유도된 열을 외부로 분산시키는 방열 팬(31)을 포함하고,
    상기 탐지 센서(15)는 냉각 대상이 되는 발열체의 온도 및 발열체의 주변 온도를 각각 탐지하는 제 1 및 제2 온도 센서(151, 152)를 포함하고,
    냉각 유로(364)는 다수 개의 곡선 경로가 병렬로 배치되면서 분리 벽에 의하여 서로 분리되고, 다수 개의 곡선 경로 각각은 연장 방향을 따라 서로 다른 깊이를 가지며,
    냉각 모듈(36)은 냉각 유로(364)의 양쪽 끝에 각각 형성되는 유입 유닛(363a) 및 배출 유닛(363b)을 더 포함하고, 유입 유닛(363a) 및 배출 유닛(363b) 각각은 냉각 유로(364)의 각각의 곡선 경로의 연장 방향에 대하여 수직이 되는 방향으로 형성되어 냉각 유로(364)에 형성된 유동 경로와 다른 방향을 가지는 유동 경로를 형성하는 다수 개의 체류 벽으로 이루어지며,
    방열 핀 유닛(32)은 냉각 모듈(36)의 냉매와 독립적으로 유동되도록 냉각 유체를 유도하는 다수 개의 방열 홀(323)이 형성된 방열 홀 블록(322) 및 방열 핀(321)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000220932A (ja) * 1999-01-29 2000-08-08 Matsushita Refrig Co Ltd 熱電式ワイン保蔵庫
JP2011021774A (ja) * 2009-07-14 2011-02-03 Kobe Steel Ltd 熱交換器
KR101223273B1 (ko) * 2011-10-28 2013-01-17 영남대학교 산학협력단 원자로 냉각 관리 시스템
KR101795657B1 (ko) * 2017-04-14 2017-11-08 주식회사 사이어트 (SYATT Co.,Ltd.) 열전 소자 냉각 구조를 가진 압력 조절 방식의 냉각 장치
WO2018116951A1 (ja) * 2016-12-20 2018-06-28 株式会社フジクラ 放熱モジュール

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101177112B1 (ko) 2010-05-14 2012-08-27 유니셈(주) 전기식 칠러 장치 및 이의 온도제어 방법
DE112013001908T5 (de) 2012-04-04 2014-12-24 Gentherm Incorporated Temperaturregelsysteme mit thermoelektrischen Vorrichtungen
KR20160001312A (ko) * 2014-06-27 2016-01-06 주식회사 대창 열전 소자 모듈
KR101688888B1 (ko) 2015-10-07 2016-12-22 주식회사 에프에스티 열전소자를 이용한 온도제어시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000220932A (ja) * 1999-01-29 2000-08-08 Matsushita Refrig Co Ltd 熱電式ワイン保蔵庫
JP2011021774A (ja) * 2009-07-14 2011-02-03 Kobe Steel Ltd 熱交換器
KR101223273B1 (ko) * 2011-10-28 2013-01-17 영남대학교 산학협력단 원자로 냉각 관리 시스템
WO2018116951A1 (ja) * 2016-12-20 2018-06-28 株式会社フジクラ 放熱モジュール
KR101795657B1 (ko) * 2017-04-14 2017-11-08 주식회사 사이어트 (SYATT Co.,Ltd.) 열전 소자 냉각 구조를 가진 압력 조절 방식의 냉각 장치

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