KR102426080B1 - 열전소자와 히트싱크를 이용한 냉각스틱 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄산음료, 청량음료, 과일주스, 차, 커피, 맥주 등과 같은 음료 즉, 병 또는 컵과 같은 용기에 담겨 있는 액체 또는 기기장치를 냉각시키기 위한 냉각스틱에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 별도의 냉매를 사용하지 않고 열전소자와 히트싱크를 이용하여 액체에 냉각부만을 침지시킨 후 상기 열전소자를 작동시킴으로써, 보다 빠르고 효율적으로 액체 또는 기기장치의 냉각이 이루어질 수 있도록 하고, 소형으로 제작되는 경우 휴대 및 사용이 간편하며, 대형으로 제작되거나 다수개를 연결하여 사용하는 경우 대용량의 냉각이 가능하여 대량의 액체 또는 기기장치의 냉각을 통해 장치의 수명 증가 및 과열에 대한 대응시스템으로 사용 가능할 뿐만 아니라 스틱형 구조로 제품에 간편이 삽입하는 형태로 유지보수가 용이한 열전소자와 히트싱크를 이용한 냉각스틱에 관한 열전소자와 히트싱크를 이용한 냉각스틱에 관한 기술분야가 개시된다.

Description

열전소자와 히트싱크를 이용한 냉각스틱{Cooling stick using thermoelectric element and heat sink}

본 발명은 탄산음료, 청량음료, 과일주스, 차, 커피, 맥주 등과 같은 음료 즉, 병 또는 컵과 같은 용기에 담겨 있는 액체 또는 기기장치를 냉각시키기 위한 냉각스틱에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 별도의 냉매를 사용하지 않고 열전소자와 히트싱크를 이용하여 액체에 냉각부만을 침지시킨 후 상기 열전소자를 작동시킴으로써, 보다 빠르고 효율적으로 액체 또는 기기장치의 냉각이 이루어질 수 있도록 하고, 소형으로 제작되는 경우 휴대 및 사용이 간편하며, 대형으로 제작되거나 다수개를 연결하여 사용하는 경우 대용량의 냉각이 가능하여 대량의 액체 또는 기기장치의 냉각을 통해 장치의 수명 증가 및 과열에 대한 대응시스템으로 사용 가능할 뿐만 아니라 스틱형 구조로 제품에 간편이 삽입하는 형태로 유지보수가 용이한 열전소자와 히트싱크를 이용한 냉각스틱에 관한 기술분야이다.

일반적으로, 탄산음료, 청량음료, 과일주스, 차, 커피, 맥주 등과 같은 내용물은 캔 또는 병에 담아져서 일반 소비자에게 유통되고 있다. 이러한 음료수 또는 주류는 통상 냉장고에 저장하였다가 필요한 경우 그 냉장된 내용물을 음용하고 있다.

이러한 음료수를 냉장된 상태에서 소비자가 음용하기 위해서는 냉장고가 필수적으로 갖추어져 있어야 한다. 그러나, 가정이나 사무실 등에서는 냉장고가 갖추어져 있어서 시원하게 냉장된 음료수를 마실 수 있지만, 등산이나 야유회 등의 야외에서 또는 장시간 운전하는 경우 차내에서 냉장된 시원한 음료수를 음용하기란 쉽지 않다. 야외에서는 때때로 아이스박스를 사용하여 음료수를 냉장시키기도 하지만, 등산을 하는 경우에는 아이스박스를 구비하는 것도 거의 불가능한 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래 기술로서, 대한민국 등록특허 제10-0241495호에는 필요한 경우에 음료수를 냉장시켜 시원한 내용물을 음용할 수 있도록 간단하게 사용할 수 있고 또한 휴대할 수 있는 음료수를 냉각시키기 위한 휴대용 냉각봉을 개시하고 있다.

상기 종래기술은 냉매를 저장하기 위한 냉매 용기, 냉매 용기의 상부에 결합되고 냉매 분출수단을 갖는 상부냉매봉, 및 냉매 용기 위에 삽입되고 복수개의 구멍이 형성된 냉매 용기 케이스로 이루어지고, 상기 냉매 분출수단이 상기 냉매봉과 나사방식으로 결합되고 냉매 분출구멍이 형성된 결합부재, 및 상기 결합부재와 나사방식으로 결합되고 T-자형의 냉매 분출 구멍이 형성된 뚜껑으로 구성되어 있다.

다른 종래기술로서, 대한민국 공개특허 제10-2019-0135441호에는 액화가스 형태의 냉매를 저장하기 위한 냉매 용기, 상기 냉매 용기의 상부에 결합되고 냉매가 저장되는 냉매봉, 상기 냉매 용기를 보호할 수 있도록 그 외부에 조립되고 그 표면에 복수개의 구멍이 형성된 케이스, 및 냉매 용기를 밀봉하고 저장된 액화가스 냉매를 외부로 분출하는 기능을 갖는 뚜껑을 포함하여 구성되고, 상기 냉각봉의 내부 저면에 알루미늄 포일이 접착되고, 상기 뚜껑이 상부의 손잡이, 내부 중앙에 중심관통구멍과 이와 관통되도록 복수개의 측부관통구멍이 형성된 중심축, 및 상기 중심축의 하부에 일체로 형성되어 알루미늄 포일(foil)을 천공하기 위한 핀이 일체로 형성되며, 냉각봉의 상부 중앙에는 뚜껑의 중심축이 조립할 수 있도록 중심나사구멍이 형성되고, 그 하부쪽으로 이어서 핀이 관통할 수 있는 하부구멍이 형성되는 한편, 상기 뚜껑의 내부 중앙에 형성된 중심관통구멍과 관통하는 복수개의 측부관통구멍은 2∼6개가 형성되는 음료수를 냉각시키기 위한 냉각봉을 개시하고 있다.

그러나 상기와 같은 종래기술들은 냉매를 사용하여 냉매가 기화되는 원리를 이용하므로 한번 사용후 재사용이 어렵다는 문제가 있고, 냉매가 외부로 배출될 때 위험한 문제가 있다.

또한, 종래의 냉각스틱 중 통상적으로 사용되는 맥주를 냉각시키기 위한 냉각스틱은 사용전에 얼음 또는 냉동실과 같은 차가운 장소에 보관한 후 맥주가 담긴 맥주병에 하부를 침지시켜 맥주를 차갑게 음용할 수 있도록 하고 있으나, 상기 냉각스틱의 온도가 저하되면 재사용하기 위한 시간이 장시간 소요되는 문제점 있다.

한편, 기기장치 또는 과열에 대한 냉각시스템으로 냉각장치를 설치하여 기기장치의 과열에 의한 수명 감소 및 파손을 최소화하고, 과열에 의한 시스템 오류를 최소화하고 있으나, 상기 냉각장치는 그 구조가 복잡하고 설치가 어려우며 고장시 유지보수가 어려운 문제가 있다.

특히, ESS(Energy Storage System)에서 배터리의 냉각은 성능이 저하되는 것을 방지하기 위한 주요 요소로서, ESS의 배터리 셀 중 어느 하나가 열폭주(Thermal runaway)가 일어나게 되면 근접한 다른 배터리로 전이되면서 대형 화재로 발전하기 때문에 다양한 냉각기술이 개발되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-0241495호(1999.11.03.) 대한민국 공개실용신안 제20-1998-0065389호(1998.11.25.) 대한민국 공개특허 제10-2019-0135441호(2019.12.06.)

본 발명은 상술한 종래기술에 따른 문제점을 해결하고자 안출된 기술로서, 종래의 액체 또는 기기장치를 냉각하기 위한 냉각봉 또는 냉각스틱은 사용후 재사용이 어렵거나 재사용을 위한 시간이 장시간 소요되는 문제와 구조가 복잡하여 설치 및 유지보수가 어려운 문제가 발생하여;

이에 대한 해결점으로 별도의 냉매를 사용하지 않고 열전소자와 히트싱크만을 이용하여 상기 열전소자에 전원을 인가시켜 작동시킴으로써, 액체에 침지된 냉각부를 통해 액체의 열을 흡수한 후 상기 열전소자를 통해 방열부로 열을 효율적으로 전달시켜 상기 방열부를 통해 열이 외부로 방출됨에 따라 액체를 보다 빠르고 효율적으로 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라 스틱형 구조로 이루어져 휴대 및 사용, 설치가 간편함은 물론 다수개를 연결하여 대용량의 냉각에 효율적으로 사용될 수 있으며, 세척 후 재사용이 용이한 열전소자와 히트싱크를 이용한 냉각스틱을 통하여 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자, 액체에 침지되어 액체의 열을 흡수하는 냉각부와 상기 냉각부의 상부에 결합되고, 상기 냉각부와 하부가 밀접되어 열을 흡수하고 상부로 열을 방출하는 열전소자가 구비되는 열전달부와 상기 열전달부의 상부에 결합되어 상기 열전소자에서 방출되는 열을 흡수하여 외부로 방출하는 방열부 및 상기 방열부의 외측에 설치되어 상기 열전소자에 전원을 공급하는 전원부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열전소자와 히트싱크를 이용한 냉각스틱을 제시한다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 목적을 실현하고자, 액체에 침지되는 하부하우징과 상기 하부하우징의 내측에 설치되는 냉각용히트싱크와 상기 하부하우징의 상부에 하부가 기밀을 유지하며 결합되는 중앙하우징과 상기 중앙하우징의 내측에 설치되어 상기 냉각용히트싱크의 상부면과 하부면이 밀접되는 열전소자와 상기 중앙하우징의 상부에 하부가 기밀을 유지하며 결합되는 상부하우징과 상기 상부하우징의 내측에 설치되어 상기 열전소자의 상부면과 하부면이 밀접되는 방열용히트싱크 및 상기 상부하우징의 외측에 설치되고, 상기 열전소자와 전기적으로 연결되며, 외부로부터 전원을 인가받는 전원부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열전소자와 히트싱크를 이용한 냉각스틱을 제시한다.

또한, 본 발명의 상기 냉각용히트싱크와 열전소자의 사이 및 상기 방열용히트싱크와 열전소자의 사이에는 열전도율을 높이기 위해 도포되는 서멀 그리스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 열전소자는 상기 냉각용히트싱크와 상기 방열용히트싱크의 사이에 경사지도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 열전소자의 경사 각도는 90도로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 상부하우징은 상부에 설치되되, 상기 방열용히트싱크의 상부와 하부가 접촉되도록 설치되어 외부로 노출되는 방열판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 방열판과 방열용히트싱크의 사이에는 열전도율을 높이기 위해 도포되는 서멀 그리스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 방열판의 상부에 하부가 결합되는 쿨러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 전원부와 상기 상기 방열용히트싱크의 사이에는 상기 방열용히트싱크에서 방출되는 열을 차단하기 위해 설치되는 단열재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 전원부는 무선 또는 유선으로 충전가능한 배터리를 구비하는 무선전원부인 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 열전소자와 히트싱크를 이용한 냉각스틱은 별도의 냉매를 사용하지 않고 열전소와 히트싱크를 사용하여 상기 열전소자에 전원을 인가시켜 액체를 냉각함으로써, 냉매에 의한 환경파괴와 위험요소를 방지할 수 있는 효과와 사용 및 재사용이 편리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 열전소자와 히트싱크로 구성되고, 상기 열전소자와 히트싱크가 나란히 배열됨으로써, 스틱형 구조로 이루어져 구조가 간단하여 휴대 및 사용, 설치가 간편하고, 세척이 용이하며, 액체가 담겨 있는 대부분의 용기에 사용이 가능할 뿐만 아니라 기기장치 또는 ESS와 같은 냉각이 필요한 시스템에 적용이 용이한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예1에 의한 냉각스틱을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예1에 의한 냉각스틱을 나타낸 분해 사시도.
도 3은는 본 발명의 실시예1에 의한 냉각스틱을 나타낸 측단면도.
도 4는 본 발명의 실시예2에 의한 열전소자의 설치 각도를 나타낸 부분 측단면도.
도 5는 본 발명의 실시예3에 의한 열전소자의 설치 각도를 나타낸 부분 측단면도.
도 6은 본 발명의 실시예4에 의한 냉각스틱을 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명의 실시예5에 의한 무선전원부가 설치된 냉각스틱을 나타낸 측단면도.
도 8은 본 발명의 실시예6에 의한 냉각스틱을 나타낸 사시도.
도 9는 본 발명의 실시예7에 의한 방열판과 방열용히트싱크 사이의 구조를 나타낸 세부도.
도 10은 본 발명의 냉각스틱 다수개를 사용하는 예시를 나타낸 개략도.

본 발명은 탄산음료, 청량음료, 과일주스, 차, 커피, 맥주 등과 같은 음료 즉, 병 또는 컵과 같은 용기에 담겨 있는 액체 또는 기기장치 또는 ESS와 같은 에너지시스템 등 냉각이 필요한 시스템을 냉각시키기 위한 냉각스틱에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 별도의 냉매를 사용하지 않음은 물론 사용전 자체를 냉각하는 단계를 거치지 않고 열전소자(220)와 냉각용히트싱크(120)와 방열용히트싱크(320)를 이용하여 상기 냉각용히트싱크(120)를 액체에 침지시킨 후 상기 열전소자(220)에 전원부(400)를 통해 전원을 인가시킴으로써, 상기 냉각용히트싱크(120)와 열전소자(220) 및 방열용히트싱크(320)를 통해 액체 또는 기기장치의 열을 외부로 방출시켜 상기 액체 또는 기기장치를 효율율적으로 냉각시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라 스틱형 구조로 이루어져 액체 또는 기기장치에 설치가 간편하고, 유지보수가 용이하며, 휴대 및 사용, 재사용이 간편한 열전소자와 히트싱크를 이용한 냉각스틱에 관한 기술이다.

또한, 본 발명은 소형으로 제조되어 휴대가 편리하도록 할 수 있고, 대형으로 제조되거나 다수개를 연결하여 사용할 수 있어 대용량의 냉각이 가능하고, 액체 뿐만 아니라 기기장치와 같은 제품에 간편하게 삽입하여 설치함으로써, 제품의 수명을 증가시킬 수 있으며, 과열에 민감한 시스템에 사용이 가능하다.

상기와 같은 본 발명을 달성하기 위한 구성은 액체에 침지되어 액체의 열을 흡수하는 냉각부(100);와 상기 냉각부(100)의 상부에 결합되고, 상기 냉각부(100)와 하부가 밀접되어 열을 흡수하고 상부로 열을 방출하는 열전소자(220)가 구비되는 열전달부(200);와 상기 열전달부(200)의 상부에 결합되어 상기 열전소자(220)에서 방출되는 열을 흡수하여 외부로 방출하는 방열부(300); 및 상기 방열부(300)의 외측에 설치되어 상기 열전소자(220)에 전원을 공급하는 전원부(400);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명을 달성하기 위한 구성은 액체에 침지되는 하부하우징(110);과 상기 하부하우징(110)의 내측에 설치되는 냉각용히트싱크(120);와 상기 하부하우징(110)의 상부에 하부가 기밀을 유지하며 결합되는 중앙하우징(210);과 상기 중앙하우징(210)의 내측에 설치되어 상기 냉각용히트싱크(120)의 상부면과 하부면이 밀접되는 열전소자(220);와 상기 중앙하우징(210)의 상부에 하부가 기밀을 유지하며 결합되는 상부하우징(310);과 상기 상부하우징(310)의 내측에 설치되어 상기 열전소자(220)의 상부면과 하부면이 밀접되는 방열용히트싱크(320); 및 상기 상부하우징(310)의 외측에 설치되고, 상기 열전소자(220)와 전기적으로 연결되며, 외부로부터 전원을 인가받는 전원부(400);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 냉각용히트싱크(120)와 열전소자(220)의 사이 및 상기 방열용히트싱크(320)와 열전소자(220)의 사이에는 열전도율을 높이기 위해 도포되는 서멀 그리스(114);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 열전소자(220)는 상기 냉각용히트싱크(120)와 상기 방열용히트싱크(320)의 사이에 경사지도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 열전소자(220)의 경사 각도는 90도로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 상부하우징(310)은 상부에 설치되되, 상기 방열용히트싱크(320)의 상부와 하부가 접촉되도록 설치되어 외부로 노출되는 방열판(312);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 방열판(312)과 방열용히트싱크(320)의 사이에는 열전도율을 높이기 위해 도포되는 서멀 그리스(314);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 방열판(312)의 상부에 하부가 결합되는 쿨러(500);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 전원부(400)와 상기 상기 방열용히트싱크(320)의 사이에는 상기 방열용히트싱크(320)에서 방출되는 열을 차단하기 위해 설치되는 단열재(410);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 전원부(400)는 무선 또는 유선으로 충전가능한 배터리를 구비하는 무선전원부;인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1 내지 10을 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 냉각부(100)는

액체가 담겨 있는 병 또는 컵과 같은 용기(미도시)에 침지되어 액체의 열을 흡수하는 것으로서, 후술될 열전소자(220)에 의해 열을 방열부(300)로 전달시켜 액체보다 낮은 온도로 낮아짐에 따라 액체의 열을 흡수하여 상기 열전소자(220)를 거쳐 방열부(300)를 통해 외부로 열이 방출되도록 함으로써, 액체를 냉각시킨다.

구체적으로, 본 발명의 냉각부(100)는 액체에 침지되는 하부하우징(110)과 상기 하부하우징(110)의 내측면에 외측면이 밀접되도록 상기 하부하우징(110)의 내측에 설치되는 냉각용히트싱크(120)를 포함하여 구성된다.

상기 하부하우징(110)은 액체의 열을 효율적으로 흡수할 수 있도록 열전도율이 높은 재질로 이루어지는 것이 바람직하고, 일예로, 스테인레스 재질로 이루어짐으로써, 높은 열전도율과 세척이 용이함은 물론 위생성이 우수한 효과를 얻을 수 있다.

상기 냉각용히트싱크(120)는 종래에 사용되는 히트싱크의 재질 중 어떠한 것을 사용하여도 무방하고, 일예로, 열전도율이 높은 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 냉각용히트싱크(120)는 상부방향으로 갈수록 면적 또는 직경이 넓어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는데, 이는 액체가 담겨 있는 용기의 입구에 따라 상기 입구가 좁을 경우 상기 냉각용히트싱크(120)의 하부가 최대한 많이 침지될 수 있도록 하는 효과를 실현케 하고, 상부에 위치된 액체를 더욱 빠르게 냉각되도록 하여 사용자가 액체 즉, 음료를 음용시 더욱 시원한 음료를 음용할 수 있도록 하는 효과를 실현케 한다.

부가하여, 상기 하부하우징(110)은 디자인 및 기능적인 면을 고려하여 어떠한 형상으로 형성되어도 무방하나, 내측에 상기 냉각용히트싱크(120)가 밀접되어 설치될 수 있도록 상기 냉각용히트싱크(120)와 대응되는 형상의 설치홈(미표시)이 형성됨은 자명할 것이다.

본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 열전달부(200)는

상기 냉각부(100)의 상부에 결합되고, 상기 냉각부(100)와 하부가 밀접되어 열을 흡수하고 상부로 열을 방출하는 열전소자(220)가 구비되는 것으로서, 상기 냉각부(100) 즉, 하부하우징(110)과 기밀이 유지될 수 있도록 결합되고, 상기 열전소자(220)의 하부는 상기 냉각용히트싱크(120)와 밀접되도록 설치되어 상기 냉각용히트싱크(120)로부터 열을 흡수한다.

구체적으로, 본 발명의 열전달부(200)는 상기 하부하우징(110)의 상부에 하부가 기밀을 유지하며 결합되는 중앙하우징(210)과 상기 중앙하우징(210)의 내측에 설치되어 상기 냉각용히트싱크(120)의 상부면과 하부면이 밀접되는 열전소자(220)를 포함하여 구성된다.

상기 중앙하우징(210)은 후술될 전원부(400)와 전기적으로 연결되는 열전소자(220)를 보호하고, 액체에 침지될 경우 내부로 액체가 침투되지 않도록 상기 하부하우징(110)과 기밀이 형성될 수 있도록 결합된다.

이때, 상기 중앙하우징(210)은 열전도율이 낮은 재질루 이루어지는 것이 바람직한데, 일예로, 열전도율이 낮은 합성수지 즉, 플라스틱으로 이루어질 수 있고, 이에 따라 상기 열전소자(220)를 통해 냉각용히트싱크(120)로부터 전달된 열이 후술될 방열용히트싱크(320)로 보다 효율적으로 전달될 수 있도록 하는 효과를 실현케 한다.

상기 열전소자(220)는 열전 효과(thermoelectric effect)를 이용하는 것으로서, 상기 열전 효과는 서로 상이한 열전 특성(thermoelectric properties)을 갖는 금속이나 열전 반도체를 접합한 회로에서 열의 흐름과 전류의 관계에 관한 효과로, 펠티어 효과(Peltier effect)와 제벡 효과(Seebeck effect)를 포함한다.

상기 펠티어 효과는 열전 반도체로 구성된 회로에서 전류가 흐를 때 열전 반도체의 한쪽이 발열하고 다른 쪽은 흡열하는 현상을 말한다. 펠티어 효과를 이용하는 열전소자는 펠티어 소자라고도 불리며 펠티어 소자는 예를 들어 컴퓨터 소자(예컨대 반도체 칩)의 냉각, 냉방장치나 제습장치의 냉방 및/또는 제습 등 다양한 목적의 열교환기에 이용되고 있다.

즉, 상기 열전소자(220)는 펠티어 효과를 이용하는 것으로서, 후술될 전원부(400)를 통해 전기가 인가되어 냉각용히트싱크(120)로부터 흡열 즉, 열을 흡수하고, 후술될 방열용히트싱크(320)에 발열 즉, 열을 전달하여 상기 방열용히트싱크(320)에 의해 전달된 액체의 열이 보다 빠르게 외부로 방출될 수 있도록 한다.

부가하여 설명하면, 본 발명의 열전소자와 히트싱크를 이용한 냉각스틱은 단순히 물질과 물질의 온도차를 이용한 냉각이 아닌 열전소자(220)를 이용한 냉각으로 보다 빠르게 냉각이 가능하고, 냉매를 사용하지 않기 때문에 친환경적이며 재사용이 용이한 효과를 얻을 수 있다.

아울러, 상기 냉각용히트싱크(120)와 열전소자(220)의 사이에는 열전도율을 높이기 위해 서멀 그리스(114)가 도포될 수 있다.

상기 서멀 그리스(114)는 높은 열전도율을 갖는 유체로서, 주로 열원과 방열판(히트싱크)의 사이에 도포되어 상기 열원과 방열판 사이의 공기층을 제거하거나 빈틈을 채우도록 구성됨으로서, 상기 열원의 열이 상기 방열판으로 용이하게 전도되도록 하는 효과를 실현케 한다.

더욱 상세하게는, 열의 전도는 두 가지 매커니즘으로 이루어지게 되는데, 하나는 분자의 진동으로 알려진 음향양자(Phonon)이고, 다른 하나는 전자이다. 금속에서 열전도율이 좋은 것은 금속 내부의 자유 전자가 열을 전달하도록 구성되기 때문이고 열의 전달량은 음향양자보다 훨씬 많다. 이때, 비데만-프란츠 법칙(Wiedemann-Franz's law)에 따르면 열전도율을 전기 전도율로 나눈 값이 온도에 비례하며 비례 상수는 금속의 종류에 상관없이 거의 비슷한 값을 보인다고 한다. 이는 달리 해석하자면 전기 전도율이 높은 물질이 열전도율도 좋다는 것을 의미한다. 즉, 서멀 그리스는 갈륨(Ga) 등의 금속을 포함한 전기 전도성 물질이므로 열전도율이 좋은 것이다. 더불어 공기층에는 음향양자에 의한 열전달조차도 발생되지 않으므로 열원과 방열판 사이의 공기층을 제거하는 것이 바람직하다.

본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 방열부(300)는

상기 열전달부(200)의 상부에 결합되어 상기 열전소자(220)에서 방출되는 열을 흡수하여 즉, 열을 전달받아 외부로 방출하는 것으로서, 액체의 열을 냉각용히트싱크(120)로 흡수 후 상기 열전소자(220)를 통해 열을 전달받아 외부로 방출시켜 액체가 냉각되도록 한다.

구체적으로, 본 발명의 방열부(300)는 상기 중앙하우징(210)의 상부에 하부가 기밀을 유지하며 결합되는 상부하우징(310)과 상기 상부하우징(310)의 내측면에 외측면이 밀접되도록 상기 상부하우징(310)의 내측에 설치되어 상기 열전소자(220)의 상부면과 하부면이 밀접되는 방열용히트싱크(320)를 포함하여 구성된다.

상기 상부하우징(310)은 앞서 설명된 하부하우징(110)과 마찬가지로 액체의 열을 효율적으로 흡수할 수 있도록 열전도율이 높은 재질, 일예로, 스테인레스 재질로 이루어짐으로써, 높은 열전도율과 세척이 용이함은 물론 위생성이 우수한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 상부하우징(310)은 액체에 침지되지 않는 부분으로, 외주면에 구체적으로는 상부 외주면에 후술될 전원부(400)가 설치되며, 상기 전원부(400)와 열전소자(220)가 연결될 수 있는 전선(미표시)이 내부에 내장되거나 상기 전선이 설치될 수 있는 관통홀(미도시)이 전원부(400)의 근처로부터 열전소자(220)의 근처까지 형성될 수 있다.

아울러, 상기 상부하우징(310)은 하부하우징(110)과 마찬가지로 연전달부(200) 즉, 중앙하우징(210)과 기밀이 형성될 수 있도록 결합됨으로써, 열전소자(220)로부터 방열용히트싱크(320)로 전달되는 열이 원활하게 전달될 수 있도록 한다.

상기 방열용히트싱크(320)는 앞서 설명된 냉각용히트싱크(120)와 마찬가지로 종래에 사용되는 히트싱크의 재질 중 어떠한 것을 사용하여도 무방하고, 일에, 열전도율이 높은 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 방열용히트싱크(320)는 실시예1에서 상부방향으로 갈수록 면적 또는 직경이 좁아지도록 형성되지만, 다른 실시예에서 상부방향으로 갈수록 면적 또는 직경이 넓어지도록 형성되어 보다 원활하게 열이 방출될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

그러나, 상기 방열용히트싱크(320)와 상부하우징(310)은 디자인 및 기능적인 면을 고려하여 어떠한 형상으로 형성되어도 무방함은 자명할 것이고, 상기 상부하우징(310)은 내측에 상기 방열용히트싱크(320)가 밀접되어 설치될 수 있도록 상기 방열용히트싱크(320)와 대응되는 형상의 설치공간(미표시)이 형성됨은 자명할 것이다.

아울러, 상기 방열용히트싱크(320)와 열전소자(220)의 사이에는 앞서 설명된 냉각용히트싱크(120)와 열전소자(220)의 사이처럼 열전도율을 높이기 위해서 서멀 그리스(114)가 도포될 수 있다.

상기와 연관하여, 상기 열전소자(220)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 냉각용히트싱크(120)와 상기 방열용히트싱크(320)의 사이에 경사지도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

부가하여 설명하면, 상기 열전소자(220)는 경사지도록 설치됨에 따라 냉각용히트싱크(120)과 방열용히트싱크(320)와의 접촉면적이 넓어져 열의 전달이 보다 원활하고 빠르게 이루어지는 효과를 실현케 함으로써, 액체의 냉각이 보다 효율적으로 이루어지도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

이때, 상기 열전소자(220)의 경사각도는 도면 6에 도시된 바와 같이, 냉각용히트싱크(120)와 방열용히트싱크(320)이 접촉되는 면을 기준으로 90도로 경사지게 형성되는 것이 가장 바람직한데, 이는 도 5와 도 6을 비교하여볼 때, 90도로 경사지게 형성됨에 따라 열전소자(220)와 냉각용히트싱크(120) 및 방열용히트싱크(320)의 접촉면적이 더욱 넓어져 보다 우수한 냉각효과를 얻을 수 있기 때문이다.

덧붙여, 상기 열전소자(220)는 90도로 경사지게 형성되는 경우 크기 또한 냉각용히트싱크(120)와 방열용히트싱크(320)의 길이에 따라 더욱 크게 형성되기 유리하므로 더욱더 큰 접촉면적을 가질 수 있어 보다 우수한 냉각효과를 얻을 수 있다.

한편, 상기 상부하우징(310)은 상부에 설치되되, 상기 방열용히트싱크(320)의 상부와 하부가 접촉되도록 설치되어 외부로 노출되는 방열판(312)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 방열판(312)은 상기 냉각용히트싱크(120)와 방열용히트싱크(320)와 마찬가지로 종래의 히트싱크 재질로 이루어질 수 있고, 통상적인 방열판 구조로 형성되어 상기 방열용히트싱크(320)의 열을 외부로 더욱더 원활하게 방출되도록 하는 효과를 실현케 한다.

이때, 상기 상부하우징(310)은 상기 방열판(312)과 방열용히트싱크(320)의 접촉을 위해 상부가 개방되도록 형성되고, 상기 방열판(312)과 방열용히트싱크(320)의 사이에는 열전도율을 높이기 위해 서멀 그리스(314)가 도포될 수 있다.

아울러, 상기 방열용히트싱크(320)의 상부면에는 도 10에 도시된 바와 같이, 원통형상으로 이루어진 복수 개의 핀홀(미표시)이 형성될 수 있고, 상기 방열판(312)은 하부면에 상기 핀홀과 대응되는 복수 개의 핀(미표시)이 하부방향으로 돌출형성될 수 있으며, 상기 방열용히트싱크(320)와 방열판(312)의 사이에 서멀 그리스(314)가 도포된다.

또한, 상기 방열판(312)은 도 10에 도시된 바와 같이, 상부면에 복수 개의 방열날개(312a)가 형성되고, 상기 방열날개(312a)는 내부에 중공이 형성되며, 상기 방열날개(312a)의 중공은 내부가 진공으로 형성되되, 작동유체(Working Fluid)(312b)가 일부로, 약 상기 중공의 절반이하로 채워진다.

상기 작동유체(312b)는 방열용히트싱크(320)로부터 전달된 열을 흡수하여 증발되며, 증발된 작동유체(312b)의 수증기는 상기 중공의 상부로 이동하여 외부로 열을 방출시킴으로써, 보다 높은 냉각효율을 얻을 수 있도록 한다.

즉, 상기 작동유체(312b)는 방열용히트싱크(320)의 열을 흡수하여 증발되어 수증기로 형상변환되고, 상기 중공의 상부로 이동된 후 외부로 열을 방출시키며, 열을 방출한 후 액화되어 상기 중공의 벽면 즉, 내측면을 따라 중력에 의해 상기 중공의 하부로 이동되는 순환을 함으로써, 방열용히트싱크(320)의 열을 지속적으로 방출될 수 있도록 하는 효과를 실현케하며, 이는 상부에 설치되는 후술될 쿨러(500)에 의해 보다 극대화된다.

덧붙여 설명하면, 상기 방열판(312)의 방열날개(312a)는 상기 작동유체(312b)의 증발과 응축으로 인한 잠열을 이용하여 작은 온도차에서도 대량의 열을 효과적으로 방출함으로써, 상대적으로 열의 전달이 미미한 방열용히트싱크(320)의 상부에서 열의 방출이 효과적으로 이루어질 수 있도록 한다.

이때, 상기 중공의 진공도는 상기 작동유체(312b)의 증발온도를 결정하는 것으로서, 통상적으로 작동유체(312b)의 작은 온도에서 작동유체(312b)가 증발될 수 있도록 당업자의 판단에 의해 설정될 수 있다.

즉, 상기 작동유체(312b)는 비등점과 임계점을 고려하고, 밀도, 표면장력, 증발잠열이 클수록 또한 액체의 점도가 작을 수록 바람직하며, 냉각용히트싱크(120)와 열전소자(220) 및 방열용히트싱크(320)에 의한 냉각효과를 고려하여 작동유체 및 진공도에 따른 증발온도를 결정하는 것이 바람직하고, 상기 작동유체는 냉각에 사용되는 종래에 사용되는 어떠한 작동유체를 사용하여도 무방함으로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

부가하여, 상기 하부하우징(110)과 상부하우징(310)은 도 9에 도시된 바와 같이, 각각 외주면에 형성되는 나사산(112)(312)을 포함하여 구성되는데, 상기 나사산(112)(312)은 상기 하부하우징(110)과 상부하우징(310)의 표면적을 넓혀 액체의 열을 보다 용이하게 흡수할 수 있도록 하고, 외부로 열의 방출이 용이하게 방출될 수 있도록 한다.

또한, 상기 나사산(112)(312) 중 하부하우징(110)의 외주면에 형성된 나사산(112)은 사용자가 본 발명의 열전소자와 히트싱크를 이용한 냉각스틱을 회전시킴으로써, 상부에 위치한 액체를 하부로 이동되도록 유도할 수 있어 액체의 냉각이 보다 빠르고 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 효과를 실현케 한다.

즉, 상기 나사산(112)은 도면에 개략적으로 도시되었지만 회전에 의해 상부에 위치한 액체를 하부로 이동시킬 수 있도록 형성되는 것이 바람직하고, 이때, 상기 상부하우징(310)에 형성된 나사산(312)은 상기 상부하우징(310)의 표면적을 넓혀줌과 동시에 상기 하부하우징(110)의 나사산(112)의 방향을 사용자가 확인할 수 있도록 해줌으로써, 보다 사용이 용이한 효과를 실현케 한다.

아울러, 본 발명의 열전소자와 히트싱크를 이용한 냉각스틱은 상기 방열판(312)의 상부에 하부가 결합되는 쿨러(500)를 포함하여 구성될 수 있고, 앞서 설명된 바와 같이, 열의 방출의 효과를 극대화시킬 수 있도록 상기 방열판(312)의 상부에 설치되어 후술될 전원부(400)로부터 전기를 인가받아 작동된다. 이때, 본 발명의 쿨러(500)는 작은 전원으로도 작동될 수 있는 쿨러를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 전원부(400)는

상기 방열부(300)의 외측 즉, 상부하우징(310)의 외측에 설치되어 상기 열전소자(220) 및 쿨러(500)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급하며, 외부로터 전원을 인가받는 것으로서, 외부로부터 전원을 인가받아 열전소자(220) 및 쿨러(500)가 작동될 수 있도록 한다.

이때, 본 발명의 전원부(400)는 통상적으로 많이 사용되는 유에스비포트로 형성될 수 있으며, 종래의 어떠한 전기적인 연결수단 및 구성을 사용하여도 무방함은 자명할 것이다.

아울러, 본 발명의 전원부(400)와 상기 상기 방열용히트싱크(320)의 사이에는 상기 방열용히트싱크(320)에서 방출되는 열이 상부하우징(320)으로 전달되므로, 상기 상부하우징(320) 즉, 상기 방열용히트싱크(320)에서 발출되는 열을 차단하기 위한 단열재(410)가 설치된다.

아울러, 본 발명의 전원부(400)는 유선으로 연결되어 직접 외부로부터 전원을 인가받아 열전소자(220) 및 쿨러(500)에 전원을 공급하여도 무방하나, 본 발명의 열전소자와 히트싱크를 이용한 냉각스틱의 휴대성을 높이기 위해 도 8에 도시된 바와 같이, 무선 또는 유선으로 충전가능한 배터리를 내부에 구비하는 무선전원부로 구성될 수 있다.

결과적으로, 본 발명의 열전소자와 히트싱크를 이용한 냉각스틱은 종래에 냉매의 기화현상을 이용하거나 내부에 냉매가 내장되어 냉매를 차갑게 한 후 액체 또는 기기장치를 냉각시키는 방법이 아닌 열전소자(220)와 히트싱크를 이용한 냉각 방법을 채택하여 보다 안전하고 친환경적이며 사용 및 재사용이 편리함은 물론 휴대가 용이한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 열전소자와 히트싱크를 이용한 냉각스틱은 액체 뿐만 아니라 기기장치 또는 ESS(Energy Storage System)과 같은 과열에 민감한 시스템에 사용이 가능하고, 특히 ESS의 배터리 냉각시 활용이 용이하며, 전기자동차 배터리의 냉각 시스템으로도 활용이 가능하며, 도 10에 도시된 바와 같이, 소형으로 제조되어도 다수 개를 연결하여 대용량의 액체 또는 기기장치에 사용이 가능하여 활용도가 높은 효과를 얻을 수 있다.

상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

100 : 냉각부 110 : 하부하우징
112, 312 : 나사산 114, 314 : 서멀 그리스
120 : 냉각용히트싱크 200 : 열전달부
210 : 중앙하우징 220 : 열전소자
300 : 방열부 310 : 상부하우징
312 : 방열판 312a : 방열날개
312b : 작동유체 320 : 방열용히트싱크
400 : 전원부 410 : 단열재
500 : 쿨러

Claims (10)

1. 삭제
2. 액체에 침지되고, 스테인레스 재질로 이루어지는 하부하우징(110);과
   상기 하부하우징(110)의 내측에 설치되고, 알루미늄 재질로 이루어지며, 상부방향으로 갈수록 면적 또는 직경이 넓어지도록 형성되는 냉각용히트싱크(120);와
   상기 하부하우징(110)의 상부에 하부가 기밀을 유지하며 결합되고, 플라스틱으로 이루어지는 중앙하우징(210);과
   상기 중앙하우징(210)의 내측에 설치되어 상기 냉각용히트싱크(120)의 상부면과 하부면이 밀접되는 열전소자(220);와
   상기 중앙하우징(210)의 상부에 하부가 기밀을 유지하며 결합되고, 스테인레스 재질로 이루어지는 상부하우징(310);과
   상기 상부하우징(310)의 내측에 설치되어 상기 열전소자(220)의 상부면과 하부면이 밀접되고, 알루미늄 재질로 이루어지며, 상부방향으로 갈수록 면적 또는 직경이 넓어지도록 형성되는 방열용히트싱크(320); 및
   상기 상부하우징(310)의 외측에 설치되고, 상기 열전소자(220)와 전기적으로 연결되며, 외부로부터 전원을 인가받는 전원부(400);를 포함하여 구성되고,
   상기 냉각용히트싱크(120)와 열전소자(220)의 사이 및 상기 방열용히트싱크(320)와 열전소자(220)의 사이에는
   열전도율을 높이기 위해 도포되는 서멀 그리스(114);를 포함하여 구성되며,
   상기 열전소자(220)는
   상기 냉각용히트싱크(120)와 상기 방열용히트싱크(320)의 사이에 경사지도록 설치되고,
   상기 열전소자(220)의 경사 각도는 90도로 형성되며,
   상기 상부하우징(310)은
   상부에 설치되되, 상기 방열용히트싱크(320)의 상부와 하부가 접촉되도록 설치되어 외부로 노출되는 방열판(312);을 포함하여 구성되고,
   상기 방열용히트싱크(320)의 상부면에는
   원통형상으로 형성되는 복수 개의 핀홀;을 포함하여 구성되며,
   상기 방열판(312)은
   하부면에 상기 핀홀과 대응되도록 하부방향으로 돌출형성되는 복수 개의 핀;과
   상부면에 형성되는 복수 개의 방열날개(312a);를 포함하여 구성되고,
   상기 방열판(312)과 방열용히트싱크(320)의 사이에는
   열전도율을 높이기 위해 도포되는 서멀 그리스(314);를 포함하여 구성되며,
   상기 방열날개(312a)는 내부에 중공이 형성되고,
   상기 방열날개(312a)의 중공은
   내부가 진공으로 형성되되, 작동유체(312b)가 상기 중공의 절반 이하로 채워지는 것을 특징으로 하며,
   상기 방열판(312)은
   상부에 하부가 결합되는 쿨러(500);를 포함하여 구성되고,
   상기 전원부(400)와 상기 상기 방열용히트싱크(320)의 사이에는
   상기 방열용히트싱크(320)에서 방출되는 열을 차단하기 위해 설치되는 단열재(410);를 포함하여 구성되며,
   상기 전원부(400)는
   무선 또는 유선으로 충전가능한 배터리를 구비하는 무선전원부;인 것을 특징으로 하는 열전소자와 히트싱크를 이용한 냉각스틱.
   
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