KR102435070B1

KR102435070B1 - 냉수매트

Info

Publication number: KR102435070B1
Application number: KR1020170183030A
Authority: KR
Inventors: 이수영
Original assignee: 주식회사 경동나비엔
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2022-08-23
Also published as: KR20190080528A

Abstract

본 발명에 따른 냉수매트는, 내부유로가 마련되는 매트부; 전력을 공급받으면 서로 상반되는 양단에 온도구배가 형성되고, 상기 매트부의 상기 내부유로로 공급될 매트수를 냉각하기 위한, 냉각부; 상기 냉각부를 공기를 통해 냉각하는 공냉부; 상기 냉각부를 냉각수를 통해 냉각하는 수냉부; 및 상기 매트수와 상기 냉각수 중 어느 하나를 공급받아 상기 냉각부와 열교환 시키는 제1 열교환부; 상기 공냉부에 의해 상기 냉각부가 냉각되는 공냉 작동과, 상기 수냉부에 의해 상기 냉각부가 냉각되는 수냉 작동 중의 어느 하나가 수행되도록 상기 공냉부와 상기 수냉부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

냉수매트 {COOL WATER MAT}

본 발명은 냉수매트에 관한 것이다.

유체를 냉각시키는 기술 중에는 강제로 온도구배를 형성하는 소자의 저온측면에 유체를 접촉시켜 열전달을 시키는 방법이 존재한다. 이러한 기술을 사용하는 경우, 소자의 고온측면에서는 발열이 이루어지고, 이러한 발열을 잘 처리해주는 것이 냉각효율을 결정한다.

주로 이러한 발열부의 발열 처리를 위해서 강제 공기흐름을 조성하고 이를 통해 공냉하는 방식이 사용되었으나, 소음이 심해 지속적으로 생활에 사용되는 냉수매트 등에 접목되기에는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 공냉과 수냉이 모두 가능한 냉수매트를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 냉수매트는, 내부유로가 마련되는 매트부; 전력을 공급받으면 서로 상반되는 양단에 온도구배가 형성되고, 상기 매트부의 상기 내부유로로 공급될 매트수를 냉각하기 위한, 냉각부; 상기 냉각부를 공기를 통해 냉각하는 공냉부; 상기 냉각부를 냉각수를 통해 냉각하는 수냉부; 및 상기 매트수와 상기 냉각수 중 어느 하나를 공급받아 상기 냉각부와 열교환 시키는 제1 열교환부; 상기 공냉부에 의해 상기 냉각부가 냉각됨에 따라 상기 냉각수가 냉각되는 공냉 작동과, 상기 수냉부에 의해 상기 냉각부가 냉각됨에 따라 상기 매트수가 냉각되는 수냉 작동 중의 어느 하나가 수행되도록 상기 공냉부와 상기 수냉부를 제어하는 제어부를 포함한다.

이에 따라, 냉수매트가 공냉 작동과 수냉 작동을 수행할 수 있다.

냉수매트를 사용할 때 발생하는 소음을 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉수매트의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉수매트의 공냉 작동을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉수매트의 수냉 작동을 나타낸 개념도이다.
도 4 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉수매트의 개념도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "연통", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "연통", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉수매트(1)의 개념도이다.

본 발명의 냉수매트(1)는 내부유로(41)가 마련되는 매트부(40)와, 전력을 공급받으면 서로 상반되는 양단에 온도구배가 형성되고, 매트부(40)의 내부유로(41)로 공급될 매트수를 냉각하기 위한 냉각부(21)와, 냉각부(21)를 공기를 통해 냉각하는 공냉부(30)와, 냉각부(21)를 냉각수를 통해 냉각하는 수냉부와, 매트수와 냉각수 중 어느 하나를 공급받아 냉각부(21)와 열교환 시키는 제1 열교환부(22)와, 상기 공냉부(30)에 의해 상기 냉각부(21)가 냉각되는 공냉 작동 및 상기 수냉부에 의해 상기 냉각부(21)가 냉각되는 수냉 작동 중의 어느 하나가 수행되도록 상기 공냉부(30)와 상기 수냉부를 제어하는 제어부(80)를 포함한다. 따라서 냉수매트(1)는 제어부(80)의 작업 수행에 의해 공냉 작동과 수냉 작동을 선택적으로 할 수 있다.

여기서 공냉 작동이란 냉각부(21)를 이용해 냉각수를 냉각시킬 때, 냉각부(21)를 공냉부(30)를 이용해 냉각시키는 작동을 의미한다. 수냉 작동이란 냉각부(21)를 이용해 매트수를 냉각시키고 매트부(40)를 통해 유동시켜 사용자에게 냉방을 공급하고, 공냉 작동시 냉각된 냉각수를 수냉부에 공급해 냉각부(21)를 냉각하는 작동을 의미한다.

제어부(80)

제어부(80)는 본 발명의 냉수매트(1)의 각 구성요소를 제어하는 구성요소이다. 따라서 제어부(80)는 제어 신호를 생성하고, 각 구성요소에 전기적으로 연결되어, 생성된 제어 신호를 각 구성요소에 전달해 각 구성요소가 주어진 동작을 수행하도록 한다. 또한 제어부(80)는 각 구성요소로부터 전기적 신호를 전달받아 이로부터 연산 및 판단할 수 있다. 따라서 제어부(80)는 논리적 연산이 가능한 FPGA(Field Programmable Gate Array), ASIC(Application Specific Integrated Circuit)이나 CPU(Central Processing Unit) 등의 마이크로프로세서일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

제어부(80)는 냉각수의 냉각이 필요할 때, 공냉 작동이 수행되도록 공냉부(30)를 제어한다. 냉각수의 냉각을 위해 냉각수가 제1 열교환부(22)로 공급되면, 제어부(80)가 공냉부(30)를 제어해 냉각부(21)를 냉각하는 공냉 작동이 수행되도록 한다. 제1 열교환부(22)에서, 냉각수가 냉각부(21)와 직접적 또는 간접적으로 열교환함에 따라 냉각된다.

또한 제어부(80)는 매트수의 냉각이 필요할 때, 수냉 작동이 수행되도록 수냉부를 제어한다. 매트수의 냉각을 위해 매트수가 제1 열교환부(22)로 공급되면, 제어부(80)가 수냉부를 제어해 수냉 작동이 수행되도록 한다. 제1 열교환부(22)에서, 매트수가 냉각부(21)와 직접적 또는 간접적으로 열교환함에 따라 냉각된다.

이와 같이 제어부(80)가 공냉부(30)와 수냉부를 제어하여, 제1 열교환부(22)로 공급되는 냉각수 또는 매트수를 냉각할 수 있다.

제어부(80)는 냉각수와 매트수가 각각 유동해서 특정 구성요소로 도달하도록 본 발명의 구성요소를 제어할 수 있다. 제어부(80)가 냉각수와 매트수의 경로를 제어하는 구체적인 실시예에 대해서는 도 2 및 도 3에 대한 설명에서 후술한다.

제어부(80)는 조작부(90)와 연결될 수 있다. 조작부(90)는 도 1과 같이 제어부(80)에 전기적으로 연결될 수 있고, 냉각부(21)와 전기적으로 직접 연결될 수도 있다. 조작부(90)는 냉각부(21)의 작동을 시작시키는 작동 버튼(91)을 구비한다.

작동 버튼(91)이 선택되면, 냉수매트(1)가 작동을 시작한다. 제어부(80)는, 냉각수의 온도를 측정하거나 측정된 냉각수의 온도를 전달받고, 냉각수의 온도에 기초해서 공냉 작동과 공냉 작동 중의 어느 하나가 수행되도록, 공냉부(30)와 수냉부를 제어할 수 있다. 작동 버튼(91)을 다시 선택하면, 냉수매트(1)는 작동을 중단한다. 따라서 조작부(90)를 포함함에 따라, 냉수매트(1)는 필요할 때에만 작동할 수 있다.

일 예로, 제어부(80)는 냉각수의 온도가 다다를 수 있는 소정 온도를 기준으로 공냉 작동과 수냉 작동이 필요한 상황을 판단할 수 있다. 제어부(80)는 작동 버튼(91)이 선택되어 냉수매트(1)가 작동하기 시작한 후, 냉각수의 온도가 소정 온도 초과이면 공냉 작동이 수행되도록 공냉부(30)를 제어해서 냉각수의 온도를 낮출 수 있다. 공냉 작동 중에 냉각수의 온도가 낮아져 상기 소정 온도에 도달하면, 공냉 작동이 중단되고 수냉 작동이 수행되도록 수냉부를 제어부(80)가 제어할 수 있다. 수냉부를 통하여 냉각수가 냉각부(21)를 냉각시키기에 냉각수의 온도가 충분한 값에 이르렀으므로, 매트수의 냉각을 시작해 냉방을 사용자에게 제공할 수 있는 것이다.

만일 냉수매트(1)가 작동하기 시작한 후, 냉각수의 온도가 소정 온도 이하라면 공냉 작동을 수행하지 않고도 수냉 작동이 가능한 상황이다. 따라서 제어부(80)는 수냉부를 제어해 수냉 작동이 수행되도록 할 수 있다.

다른 예로, 제어부(80)는 냉각수의 온도가 다다를 수 있는 제1 기준온도와 제2 기준온도를 기준으로 공냉 작동과 수냉 작동이 필요한 상황을 판단할 수 있다. 제어부(80)는 수냉 작동이 수행되는 중에 냉각수의 온도가 제1 기준온도 이상으로 확인되면, 수냉 작동이 중단되고 상기 공냉 작동이 시작되도록, 상기 공냉부(30)와 상기 수냉부를 제어할 수 있다. 반대로, 제어부(80)는, 공냉 작동이 수행되는 중에 냉각수의 온도가 제1 기준온도보다 낮은 제2 기준온도 이하로 확인되면, 공냉 작동이 중단되고 수냉 작동이 시작되도록, 공냉부(30)와 수냉부를 제어할 수 있다. 따라서 제어부(80)는, 냉각수의 온도가 제1 기준온도와 제2 기준온도의 사이로 정의되는 온도 범위 내에서, 공냉 작동과 수냉 작동이 일어나도록 함으로써, 수시로 각 구성요소의 제어 상태가 변화하는 것을 방지하면서 냉각수와 매트수의 온도가 적정 범위를 유지하도록 할 수 있다.

또 다른 예로, 제어부(80)는, 시간을 측정할 수 있는 타이머를 포함해, 공냉 작동이 수행된 시간을 측정하고, 공냉 작동이 수행된 시간이 소정의 기준 시간보다 크거나 같을 때, 공냉 작동이 중단되고 수냉 작동이 시작되도록, 공냉부(30)와 수냉부를 제어할 수 있다. 냉각수의 냉각에 필요한 적절한 시간을 실험을 통해서 측정하고, 이를 기 설정된 소정의 기준 시간으로 제어부(80)에 저장함으로써 신속하게 냉수매트(1)의 냉방이 제공되도록 한다. 공냉 작동이 중단되고 수냉 작동이 시작되면, 타이머는 초기화된다. 수냉 작동이 중단되고 공냉 작동이 다시 시작되면, 타이머는 다시 시간을 측정하기 시작하고, 동일한 동작을 반복한다.

본 발명의 수냉 작동과 공냉 작동을 위해서 사용되는, 냉수매트(1)가 포함하는 각 구성요소의 구체적인 일 실시예에 대해서, 도면을 참조해 설명한다.

공냉 작동

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉수매트(1)의 공냉 작동을 나타낸 개념도이다. 도 2에서는 공냉 작동에 사용되는 구성요소만을 도시하였으므로, 도 1을 같이 참조하여 설명한다.

매트부(40)

매트부(40)는 사용자에게 냉방을 제공하는 구성요소로, 매트수가 유동할 수 있는 내부유로(41)를 구비한다. 내부유로(41)는 직물 또는 유연한 소재로 구성된 납작한 형태의 매트에 의해 둘러싸이고, 매트의 전체 영역에 고르게 냉방을 공급하기 위하여 구불구불한 형태로 매트 내부에 배치될 수 있다. 매트는 상변화에 따라 잠열을 흡수하는 방식으로 냉방을 제공하는 상변화 소재로 구성되어, 보냉 효과를 극대화 할 수 있다.

냉각된 매트수가 내부유로(41)를 따라 유동하므로, 내부유로(41)의 입구를 통해 내부유로(41)로 유입된 매트수는 매트와 접촉하고 있는 물체와 내부유로(41) 및 매트를 통해 간접적으로 열을 교환한다. 내부유로(41)의 출구를 통해 배출되는 매트수는, 후술할 제1 열교환부(22)에서 냉각부(21)에 의해 다시 냉각된다.

냉각부(21)

냉각부(21)는 냉각수 또는 매트수를 냉각하는 구성요소로, 공냉 작동에서는 매트수를 냉각하는 역할을 한다. 냉각수는 전력을 공급받으면 서로 상반되는 양단에 온도구배가 형성되는 장치로 구성되는데, 대표적인 예로 펠티어(Peltier) 소자가 냉각부(21)로 사용될 수 있다.

냉각부(21)의 상반되는 양단에 온도구배가 형성되므로, 양단 중 상대적으로 온도가 높은 일단인 냉각부(21)의 일부 영역을 고온부(211)라 칭하고, 양단 중 상대적으로 온도가 높은 타단인 냉각부(21)의 다른 일부 영역을 저온부(212)라 칭한다. 고온부(211)와 인접하게 공냉부(30) 및 수냉부가 위치한다. 본 발명의 일 실시예에서 고온부(211)에 수냉부가 접촉하고, 수냉부에 공냉부(30)가 접촉하도록 표현되었으나, 그 배치는 이에 제한되지 않는다. 따라서 공냉부(30)와 수냉부는 냉각부(21)의 고온부(211)로부터 열을 전달받을 수 있고, 냉각부(21)의 고온부(211)를 냉각시킬 수 있다.

냉각부(21)의 저온부(212)와 인접하게 제1 열교환부(22)가 위치할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 제1 열교환부(22)가 냉각부(21)의 저온부(212)에 접촉하도록 형성되었다. 제1 열교환부(22)가 저온부(212)와 인접하게 배치됨에 따라, 제1 열교환부(22)를 따라 흐르는 냉각수 또는 매트수가 냉각부(21)의 저온부(212)와 직접적 또는 간접적으로 열교환 할 수 있다.

제1 열교환부(22)

제1 열교환부(22)는 매트수 또는 냉각수 중 어느 하나를 공급받아 냉각부(21)와 열교환시키는 구성요소이다. 따라서 매트수를 공급받거나 냉각수를 공급받을 수 있고, 매트수 또는 냉각수가 열교환 한 뒤 배출될 수 있도록 구성된다.

제1 열교환부(22)는 냉각부(21)의 저온부(212)와 직접 접촉한 배관으로 구성되어 매트수 또는 냉각수가 열교환을 하도록 구성될 수 있다. 또는 제1 열교환부(22)는 인입된 냉각수나 매트수가 직접 저온부(212)와 접촉하여 열교환이 이뤄지도록 구성될 수 있다. 또한 제1 열교환부(22)는 냉매가 통과하는 미세유로의 사이로 냉각수 또는 매트수가 통과함에 따라 냉매와 냉각수 또는 매트수의 열교환이 이루어지는, MFC(Multi Flow Condenser) 구조로 형성될 수도 있다. 냉매가 냉각부(21)의 저온부(212)에 의해서 냉각된 후, 제1 열교환부(22)의 미세유로를 통과하면서, 미세유로의 주변으로 유동하는 냉각수 또는 매트수의 열을 전달받아 간접적인 열교환이 이루어진다.

제1 열교환부(22)는 공급유로(51), 회수유로(52), 제1 우회유로(55) 및 제2 우회유로(56)와 연통되어 냉각수 또는 매트수를 유동시킨다. 공냉 작동에 대해서 설명하고 있으므로, 냉각수를 공급받아 냉각부(21)와 열교환하는 경우에 대해 설명한다. 따라서 공급유로(51) 및 회수유로(52)와 매트수의 냉각에 대해서는 도 3을 참조해 수냉 작동에 대한 설명에서 후술한다.

제1 우회유로(55)와 제2 우회유로(56)는 각각 저장탱크(10)에 연통되어 있는 냉각수 공급유로(53)와 냉각수 회수유로(54)에 연통된다. 동시에 제1 우회유로(55)는 제1 열교환부(22)의 입구와 연통되고, 제2 우회유로(56)는 제1 열교환부(22)의 출구와 연통된다. 따라서 제1 우회유로(55)를 통해서는 냉각수 공급유로(53)에서 공급된 냉각수가 유동해서 제1 열교환부(22)로 유입된다. 제1 열교환부(22)에서 냉각된 냉각수는 제2 우회유로(56)를 통해 냉각수 회수유로(54)로 배출되어, 냉각수 회수유로(54)를 따라 유동해 후술할 저장탱크(10)로 전달된다. 냉각된 냉각수가 저장탱크(10)에 수용된다.

냉각수 공급유로(53)에는 냉각수 펌프(71)가 배치될 수 있다. 냉각수 펌프(71)는 냉각수가 저장탱크(10)로부터 배출되어 냉각수 공급유로(53)를 따라 유동할 수 있도록 냉각수를 가압하는 장치이다. 따라서 냉각수 펌프(71)는 전력 또는 동력의 제공과 제어가 필요하므로, 제어부(80)에 전기적으로 연결될 수 있다. 냉각수 펌프(71)가 배치됨에 따라, 유동하는 냉각수의 유량을 제어할 수 있다.

공냉부(30)

공냉부(30)는 냉각부(21)의 고온부(211)를 공기를 이용해 냉각하는 구성요소이다. 공냉부(30)는, 냉각부(21)로부터 전달받은 열을 방열하는 히트싱크(32)와, 공기의 흐름을 생성해 히트싱크(32)를 냉각하는 팬(31)을 포함한다. 히트싱크(32)는 복수의 핀을 포함하는 구조로 형성되어, 공기 중으로 효과적으로 열을 방출할 수 있도록 형성된다. 팬(31)은 히트싱크(32)에 결합되고, 날개를 포함해, 날개의 회전에 의해 공기의 흐름을 생성함으로써 히트싱크(32)를 냉각한다. 팬(31)의 회전에 따라 만들어진 공기의 흐름이 히트싱크(32)의 주위를 지나가면서, 히트싱크(32)를 식히는 방식으로 방열이 이루어진다.

공냉부(30)는 제어부(80)에 전기적으로 연결됨으로써, 제어부(80)의 제어 신호를 받아 작동한다. 또한 제어부(80)로부터 팬(31)을 회전시키는데 사용할 전력을 제공받을 수 있다.

이와 같은 공냉 작동으로 냉각부(21)의 고온부(211)를 냉각하며 냉각수를 냉각할 수 있다. 이 경우 수냉부의 제2 열교환부(13)와 공급유로(51) 및 회수유로(52)는 개입하지 않는다. 이와 같은 공냉 작동 방식은 발열 측면에서 매우 효율적이나, 팬(31)의 회전으로 인해 소음이 야기된다.

수냉 작동과 수냉부

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉수매트(1)의 수냉 작동을 나타낸 개념도이다. 도 3에서는 수냉 작동에 사용되는 구성요소만을 도시하였으므로, 도 1을 같이 참조하여 설명한다.

전술한 특정 조건이 만족되면, 제어부(80)의 공냉부(30) 및 수냉부 제어에 따라, 공냉 작동이 중단되고 수냉 작동이 시작된다. 수냉 작동을 위해서 제어부(80)는 전기적으로 연결된 제1 밸브부(61)와 제2 밸브부(62)를 제어한다.

제1 밸브부(61)

제1 밸브부(61)는 저장탱크(10)에 저장된 냉각수를 제1 열교환부(22)와 후술할 제2 열교환부(13) 중의 어느 하나로 안내하기 위한 밸브이다. 제1 밸브부(61)는 제1 우회유로(55)의 개폐를 조절하는 제1 개폐밸브(611)와, 냉각수 회수유로(54)의 개폐를 조절하는 제2 개폐밸브(612)를 포함한다.

냉각수의 냉각이 필요한 경우, 제1 밸브부(61)가 포함하는 제1 개폐밸브(611)가 열리고 제2 개폐밸브(612)가 닫히고, 냉각수는 제1 열교환부(22)로 유동하고, 제2 열교환부(13)로의 유동은 차단된다. 따라서 공냉 작동이 일어날 수 있다.

반대로 매트수의 냉각이 필요한 경우, 수냉 작동이 실시되어야 하므로, 제1 개폐밸브(611)가 닫히고 제2 개폐밸브(612)가 열린다. 따라서 냉각수는 제2 열교환부(13)로 유동하고, 제1 열교환부(22)로의 유동은 차단된다. 수냉 작동에 대해서 설명하고 있으므로, 제1 개폐밸브(611)가 닫히고 제2 개폐밸브(612)가 열린 상황을 가정하며, 이에 따라 냉각수는 제2 열교환부(13)로 유동한다.

제2 밸브부(62)

제2 밸브부(62)는, 제1 열교환부(22)에서 배출된 매트수는 내부유로(41)로 안내하고, 제1 열교환부(22)에서 배출된 냉각수는 저장탱크(10)로 안내하기 위한 밸브이다. 따라서 본 실시예와 같이 제2 밸브부(62)는, 내부유로(41)의 입구와 제1 열교환부(22)의 출구를 연통하는 공급유로(51)와 제2 우회유로(56)의 연결지점에 마련되어, 제1 열교환부(22)에서 배출되는 물(냉각수 또는 매트수)를 내부유로(41)와 저장탱크(10) 중의 어느 하나로 안내하기 위한 삼방밸브를 포함할 수 있다.

냉각수의 냉각이 필요해 공냉 작동이 실시되는 경우, 제2 밸브부(62)는 공급유로(51)로의 유체 유동을 차단하여 매트수가 제1 열교환부(22)로 안내되는 것이 중단시키고, 제2 우회유로(56)를 따라 제1 열교환부(22)에서 배출된 냉각수가 냉각수 회수유로(54)로 유동하도록 안내한다.

매트수의 냉각이 필요해 수냉 작동이 실시되는 경우, 제2 밸브부(62)는 제2 우회유로(56)로의 유체 유동을 차단하여 제1 열교환부(22)에서 배출된 매트수가 공급유로(51)로 유동하게 한다. 수냉 작동에 대해서 설명하고 있으므로, 매트수는 제1 열교환부(22)로 유동한다.

이러한 공냉 작동이 필요한 경우와 수냉 작동이 필요한 경우는, 상술한 제1 기준온도 및 제2 기준온도를 이용하는 제어방법과 동일한 방법을 통해 판단할 수 있다.

매트수의 냉각 중에 상기 냉각수의 온도가 제1 기준온도 이상으로 확인될 수 있다. 이 때 제어부(80)는, 매트수가 제1 열교환부(22)로 안내되는 것이 중단된 상태에서, 저장탱크(10)에 저장된 냉각수가 제1 열교환부(22)로 안내되고, 제1 열교환부(22)에서 배출된 냉각수가 저장탱크(10)로 안내되도록, 제1 및 제2 밸브부(62)를 제어할 수 있다.

또한 냉각수의 냉각으로 냉각수의 온도가 제1 기준온도보다 낮은 제2 기준온도 이하로 확인될 수 있다. 이 때 제어부(80)는, 매트수가 제1 열교환부(22)로 안내되는 것이 재개된 상태에서, 저장탱크(10)에 저장된 냉각수가 제2 열교환부(13)로 안내되고, 제1 열교환부(22)에서 배출된 매트수가 내부유로(41)로 안내되도록, 제1 및 제2 밸브부(62)를 제어할 수 있다.

이와 같이 제1 밸브부(61)와 제2 밸브부(62)를 제어함에 따라, 냉각수와 매트수의 유동 방향을 수냉 작동 또는 공냉 작동 상황에 따라 선택적으로 제어할 수 있다.

수냉부

수냉부는 냉각부(21)의 고온부(211)를 냉각수를 이용해 냉각하는 구성요소이다. 따라서 수냉부는 냉각수가 저장되는 내부 공간을 가지는 저장탱크(10)와, 냉각수가 통과하여 냉각부(21)의 고온부(211)와 열교환이 일어나는 제2 열교환부(13)를 포함한다.

저장탱크(10)에는 냉각수 온도 측정부(11)가 배치되어, 냉각수의 온도를 측정할 수 있다. 냉각수 온도 측정부(11)는 유체의 온도를 측정할 수 있어야 하므로, 열전대로 구성될 수 있으나 그 종류는 이에 제한되지 않는다.

저장탱크(10)는 냉각수 공급유로(53)와 냉각수 회수유로(54)에 연통된다. 따라서 저장탱크(10)는 냉각수를 냉각수 공급유로(53)를 통해 배출하고, 냉각수 회수유로(54)를 통해 회수할 수 있다.

제2 열교환부(13)는 냉각수가 유동할 수 있는 유로를 내부에 포함하고, 냉각수 공급유로(53)가 그 입구에, 냉각수 회수유로(54)가 그 출구에 연통된다. 따라서 저장탱크(10)로부터 공급된 냉각수가 냉각수 공급유로(53)를 통해 제2 열교환부(13)에 공급되고, 열교환이 완료된 냉각수가 냉각수 회수유로(54)를 통해 배출되어 저장탱크(10)로 회송된다.

제2 열교환부(13)는 냉각부(21)의 고온부(211)와 인접하게 위치하여 냉각부(21)를 냉각하는 구성요소이므로, 냉각수가 제2 열교환부(13)를 통과하면서 냉각부(21)의 고온부(211)의 열을 흡수한다.

냉각수가 제2 열교환부(13)를 통과하며 냉각부(21)를 식히는 동안, 냉각부(21)는 회수유로(52)를 통해 매트수를 매트부(40)로부터 전달받은 제1 열교환부(22)에 인접하게 배치되어, 매트수를 냉각한다. 냉각된 매트수는 공급유로(51)를 통해 제1 열교환부(22)로부터 배출되어 다시 매트부(40)의 내부유로(41)로 유동하여 사용자에게 냉방을 제공한다. 즉 수냉 작동시 제1 우회유로(55)와 제2 우회유로(56) 및 공냉부(30)는 개입하지 않는다.

이와 같은 수냉 작동을 통해, 팬(31)의 소음 없이도 수냉부를 이용해 냉각부(21)를 냉각시킴과 동시에 매트수를 냉각해서 매트부(40)로 제공할 수 있다.

공급유로(51)에는 매트수 펌프(72)가 배치될 수 있다. 매트수 펌프(72)는 매트수가 냉각된 뒤 제1 열교환부(22)로부터 배출되어 공급유로(51)를 따라 유동할 수 있도록 매트수를 가압하는 장치이다. 따라서 매트수 펌프(72)는 전력 또는 동력의 제공과 제어가 필요하므로, 제어부(80)에 전기적으로 연결될 수 있다. 매트수 펌프(72)가 배치됨에 따라, 매트수의 유량을 제어할 수 있다.

또한 공급유로(51)에는 매트수 온도 측정부(42)가 배치될 수 있다. 매트수 온도 측정부(42)는, 매트수의 온도를 측정할 수 있다. 매트수 온도 측정부(42)는 유체의 온도를 측정할 수 있어야 하므로, 열전대로 구성될 수 있으나 그 종류는 이에 제한되지 않는다. 또한 매트부(40) 내부에 배치될 수도 있다.

매트수 온도 측정부(42)가 포함됨에 따라, 제어부(80)는, 수냉 작동 중에 매트수 온도 측정부(42)가 측정한 상기 매트수의 온도가 제3 기준온도보다 낮을 때, 상기 냉각부(21)에 공급되는 전원을 차단하고, 상기 매트수가 유동하는 유량을 감소시키도록 상기 매트수 펌프(72)를 제어할 수 있다. 매트수가 충분히 낮은 온도를 가지므로, 냉각부(21)의 동작을 정지하여 전력을 절약하고 천천히 매트수가 매트부(40)를 따라 흐르도록 해 냉방의 제공이 지속적으로 이루어지도록 하는 것이다. 유량이 감소함에 따라 유속이 감소하고, 매트수의 열전달계수가 감소해 보다 천천히 열전달이 일어난다.

또한 제어부(80)는, 수냉 작동 중에 매트수의 온도가 상기 제3 기준온도보다 높은 제4 기준온도보다 높을 때, 다시 매트수를 냉각해야 한다. 따라서 제어부(80)는 냉각부(21)에 전원을 공급하는 것을 재개하고, 매트수가 유동하는 유량을 증가시키도록 매트수 펌프(72)를 제어할 수 있다. 매트수를 다시 냉각하고, 빠른 유속에 따라 열전달계수를 증가시켜 빠른 매트수의 냉각이 이루어지도록 하는 것이다. 이에 따라, 매트수가 제3 기준온도와 제4 기준온도 사이의 온도 범위 내에서 유지되며, 사용자에게 매트부(40)를 통해 냉방을 제공할 수 있다.

도 4 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉수매트(2)의 개념도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 냉수매트(2)의 제1 밸브부(63)는 냉각수를 저장탱크(10)로부터 제1 열교환부(22)와 제2 열교환부(13) 중 어느 하나로 안내하기 위한 삼방밸브를 포함한다. 제2 밸브부(64)는, 제2 우회유로(56)의 개폐를 조절하는 제3 개폐밸브(641)와, 공급유로(51)의 개폐를 조절하는 제4 개폐밸브(642)를 포함한다. 일 실시예와 비교했을 때, 각 밸브부가 제어하고자 하는 물의 종류 및 방향은 동일하고, 삼방밸브를 사용하는지 또는 각각 분리된 2개의 밸브를 사용하는지의 차이만이 존재한다. 따라서 동일한 기능을 수행할 수 있다.

이외에도 제1 밸브부와 제2 밸브부를 전부 삼방밸브로 구성하거나, 각각 2개의 분리된 밸브로 구성할 수도 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

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. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1, 2 : 냉수매트 10 : 저장탱크
11 : 냉각수 온도 측정부 13 : 제2 열교환부
21 : 냉각부 22 : 제1 열교환부
30 : 공냉부 31 : 팬
32 : 히트싱크 40 : 매트부
41 : 내부유로 42 : 매트수 온도 측정부
51 : 공급유로 52 : 회수유로
53 : 냉각수 공급유로 54 : 냉각수 회수유로
55 : 제1 우회유로 56 : 제2 우회유로
61, 63 : 제1 밸브부 62, 64 : 제2 밸브부
71 : 냉각수 펌프 72 : 매트수 펌프
80 : 제어부 90 : 조작부
91 : 작동 버튼 211 : 고온부
212 : 저온부 611 : 제1 개폐밸브
612 : 제2 개폐밸브 641 : 제3 개폐밸브
642 : 제4 개폐밸브

Claims

내부유로가 마련되는 매트부;
전력을 공급받으면 서로 상반되는 양단에 온도구배가 형성되고, 상기 매트부의 상기 내부유로로 공급될 매트수를 냉각하기 위한, 냉각부;
상기 냉각부를 공기를 통해 냉각하는 공냉부;
상기 냉각부를 냉각수를 통해 냉각하는 수냉부; 및
상기 매트수와 상기 냉각수 중 어느 하나를 공급받아 상기 냉각부와 열교환 시키는 제1 열교환부;
상기 공냉부에 의해 상기 냉각부가 냉각됨에 따라 상기 냉각수가 냉각되는 공냉 작동과, 상기 수냉부에 의해 상기 냉각부가 냉각됨에 따라 상기 매트수가 냉각되는 수냉 작동 중의 어느 하나가 수행되도록 상기 공냉부와 상기 수냉부를 제어하는 제어부를 포함하는, 냉수매트.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 매트수의 냉각을 위해 상기 매트수가 상기 제1 열교환부로 공급되면, 상기 수냉 작동이 수행되도록 상기 수냉부를 제어하고,
상기 냉각수의 냉각을 위해 상기 냉각수가 상기 제1 열교환부로 공급되면, 상기 공냉 작동이 수행되도록 상기 공냉부를 제어하는, 냉수매트.
제1항에 있어서,
상기 제1 열교환부는, 상기 공냉 작동 중에 상기 냉각수를 공급받아 상기 냉각부와 직접적 또는 간접적으로 열교환 시키고, 상기 수냉 작동 중에 상기 매트수를 공급받아 상기 냉각부와 직접적 또는 간접적으로 열교환 시키는, 냉수매트.
제3항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 수냉 작동이 수행되는 중에 상기 냉각수의 온도가 제1 기준온도 이상으로 확인되면, 상기 수냉 작동이 중단되고 상기 공냉 작동이 시작되도록, 상기 공냉부와 상기 수냉부를 제어하는, 냉수매트.
제4항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 공냉 작동이 수행되는 중에 상기 냉각수의 온도가 상기 제1 기준온도보다 낮은 제2 기준온도 이하로 확인되면, 상기 공냉 작동이 중단되고 상기 수냉 작동이 시작되도록, 상기 공냉부와 상기 수냉부를 제어하는, 냉수매트.
제3항에 있어서,
상기 냉각부의 작동을 시작시키는 작동 버튼을 구비하는 조작부를 더 포함하며,
상기 제어부는, 상기 작동 버튼이 선택되면, 상기 냉각수의 온도에 기초해서 상기 공냉 작동과 상기 수냉 작동 중의 어느 하나가 수행되도록, 상기 공냉부와 상기 수냉부를 제어하는, 냉수매트.
제6항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 작동 버튼의 선택 시에, 상기 냉각수의 온도가 소정 온도 초과이면 상기 공냉 작동이 수행되고, 상기 공냉 작동 중에 상기 냉각수의 온도가 상기 소정 온도에 도달하면 상기 수냉 작동이 수행되도록, 상기 공냉부와 상기 수냉부를 제어하는, 냉수매트.
제3항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 공냉 작동이 수행된 시간을 측정하고, 상기 공냉 작동이 수행된 시간이 소정의 기준 시간보다 크거나 같을 때, 상기 공냉 작동이 중단되고 상기 수냉 작동이 시작되도록, 상기 공냉부와 상기 수냉부를 제어하는, 냉수매트.
제3항에 있어서,
상기 수냉부는,
상기 냉각수가 저장되는 저장탱크; 및
상기 저장탱크에서 상기 냉각수를 공급받아 상기 냉각부와 열교환 시키는 제2 열교환부를 포함하고,
상기 저장탱크에 저장된 냉각수를 상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부 중의 어느 하나로 안내하기 위한 제1 밸브부; 및
상기 제1 열교환부에서 배출된 매트수는 상기 내부유로로 안내하고, 상기 제1 열교환부에서 배출된 냉각수는 상기 저장탱크로 안내하기 위한 제2 밸브부를 더 포함하는, 냉수매트.
제9항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 매트수의 냉각이 요구되면,
상기 매트수가 상기 제1 열교환부로 안내되는 상태에서, 상기 저장탱크에 저장된 냉각수가 상기 제2 열교환부로 안내되고, 상기 제1 열교환부에서 배출된 매트수가 상기 내부유로로 안내되도록, 상기 제1 및 제2 밸브부를 제어하는, 냉수매트.
제10항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 매트수의 냉각 중에 상기 냉각수의 온도가 제1 기준온도 이상으로 확인되면,
상기 매트수가 상기 제1 열교환부로 안내되는 것이 중단된 상태에서, 상기 저장탱크에 저장된 냉각수가 상기 제1 열교환부로 안내되고, 상기 제1 열교환부에서 배출된 냉각수가 상기 저장탱크로 안내되도록, 상기 제1 및 제2 밸브부를 제어하는, 냉수매트.
제11항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 냉각수의 냉각으로 상기 냉각수의 온도가 상기 제1 기준온도보다 낮은 제2 기준온도 이하로 확인되면,
상기 매트수가 상기 제1 열교환부로 안내되는 것이 재개된 상태에서, 상기 저장탱크에 저장된 냉각수가 상기 제2 열교환부로 안내되고, 상기 제1 열교환부에서 배출된 매트수가 상기 내부유로로 안내되도록, 상기 제1 및 제2 밸브부를 제어하는, 냉수매트.
제9항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 냉각수의 냉각이 요구되면,
상기 저장탱크에 저장된 냉각수가 상기 제1 열교환부로 안내되고, 상기 제1 열교환부에서 배출된 냉각수가 상기 저장탱크로 안내되도록, 상기 제1 및 제2 밸브부를 제어하는, 냉수매트.
제9항에 있어서,
상기 내부유로의 입구와 상기 제1 열교환부의 출구를 연통하는 공급유로;
상기 내부유로의 출구와 상기 제1 열교환부의 입구를 연통하는 회수유로;
상기 제2 열교환부의 입구와 상기 저장탱크를 연통하는 냉각수 공급유로;
상기 제2 열교환부의 출구와 상기 저장탱크를 연통하는 냉각수 회수유로;
상기 냉각수 공급유로와 상기 제1 열교환부의 입구를 연통하는 제1 우회유로; 및
상기 냉각수 회수유로와 상기 제1 열교환부의 출구를 연통하는 제2 우회유로를 더 포함하는, 냉수매트.
제14항에 있어서,
상기 제1 밸브부는, 상기 제1 우회유로의 개폐를 조절하는 제1 개폐밸브와, 상기 냉각수 회수유로의 개폐를 조절하는 제2 개폐밸브를 포함하는, 냉수매트.
제14항에 있어서,
상기 제2 밸브부는, 상기 공급유로와 상기 제2 우회유로의 연결지점에 마련되어, 상기 제1 열교환부에서 배출되는 물을 상기 내부유로와 상기 저장탱크 중의 어느 하나로 안내하기 위한 삼방밸브를 포함하는, 냉수매트.
제14항에 있어서,
상기 냉각수 공급유로에 배치되어, 상기 냉각수가 상기 저장탱크로부터 상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부 중 어느 하나로 유동하도록 상기 냉각수를 가압하는 냉각수 펌프; 및
상기 공급유로에 배치되어, 상기 내부유로를 유동하도록 상기 매트수를 가압하는 매트수 펌프를 더 포함하는, 냉수매트.
제17항에 있어서,
상기 매트수의 온도를 측정하는 매트수 온도 측정부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 수냉 작동 중에 상기 매트수 온도 측정부가 측정한 상기 매트수의 온도가 제3 기준온도보다 낮을 때, 상기 냉각부에 공급되는 전원을 차단하고, 상기 매트수가 유동하는 유량을 감소시키도록 상기 매트수 펌프를 제어하고,
상기 제어부는, 상기 수냉 작동 중에 상기 매트수의 온도가, 상기 제3 기준온도보다 높은 제4 기준온도보다 높을 때, 상기 냉각부에 전원을 공급하는 것을 재개하고, 상기 매트수가 유동하는 유량을 증가시키도록 상기 매트수 펌프를 제어하는, 냉수매트.
제14항에 있어서,
상기 제1 밸브부는, 상기 냉각수를 상기 저장탱크로부터 상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부 중 어느 하나로 안내하기 위한 삼방밸브를 포함하고,
상기 제2 밸브부는, 상기 제2 우회유로의 개폐를 조절하는 제3 개폐밸브와, 상기 공급유로의 개폐를 조절하는 제4 개폐밸브를 포함하는, 냉수매트.
제1항에 있어서,
상기 공냉부 및 상기 수냉부가 냉각하는 상기 냉각부의 영역은, 상기 냉각부의 영역 중 상대적으로 온도가 높은 일부 영역인 상기 냉각부의 고온부이고,
상기 제1 열교환부가 상기 매트수와 상기 냉각수 중 어느 하나를 상기 냉각부와 열교환시키는 상기 냉각부의 영역은, 상기 냉각부의 영역 중 상대적으로 온도가 낮은 일부 영역인 상기 냉각부의 저온부인, 냉수매트.
제1항에 있어서,
상기 제1 열교환부는, 냉매와 상기 냉각수 또는 상기 매트수가 열교환 하도록, 상기 냉매가 통과하는 미세유로를 포함하고 상기 미세유로의 주변으로 상기 냉각수 또는 상기 매트수가 유동할 수 있는 MFC(Multi Flow Condenser) 구조로 구성되는, 냉수매트.
제1항에 있어서,
상기 공냉부는, 상기 냉각부로부터 전달받은 열을 방열하는 히트싱크 및 상기 히트싱크에 결합되고 날개가 회전함으로써 공기의 흐름을 생성해 상기 히트싱크를 냉각하는 팬을 포함하는, 냉수매트.
내부유로가 마련되는 매트부;
전력을 공급받으면 서로 상반되는 양단에 온도구배가 형성되고, 상기 매트부의 상기 내부유로로 공급될 매트수를 냉각하기 위한, 냉각부;
상기 냉각부를 공기를 통해 냉각하는 공냉부;
상기 냉각부를 냉각수를 통해 냉각하는 수냉부; 및
상기 매트수와 상기 냉각수 중 어느 하나를 공급받아 상기 냉각부와 열교환 시키는 제1 열교환부;
상기 공냉부에 의해 상기 냉각부가 냉각되는 공냉 작동과, 상기 수냉부에 의해 상기 냉각부가 냉각되는 수냉 작동 중의 어느 하나가 수행되도록 상기 공냉부와 상기 수냉부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 매트부는, 상변화 소재로 구성되는, 냉수매트.