KR19990064906A

KR19990064906A - 열전원리를 이용한 고효율 냉,난방장치

Info

Publication number: KR19990064906A
Application number: KR1019990018338A
Authority: KR
Inventors: 주재헌
Original assignee: 주재훈; 주재헌; 고려하이텍 주식회사
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 1999-08-05

Abstract

본 발명은 열전기술을 이용한 고효율의 냉,난방장치에 관한것으로, 유체가 충진된 내부에 가열히터가 내장되고 벽면이 단열재로 형성된 유체저장탱크를 구성하여 이의 일측면과 연장되도록 히트파이프를 결합하여 냉각, 또는 가열된 유체가 이동되도록 하고, 상기 유체저장탱크의 일측 벽면에 N형과 P형 반도체로된 열전소자를 이용한 열전모듈을 구성하고 이의 외측면에 고온부 냉각을 위한 히트싱크를 구성하여서 이루어진 냉,난방장치를 제공하여, 열전소자인 반도체로 구성된 열전모듈 양면에 외부로부터 온도차를 가하여 별도의 구동부분 없이 고체상태에서 직접 전력을 얻을수 있는 시백(Seeback)효과를 이용 적절한 부하를 얻어 주변보조장치들에 전력을 공급함으로써 전력의 소모를 줄이고 에너지의 효율을 향상시킴은 물론 정전시 전력의 공급이 끊어지더라도 열전소자에서 발생하는 자체전력을 주변보조장치에 그대로 공급함으로써 정전시에도 냉,난방장치가 가동되도록 한 것이다.

Description

열전원리를 이용한 고효율 냉,난방장치{ a high degree of efficiency cold and heating equipment to use thermoelectric principles}

본 발명은 열전기술을 이용한 고효율의 냉,난방장치에 관한것으로, 더욱 상세하게는 기존의 프레온 압축식 냉방방식을 열전소자를 이용하여 대체하고, 열전소자를 이용 버너식 및 히터식 온풍장치의 에너지 효율을 높힌 고효율의 열교환 장치로 된 냉,난방장치에 관한 것이다.

열전기술은 첨부도면 도1에 도시한 바와같이 N형과 P형의 반도체인 열전소자로 형성된 열전대인 열전모듈양면에 전압을 가하면 별도의 구동수단이 없이도 고체상태에서 직접 얀면에 열교환이 이루어져 소자 양단에 흡,발열 현상을 유도 온도를 제어 할 수 있는데 이를 상세히 설명하면 즉, 2종류의 N형반도체와 P형반도체로된 열전소자를 금속도체로 접합시켜서된 열전모듈에 전위차가 주어지면 금속도체접합부 양단에는 에너지 준위가 생겨 전자가 이동하는데 반도체내로 전자가 이동하기 위해서는 반도체의 에너지 금지대에 기인하는 전위장벽을 넘어야 한다.

따라서, 여기서 필요한 에너지는 열에너지를 얻게되어 N형반도체와 P형반도체로 이루어진 열전소자 양단에는 흡,발열이 이루어 지는데 이러한 원리를 펠티어 효과라고 하며 열전기술의 기본원리로 되고 있다.

그러나 이와 같은 열전기술은 기존의 프레온 압축식 냉방방식이나 버너식온풍장치 및 히터식온풍장치를 이용한 냉,난방장치에서는 전혀 찾아 볼 수 없는 것으로 장치가 매우 복잡하며, 전력의 소모가 많음은 물론 정전시에는 전력의 공급이 끊어져 냉,난방구동이 중단되는 중대한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 기존의 냉,난방장치에서 발생하는 제반 문제점을 감안 하여 안출한 것으로 상기 펠티어 효과를 얻을 수 있는 열전기술의 기본원리를 연교환장치에 연결하여 회로를 구성, 적절한 제어를 할 수 있도록 반도체식 냉,난방장치를 구성함으로써, 열전소자인 반도체로 구성된 열전모듈 양면에 외부로부터 온도차를 가하여 별도의 구동부분 없이 고체상태에서 직접 전력을 얻을수 있는 시백(Seeback)효과를 이용 적절한 부하를 얻어 주변보조장치들에 전력을 공급함으로써 전력의 소모를 줄이고 에너지의 효율을 향상시킴은 물론 정전시 전력의 공급이 끊어지더라도 열전소자에서 발생하는 자체전력을 주변보조장치에 그대로 공급함으로써 정전시에도 냉,난방장치가 가동되도록 하는등의 고효율 고품질의 냉,난방장치를 제공함에 그 목적을 둔 것이다.

도1은 열전기술의 열교환 원리도.

도2a, 도2b, 도2c는 본 발명을 구성하기 위한 일실시예도로서,

도2a는 열전모듈을 일측에만 구성한 상태도.

도2b는 열전모듈을 양측에 구성한 상태도.

도2c는 열전모듈과 연장되게 열양도체블록을 구성한 상태도.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♣

10:유체저장탱크 11:단열재

12:유체 20:가열히터

30:히트파이프 30a,40a:방열핀

40:히트씽크 41:응축수순환펌프

50:냉각휀 60:유체순환펌프

61:연결파이프 70:열양도체블록

100:열전모듈 110:열전소자

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 열전원리를 이용한 본 발명의 일실시예를 첨부도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 첨부도면 도2a 및 도2b에 도시한 바와같이 유체(12)가 충진된 내부에 가열히터(20)가 내장되고 벽면이 단열재(11)로 형성된 유체저장탱크(10)를 구성하고, 상기 유체저장탱크(10)의 일측면에 냉각, 또는 가열된 유체(12)가 이동되도록 다수의 히트파이프(30)를 구성하며, 상기 유체저장탱크(10)의 일측 벽면에 주변장치들과 회로로 연결된 N형과 P형 반도체로된 열전소자(110)를 이용한 열전모듈(100)을 구성하며, 이의 외측면에 고온부 냉각을 위한 히트씽크(40)를 구성하여서 이루어진 것이다.

여기서 상기 가열히터(20)는 유체저장탱크(10)내의 유체(12)속에 직접 잠겨지도록 장착되어 열에너지의 전달효율이 증대되도록 하였음은 물론 내부에 가열히터(20)가 내장되고 벽면이 단열재로 형성된 유체저장탱크(10)의 일측면에 연장되도록 결합되어 가열된 유체(12)를 수송하는 히트파이프(30)와, 열전모듈(100)의 외측면에 설치되어 고온부 냉각을 위한 히트씽크(40)및 주변의 유체수송파이프에 다수의 방열핀(30a)(40a)을 형성하여 열에너지를 크게 증가시키도록 구성하였다.

또한, 상기 일측 벽면에 구성된 열전모듈(100)의 외측면에 형성되어 고온부 냉각을 하는 히트씽크(40)는, 내부에 별도의 응축수순환펌프(41)의 작동으로 응축수가 순환되도록 하며, 외측에는 다수의 방열핀(40a)을 형성하고 이에 공기를 불어주는 냉각휀(50)을 형성하여서, 상기 열전모듈(100)의 고온부냉각을 수냉식과 공냉식을 겸하도록 구성하여 냉,난방효율이 극대화 되도록 하였다.

그리고 본 발명은 첨부도면 도2c에 도시한 바와같이 상기 유체저장탱크(10)의 일측 벽면에 형성한 열전모듈(100)과 일체로 유체저장탱크(10)내부로 가열 또는 냉각 열양도체블록(70)을 형성하여 이를 통하여 열전원리를 이용한 발전을 병행하도록 구성할 수 도 있음은 물론 유체저장탱크(10)의 일측면에 밀폐된 단일체의 히트파이프(30)를 결합하고 이를 유체(12)가 충진된 유체저장탱크(10)의 일측벽면에 설치한 유체순환펌프(60)와 연결파이프(61)로 연결하여서, 상기 유체순환펌프(60)의 작동에 의해 유체저장탱크(10)내의 가열 또는 냉각된 유체(12)가 밀폐된 단일체의 히트파이프(30)내로 용이하게 강제순환되도록 구성함으로써 에너지의 전달효과가 극대화 되도록 구성 할 수 도 있다.

한편, 상기한 본 발명들은 모두 상기 유체저장탱크(10)의 일측 벽면에 형성한 열전모듈(100)을 구성하는 N형과 P형 반도체로된 열전소자(110)의 온도차에 따라 생기는 자체전압을 이용하여 외부전력의 공급없이 냉각휀(50)이나 유체순환펌프(60) 그리고 응축수순환펌프(41)등의 주변보조장치를 구동하도록 구성하였다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 냉,난방시 열전모듈(100)을 구성하는 열전소자(110)의 고온 및 저온부에서 발생되는 온도차를 이용하여 저온부 접합 블록에서 1차열을 전달하여 냉각휀(50)과 응축수순환펌프(41)를 가동시켜 냉방으로 사용하고, 고온부 접합블록을 통하여 히트씽크(40) 온도를 제어하여 일정온도를 유지한다.

따라서 운전에 있어서 온도의 편차가 적고, 반영구적, 환경친화적이다.

또한 난방시 열전소자(110)의 외부 접합부 온도차를 이용 전력을 얻어 주변보조장치들에게 전력을 공급함으로써 별도의 구동부분이 전혀 필요없이 주변장치들을 구동가능함으로써 에너지 효율이 향상되는 것이다.

상기와 같이 본 발명은 펠티어 효과를 얻을수 있는 열전기술의 기본원리를 열교환장치에 연결하여 회로를 구성, 적절한 제어를 할 수 있도록 반도체식 냉,난방장치를 구성함으로써, 열전소자인 반도체로 구성된 열전모듈 양면에 외부로부터 온도차를 가하여 별도의 구동부분 없이 고체상태에서 자체적으로 직접 전력을 얻을수 있다.

따라서 이와같이 얻어진 자체전력을 주변보조장치들에 공급함으로써 전력의 소모가 줄어든다.

그리고 그 만큼 에너지의 효율이 향상된다.

또한, 정전시 전력의 공급이 끊어지더라도 열전소자에서 발생하는 자체전력을 주변보조장치에 그대로 공급함으로써 정전시에도 냉,난방장치가 꺼지지 않고 가동되는등 고효율 고품질의 냉,난방장치로의 전환을 꾀할 수 있는 획기적인 발명이다.

Claims

유체가 충진된 내부에 가열히터가 내장되고 벽면이 단열재로 형성된 유체저장탱크를 구성하여 이의 일측면과 연장되도록 히트파이프를 결합하여 냉각, 또는 가열된 유체가 이동되도록 하고, 상기 유체저장탱크의 일측 벽면에 N형과 P형 반도체로된 열전소자를 이용한 열전모듈을 구성하고 이의 외측면에 고온부 냉각을 위한 히트씽크를 구성하여서 이루어진 것을 특징으로 하는 열전원리를 이용한 고효율 냉,난방장치.
제1항에 있어서,

상기 가열히타를 유체탱크내의 유체속에 직접 잠겨지도록 장착함을 특징으로 하는 열전원리를 이용한 고효율 냉,난방장치.
제1항에 있어서,

내부에 가열히터가 내장되고 벽면이 단열재로 형성된 유체저장탱크의 일측면에 연장되도록 결합되어 가열된 유체를 수송하는 히트파이프와, 열전모듈의 외측면에 설치되어 고온부 냉각을 위한 히트씽크에 다수의 방열핀을 형성하여 열에너지를 크게 증가시키도록 구성함을 특징으로 하는 열전원리를 이용한 고효율 냉,난방장치.
제1항에 있어서,

상기 일측 벽면에 구성된 열전모듈의 외측면에 형성되어 고온부 냉각을 하는 히트싱크는, 내부에 별도의 응축수순환펌프의 작동으로 응축수가 순환되도록 하며, 외측에는 다수의 방열핀을 형성하고 이에 공기를 불어주는 냉각휀을 형성하여서, 상기 열전모듈의 고온부냉각을 수냉식과 공냉식을 겸하도록 구성함을 특징으로 하는 열전원리를 이용한 고효율 냉,난방장치.
제1항에 있어서,

상기 유체저장탱크의 일측 벽면에 형성한 열전모듈과 일체로 유체저장탱크내부로 가열 또는 냉각 열양도체블록을 형성하여 이를 통하여 열전원리를 이용한 발전을 병행하도록 구성함을 특징으로 하는 열전원리를 이용한 고효율 냉,난방장치.
제1항에 있어서,

상기 유체저장탱크의 일측 벽면에 형성한 열전모듈을 구성하는 N형과 P형 반도체로된 열전소자의 온도차에 따라 생기는 자체전압을 이용하여 외부전력의 공급없이 주변보조장치를 구동하도록 함을 특징으로 하는 열전원리를 이용한 고효율 냉,난방장치.
제1항에 있어서,

내부에 가열히터가 내장되고 벽면이 단열재로 형성된 유체저장탱크의 일측면에 밀폐된 단일체의 히트파이프를 결합하고 이를 유체가 충진된 유체저장탱크의 일측벽면에 설치한 유체순환펌프와 연결파이프로 연결하여서, 상기 유체순환펌프의 작동에 의해 유체저장탱크내의 유체가 밀폐된 단일체의 히트파이프내로 순환되도록 구성함을 특징으로 하는 열전원리를 이용한 고효율 냉,난방장치.