KR20000010950U - 열전 냉각기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열전 냉각기를 개시한다.

열전 모듈을 이용한 냉각기에 있어서 종래에는 방열기 표면과 주변공기가 균일하게 접촉하기 어려워 방열기를 통한 효율적인 열교환이 이루어지지 않을 뿐만 아니라, 방열기와 접촉하는 공기의 흐름량을 조절하기 어려워 냉 난방시 속도 또는 온도 조절이 용이하지 않은 문제점이 있었다.

본 고안은, 열전 반도체를 이용하여 전원이 인가되면 일측면은 발열하고 타측면은 냉각작용이 이루어지는 열전모듈과, 이 열전모듈을 통해 전도되는 열을 주변공기와 접촉하여 열교환하는 방열기를 포함하는 열전 냉각기에 있어서, 방열기가, 공기 유입구와 공기 배출구가 각각 구비되며, 이들 중 적어도 하나에는 팬이 설치된 밀폐형의 하우징과; 공기 유입구와 공기 배출구가 하우징 내부를 통해 소정의 경로로써 연결되도록, 하우징 내부를 구획하는 내벽;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열전 냉각기를 제공함으로써, 공기가 방열기의 내부로 유입되어 순환하는 과정에 의해 균일한 냉각이 가능할 뿐만 아니라, 팬의 작동시간 또는 회전속도의 조절을 통해 토출량을 제어하여 냉 난방시 온도 조절이 용이한 장점이 있다.

Description

열전 냉각기

본 고안은 열전모듈을 이용하는 냉각기에 관한 것으로, 더 상세하게는 열교환 효율을 향상시킨 열전 냉각기에 관한 것이다.

히트 싱크(Heat sink)로도 일컬어지는 방열기는 전자 부품이나 소자에서 열을 흡수하여 외부로 방산시키는 냉각용 방열기를 말하는 것으로서, 발열체의 열을 효과적으로 분산시켜 발열체의 온도상승을 억제하거나 또는 발열체를 이용한 냉 난방을 위해 사용되며, 그 재질은 열전도성(Themal conductivity)이 우수한 알루미늄 등으로 이루어지는 것이 일반적이다.

열전 냉각기는 일측은 냉각작용이 이루어지고 타측은 발열작용이 이루어지는 열전모듈의 양측 또는 일측면에 방열기를 부착함으로써 이를 통해 열교환작용이 이루어지게 한 것으로, 냉각 또는 난방을 위한 열교환기 등에 사용된다.

열전 냉각기를 이용한 열교환시스템을 설명하기에 앞서, 열전모듈의 구조 및 동작원리를 도 2를 통해 간략히 설명하면, 네거티브 포지션(Negative position)과 포지티브 포지션(Positive position)을 갖는 열전 반도체(3)가 전기접속소자(Electrical inter-connection: 4)를 매개로하여 세라믹(Ceramic)기판(5) 사이에 교차로 배열 형성된 구조로서, 전기접속소자(4)에 전원이 인가되면 일측은 냉각되고 타측은 발열하는 구조로 되어 있다.

따라서, 열전 냉각기(1)를 이용한 열교환기에서는, 도 1a에서와 같이, 팬(9)의 회전에 의해 열전모듈(2)의 양측면에 부착된 방열기(6) 표면에 공기가 접촉하여 열교환되면서 되면서 일측에서는 냉각작용이 타측에서는 난방작용이 이루어지게 된다.

도 1b는 열전 냉각기(1)를 이용한 냉장시스템의 일실시예를 나타낸 것으로, 단열벽(13)과 커버(14)에 의해 밀폐 구성된 냉장실(10)은 냉장실(10) 내벽(11)과 단열벽(13) 사이에 열전모듈(2)에 의해 냉각되는 전열벽(12)이 마련되어 이를 통한 냉각 작용이 이루어지게 하는 한편, 열전모듈(2)의 타측면에는 방열기(6)가 부착되어 팬(9)의 회전에 의해 주변공기와 열교환되면서 과열을 방지하는 구조로 되어 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 열교환시스템에서는 열전모듈(2)과 방열기(6)로 이루어진 냉각기(1)를 통해 열교환이 이루어지므로, 냉각 또는 난방 효율을 향상시키기 위해서는 냉각기(1)의 열교환 효율을 높이는 것이 중요하다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 냉각기(1)는, 방열기(6)가 열전모듈(2)에 밀착되는 베이스 플레이트(7)와, 이 베이스 플레이트(7)의 일측면에 일정한 간격으로 배열 형성된 다수개의 방열핀(8)으로 이루어짐으로써 공기와의 마찰 면적을 넓힌 형태를 이루고 있다. 따라서, 베이스 플레이트(7)를 통해 전열된 뒤, 그 반대면에 배열된 방열핀(8)이 주변공기와 접촉하면서 열교환이 이루어지게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 구조는 방열기(6) 표면과 주변공기가 균일하게 접촉하기 어려워 효율적인 열교환이 이루어지지 않을 뿐만 아니라, 팬(9)의 회전속도를 조절하는 경우에도 급격한 효율개선을 기대하기 어려우므로 이를 통한 냉 난방시 속도 또는 온도 조절이 용이하지 않은 문제점이 있었다.

본 고안은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 방열기 표면이 공기에 균일하게 접촉되게 함과 동시에, 그 흐름량을 직접적으로 통제할 수 있게 함으로써 열교환 효율을 향상시킨 열전 냉각기를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 열전 반도체를 이용하여 전원이 인가되면 일측면은 발열하고 타측면은 냉각작용이 이루어지는 열전모듈과, 이 열전모듈을 통해 전도되는 열을 주변공기와 접촉하여 열교환하는 방열기를 포함하는 열전 냉각기에 있어서, 방열기가, 공기 유입구와 공기 배출구가 각각 구비되며, 이들 중 적어도 하나에는 팬이 설치된 밀폐형의 하우징과; 공기 유입구와 공기 배출구가 하우징 내부를 통해 소정의 경로로써 연결되도록, 하우징 내부를 구획하는 내벽;으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 고안에 의하면, 팬의 회전에 의해 유입된 공기가 방열기 내부를 구획된 경로를 따라 순환한 뒤 방열기 외부로 배출됨으로써, 공기의 단위 흐름량에 대한 방열기의 접촉면적이 증대되어 열교환 효율을 높일 수 있게 된다. 또한, 팬의 작동시간 또는 회전속도의 조절을 통해 방열기 내부로 유입되는 공기의 유입량을 효과적으로 조절할 수 있으므로, 온도 조절이 용이하게 된다.

도 1a는 열전모듈을 이용한 종래 냉각기의 열교환 구조를 도시한 단면도,

도 1b는 열전모듈을 이용한 일실시예로서 냉장시스템을 도시한 단면도,

도 2는 열전모듈의 구조를 도시한 단면도,

도 3a는 본 고안에 따른 열전 냉각기를 도시한 사시도,

도 3b는 방열기의 구조 및 그 내부의 공기흐름을 도시한 분해 사시도,

도 4는 본 고안에 따른 열전 냉각기를 이용한 열교환시스템을 도시한 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20 ; 단열재 30 ; 열전모듈(Heat pump module)

40 ; 방열기(Heat sink) 41 ; 하우징(Housing)

42 ; 하부 케이스(Case) 43 ; 공기 유입구

44 ; 내벽 45 ; 상부 커버(Cover)

46 ; 공기 배출구 47, 52 ; 팬(Fan)

51 ; 방열핀

이와 같은 본 고안의 특징적인 구성 및 이에 따른 작용효과는 후술하는 첨부된 도면을 참조한 실시예의 상세한 설명을 통해 더욱 명확해 질 것이다.

도 3a 및 도 3b는 본 고안에 따른 열전 냉각기를 도시한 것이다.

본 고안에 따른 열전 냉각기는 도 3a에 도시된 바와 같이, 냉각작용과 발열작용이 동시에 이루어지는 열전모듈(30)과, 이 열전모듈(30)을 통해 전도되는 열을 주변공기와 접촉하여 열교환하는 방열기(40)를 구비하여 구성된다.

방열기(40)는 하우징(41)과 이 하우징(41) 내부 공간을 구획하는 내벽(44)으로 이루어지며, 하우징(41)에는 공기 유입구(43) 및 공기 배출구(46)가 형성되어 내벽(44)에 의해 하우징(41) 내부에 구획된 통로를 통해 연결된다.

하우징(41)은 도 3b에 도시된 바와 같이, 하부 케이스(42)와 상부 커버(45)로 구성되는데, 하부 케이스(42)의 측면에는 공기 유입구(43)가 형성되며, 밑면은 열전모듈(도 3a 참조)에 접해지고 윗면은 개방되어 있다. 상부 커버(45)는 하부 케이스(42) 상부에 조립되어 그 윗면을 밀폐하는 것으로서, 중앙에는 공기 배출구(46)가 형성되고, 이 공기 배출구(46)에는 모터(도시되지 않음)에 의해 정 역 회전하는 팬(47)이 설치된다. 이때, 팬(47)은 공기 유입구(43)측에 설치하거나, 또는 두곳 모두 설치할 수도 있다.

한편, 하부 케이스(42)의 내부에는 그 측면에 형성된 공기 유입구(43)와 상부 커버(45)에 형성된 공기 배출구(46)를 소정의 경로로써 연결하는 공기 순환로가 내벽(44)에 의해 형성되는데, 이는 공기 유입구(43)를 통해 유입된 외부공기가 하우징(41) 내부에서 저항을 덜 받고 원활하게 순환할 수 있도록 기류의 방향 전환 각도를 최소화시키는 형태를 이루도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 하우징(41) 내부의 공기 순환로는 상술한 조건을 만족시키기 위한 나선형상 또는 소용돌이 형상으로 이루어진다.

따라서, 도 3a에서와 같이 조립된 상태에서, 공기 배출구(46)의 팬(47)이 회전하면 그 회전방향에 따라 하우징(41) 내부의 공기를 공기 배출구(46)를 통해 방열기(40) 외부로 배출시키거나, 또는 방열기(40) 외부의 공기를 공기 유입구(43)를 통해 하우징(41) 내부로 유입시키게 된다. 이는 팬(47)의 정 역 회전에 의해 공기의 유입 및 배출 방향을 자유롭게 전환할 수 있게 한 것으로서, 공기의 순환 경로는 실질적으로 동일하며 공기의 이동 방향만이 바뀌는 것이다.

이하, 도 4를 참조하여 본 고안의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 열전 냉각기는 냉각작용과 발열작용이 동시에 진행되는 열전모듈(30)의 상 하측에, 본 고안에 따라 공기가 그 내부를 순환하면서 열교환되게 한 방열기(40)와, 방열핀(51)을 채용한 기존 형태의 방열기(50)가 각각 부착된 형태로 되어 있다. 여기서, 미설명 부호(20)는 단열재를 나타낸 것이다. 따라서, 도시되지 않은 전원부에 의해 전원이 인가되면, 열전모듈(30)의 한쪽면에서는 냉각작용이 반대면에서는 발열작용이 진행됨과 동시에 각 면에 접해진 방열기(40, 50)측으로 열을 전달하게 된다.

편의상 열전모듈(30)의 윗면에서 냉각작용이, 아래면에서 발열작용이 진행된다고 가정하면, 아래쪽에서는 팬(52)의 회전에 의해 주변 공기가 방열핀(51)과 접촉하면서 열교환되어 이를 냉각시키게 됨으로써 과열을 방지하게 되고, 위쪽에서는 팬(47)이 회전하여 방열기(40) 내부로 유입된 외부공기를 방열기(40)와의 열교환에 의해 차가와지게 한 뒤, 외부로 배출하여 그 주변을 냉각하게 된다. 즉, 팬(47)이 회전하면, 방열기(40) 내부의 공기를 외부로 배출시키게 되면서 주변의 공기가 공기 유입구(43)를 통해 방열기(40) 내부로 유입되고, 유입된 공기는 내벽(도 3b 참조)에 의해 형성된 공기 순환로를 따라 방열기(40) 내부를 순환하면서 열교환된 뒤, 하우징(41) 상부의 공기 배출구(46)를 통해 방열기(40) 외부로 배출된다.

한편, 팬(47)이 역회전 하는 경우에는 공기 배출구(46) 주변의 공기를 방열기(40) 내부로 유입시키게 되고, 유입된 공기는 동일한 경로로써 방열기(40) 내부를 순환하면서 열교환된 뒤, 하우징(41) 측면의 공기 유입구(43)를 통해 방열기(40) 외부로 배출된다.

따라서, 본 고안에 의하면, 공기가 방열기(40)의 내부로 유입되어 순환하는 과정에 의해 균일한 냉각이 가능할 뿐만 아니라, 팬(47)의 작동시간 또는 회전속도의 조절에 의한 토출량의 제어가 가능하게 된다.

위에서 설명한 바와 같이 본 고안에 의한 열전 냉각기는, 상대적으로 열교환 효율이 우수할 뿐만 아니라, 냉 난방시 토출량을 직접 제어할 수 있으므로 온도 조절이 용이한 장점이 있다.

Claims (1)

1. 열전 반도체를 이용하여 전원이 인가되면 일측면은 발열하고 타측면은 냉각작용이 이루어지는 열전모듈과, 이 열전모듈를 통해 전도되는 열을 주변공기와 접촉하여 열교환하는 방열기를 포함하는 열전 냉각기에 있어서,

   상기 방열기(40)는, 공기 유입구(43)와 공기 배출구(46)가 각각 구비되며, 이들 중 적어도 하나에는 정 역 회전하는 팬(47)이 설치된 밀폐형의 하우징(41)과;

   상기 공기 유입구(43)와 상기 공기 배출구(46)가 상기 하우징(41) 내부를 통해 소정의 경로로써 연결되도록, 상기 하우징(41) 내부를 나선 또는 소용돌이 형상으로 구획하는 내벽(44);으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열전 냉각기.