KR20000032669A - 열전 소자의 냉각 효율을 증진시키는 냉각관과 이 냉각관을 이용한 냉방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전 소자를 이용한 냉방 장치에 관한 것으로써 특히 열전 소자의 냉각 효율을 극대화 시켜 실용적인 이용이 가능하도록 열전 소자의 흡열면측에 냉각관을 구성하여 이루어진 냉각관을 이용한 냉방장치에 관한 것이다.

본 발명은 열전 소자의 흡열부인 냉각부의 열교환 효율을 개선하여 냉각 효율을 증진시키는 냉각관을 제공하고 이 냉각관을 이용한 냉방장치를 제공하며, 열전 소자의 발열부와 흡열부의 열량을 신속하게 이동 시켜 열 역류 현상을 방지하여 실용적으로 사용이 가능한 냉방장치를 제공하고자, 내 압력 관내에 냉매(13)를 봉입하여 관내에서 외기에 의하여 기화되고 열전 소자(20)의 냉각부에 의하여 액화되어 순환되도록 이루어진 냉각관(10)을 형성하고, 상기 냉각관은 내벽 주연에는 냉매(13)가 모세관 현상에 의하여 주벽을 타고 순환될 수 있도록 미세공을 갖는 금속 격자(11)를 내장하여 이루고, 상기와 같은 냉각관(10)을 열전 소자 모듈(20M)의 냉각부에 형성하는 것과, 열전 소자의 발열부에는 수냉식 냉각 챔버(24)를 형성하는 것과, 상기 열전 소자를 포함하는 냉각부와 발열 부분을 진공의 덕트(26)로 밀폐 결합하는 것과, 상기 수랭식 냉각 챔버를 경유한 냉각수를 라디에이터(41)와 순환 펌프(43)로써 순환 경로를 형성하고, 상기 냉각관의 일측 배후에 냉풍을 송출하는 송풍 팬(30)을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

열전 소자의 냉각 효율을 증진시키는 냉각관과 이 냉각관을 이용한 냉방장치

본 발명은 열전 소자를 이용한 냉방 장치에 관한 것으로써 보다 상세하게는 열전 소자의 냉각 효율을 극대화 시켜 실용적인 이용이 가능하도록 열전 소자의 흡열면측에 냉각관을 구성하여 이루어진 열전 소자의 냉각 효율을 증진시키는 냉각관과 이 냉각관을 이용한 냉방장치에 관한 것이다.

일반적으로 냉방을 이루는 장치로써 통칭 에어컨이 있다.

상기 에어컨은 보통 냉매 가스를 사용하여 냉매를 기화시켜 주변 열을 흡수하는 것에 의하여 소정의 냉각을 이루고 이 냉각된 부분에 공기를 강제적으로 송풍함으로써 냉풍을 형성하는 것으로 잘 알려져 있다.

상기와 같은 냉매 사이클은 압축기의 펌프 작용으로 냉매가 응축기에서 고압으로 액화되고 이 액화된 냉매가 팽창 밸브를 통하여 증발기(흡열부)에서 증발되고 다시 응축되어 순환되는 것이다.

이러한 냉매 사이클을 이루는 냉방(냉각)장치로써는 냉장고, 에어컨 등이 있다.

상기와 같은 냉매 사이클이 수반되는 냉각 장치에 있어서는 프레온 가스인 냉매가 필요하고, 이 냉매를 기화시키거나 액화시키기 위한 가압 설비가 필요하며 가스의 유출을 방지하기 위하여 상당한 구조적인 안정성이 요구된다.

냉방의 용도로 주로 이용되는 에어컨의 경우는 그 냉방 부하가 비교적 큼에 의하여 실내기와 실외기를 구분하여 배관으로 연결하여 시공하고 있으며 이러한 설치는 특별한 수공구와 전문 지식을 가진 자 만이 시공이 가능하여 설치는 물론 위치 이동 등이 매우 제한되는 실정인 것이다.

또한 냉매 사이클을 이용하는 장치에 있어서는 소음, 진동이 심하고 전력의 소모가 매우 큰 단점이 있다.

한편, 최근에는 상기 냉매로 이용되던 프레온 가스가 환경 파괴 물질로 지목되어 지구의 오존층 파괴를 가속화하여 온난화의 나쁜 영향을 미치는 물질로 사용이 제한되고 있는 실정이다.

상기와 같은 복잡한 구조와 여러 문제점을 갖으면서도 상술한 냉각 사이클을 계속적으로 사용하는 이유는 적합한 대체 기술이 마련되지 못하였기 때문이다.

이러한 냉각 사이클을 이용하지 아니하고도 단지 전기적인 열 전자 작용에 의하여 흡열을 하거나 발열을 하는 열전 소자가 이미 오래전에 개발되었다.

상기 열전 소자는 펠티에(peltier)효과에 의하여 상호 접촉된 두 금속 또는 반도체 사이에 전류를 흘려주면 그 접합점 일측에서는 주울열 이외의 열이 발생하며 타측에서는 열의 흡수가 이루어지는 현상으로 발생 또는 흡수되는 열량 Q = πI 로써 인가하는 전류에 비례하는 것으로 알려져 있다.(π는 펠티에 계수, I는 전류)

상기와 같은 열전 소자를 이용하여 종래에도 여러 냉방, 냉각 장치가 제안된 바 있다.

도1에 도시된 바와 같은 일본국 공개 실용 신안 공보 소62-120126호의 냉풍기가 제안된바 있다.

이는 열전 소자(50)의 양측면에 열 흡수판(52)과 열 방출판(54)을 형성하고 각각의 흡수판과 방출판에 팬(53,55)을 결합하여 공랭식 라디에이터를 이루고 이 라디에이터를 경유하는 팬(53)의 송풍으로 냉풍을 형성하도록 이루어져 있다.

그러나 이러한 종래 기술에 의하면 냉방 능력에 한계가 있고 사용 전력에 비하여 그 효율이 현저하게 떨어지는 단점이 있어 실용화되기에 문제가 있다.

본 발명자가 실험해 본 바에 의하더라도 열전 소자를 이용하여 냉방 장치를 구성하는 경우에서의 제한점은 에너지 효율이 가장 큰 문제점으로 대두되고 있다.

상기와 같은 종래 기술의 경우에는 열전 소자의 발열 부분의 온도를 적절히 낮게 유지하지 못하므로 써 일정 시간이 경과하면 열의 역류 현상이 발생하게되고 이에 의하여 열을 흡수하는 냉각측은 그 기능이 저하됨을 피할 수 없다.

따라서 상기 종래 기술은 사실상 사용이 불가하다.

상기 문제점을 고려하여 또 다른 제안이 안출된 바 있다.

국내 실용신안 공고 제 89-3821호 열전 소자를 내장한 냉온풍기, 특허 공개 제 96-41912호 열전 냉방 장치 및 특허 공개 제 97-22000호 열전 냉온 소자를 이용한 냉방장치 등이 공지되 있다.

실용 공고 제 89-3821호의 경우에는 전, 후면에 그릴이 형성된 냉, 온풍기 본체의 내부 저면으로부터 구동 휠에 의해 물탱크에 하부가 잠긴 상태로 회전하는 펠트가 장치되고 그 후방으로 공기 순환용 팬이 장착된 것에 있어서, 전면으로 닥트와 연결되며 후면으로 배기호스가 연결된 하부 방열판 조립체와 상부 방열판 사이 펠티어 효과를 지닌 열전 소자를 볼트 체결한 상태로 물탱크 중앙 하부에 구성하여 이루어 진 것이다.

상술한 고안의 경우에는 물탱크에 담겨진 물의 잠열을 이용하여 실내를 냉방 또는 온방하는 것으로써 상기 물을 펠트에 적셔서 펠트를 회전시켜가면서 펠트를 통과하도록 공기를 유통시켜 물의 기화로써 소정의 냉방 또는 난방 효과를 얻도록 작용한다.

그러나 이러한 종래 기술에 따르면 물탱크의 물이 열전 소자에 의하여 냉각될 때 반대로 열전 소자의 발열 부분은 지속적으로 온도 저하를 유지시켜야만 냉각을 위한 흡열이 효율적으로 이루어지게 되나 출구측 그릴의 일부 공기를 바이 패스시켜 냉각에 이용하는 구조로써는 흡열부와 발열부간의 열 역류가 발생함을 피할 수 없고 따라서 실용적으로 적용하는데는 많은 문제가 있다.

또한 실내 가습을 필연적으로 수반하므로 써 습도를 배제하여야 하는 경우에는 사용이 불가능한 단점이 있다.

상기 특허 공개 제 96-41912호는 전열 밀도가 높고 방열이 곤란한 열전 냉각 소자를 이용하여 단속적 구동과 위크 및 물탱크를 채택으로 연속적으로 냉풍을 발생시킬 수 있는 냉방장치인 것을 특징으로 창안된 것이다.

이 공개된 특허의 경우에는 열전 소자의 열 역류에 따른 냉방 효율 저하를 방지하고자 소자에 인가되는 전원을 단속적으로 공급하여 발열부의 지나친 온도 상승을 방지하고, 동시에 전원 차단 시에도 냉풍을 지속적으로 공급하기 위하여 물이 담긴 위크를 냉각(동결)시켜 열전 소자의 발열부 냉각을 위한 전원 차단 시간에는 위크에 물이 증발하는 증발열에 의하여 냉방을 실현하도록 작용한다.

이러한 경우에는 열전 소자의 발열부 냉각을 위하여 단속적으로 전원을 공급하는 것이어서 외기가 높은 장소에서는 희망하는 시간 내에 소자의 표면 온도 저하가 어렵고 동시에 위크의 물이 상온으로 환원되는 시간은 급속하게 짧아져 상기 희망의 작용을 이룰 수 없게되어 실용적인 냉방 장치로의 사용이 불가함을 알 수 있다.

또한, 전술한 특허 공개 제 97-22000호의 경우를 살펴보면, 이는 열전 소자의 양쪽 표면에 물이 순환할 수 있도록 된 일체형의 방열판을 구성하고 이 방열판의 양단에 고무 호스와 펌프를 연결하여 냉풍 또는 온풍을 발생하는 열 교환기(라디에이터)에 상기 물을 순환되도록 연결 구성하여 이루어진 것이다.

이러한 기술에 따르면 어느 정도의 시간까지는 순환되는 물에 의하여 열전 소자의 표면 온도 냉각이 가능하지만 시간이 경과하면서 점차 그 효율이 저하됨을 피할 수 없게되어 실용화가 어렵다. 그 이유는 냉방 열의 이동이 물이라는 매체를 통하여 간접적으로 전달되고 이 온도 저하된 물을 열 교환기를 통해 냉풍으로 발생시키게 되어 소비 전력 대비 열 효율이 극히 저조하여 실용화가 안되는 것이다.

상술한 모든 선원 기술들의 공통적인 문제점은 소비 전력에 비하여 열 효율이 낮다는 점과, 열의 역류에 의하여 지속적인 소자의 운용이 어렵다는 점이다.

이러한 문제점에 의하여 열전 소자의 일반적인 장점 즉, 무소음, 무진동 및 설비의 간단함과 설치의 용이함 등이 존재함에도 불구하고 아주 작은 냉, 온방 부하를 요구하는 항온조나 자동차용 냉장고 등의 극히 제한적인 용도에만 이용이 가능한 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 모든 기술이 갖는 제반 문제점을 해소하고자 안출된 것으로써 열전 소자의 흡열부인 냉각부의 열교환 효율을 개선하여 냉각 효율을 증진시키는 냉각관을 제공하고 이 냉각관을 이용한 냉방장치를 제공하는데 주목적이 있다.

본 발명은 열전 소자의 발열부와 흡열부의 열량을 신속하게 이동 시켜 열 역류 현상을 방지하여 실용적으로 사용이 가능한 냉방장치를 제공하는 목적을 갖는다.

본 발명은 열전 소자의 발열부와 흡열부 사이를 진공 상태로 형성하여 열 전달을 극소화하여 열의 역류나 전도를 방지하여 효율이 우수한 냉방 장치를 제공하는 목적을 갖는다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위하여 이루어지는 본 발명은 내 압력 관내에 액화 암모니아를 봉입하여 관내에서 외기에 의하여 기화되고 열전 소자의 냉각부에 의하여 액화되어 순환되도록 이루어진 냉각관을 형성한다.

상기 냉각관은 내벽 주연에는 액화 암모니아가 모세관 현상에 의하여 주벽을 타고 순환될 수 있도록 미세공을 갖는 금속 격자망을 내장하여 이루어진다.

상기와 같은 냉각관을 열전 소자 모듈의 냉각부에 형성하는 것과, 열전 소자의 발열부에는 수냉식 냉각 챔버를 형성하는 것과, 상기 열전 소자를 포함하는 냉각부와 발열 부분을 진공의 덕트로 밀폐 결합하는 것과, 상기 수랭식 냉각 챔버를 경유한 냉각수를 열 교환기와 순환 펌프로써 순환 경로를 형성하고, 상기 냉각관의 일측 배후에 냉풍을 송출하는 송풍 팬을 형성하여 이루어지는 것에 의한다.

도1은 종래도로써 냉풍기 구조를 도시한 구성도.

도2는 본 발명에 따른 냉각관의 구성을 도시한 구성도.

도3은 도2의 요부 확대 부분 단면 구성도.

도4는 도2의 냉각관을 적용한 일 실시 예로써의 냉방 장치를 도시한 구성도.

도5는 도4의 요부 발췌 단면 구성도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 냉각관 11 : 금속 격자 13 : 냉매

15 : 흡열판 20 : 열전 소자 20M : 모듈

20a, 20b : 플레이트 22 : 전도 플레이트 24 : 냉각챔버

30, 40 : 팬

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술 사상에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다.

도2 내지 도3에 본 발명의 냉각관이 도시되어 있다.

냉각관(10)은 열 전도가 우수한 금속재의 관체로 이루어지며 관체 양단이 폐쇄된 내압관체로 이루어진다.

상기 관체 내부의 주연에는 세공(細孔)이 형성된 금속 격자(11)를 내주 벽면에 접하도록 삽입하고, 관체 내에 냉매(13)로써 액화 암모니아를 고압 충진하고 밀폐 봉입하여 이루어진다.

또한, 상기 냉각관(10)에는 열 방출용 흡열판(15)을 적층하여 이루어질 수도 있다.

이러한 냉각관은 복잡한 냉각 사이클을 배제하는 용도에 매우 적합하게 이용될 수 있으며 종래와 같이 단순히 냉각핀을 형성하여 냉기를 전도하는 기술에 비하여 비약적인 냉기의 전달이 가능하게 된다.

상기 냉각관(10)은 상온의 온도에 노출되어 냉풍을 발생하도록 열 교환을 이루는 흡열부(10a)와 열전 소자의 냉각부에 매입되어 기화된 냉매를 다시 액화 상태로 환원시키기 위한 방열부(10b)로 나뉘어 작용하게 된다.

즉, 펠티어 효과에 의하여 열전 소자(20)에 전원이 인가되면 일측면은 흡열하여 표면이 차가워지는 냉각부가 형성되고 타측면은 방열하여 표면이 뜨거워지는 발열부가 형성된다.

상기와 같은 열전 소자의 냉각부인 알미늄재의 열전도체에 본 발명의 냉각관을 열 전달이 가능하도록 긴밀하게 결합한다.

상기와 같이 결합된 냉각관의 내부에는 대략 3℃ 이하에서 액화 상태가 유지되는 암모니아의 냉매(13)가 주입되어 있다. 이 냉매는 주변의 상온 공기에서 열을 흡수하면서 비등점에 이르게되면 상온의 공기로부터 흡입한 열량을 가지고 기화되어 관의 상부로 이동하게 된다.

이때 상기 냉각관(10) 내부와 벽면의 온도차에 따른 압력 차가 발생하고 이 압력 차로 인하여 상기 외기를 흡열한 냉매 기체는 중앙의 통로를 주로 이용하여 상부로 이동 하게되고 냉각관의 내주 벽면과는 접촉을 하지 아니하게 되어 냉각관의 벽면으로 흐르는 액화 상태로 환원된 유체와 접촉 없이 흡열된 열을 그대로 상부로 이동시키게 된다.

상기 외기를 흡열하여 기화된 기체는 열전 소자(20)의 냉각부에 의하여 열 운반 기체의 잠열량이 모두 흡열되어 잠열을 잃은 유체는 다시 액화 환원된다.

이 액화된 유체는 상기 설명한 바와 같이 냉각관의 내부 벽면에 설치된 세공(細孔)을 갖는 금속 격자와 이 금속 격자가 내벽면과 형성하는 미세 간극에 의하여 모세관 현상이 발생되어 액화 유체는 기화된 기체와 그 유동 경로가 구획되어 이동 하게되어 원활한 순환이 보장된다. 동시에 환원된 유체는 세공을 통하여 이동중 외기를 흡열하여 기화될 수도 있으며 대다수는 흡열을 하면서 이동되어 냉각관의 하부에 응집될 수도 있다.

상기 사이클을 계속적으로 반복하여 열전 소자 흡열부인 냉각부는 큰 흡열 효과를 얻게되고 따라서 열 전달 거리가 길어지며 유체의 상 변화로 인하여 외기를 흡열 할 수 있는 열량이 증대되어 단순히 열을 전도하는 종래 기술들에 비할 때 열 응답력이 큰 장점이 있다.

이러한 본 발명의 냉각관(10)을 경유한 외기는 외기와의 접촉 면적을 증대시키는 흡열판(15)에 의하여 단시간 내에 많은 열량을 흡수하는 작용을 하게된다.

본 출원인이 상기와 같은 냉각관을 이용하여 형성한 하나의 장치와 종래 기술과 같이 단순히 냉각핀 만을 형성한 장치로 나누어 비교 실험한 예를 살펴보면 하기의 표와 같으며 이 실험 데이터를 살펴보면 본 발명의 냉각관에 의한 냉각 능력의 향상을 잘 알 수 있을 것이다.

(실험예)

실험 장치 제원

단열실 : 크기-1m³, 재질-폴리 스티로폼.

방열장치 : 냉각 방식-수랭식 방열판, 재질-알루미늄, 중량-2Kg. 냉각수량-5L, 유속-0.7m/s, 순환방식-가압펌프.

송풍기 : 크기-120×120×25mm, 풍속-3m/s.

열전 소자 : 수량-2개, 공급 전력-DC 10V 4A.

■ 종래 기술에 의한 냉각핀 타입의 실험예

주변환경 : 주위온도 - 27.4℃, 주위습도 - 78%

냉각 시간(분)	단열실 온도(℃)	냉기 토출 온도	냉각수 온도(℃)
0	27.4	27.4	26
10	26.7	16.8	28
20	24.2	14.6	30
30	23.0	13.9	30
40	22.1	12.1	31
50	21.7	11.5	32
60	21.5	11.7	32

■ 본 발명의 냉각관을 형성한 타입의 실험예

주변환경 : 주위온도 - 28.3℃, 주위습도 - 82%

냉각 시간(분)	단열실 온도(℃)	냉기 토출 온도	냉각수 온도(℃)
0	28.3	28.4	26
10	25.1	13.2	27
20	23.1	12.6	29
30	21.3	11.3	30
40	19.6	10.0	31
50	19.0	9.5	32
60	17.8	7.9	33

상기 실험 예에서 잘 알 수 있는 바와 같이 동일한 실험 조건에서 일반적인 냉각핀의 열 전도에 의존하여 열 이동을 이루는 종래 기술에 비하여 본 발명과 같이 액화 냉매를 봉입한 냉각관을 구성하는 경우 열전 소자 구동후 약 60분이 경과 될 때 양쪽 실험군의 차이는 대략 4℃정도의 온도 차이가 발생함을 알 수 있어 본 발명의 냉각관을 적용한 실험군의 열 전달 효율이 우수함을 잘 알 수 있다.

상기 4℃의 온도차는 매우 큰 온도차로써 실제로 이정도의 온도를 낮추기 위하여는 더 많은 에너지를 투입하거나 또는 더 큰 용량으로 설계하여야 하나, 냉각관을 채용하면 이러한 문제가 일거에 해소된다.

다음으로 도4 및 도5를 참조하여 상기 열전 소자의 냉각 효율을 증진시키는 냉각관을 이용하여 이루어지는 일 실시 예로써의 냉방장치 구성에 대하여 살펴보기로 한다.

냉방 장치는 다수의 열전 소자(20)를 사이에 두고 플레이트(20a,20b)를 상하로 접합하여 이루어진 열전 소자 모듈(20M)을 마련하고, 상기 모듈의 하부 플레이트(20b)에 냉각관(10)을 삽입 고정 할 수 있는 설치공(22)을 다수 형성한 전도 플레이트(22)를 긴밀하게 결합한다.

상기 전도 플레이트(22)의 설치공(22a) 내에는 액화 냉매를 충진한 냉각관(10)을 결합하고 이 냉각관(10)의 사이를 잇는 박판의 흡열판(15)을 다수로 적층하여 이룬다.

또한, 상기 상부 플레이트(20a)의 상부에는 냉각수의 흐름을 유도하며 냉각수 유입구(24a)와 유출구(24b)가 마련된 냉각 챔버(24)를 긴밀하게 결합한다.

상기 열전 소자 모듈(20M)을 포함하는 냉각 챔버(24)의 양단과, 상기 냉열 전도 플레이트(22)의 양단을 폐쇄하는 복층의 단열 덕트(26)를 격자형으로 마련하고 이 덕트의 내부를 진공 상태로 형성하여 냉각 유니트(200)를 이룬다.

상기 단열 덕트(26)의 일측에는 외부로 노출된 냉각관을 경유하는 공기 흐름을 갖도록 냉풍 발생용 팬(30)을 마련하고 상기 냉각 챔버(24)의 냉각수 유출구(24b)로부터 냉각팬(40)을 구비한 라디에이터(41)로 관 연결하여 이루며, 라디에이터(41)를 경유한 냉각수는 냉각수 탱크(42)와 순환 펌프(43)를 통하여 상기 냉각 챔버(24)의 유입구(24a)에 결합하여 순환회로를 구성한다.

미설명된 부호 45는 냉각 유니트(200)와 냉각수 회로를 수용하는 하우징을 나타낸다.

상기 설명한 바와 같은 열전 소자의 냉각 효율을 증진시키는 냉각관을 이용한 냉방장치는 열전 소자(20)에서 발생되는 열을 효율적으로 분산 전도함으로써 에너지 효율을 증진시킬 수 있다.

즉, 열전 소자는 기본적으로 흡열에의한 냉각부와 방열에 의한 발열부가 양면에 존재한다. 이러한 냉각부와 발열부의 온도를 소자의 외부로 즉시 전도하여 소자의 표면 온도를 상온에 가깝도록 열 이동을 시킬 필요가 있으며 이러한 열 이동의 효율이 곧 열전 소자 실용화의 관건인 것이다.

상기 냉방장치에 의하면 열전 소자 모듈(20M)에 일정한 전압을 가하면 소자의 하측 표면이 흡열을 하게되고 이 흡열에 의하여 전도 플레이트(22)는 저온의 상태가 된다.

상기 플레이트가 저온의 상태가 되면서 이 플레이트(22)의 설치공(22a)에 결합된 냉각관(10) 역시 저온의 열 전달이 이루어지는바, 외부 흡열판(15)에 외기가 접촉되면서 외기의 온도에 의하여 냉각관(10)의 하부는 상부에 비하여 온도 상승이 비교적 빨리 일어나게 되고 이에 냉각관에 봉입된 냉매가 기화되게된다. 이 냉매의 상변화에 의하여 기화된 유체는 냉각관의 상부로 이동하고 저온의 플레이트(22)에 가까워지면서 상승된 유체는 잠열을 플레이트에 모두 전달을 하고 이에 기화된 유체는 응축되어 액화 상태로 환원되고 냉각관(10)의 내주벽과 금속 격자(11)사이의 미세 간극에 의한 모세관 현상에 의하여 관의 하부로 이동하는 순환이 이루어지며 이 순환에 의하여 열 전달이 보다 효과적으로 이루어지게 된다.

이러한 다수의 냉각관을 열전 소자 모듈(20M)의 흡열부에 형성하므로 써 열 전달이 매우 빠르고 결국 외기의 온도를 신속하게 낮추어 냉방 효율을 증가시키는 것이다.

이때 상기 열전 소자 모듈(20M)의 상부면인 발열부에 접한 플레이트(22a)는 발열된 온도에 의하여 외기보다 높게 상승된 표면 온도를 나타내게되고 이 열을 냉각 챔버(24)에 전도하며, 냉각 챔버(24)는 그 내부를 순환하는 냉각수에 의해 전도된 열을 라디에이터(41)로 운반하여 소자 표면 온도를 저하시키도록 작용한다.

여기서 상기 열전 소자의 양 표면 온도를 상온에 가깝도록 신속하게 방열하거나 흡열하게하는 것이 소자의 효율과 실용화를 위하여 특히 필요하며 이러한 열의 이동이 신속하게 이루어지지 아니하면 열은 역류를 시작하여 발열부의 열이 흡열부로 이동되어 소자의 특성이 저하됨으로 사용이 불가능해진다.

상기와 같은 열의 역류에 대비하여 열전소자 모듈(20M)에 상하로 접합된 열전도 매체인 냉각 챔버(24)와 플레이트(22)에는 덕트(26)가 형성되어 있으며 이 덕트내부는 진공 상태로 봉합하여 공기 밀도를 극소로 하므로 써 열적 접촉 면적은 넓히면서도 발열부측과 흡열부측의 상호 열 이동 매개체가 될 수 있는 공기를 배제한 진공으로 형성한다. 따라서 진공의 열 전도 차단 작용에 의하여 다른 단열재를 이용하는 것에 비하여 극히 단열 효과가 우수하다. 이로써 열의 역류나 양측의 열 이동에 의한 효율 저하가 방지된다.

상기 라디에이터(41)는 냉방 장치로 사용 될 경우에 실외에 형성하는 것이 바람직하며 이 경우 단순히 냉각수관을 연장하거나 설치하는 작업에 의하여 극히 용이하게 설치 할 수 있으며 또한 이전 설치 역시 종래 냉매 사이클을 갖는 냉방 장치에 비하여 극히 용이하다.

이상에서 상세하게 살펴본 바와 같은 본 발명에 의하면, 열전 소자의 흡열부인 냉각부의 열교환 효율을 개선한 냉각관을 형성하고 이 냉각관에 봉입된 냉매와 이 냉매의 열 전달에 의하여 열 교환 효율이 증대되어 냉방 효율이 높아지는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 열전 소자의 발열부와 흡열부의 열량을 신속하게 이동 시켜 열 역류 현상을 방지하는 효과가 있고 발열부와 흡열부의 열 이동을 진공으로 차단하여 실용적인 에너지 효율을 얻을 수 있으며 따라서 무소음, 무진동 그리고 냉방 장치의 구조적인 단순화, 경량화가 가능한 여러 우수한 효과를 갖는 매우 우수한 발명인 것이다.

마지막으로 본 발명은 냉방 장치로써의 일 실시예만을 설명하고 있으나 라디에이터를 실내에 설치 사용하는 경우에는 난방 장치로도 사용이 가능하며 이러한 경우에 있어서도 열전 소자의 흡열부는 열 전달 효율이 높을수록 난방 효율이 증대되므로 본 발명의 적용이 가능하게 된다.

Claims (4)

1. 열전 소자의 흡열과 방열을 이용한 냉방 구조에 있어서,

   저온의 열 전달을 위하여 3℃ 이상의 저온에서 기화되는 냉매를 적정 길이의 내 압력 관내에 봉입하는 것과,

   상기 관의 내벽 주연에는 액화된 냉매가 주벽을 타고 순 환될 수 있도록 미세공을 갖는 금속 격자망을 내장하여 냉각관을 형성하여,

   상기 냉각관이 열전 소자의 냉각부에 일부 매입되도록 결합하여 이루어지는 것을 포함하는 열전소자의 냉각 효율을 증진시키는 냉각관.
2. 제 1항에 있어서, 상기 냉각관의 외주에 흡열판을 다수 적층하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전소자의 냉각 효율을 증진시키는 냉각관.
3. 열전 소자의 흡열과 방열을 이용한 냉방 장치에 있어서,

   내 압력 관내에 냉매를 봉입하고 미세공을 갖는 금속 격자망을 관의 내주 벽면에 접하도록 삽입하여 상기 냉매가 외기에 의하여 기화되고 열전 소자의 냉각부에 의하여 액화되어 순환되도록 형성된 냉각관과,

   상기 냉각관을 열전 소자 모듈의 냉각부에 밀접시킨 냉열 전도 플레이트에 일부 매입되도록 형성하는 것과,

   열전 소자의 발열부에는 수냉식 냉각 챔버를 형성하는 것과,

   상기 수랭식 냉각 챔버를 경유한 냉각수를 열 교환기와 순환 펌프로써 순환 경로를 형성하고, 상기 냉각관의 일측 배후에 냉풍을 송출하는 송풍 팬을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로하는 열전소자의 냉각 효율을 증진시키는 냉각관과 이 냉각관을 이용한 냉방장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 열전 소자 모듈을 포함하는 냉각 챔버의 양단과, 상기 냉열 전도 플레이트의 양단을 외기로부터 폐쇄하는 복층의 단열 덕트를 격자형으로 마련하고 이 덕트의 내부를 진공 상태로 형성하는 것을 포함하는 열전소자의 냉각 효율을 증진시키는 냉각관과 이 냉각관을 이용한 냉방장치