KR20010047243A - 열전소자를 이용한 에어컨 시스템 - Google Patents

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Abstract

열전소자의 펠티에 효과를 이용하여 냉각 작용을 수행하도록 시스템을 구성하여 압축기 및 실외기가 필요하지 않으며, 소음 및 소요전기를 획기적으로 절감하고 환경친화적인 열전소자를 이용한 에어컨 시스템이 개시된다. 본 발명은, 전원공급장치에서 공급된 전원에 의하여 일측은 발열동작되고 타측은 흡열동작하도록 다수개 배열된 열전소자; 열전소자의 발열측에 접합되어 열전소자에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 방열판으로 구성된 발열측 장치; 열전소자의 흡열측에 접합되며, 내부 공간에 열매체유로 충진된 헤드부와 전도파이프를 구비하고, 전도파이프의 외측에 냉각핀이 부착된 발열측 장치; 발열측 장치의 측면에 형성되어 풍량을 발생시키기 위한 송풍장치; 그리고, 흡열측 장치의 하부에 형성되어 응결수를 수집하고, 발열측 장치의 출구측에 연결된 응결수 회수 파이프를 통하여 발열측 장치를 통과한 응결수를 회수하도록 구성된 응결수 수집탱크의 일측에는 설치되어 응결수 공급 파이프를 통하여 발열측 장치의 입구측에 응결수를 공급하기 위한 펌프를 포함한다.

Description

열전소자를 이용한 에어컨 시스템{Aircon system using a thermoelement}
본 발명은 열전소자를 이용한 에어컨 시스템에 관한 것으로, 특히 열전소자의 펠티에 효과를 이용하여 냉각 작용을 수행하도록 시스템을 구성하여 압축기 및 실외기가 필요하지 않으며, 소음 및 소요전기를 획기적으로 절감하고 환경친화적인 열전소자를 이용한 에어컨 시스템에 관한 것이다.
일반적인 에어컨 시스템은 순환하는 냉매가 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 통과하면서 주위와 열교환 작용을 수행함으로서 차가운 공기를 인입시키기 위한 장치이다.
이러한 종래의 에어컨 시스템은 인위적으로 냉매를 순환시키는 구조를 가지고 있기 때문에 냉매를 고온 고압으로 압축시키는 압축기가 필요하게 되고, 압축에서 소음이 발생하는 문제점이 있었다. 또한, 냉매에서 발생하는 고온의 열을 실외로 배출하는 실외기가 연결되는 구조를 가지고 있기 때문에 이동이 자유롭지 못하고, 전기에너지를 이용하여 시스템을 이루는 각 장치를 동작시키기 때문에 전기를 많이 소모하는 문제점이 있었다.
또한, 에어컨을 순환하는 냉매에 의한 환경오염의 문제점이 대두되었다. 그러므로, 설치가 간단하며 소음 및 소요전기를 획기적으로 절감하고 환경친화적인 새로운 냉방장치의 개발 필요성이 대두 되었다.
이와 같은 개발 필요성의 일환으로 펠티어(peltier)효과를 이용한 열전소자 즉, 두 개의 상이한 도체를 접합시키고 여기에 전류를 통과시키면 도체의 접합부에서 열의 흡수 및 방출작용이 나타나는 현상을 이용한 반도체 소자를 이용하여 냉각장치를 구성하려는 시도가 있어 왔다.
대한 민국 공개 특허 제 99-59914호는 이러한 열전소자를 이용한 자동차의 공조장치를 기술하고 있다. 대한 민국 공개 특허 제 99-59914호는 열전소자의 양측에 열을 흡수하기 위한 방열판 및 열을 방출하기 위한 방열판을 각각 부착하하고, 열을 흡수하기 위한 방열판의 측면에 송풍기를 설치하여 자동차의 실내로 냉각된 공기를 인입시키도록 구성된다.
그러나, 대한 민국 공개 특허 제 99-59914 호를 비롯한 종래의 열전소자를 이용한 냉각장치는 열전소자에서 발생 및 흡수하는 열을 전달하기 위하여 금속재질로 이루어진 방열판의 열전달 효율은 그 단면적의 2-3배에 불과하기 때문에 열전소자에 방열판을 접촉시키는 구조를 갖는 에어컨의 냉각효과가 미미하다. 그러므로, 열전소자를 이용한 냉각방식을 대형의 에어컨 시스템에 적용하기가 사실상 불가능하며, 열전소자를 이용한 냉각 방식의 냉각 능력이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 열전소자가 펠티에 효과에 의한 흡열작용과 발열작용을 이용하며, 발열작용이 발생하는 열전소자측에는 방열판을 장착시키되 흡열작용이 발생하는 열전소자측에는 열매체유가 충진된 냉각 파이프를 장착시켜 방열판의 열전달 능력의 저하로 발생하는 냉각능력의 저한 현상을 방지하기 위한 열전소자를 이용한 에어컨 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 에어컨 시스템의 중앙을 보여주기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 에어컨 시스템의 방열동작을 보여주기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 에어컨 시스템의 냉각동작을 보여주기 위한 단면도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 에어컨 시스템 110 : 열전소자
120 : 발열측 장치 122 : 방열판
130 : 흡열측 장치 131 : 열매체유
132 : 공간부 134 : 헤드부
136 : 공급관 138 : 전도 파이프
140 : 응결수 수집탱크 142 : 펌프
144 : 응결수 공급 파이프 146 : 응결수 회수 파이프
150 : 송풍장치
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,
전원공급장치에서 공급된 전원에 의하여 일측은 발열동작되고 타측은 흡열동작하도록 다수개 배열된 열전소자;
열전소자의 발열측에 접합되어 열전소자에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 방열판으로 구성된 발열측 장치;
열전소자의 흡열측에 접합되며, 내부 공간에 열매체유로 충진된 헤드부와 전도파이프를 구비하고, 전도파이프의 외측에 냉각핀이 부착된 발열측 장치;
발열측 장치의 측면에 형성되어 풍량을 발생시키기 위한 송풍장치; 그리고,
흡열측 장치의 하부에 형성되어 응결수를 수집하고, 발열측 장치의 출구측에 연결된 응결수 회수 파이프를 통하여 발열측 장치를 통과한 응결수를 회수하도록 구성된 응결수 수집탱크의 일측에는 설치되어 응결수 공급 파이프를 통하여 발열측 장치의 입구측에 응결수를 공급하기 위한 펌프를 포함한다.
본 발명에 따른 열전소자를 이용한 에어컨 시스템은 열전소자에서 흡열작용과 발열작용을 극대화 시킴으로서, 냉각 효율을 획기적으로 증진 시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 에어컨 시스템의 중앙을 보여주기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 A-A'선의 단면도이며, 도 3는 도 1에서 B-B'선의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 에어컨 시스템(100)은 중앙에 열전소자(110)을 중심으로 열전소자(110)의 상부에는 발열측 장치(120)가 접합되고, 열전소자(110)의 하부에는 흡열측 장치(130)가 접합된다. 발열측 장치(130)의 측면에는 풍량을 발생시키기 위한 송풍장치(150)가 설치된다.
여기서, 열전소자(110)는 다수개가 접합되도록 구성되며 각각의 열전소자(110)는 전원공급장치(도시 안됨)에 의하여 전원이 인가되도록 전원공급장치와 전기적으로 연결된다.
발열측 장치(120)는 열전소자(110)에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 방열판(122)으로 구성되며, 열전소자(110)의 상부에 접합이 용이하도록 하부가 평면을 이루도록 구성된다.
열전소자(110)의 하부에는 흡열측 장치(130)가 접합된다. 발열측 장치(130)는 열전소자(110)의 하부에 접합이 용이하도록 상부가 평면을 이루며, 내부에 공간부(132)가 형성되는 헤드부(134)의 일측에 공급관(136)이 형성되며, 헤드부(134)의 하부에는 다수의 전도파이프(138)가 형성된다. 헤드부(134)의 공간부(132)와 다수의 전도파이프(138)의 내부는 연통되어, 공급관(136)을 통하여 공급된 열매체유(131)로 충진된다. 헤드부(134) 및 전도파이프(138)는 열전도효율이 좋은 구리재질로 이루어 진다.
전도파이프(128)의 외부에는 전도파이프(128)에서 발생되는 열을 효과적으로 전달하기 위한 알루미늄재질의 냉각핀(135)이 부착된다. 냉각핀(135)의 상하 및 좌우 둘레에는 금속재질로 이루어진 고정틀(139)이 부착되고, 고정틀(139)은 상호 결속되어 냉각핀(135)을 보호하게 된다. 냉각핀(135)의 일측에는 풍량을 공급하기 위한 송풍장치(150)가 설치된다.
그리고, 도 2에서 보는 바와 같이, 흡열측 장치(130)의 하부에는 흡열측 장치(130)의 냉각핀(135)에서 떨어지는 응결수를 수집하기 위한 응결수 수집탱크(140)가 설치되고, 응결수 수집탱크(140)의 일측에는 펌프(142)가 설치되어 응결수 공급 파이프(144)를 통하여 발열측 장치(120)의 일측에 응결수를 공급하도록 구성된다.
발열측 장치(120)의 타측은 응결수 회수 파이프(146)와 연결되고, 응결수 회수 파이프(146)는 응결수 수집탱크(140)에 인입되도록 구성되어 발열측 장치(120)를 통과한 응결수가 다시 응결수 수집탱크(146)에 회수되도록 한다.
이와같이 구성된 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 에어컨 시스템의 동작을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 열전소자를 이용한 에어컨 시스템을 사용하기 위해서는, 도 3에서 보는 바와 같이, 먼저 전원공급장치와 열전소자(110)를 전기적으로 연결시킨다. 열전소자(110)에 적정 방향의 전류가 인가되면, 열전소자(110)는 펠티에 효과에 의해서 열전소자(110)의 상부에서는 발열작용을 하게되고 열전소자(110)의 하부에서는 흡열작용을 하게된다.
열전소자(110)의 상부면에서는 열전소자(110)의 흡열작용에 대응되는 발열작용이 이루어진다. 즉, 열전소자(110)의 상부면에서는 발생되는 열은 방열판(122)을 통해서 방출된다.
또한, 열전소자(110)의 하부면에서 발생한 흡열작용은 흡열측 장치(130)를 이루는 헤드부(134) 및 다수의 전도파이프(138)에 전도된다. 헤드부(134) 및 다수의 전도파이프(138)의 내부는 연통되고 공급관(136)을 통하여 공급된 열매체유 (131)로 충진되어 있기 때문에, 열전소자(110)의 하부면에서 발생한 흡열작용은 구리재질의 헤드부(134) 및 전도파이프(138)의 내부에 충진된 열매체유(131)에 전도된다. 그러므로, 헤드부(134) 및 전도파이프(138)는 냉각되고, 전도파이프(128)의 외부에 부착된 알루미늄재질의 냉각핀(135)도 냉각된다.
그러므로, 송풍장치(150)의 동작에 의하여 적당한 풍량이 냉각핀(135)에 공급되면 풍량은 냉각핀(135)사이를 통과하여 송풍장치(150)가 설치된 반대측으로 공급된다. 그러므로 송풍장치(150)가 설치된 반대측에서는 냉각된 바람이 공급된다.
흡열측 장치(130)의 냉각핀(135)의 냉각에 의하여 냉각핀(135)의 외부에는 기온차이에 의하여 응결수가 맺히게 되는 데, 냉각핀(135)의 외부에 맺힌 응결수는 응결수 수집탱크(140)에 수집된다. 응결수 수집탱크(140)에 수집된 응결수는 일측에 설치된 펌프(142)의 동작에 의하여 응결수 공급 파이프(144)를 따라 발열측 장치(120)를 구성하는 방열판(122)사이를 흘러 타측의 응결수 회수 파이프(146)를 통하여 결수 수집탱크(140)에 회수된다.
그러므로, 열전소자(110)의 발열작용을 방출하게 되는 방열판(122)의 방열동작시에 방열판(122)의 공냉동작 뿐만 아니라 기온이 낮은 응결수에 의하여 수냉동작도 수행하여 방열판(122)의 방열동작을 배가 시킨다.
이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 에어컨 시스템은 열전소자가 펠티에 효과에 의한 흡열작용과 발열작용을 이용하며, 발열작용이 발생하는 열전소자측에는 방열판을 장착시키되 흡열작용이 발생하는 열전소자측에는 열매체유가 충진된 냉각 파이프를 장착시켜 방열판의 열전달 능력의 저하로 발생하는 냉각능력의 저한 현상을 방지하고, 압축기 및 실외기가 필요하지 않으며, 소음 및 소요전기를 획기적으로 절감하고 환경친화적인 에어컨 시스템을 제공한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 전원공급장치에서 공급된 전원에 의하여 일측은 발열동작되고 타측은 흡열동작하도록 다수개 배열된 열전소자(110);
    상기 열전소자(110)의 발열측에 접합되어 상기 열전소자(110)에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 방열판(122)으로 구성된 발열측 장치(120);
    상기 열전소자(110)의 흡열측에 접합되며, 내부 공간에 열매체유(131)로 충진된 헤드부(134)와 전도파이프(138)를 구비하고, 상기 전도파이프(138)의 외측에 냉각핀(135)이 부착된 발열측 장치(130);
    상기 발열측 장치(130)의 측면에 형성되어 풍량을 발생시키기 위한 송풍장치(150); 그리고,
    상기 흡열측 장치(130)의 하부에 형성되어 응결수를 수집하고, 상기 발열측 장치(120)의 출구측에 연결된 응결수 회수 파이프(146)를 통하여 상기 발열측 장치(120)를 통과한 응결수를 회수하도록 구성된 응결수 수집탱크(140)의 일측에는 설치되어 응결수 공급 파이프(144)를 통하여 상기 발열측 장치(120)의 입구측에 응결수를 공급하기 위한 펌프(142)를 포함하는 열전소자를 이용한 에어컨 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 전도파이프(128)의 외부에는 부착된 냉각핀(135)은 알루미늄재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 에어컨 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 냉각핀(135)의 둘레에는 상기 냉각핀(135)을 보호하기 위한 고정틀(139)이 결합되는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 에어컨 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 흡열측 장치(130)는 상기 열전소자(110)의 하부에 접합이 용이하도록 상부가 평면을 이루며, 내부에 공간부(132)가 형성된 헤드부(134); 상기 헤드부(134)의 일측에 형성된 공급관(136); 상기 헤드부(134)의 하부에 결합되고 상기 헤드부(134)의 공간부(132)와 연통된 다수의 전도파이프(138)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 에어컨 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 흡열측 장치(130)의 헤드부(134) 및 전도파이프(138)는 구리재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 에어컨 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20020032474A (ko) * 2002-03-27 2002-05-03 유창호 자동차의 흡기장치
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