KR20020000096A - 펠티어 효과를 이용한 소형 냉장고. 냉장전용고. 냉동고.온장고. - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 콤프레서 방식을 바탕으로 하는 냉장고가 아닌 펠티어(Peltier)효과를 바탕으로 하는 냉장고이다.(Thomson 효과 포함)

Peltier 효과는 두 가지의 다른 물질들간의 접합을 거쳐 전류가 흐를 때 일어나는 열의 방출과 흡수로 되어있다. 전류가 어떤 한 방향으로 흐를 때 열이 발생된다면 전류가 그 반대방향으로 흐르면 열을 흡수하리라는 뜻에서 이 효과는 가역적이다. 이 방식을 이용하면 적은 소형 냉장고의 제작이 가능하기 때문에 소형 냉장고를 가지고 여러 유용한 용도로 사용할 수 있다.

가령 화장대 위에 두고 화장품 저장용 냉장고로 사용할 수 있고, 의약품이나 음료 따위를 안방에서 편리하게 저장해서 이용 할 수 있으며, 전기가 아닌 배터리를 이용한다면 휴대용 냉장고로도 사용이 가능하다. 또 소용량 무소음이기 때문에 사무실 책상에 두고도 편리하게 사용이 가능하다.

또한 큰 장점중의 하나는 폐기처분시 공해발생이 전혀 없는 환경친화적인 제품이라는 것이다.

Description

펠티어 효과를 이용한 소형 냉장고. 냉장전용고. 냉동고. 온장고.{.}

기존의 냉장고는 콤프레서 방식으로 냉매의 압축 팽창에 의한 기화열을 이용한 것으로 용량도 컸으며, 소음도 발생하였다. 그래서 조용한 곳이나 좁은 곳에 두고 사용하지 못하였다. 또 폐기처분할 경우 냉매인 프레온 가스 때문에 환경을 해치는 주범이 되기도 하였다.

펠티어 효과는 전자공학이나 재료공학에서 다루어지는 접합의 전기적 성질중의 하나이다.

본 발명품은 펠티에 효과를 이용한 초소형, 무소음 냉장고를 만드는 것이다.

Peltier 효과는 다른 두가지의 물질들간의 접합을 거쳐 전류가 흐를 때 일어나는 열의 방출과 흡수로 되어있다. 전류가 어떤 한 방향으로 흐를 때 열이 발생된다면 전류가 그와 반대방향으로 흐르면 열을 흡수하리라는 뜻에서 이 효과는 가역적이다. 접합에서 열생성이나 흡수는 정상적인 도체에 전류가 흐를 때 생기는 정상적인 Joule 열효과에 추가된다.

가역적인 Peltier 효과는 Ohmic 접촉을 지나서 전류가 흐를 때 언제나 생긴다.

위의 논의를 확장해서 금속과 p-형 반도체간의 Ohmic 접촉의 경우에 적용시키기는 쉽다.

Peltier 방식에 기초를 두고 있는 Thomson 효과에 대해서도 같이 설명하겠다.

온도 기울기가 있는 물질의 막대를 생각해 보자. 막대의 차가운 끝에서 뜨거운 끝으로 전자들이 흐르게끔 전압을 걸어주면 이동하고 있는 전자들은 자발적으로 막대로부터 열을 흡수할 것이며

따라서 열전기냉동효과(thermoelectric refrigeration effect)가 일어난다. 만일 전압을 반대로하여 전자가 뜨거운 끝에서 차가운 끝으로 걸어준 전압에 따라서 이동한다면 이 전자들은 막대에 대하여 열을 버려야 할 것이다. 온도 기울기에 따라서 전류가 흐를 때 생기는 열의 발생과 혹은 열의 흡수효과를 Thomson 효과라고 한다. 이 효과를 이용하여 열전기 냉장고를 만들 수 있다.

.

도.1 참조

전류를 흐르게 할 때 ②n형 반도체에서 ①의 금속막대를 지나 ③p형를 지나 외부에 있는 ④Heat sink 로 이동 함으로써 냉각효과를 나타내는 방식이다.

즉 전류를 강제로 흘릴 때 열이 낮은 곳에서 높은 곳으로 흐르는 것이다.

(①금속막대 ②n형 반도체 ③p형 반도체 ④Heat sink ⑤전원 ⑥전선)

도.2 참조

(금속과 n-형 반도체 간의 ohmic 접촉)

①전자의 흐름 ②전자의 흐름 ③금속 ④ n형 반도체 ⑤Pertier 효과

전자가 금속에서 반도체로 흐를 때 금속의 Fermi 준위에 있는 전자들이 반도체의 전도대로 움직여야 한다. 따라서 전도전자들은 그들이 금속에서 반도체로 움직일 때 그들의 평균 운동에너지가 ΔE 만큼 증가되어야 한다. 이 운동에너지의 변화는 열의 흡수로 생긴다. 즉 열, 혹은 열적 에너지가 전자의 평균 운동에너지를 증가시키는데 이용된다. 그러면 전류를 흘린다고 생각해보자. 이 경우에는 전자의 운동에너지는 감소되고 그와 관련된 열을 발생시킬 것이다. 그래서 전자들이 접합을 지나갈 때 그들의 평균 운동에너지가 변화되기 때문에 전류의 방향에 따라서 열이 흡수되거나 발생된다는 것을 알 수 있다. 가역적인 Pertier 효과는 전류가 흐를 때 언제나 생긴다.

두가지의 다른 물질들간의 접합을 거쳐 전류가 흐를 때 일어나는 방출과 흡수로 되어있다. 서로 다른 물질들간의 접합을 포함하는 회로에 전류가 흐를 때 Peltier 효과는 차가운 접합에서 뜨거운 접합으로 열을 운반할 수 있게 한다. 이러한 많은 수의 접합을 직렬로 연결하면 작동되는 냉장고를 만들 수 있다. 이러한 장치가 비교적 비효율적이고 Joule 열 때문에 고전류에서는 작동시킬 수 없지만, 그들은 중요하고 특별한 응용으로 소리없고 작은 장치로 만들 수 있다.

Bi₂Te₃와 PbTe과 같은 혼합물 반도체는 80°C의 온도차이를 일으킬 수 있는열 전기적 냉장고를 만드는 데 이용될 수 있다.

차가운 아스트린젠트나 스킨 로션 및 기타 화장품은 피부 탄력에 도움을 주고 모공수축 효과가 크다. 따라서 그것을 아는 여성들은 화장품, 특히 아스트린젠트나 스킨로션을 대형 냉장고에 넣고 사용하는 경우가 많다. 이럴 경우 화장할 때마다 주방까지 가서 냉장고를 여닫아야 하는 불편이 생긴다. 또 바쁠 경우 다시 냉장에게 넣어두는 것을 깜빡 잊고 다시 상온에 그대로 두는 경우가 흔히 발생한다. 그런 경우가 몇번만 되풀이 된다면, 화장품의 성분에 큰 문제가 발생하게 된다.

급격한 온도변화가 그 성분을 다 상하게 하는 것이다. 제품 사용 기한도 매우 단축되는 것은 물론이다. 이 제품들을 사용 할 경우 피부에 악영향을 끼치는 것은 물론 다시 화장품을 사서 써야 할 경우 큰 돈이 낭비되는 것이다.

또 가정용 의약품을 저장할 경우 사용가능기간 즉 유통기한이 매우 늘어나는 잇점이 있다.

이러한 불편과 문제점을 없애기 위해, 화장대위에 항상 두고 쓸 수 있는 냉장고는 필수적으로 필요하다. 특히 여름철 더위와 자외선에 지친 피부를 달래는데 없어서는 안될 것이다. Peltier 효과를 이용한 냉장고, 온장고는 우리 생활에 없어서는 안될 중요한 제품이 될 것이다. 또 배터리를 이용한다면 휴대용으로도 사용이 가능하다. 소형, 무소음 제품이 되기 때문에 사무실 책상위에 두고 음료수나 화장품 등을 두고 써도 별로 공간을 차지하지 않고 무소음이라서 옆사람에게 방해받지 않고 사용할 수 있다. 또 폐기처분시에도 공해발생을 전혀 염려하지 않아도 되는,환경친화적인 제품이다.

Claims (6)

1. Peltier 방식을 이용한 냉장고(냉동, 냉장 겸용)
2. Peltier 방식을 이용한 냉장전용 냉장고
3. Peltier 방식을 이용한 냉동고
4. Peltier 방식을 이용한 온장고
5. Peltier 방식을 이용한 냉장, 온장 겸용고
6. 위의 모든 제품으로서 배터리를 장착한 휴대용 제품