KR20020017282A - Cooling and heating system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 냉난방 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전 소자의 반도체 특성을 이용하여 실내의 냉, 난방을 이루어지게 하는 냉난방 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling and heating device, and more particularly, to a cooling and heating device for cooling and heating indoors by using semiconductor characteristics of a thermoelectric element.
종래의 냉난방 장치의 개략적인 구성을 도1에 도시한 바, 종래의 냉난방장치는 덕트(1)가 구비되고, 상기 덕트(1)의 한쪽에는 외부로부터 공기를 유입시키기 위한 공기흡입구(2)가 구비되며, 이 공기흡입구(2)로부터 공기를 강제적으로 유입시키도록 공기흡입구(2)의 반대편에 송풍팬(4)이 설치된다.1 shows a schematic configuration of a conventional air-conditioning apparatus, and a conventional air-conditioning apparatus is provided with a duct 1, and one side of the duct 1 has an air inlet 2 for introducing air from the outside. A blower fan 4 is provided on the opposite side of the air inlet 2 so as to forcibly introduce air from the air inlet 2.
한편, 상기 덕트(1)의 다른 쪽에는 공기를 실내 쪽으로 배출하는 공기배출구(3)가 구비된다.On the other hand, the other side of the duct 1 is provided with an air outlet (3) for discharging the air toward the room.
그리고 상기 덕트(1) 내부에는 공기흡입구(2)를 통하여 유입되는 공기를 냉각 또는 가열시킬 수 있는 냉, 난방 장치의 주요 구성부가 내장 설치되어 있다.And inside the duct (1) is installed a major component of the cold, heating device capable of cooling or heating the air flowing through the air inlet (2).
즉, 상기 덕트(1) 내부에는 히터(5)와 증발기(6)가 상호격리된 상태로 내장되고, 특히 상기 증발기(6)는 압축기(8), 응축기(7) 등과 같은 다른 여러 냉각장치의 구성요소들과 함께 냉매를 순환시킬 수 있도록 배관 연결되어 있다.That is, the heater 5 and the evaporator 6 are embedded in the duct 1 in an isolated state. In particular, the evaporator 6 may be formed of various cooling devices such as the compressor 8 and the condenser 7. Piping is connected with the components to circulate the refrigerant.
이와 같이 구비된 종래의 냉난방 장치는 사용자의 수동선택이나 온도센서의 동작에 의하여 실내 온도와 외기의 온도를 측정하여 미리 설정된 온도에 맞도록 자동제어된다.The conventional heating and cooling device provided as described above is automatically controlled to match the preset temperature by measuring the temperature of the room temperature and the outside air by the user's manual selection or the operation of the temperature sensor.
즉, 실내 온도를 높일 필요가 있을 경우에는 히터(5)를 가동하여 유입 공기의 온도를 가열시키는 한편, 실내 온도를 낮춰야 할 경우에는 압축기(8)를 가동하여 증발기(6) 쪽에서 유입공기의 온도를 낮춘 후 사용자가 원하는 부분에 공급케 하고 있다.That is, when it is necessary to increase the room temperature, the heater 5 is operated to heat the temperature of the inlet air, while when the room temperature needs to be lowered, the compressor 8 is operated to operate the temperature of the inlet air on the evaporator 6 side. After lowering the supply to the user wants.
그러나, 이러한 종래의 냉난방 장치는, 특히 냉각장치를 구성하는 증발기 및 압축기 등의 구성요소들이 가격이 매우 비싸므로 전체장치의 가격이 비싸게 되고, 각각의 장치로 인해 부피가 커지므로 장치의 소형화를 이루기 힘들고 고장도 매우 잦게 되는 문제점이 있었다.However, such a conventional heating and cooling device is particularly expensive because the components such as the evaporator and the compressor constituting the cooling device is very expensive, the size of the overall device is expensive, and each device is bulky to achieve the miniaturization of the device There was a problem that is very frequent and difficult.
따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 창작된 것으로서 본 발명의 목적은 냉매 등의 공해물질을 쓰지 않으면서 냉난방의 효율을 더욱 증대시킬 수 있는 냉난방 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a cooling and heating device that can further increase the efficiency of heating and cooling without using a pollutant such as a refrigerant.
또한 간단한 구조로 이루어지어 장치의 부피를 줄임으로써 설치공간을 많이 차지하지 않는 냉난방 장치를 제공하는데 있다.In addition, by providing a simple structure to reduce the volume of the device to provide a heating and cooling device that does not occupy a lot of installation space.
도1은 종래의 냉난방 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도.1 is a diagram schematically showing the overall configuration of a conventional air-conditioning apparatus.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 냉난방 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면.2 is a view schematically showing the overall configuration of a heating and cooling device according to an embodiment of the present invention.
도3은 도2의 요부 사시도.3 is a perspective view of main parts of FIG. 2;
도4는 도3의 A-A선 단면도.4 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도5는 도3에 도시한 전도 파이프의 절개 단면도.Fig. 5 is a cutaway sectional view of the conducting pipe shown in Fig. 3;
도6a 내지 도6b는 본 발명의 작동 관계를 설명하기 위한 회로도로서, 도6a는 냉각작용에 관한 회로도이고, 도6b는 가열작용에 관한 회로도.6A to 6B are circuit diagrams for explaining the operation relationship of the present invention, and Fig. 6A is a circuit diagram relating to a cooling action, and Fig. 6B is a circuit diagram relating to a heating action.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10 : 제1 덕트 12 : 공기흡입구10: first duct 12: air intake
16 : 공기배출구 20 : 제2 덕트16 air outlet 20 second duct
22 : 공기흡입구 24 : 공기배출구22: air inlet 24: air outlet
32 : 송풍팬 34 : 송풍팬32: blower fan 34: blower fan
40 : 열교환 수단 42 : 열전소자40: heat exchange means 42: thermoelectric element
44 : 제1 전열판 45 : 제2 전열판44: first heat transfer plate 45: second heat transfer plate
46 : 전도 파이프 46a : 마개46: conduction pipe 46a: stopper
46b : 전열 부재 46c : 작동 유체46b: heat transfer member 46c: working fluid
48 : 핀 50 : 스위칭 수단48: pin 50: switching means
52 : 제1 스위치 54 : 제2 스위치52: first switch 54: second switch
60 : 전원공급부60: power supply
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉난방 장치는 실외공기를흡입하여 실내쪽으로 순환시키도록 공기흡입구와 공기배출구를 갖춘 제1 덕트와, 외부 공기만을 흡입 및 배출시키도록 설치되는 제2 덕트와, 상기 제1,2 덕트 내부에 공통으로 걸쳐지게 설치되어 공급되는 전류의 흐름을 전환시킴에 따라 제1 덕트 쪽으로 냉기 또는 온기를 변환하여 공급케 하는 열교환 수단과, 상기 열교환 수단으로 공급되는 공급전류의 흐름방향을 전환시키는 스위칭 수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 냉난방 장치가 제공된다.The heating and cooling device according to the present invention for achieving the above object is a first duct having an air inlet and an air outlet to suck the outdoor air to circulate to the interior, and a second duct installed to suck and discharge only the outside air; Heat exchange means for converting the flow of current supplied and installed in common across the first and second ducts to convert the cold air or warmth toward the first duct, and the supply current supplied to the heat exchange means Provided is a heating and cooling device, characterized in that it comprises a switching means for switching the flow direction of the.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 냉난방 장치의 전체구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도3은 도2의 요부 사시도이고, 도4는 도3의 A-A선 단면도이다.2 is a view schematically showing the overall configuration of a heating and cooling device according to an embodiment of the present invention. 3 is a perspective view illustrating main parts of FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along a line A-A of FIG. 3.
도5는 도3에 도시된 전도파이프의 절개 단면도이다.FIG. 5 is a cutaway sectional view of the conductive pipe shown in FIG.
본 고안의 냉난방 장치는 덕트를 복수개로 구비한 것으로, 제1 덕트(10)의 한쪽에는 송풍팬(32)에 의하여 외부로부터 공기가 강제로 유입되는 공기흡입구(12)가 구비된다. 한편, 상기 제1 덕트(10)의 다른 쪽에는 유입된 공기를 실내쪽으로 배출할 수 있도록 공기배출구(16)가 구비된다.The air conditioning and heating device of the present invention includes a plurality of ducts, and one of the first ducts 10 is provided with an air inlet 12 through which air is forced into the air by the blowing fan 32. On the other hand, the other side of the first duct 10 is provided with an air outlet 16 so as to discharge the introduced air into the room.
본 실시예에서는 상기 제1 덕트(10)의 일측면에 외부 공기만을 다른 송풍팬(34)에 의하여 강제로 흡입 및 배출시킬 수 있는 제2 덕트(20)가 더 구비되고, 이 제2 덕트(20)에도 공기흡입구(22) 및 공기배출구(24)가 형성된다.In this embodiment, the second duct 20 is further provided on one side of the first duct 10 to forcibly suck and discharge only the outside air by the other blower fan 34. 20 also includes an air inlet 22 and an air outlet 24.
특히, 부호 40은 본 실시예의 요부 구성요소인 열교환 수단을 나타낸 것으로서, 이는 상기 제1,2 덕트(10)(20) 내부에 공통으로 걸쳐지게 설치되어, 전원공급부(60)의 전류흐름을 전환시킴에 따라 제1 덕트(10) 쪽으로 냉방 공기 또는 온방 공기를 변환하여 공급케 하는 것이다.In particular, reference numeral 40 denotes a heat exchange means that is a main component of the present embodiment, which is installed to be common to the inside of the first and second ducts 10 and 20 to switch the current flow of the power supply unit 60. By converting the cooling air or the warm air toward the first duct 10 to supply.
즉, 상기 열교환 수단(40)은 도3및 도4에서 더 상세하게 나타낸 바와 같이, 제1,2 덕트(10)(20)가 접하는 부분에 열전소자(42)가 결합되는데, 이는 전원공급부(60)의 전원 공급에 따라 한쪽면은 가열 작용이 그 다른 쪽면은 냉각 작용이 동시에 이루어지는 반도체 소자이다.That is, the heat exchange means 40, as shown in more detail in Figures 3 and 4, the thermoelectric element 42 is coupled to the contact portion of the first and second ducts 10, 20, which is a power supply unit ( According to the power supply of 60), one side is a semiconductor element in which a heating action is performed while the other side is a cooling action.
상기 전원공급부(60)는 통상적인 가전제품에서처럼 콘센트에 꽂는 플러그와, 변압기 등을 포함하는 구성을 갖는다.The power supply unit 60 has a configuration including a plug, a transformer, and the like plugged into an outlet as in a typical home appliance.
상기 열전소자(42)의 양쪽면에는 예를 들어 알루미늄(Al) 재질로 이루어진 제1,2 전열판(44)(45)이 각각 에폭시 수지를 사용하여 부착된다.First and second heat transfer plates 44 and 45 made of, for example, aluminum (Al) are attached to both surfaces of the thermoelectric element 42 using an epoxy resin.
여기서 상기 제1 전열판(44)은 제1 덕트(10) 내부를 향하도록 결합되는 반면에 제2 전열판(45)은 제2 덕트(20) 내부를 향하도록 결합된다.Here, the first heat transfer plate 44 is coupled to face the inside of the first duct 10, while the second heat transfer plate 45 is coupled to face the inside of the second duct 20.
상기 제1,2 전열판(44)(45)에는 예를 들어 구리나 알루미늄 등과 같은 재질로 이루어진 여러개의 전도 파이프(46)가 각각 매설되어 수직방향으로 구부려져 돌출된다. 그리고 상기 전도파이프(46)의 수직돌출된 길이 방향으로, 예를 들어 알루미늄 재질로 된 핀(48)을 소정간격을 두고 여러겹으로 부착된다.In the first and second heat transfer plates 44 and 45, for example, a plurality of conductive pipes 46 made of a material such as copper or aluminum are embedded and bent in a vertical direction to protrude. In addition, in the vertically protruded longitudinal direction of the conductive pipe 46, for example, the pin 48 made of, for example, aluminum is attached in multiple layers at predetermined intervals.
더욱이 상기 전도 파이프(46)는 도5에서 나타낸 바와 같이, 그 내부에 다공질로 소결된 금속의 합금 재질로 이루어진 전열 부재(46b)가 더 부착되고, 또한, 작동 유체(46c)가 진공 상태로 주입되어 세라믹과 같은 마개(46a)로 밀봉되는 것이 매우 바람직하다.Furthermore, as shown in Fig. 5, the conductive pipe 46 further has a heat transfer member 46b made of an alloy material of porous sintered metal attached thereto, and the working fluid 46c is injected in a vacuum state. It is highly desirable to seal with a stopper 46a such as ceramic.
여기서 상기 작동 유체(46c)는 예를 들어 극저온용으로 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N2)등의 가스를 사용하고, 저온용으로는 물, 에탄올, 메탄올, 아세톤 등을 사용하고, 고온용으로는 세슘, 소듐이나 리튬 등을 사용하면 바람직하다.Here, the working fluid 46c uses, for example, gases such as argon (Ar), helium (He), nitrogen (N 2 ) for cryogenic use, and water, ethanol, methanol, acetone, etc. for low temperature. For the high temperature, cesium, sodium, lithium, or the like is preferably used.
이는 일반적인 금속재의 파이프만을 사용하게 되면 특히 구부려진 상태에서는 발열체로부터 가장 멀리 떨어진 곳까지의 열전도율이 상당히 저하되기 때문이다. 참고로 본 실시예의 전도파이프(46)를 사용한 실험결과 90% 이상의 열전도율이 입증되고 있으므로 제1,2 전열판(44)(45)에 매설된 전도 파이프(46) 쪽과 최 원거리의 전도 파이프(46) 쪽 사이의 온도 격차 문제를 해결하게 된다This is because the use of only general metal pipes significantly reduces the thermal conductivity to the furthest distance from the heating element, especially in the bent state. For reference, as a result of the experiment using the conductive pipe 46 of the present embodiment, the thermal conductivity of 90% or more is proved, so that the conductive pipe 46 embedded in the first and second heat transfer plates 44 and 45 and the longest conductive pipe 46 are located. Solves the temperature gap between
부호 50은 스위칭 수단을 나타낸 것으로서, 이는 열교환 수단(40)의 열전소자(42)에 연결되어 전원공급부(60)로부터 공급되는 전류의 흐름 방향을 정반대로 전환시키는 수단이다.Reference numeral 50 denotes a switching means, which is connected to the thermoelectric element 42 of the heat exchange means 40 and means for reversely changing the flow direction of the current supplied from the power supply 60.
상기 스위칭 수단(50)은 소정의 제어신호에 따라 전원공급부(60)의 전류가 열전소자(42)의 정,역방향으로 교번하여 흐르도록 선택적으로 연결되는 복수의 단자(a, b, B1, c, d, B2)를 각각 갖춘 제1,2 스위치(52)(54)를 구비하고 있다.The switching means 50 includes a plurality of terminals (a, b, B1, c) selectively connected such that the current of the power supply unit 60 alternately flows in the forward and reverse directions of the thermoelectric element 42 according to a predetermined control signal. and first and second switches 52 and 54 provided with d, B2, respectively.
즉, 열전 소자(42)의 한쪽 단자에 제1 스위치(52)의 a단자와 제2 스위치(54)의 d단자가 병렬 연결되고, 열전 소자(42)의 다른 쪽 단자에는 제1 스위치(52)의 b단자와 제2 스위치(54)의 c단자가 병렬 연결된다.That is, the a terminal of the first switch 52 and the d terminal of the second switch 54 are connected in parallel to one terminal of the thermoelectric element 42, and the first switch 52 is connected to the other terminal of the thermoelectric element 42. And b terminal of the second switch 54 are connected in parallel.
그리고 전원공급부(60)의 (+)극에는 제1 스위치(52)의 B1단자가, 전원공급부(60)의 (-)극에는 제2 스위치(54)의 B2단자가 각각 연결된다.The B1 terminal of the first switch 52 is connected to the (+) pole of the power supply unit 60, and the B2 terminal of the second switch 54 is connected to the (−) pole of the power supply unit 60, respectively.
미설명부호 70은 풍향조절기를 나타낸다.Reference numeral 70 denotes a wind direction controller.
이와 같이 구비된 본 발명의 냉난방 장치의 작동 관계를 도6a 및 도6b를 더 참조하여 살펴보기로 한다.The operation relationship of the cooling and heating device of the present invention provided as described above will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.
도6a,도6b는 본 발명의 작동관계를 설명하기 위한 회로도로서, 도6a는 냉각작용에 관한 회로도이고, 도6b는 가열 작용에 관한 회로도이다.6A and 6B are circuit diagrams for explaining the operation relationship of the present invention. FIG. 6A is a circuit diagram relating to a cooling action, and FIG. 6B is a circuit diagram relating to a heating action.
도6a에서, 수동적인 선택이나 실내 온도와 유입공기의 온도를 측정하여 미리 설정된 온도와 맞추어 감지되는 온도감지 센서의 동작에 따라 도시생략된 제어부에서 소정의 제어 신호가 제1,2 스위치(52)(54)로 입력된 후 전원공급부(60)의 (+)극에 연결된 제1 스위치(52)의 B1단자가 a단자와 연결됨과 동시에 제2 스위치(54)의 c단자는 전원공급부(60)의 (-)극과 연결된 B2단자와 상호 연결되면, 열전 소자(42)에서의 전류 흐름은 화살표 방향과 같이 T1단자에서 T2단자로 흐르게 되고, 이를 정방향으로 흐른다고 가정한다. 이경우 열전 소자(42)의 제1 전열판(44) 쪽이 냉각되는 한편, 제2 전열판(45) 쪽은 가열된다고 가정하면, 제1 덕트(10) 내부로 유입된 공기가 제1 덕트(10) 쪽에 돌출된 전도 파이프(46) 및 핀(48)을 거치면서 신속하게 냉각되어 실내로 차가운 공기를 공급하게 된다.In FIG. 6A, a predetermined control signal is output from the controller illustrated in FIG. 6 according to a manual selection or an operation of a temperature sensor which is measured according to a preset temperature by measuring room temperature and inlet air temperature. The terminal B1 of the first switch 52 connected to the (+) pole of the power supply unit 60 after being input to the terminal 54 is connected to the terminal a, and the terminal c of the second switch 54 is connected to the power supply unit 60. When interconnected with the terminal B2 connected to the negative pole of, the current flow in the thermoelectric element 42 flows from the terminal T1 to the terminal T2 as shown by the arrow direction, and flows in the positive direction. In this case, assuming that the first heat transfer plate 44 side of the thermoelectric element 42 is cooled while the second heat transfer plate 45 side is heated, air introduced into the first duct 10 is introduced into the first duct 10. It cools rapidly through the conducting pipes 46 and the fins 48 protruding to the side to supply cool air to the room.
반면에 도6b에서와 같이, 소정의 제어신호에 따라 제1 스위치(52)의 b단자는 전원공급부(60)의 (+)극에 연결된 B1단자와, 제2 스위치(54)의 d단자는 전원공급부(60)의 (-)극에 연결된 B2단자와 각각 전환 연결되면, 열전 소자(42)로 통하는 전류 흐름의 방향은 T2단자에서 T1단자로, 즉 역방향으로 뒤바뀌게 된다. 따라서, 열전 소자(42)는 제1 전열판(44) 쪽을 가열시킴과 동시에 제2 전열판(45)쪽은 냉각시키므로 제1 덕트(10) 쪽의 전도 파이프(46) 및 핀(48)을 거친 유입 공기는 반대로 신속하게 가열됨으로써 실내로 뜨거운 공기를 공급하게 된다.On the other hand, as shown in FIG. 6B, the terminal b of the first switch 52 is connected to the terminal B1 connected to the positive pole of the power supply unit 60 according to a predetermined control signal, and the terminal d of the second switch 54 is connected to the terminal b. When each of the B2 terminals connected to the (-) pole of the power supply unit 60 is switched, the direction of current flow through the thermoelectric element 42 is reversed from the T2 terminal to the T1 terminal, that is, in the reverse direction. Therefore, since the thermoelectric element 42 heats the first heat transfer plate 44 and cools the second heat transfer plate 45, the thermoelectric element 42 passes through the conductive pipe 46 and the fin 48 on the side of the first duct 10. The incoming air, on the contrary, is rapidly heated to supply hot air to the room.
물론 제2 덕트(20) 쪽으로 유입된 공기는 송풍 팬(34)에 의하여 강제로 배출케 됨으로써 제2 전열판(45) 쪽의 전도 파이프(46)와 핀(48)을 통하여 냉각되거나 가열된 공기를 외부로 배출하게 된다.Of course, the air introduced into the second duct 20 is forcibly discharged by the blowing fan 34, thereby cooling the air cooled or heated through the conductive pipes 46 and the fins 48 toward the second heat transfer plate 45. It will be discharged to the outside.
결국, 본 발명의 냉난방 장치는 열전 소자(42)로 공급되는 전류의 방향만을 전환시켜 줌으로써 덕트의 연결구조도 변경시키지 않고 항상 제1 덕트(10) 내부 쪽으로 돌출 구비된 제1 전열판(44), 전도 파이프(46) 및 핀(48)을 거쳐 냉각 또는 가열되는 유입공기를 실내로 공급케 함으로써 냉방 혹은 난방을 실시하는 것이다.As a result, the air-conditioning device of the present invention only changes the direction of the current supplied to the thermoelectric element 42 so as not to change the connection structure of the duct, but always provided with a first heat transfer plate 44 protruding toward the inside of the first duct 10, Cooling or heating is performed by supplying the inflow air cooled or heated via the conduction pipe 46 and the fins 48 to the room.
상술한 본 발명에 의하면 종래의 기술에 비해 구성부품을 줄임으로써 장치의 부피를 줄일 수 있고 공간활용도가 뛰어나 제품의 소형화를 이룰 수 있는 효과가 있다.According to the present invention described above can reduce the volume of the device by reducing the component compared to the prior art and has the effect of miniaturizing the product with excellent space utilization.
또한, 비교적 간단한 구조로 효율의 극대화를 이룰 수 있으므로 경제성이 뛰어나고 상품성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, since the efficiency can be maximized by a relatively simple structure, the economic efficiency is excellent and the effect can be improved.
또한, 종래의 기술에 비해 냉난방의 효율을 더욱 증대시킬 수 있다. 예를 들어 난방의 경우 12V, 4A 정도의 전류만 흘려도 순간 온도가 +100℃ 까지 상승시킬 수 있는 등 에너지 절감 효과가 크며, 냉매 문제로 인한 공해와 오존 층 파괴를 해소할 수 있으므로 매우 환경 친화적이다.In addition, it is possible to further increase the efficiency of heating and cooling compared to the prior art. For example, in case of heating, only 12V and 4A current can raise the temperature up to + 100 ℃, which is very energy-saving and it is very environmentally friendly because it can solve pollution and ozone layer destruction caused by refrigerant problem. .
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