KR20020056405A - 열전냉방기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전소자로 형성된 열전냉방기에 대한 것으로서, 송풍팬과 모터를 구비하는 송풍장치에 냉방효과가 부가되도록 모터의 외측에 설치되어 열전소자에 의하여 냉각된 공기가 사용자에게 송풍될 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 이를 위하여, 모터(21)와 송풍팬(22)을 구비하는 송풍장치의 팬(22) 후방에 착탈가능하게 설치되고, 열전소자에 의해 송풍팬(22)을 향하는 전방측은 냉각측을 이루고 그 후방측은 발열측을 형성하는 열전냉방기(1)가 제공되도록 한 것이다.

더욱 바람직하게는 본 발명에 따른 상기 열전냉방기(1)는 모터(21)의 외주면에 용이하게 설치되도록 판형, 원통형 또는 호형등의 다양한 형상으로 제작된다.

Description

열전냉방기{Thermoelectric cooler}

본 발명은 선풍기등에 설치되는 열전냉방기에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 송풍팬의 후방에 온도를 냉각시킬 수 있는 열전냉방기를 설치함으로써 냉방효율이 향상되도록 한 것이다.

일반적으로 송풍시스템은 구동력을 발생시키는 모터와, 상기 모터의 구동력에 의하여 회전되어 공기를 강제유동시키는 송풍팬을 구비하며, 그 종류는 선풍기이 있다.

상기 선풍기(2)는 도 1과 같이, 본체의 상부에 모터(21)가 위치되고, 상기 모터(21)의 전방에 송풍팬(22)이 축으로 연결되며, 송풍팬(22)이 회전되면 팬 후방의 공기가 송풍팬(22)으로 유입되어 팬의 원심력에 따라 선풍기(2)의 전방으로 강제 유동되어 온도차에 열교환이 이루어지도록 하는 장치이다.

그러나, 선풍기(2)는 공기를 강제순환시키기 때문에 외부의 온도와 선풍기(2) 바람의 온도차가 없는 경우에는 사용자가 시원함을 느끼기 어려우며, 모터(21)축에 송풍팬(22)이 고정되어 있는 관계로 장시간 사용하게 되면 가열된 모터(21)의 열이 송풍팬(22)을 거쳐 선풍기(2) 전면부로 방출되기 때문에 사용자에게 더운 바람이 제공된다.

한편, 사용자가 냉매의 상변화에 따라 실내 공기를 냉방시키는 에어컨을 설치하면 설치위치등의 공간제약이 발생하고, 압축기등의 구동부에 의하여 소음이 많이 발생되며, 소비전력이 크고, 구입 비용이 비싸다.

본 발명은 상기한 문제점이 해소될 수 있도록, 종래 송풍장치에 착탈가능하게 설치도리 수 있고, 열전소자로 형성된 냉방장치를 제공함으로써, 송풍장치에 냉방효과를 부가하여 냉방효율을 향상시키는 한편, 다른 냉방기에 비하여 구입비용이 절감되고, 구동부등에 의하여 발생되는 소음 및 소비전력이 적며, 수명이 길고 설치가 용이한 냉방장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 송풍장치중 하나인 선풍기를 보여주는 사시도

도 2는 본 발명에 따른 열전냉방기를 구성하는 열전소자의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도

도 3은 다양한 형상으로 제작된 본 발명에 따른 열전냉방기를 보여주는 사시도

도 4는 선풍기에 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 열전냉방기가 설치된 것을 보여주는 측단면도

도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열전냉방기가 선풍기에 설치된 형상을 나타내는 측단면도

도 6은 도 5에서 도시된 히트 파이프의 구조를 개략적으로 나타내는 종단면도

도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 열전냉방기가 선풍기에 설치된 형상을 나탄내는 단면도

도 8a 및 도 8b는 도 7에서 도시된 서모사이펀의 증발기 구조를 보여주는 단면도와 사시도

* 도면 주요 부분의 부호의 설명 *

2 : 선풍기 21 : 모터

22 : 송풍팬 1 : 열전냉방기

12 : 세라믹 13 : 반도체

30 : 핀 40 : 소형 송풍팬

50 : 히트 파이프 60 : 서모사이펀(thermosyphon)

본 발명은 이를 위하여, 모터와 송풍팬을 구비하는 송풍장치의 송풍팬 후방에 착탈가능하게 설치되고, 열전소자에 의해 송풍팬을 향하는 전방측은 냉각측을 이루고 그 후방측은 발열측을 형성하는 열전냉방기가 제공되도록 한 것이다.

더욱 바람직하게는 본 발명은 모터의 외주면에 설치되는 것이 용이하도록 판형, 원통형 또는 호형등의 다양한 형상으로 제작된다.

그리고, 상기 열전냉방기의 발열면에는 핀이 부착되거나, 소형팬 또는 히트 파이프 또는 서모사이펀등의 방열수단이 설치된다.

본 발명에 따른 열전냉방기의 각 실시예를 첨부도면에 따라 구조와 작동과정을 설명하면 하기와 같다.

도 2는 본 발명에 따른 열전냉방기를 구성하는 열전소자의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 3은 다양한 형상으로 제작된 본 발명에 따른 열전냉방기를 보여주는 사시도이며, 도 4내지 도 8b는 본 발명에 따른 열전냉방기의 각 실시예를 도시하는 도면이다.

본 발명에 따른 열전냉방기(1)는 기전력의 차이를 이용하여 양단간의 온도차가 발생되는 열전소자에 의하여 형성되고, 상기 열전소자의 개략적인 구성은 도 2에서 도시된 것과 같다.

즉, 열전냉방기(1)는 반도체기판에 N형 불순물 이온이 섞인 반도체(13)와, P형 불순물 이온이 섞인 반도체로 구성된 열전재료가 병렬 배치되고, 상기 열전재료를 덮도록 일측에는 열전도용 구리판(11)이 용접되고, 타측에는 구리판등으로 형성된 금속전극(14)이 접합되며, 구리판과 전극을 감싸도록 세라믹(12)이나 알루미늄 기판이 부착된다.

이와 같은 열전냉방기(1)의 열전재료에 전류를 인가하면 전류의 방향에 따라 P형 및 N형 반도체(13)에 접합된 금속전극(14)으로 열이 흡수되어 상측은 흡열에 의해 냉각되고, 하부측은 발열되는 펠티어 효과( Peltier effect)가 발생된다.

따라서, 열전냉방기(1)에 전류가 인가되면 일측에는 온도가 낮은 냉각측이 형성되며, 타측에는 발열측이 이루어지며, 상기와 달리 전류를 역방향으로 인가하면, 반대방향으로 냉각측과 발열측이 형성된다.

이러한 열전냉방기(1)는 도 3에서 도시된 것과 같이, 설치되는 위치의 형상에 용이하게 결합될 수 있도록 중심에 중공을 구비하고, 그 형상은 다양한 모양의 판형, 또는 원통형, 송풍팬으로 바람이 원활하게 흐를 수 있도록 선풍기 전방으로 갈수록 그 직경이 곡선형태로 형성하는 호형 및 절곡형등으로 형성될 수 있으며 요구되는 냉방효과에 따라 그 크기도 다르게 제작될 수 있다.

이와 같은 열전냉방기(1)는 도 4에서 보여지는 것과 같이, 선풍기(2)의 송풍팬(22) 후방에 위치되는 모터(21) 케이스 외주면에 결합되며, 상기 열전냉방기(1)로 전원이 인가됨에 따라 송풍팬(22)의 후방에 위치되는 일측은 냉각되고, 타측은 발열된다.

한편, 상기 선풍기(2)의 송풍팬(22)이 회전되면서 송풍팬(22)의 후방으로 유입된 공기는 열전냉방기(1)의 냉각측과의 열교환으로 온도가 하강되어 선풍기(2)의 전방으로 유동된다.

따라서, 선풍기의 송풍팬(22) 후방으로 유입되는 공기는 냉각이 이루어진후 전방으로 강제대류되어 고온의 공기와 열교환되므로 사용자가 시원함을 느끼게 된다.

이 때, 본 발명에 따른 열전냉방기(1)에서 냉각면과 발열면은 열교환효율이 향상되도록 다양한 형태의 방열수단이 형성될 수 있고 제 1 실시예로써, 냉각측과 발열측 표면을 열교환이 효과적으로 이루어지는 형상으로 형성하거나, 또는 방열핀(30)을 부착할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 제 2실시예로써, 상기 열전냉방기(1)에 방열수단으로써, 발열측에 선풍기(2)의 모터(21)와 연결된 소형 송풍팬(40)을 설치하여 상기 발열측의 열을 후방으로 신속하게 배출시킨다.

한편, 일정공간내에서는 상기와 같이 방열핀(30)이나 또는 소형 송풍팬(40)을 발열면에 설치하여도 상기 열은 외부로 방열되지 않으므로 상기 열에 의하여 방안 온도가 상승되기때문에 발열측의 열을 외부로 방열시키는 방열수단은 설치한다.

이에 따른 본 발명의 제 3 실시예는 도 5에서 도시된 것과 같이, 모터(21) 케이스 외주면에 결합된 열전냉방기(1)의 발열면에 히트파이프(50)를 부착한 것이다.

상기 히트파이프(50)는 도 6과 같이, 이중관으로 형성되어 관(51)과 관(52)사이에는 단열이 이루어지며, 관의 양단은 열전도율이 뛰어난 재질로 형성되고, 이중관의 내부에는 열흡수율이 뛰어난 작동매체가 유입된다.

이와 같은 작동매체는 액상으로 이중관의 외관(52)에서 모세관현상에 따라 열전냉방기(1)측으로 유동(11)하게되고, 기상으로 이중관의 내관(51)에서 확산에 의해 외부로 유동(11)되어 히트파이프는 열전냉방기(1)의 발열면에 부착되는 일측이 증발부(53)로 형성되고, 외부로 노출되는 타측은 응축부(54)를 이룬다.

그리고, 상기 응축부(54)와 증발부(53)의 끝단에서 이중관은 서로 연통되어 있으며, 이와 같은 히트파이프가 설치된 열전냉방기(1)로 전원이 인가되면 발열측에서 열이 발생되고, 상기 열은 높은 열전도율을 가진 히트파이프(50)의 일측으로 전달되어 외관(52)에서 유동되는 작동유체로 흡수된다.

따라서, 대량의 열을 흡수한 작동유체는 잠열증발에 의하여 기화되어내관(51)을 따라 매우 빠른 속도로 응축부(54)로 유동되고, 외부로 노출된 응축기(62)부에서 상기 작동기체는 외부공기와 열교환되어 열을 방출하면서 응축된다.

그리고, 응축된 작동유체는 외관(52)을 따라 모세관힘(capillary forces)에 의하여 다시 증발부(53)측으로 유동되는 순환이 히트파이프내에서 연속적으로 이루어진다.

한편, 열전냉방기(1)의 냉각측에서 냉각된 공기는 송풍팬(22)의 회전에 따라 실내공기와의 열교환으로 실내온도를 낮추게된다.

따라서, 상기 열전도율이 매우 높은 히트파이프(50)가 발열측에 부착되므로 온도차이가 매우 작은 상태에서도 다량의 열이 히트파이프를 통하여 외부로 방열되어 실내의 온도가 효과적으로 냉각되는 한편, 상기 히트펌프와 열전냉방기(1)는 구동부가 없이 열전달에 의하여 공기의 냉각을 이루므로 소음이 없고, 수명이 길며, 소비전략이 적다.

그리고, 상기 히트파이프(50)의 응축부(54)상면에는 방열이 효과적으로 이루어지도록 그 표면이 방열면적이 넓게 형성되거나, 핀(30)이 설치될 수 있는 것은 이해가능하다.

한편, 본 발명에 따른 제 4 실시예는 제 3실시예와 같이, 열전냉방기(1)의 발열측에서 발생되는 열을 외부로 방열시킬 수 있도록 열전소자의 후방에 서모사이펀(60)(thermisyphon)을 설치한 것이다.

본 발명에 따른 제 4실시예는 도 7 내지 도 8a 및 도 8b에서 나타나는 것과같이, 열전냉방기(1)의 발열측에 서모사이펀(60)의 증발기(61)를 결합한 것이다.

상기 서모사이펀(60)은 증발기(61)와 응축기(62)로 구성되며, 상기 증발기(61)는 본체내부에 작동매체가 충진되며 일측하부에 냉매의 유입관(163)이 설치되고, 타측 상부에 냉매의 토출관(164)이 연결된다.

그리고, 상기 응축기(62)는 일반적인 열교환기로써, 작동매체가 유동되는 튜브의 외측에 방열면적이 증가되도록 핀(30)등이 결합되어 상기 증발기(61)와 관으로 연결되어 실외측에 설치된다.

이 때, 상기 증발기(61)는 열전소자의 발열측을 열이 효과적으로 내부에 충진된 냉각매체에 전달되도록 상기 열전소자의 발열측면이 상기 증발기(61)의 작동매체에 잠겨질 수 있는 구조를 가지며, 상기 응축기(62)는 상기 증발기(61)보다 높은 위치에 설치된다.

이와 같은 서모사이펀(60)이 설치된 열전냉방기(1)로 전류가 인가되면, 발열측으로 열이 방열되고, 상기 열은 이와 결합된 상기 증발기(61)내의 작동(11)유체로 흡수된다.

열을 흡수한 작동유체는 증발되어 기체로 형성되고 부력에 의해 배출관(64)을 통해 응축기(62)측으로 유입된다.

그리고, 응축기(62)로 유입된 작동기체는 응축기(62)내부에서 유동(11)되면서 외부공기와 열교환으로 열을 방열하면서 응축되어 응축기(62)와 증발기(61)의 높이차로 인한 중력에 의하여 다시 증발기(61)로 유입된다.

즉, 열전소자의 발열측에서 방열된 열은 발열측이 잠긴 증발기(61)안의 액냉매와의 열교환으로 외부로 방열된다.

따라서, 상기 송풍장치는 열전소자로 형성된 열전냉방기(1)에 의하여 효과적으로 실내의 공기를 냉방시킬 수 있게되고, 열전소자의 후방에 형성된 열은 구조가 단순하고 구동부와 작동부없이 온도차와 중력에 의하여 작동되는 서모사이펀(60)에 의하여 외부로 방출되므로 효과적으로 실내 공기를 냉방시킬 수 있게된다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 송풍팬의 후방에 열전냉방기를 설치함으로써, 열전소자에 의하여 냉각된 공기가 사용자로 보내지도록하기 때문에, 냉방효과가 부가되며, 제작 및 설치가 용이하고, 구입비용이 저렴하며, 소음등이 발생되지 않는다.

그리고, 열전냉방기의 발열측에서 발생되는 열은 소형 송풍팬이나 히트파이프 또는 서모사이펀등을 이용하여 외부로 방출시키기때문에, 냉방효율이 더욱 증가되는 한편, 구동부에 의한 소음 및 소비전략이 증가가 방지된다.

Claims (8)

1. 모터와 송풍팬을 구비하는 송풍장치의 송풍팬 후방에 착탈가능하게 설치되고, 열전소자에 의해 송풍팬을 향하는 전방측은 냉각측을 이루고 그 후방측은 발열측을 형성하는 열전냉방기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 열전냉방기는 모터의 외주면에 착탈 용이하도록 판형, 원통형, 또는 호형등의 다양한 형상으로 제작되는 것을 특징으로 하는 열전냉방기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 열전냉방기는 열교환 효율이 향상되도록 상기 냉각면 또는 발열면상에 방열수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 열전냉방기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 방열수단은 냉각면 또는 발열면이 열교환면적이 증가되거나, 그 상면에 핀이 부착된 것을 특징으로 하는 열전냉방기.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 방열수단은 열전냉방기의 발열면 후방에 소형 송풍팬을 설치된 것을 특징으로 하는 열전냉방기.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 방열수단은 열전냉방기의 발열면에 히트파이프가 부착된 것으로써, 상기 히트파이프는 단열을 이루는 이중관으로 형성되어, 양단은 열전달률이 높은 물질로 형성되고 각 관내에 상이 다른 작동매체가 서로 다른 방향으로 유동되는 것을 특징으로 하는 열전냉방기.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 히트 파이프의 실외측에는 방열량이 증가되도록 핀또는 열전달면적이 증가되도록 표면이 형성되는 것을 특징으로 하는 열전냉방기.
8. 제 3 항에 있어서,

   상기 방열수단은 증발기와 응축기를 구비하는 서모사이펀으로써, 상기 증발기는 발열면이 작동매체에 잠기도록 열전냉방기의 후방에 부착되고, 이와 관으로 연결된 응축기는 외부의 상기 증발기보다 높은 위치에서 설치되는 것을 특징으로 하는 열전냉방기.