KR20020066395A - 열전모듈의 열효율을 증대시키기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부에 휀이 형성된 상부히트싱크와, 상기 상부히트싱크 하부에 열전모듈이 내장된 열전모듈보호캡과, 상기 열전모듈보호캡하부에 형성된 엑스텐더와, 상기 엑스텐더하부에 휀이 형성된 하부히트싱크로 구성된 열전모듈의 열효율을 증대시키기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

열전모듈의 열효율을 증대시키기 위한 장치{The apparatus for thermal efficiency increase of thermocouple module}

본 발명은 열전모듈의 열효율을 증대시키기 위한 장치에 관한 것으로서, 직류전기를 통전하면 펠티어효과로 상하 양방향으로 온도가 분리되어 온도편차가 발생하는 것을 최소화하여 분리된 상하측 열을 적절하게 방열 또는 전열시키도록 열전모듈의 구조를 개선한 냉난방기에 사용되는 열전모듈의 열효율을 증대시키기 위한 장치에 관한 것이다.

열전모듈은 펠티어효과를 이용하여 냉각이나 가열을 동시에 수행할 수 있는 열과 전기의 교환시스템으로 극전환을 통하여 간편하게 냉각과 가열을 전환할 수 있다.

이와같은 열전모듈은 부피가 작고, 빠르고 우수한 냉각효과를 얻을 수 있기 때문에 기존의 컴프레셔 냉각방식을 대체할 차세대 냉각방식으로 이용도가 넓어지고 있다. 특히, 전자소자와 같이 시스템의 안정을 요하나 가동공간이 협소한 경우, 소음방지를 요하는 경우, 온도의 제어가 쉽게 가능해야하는 경우에 사용되어 지고 있다.

이와같은 열전모듈은 절연기판사이에 n형과 p형의 열전소자들을 배열시켜 형성한다. p형소자와 n형소자를 금속전극에 접합시키고, 상기 회로 p-n 쌍양분지단의 극을 각각 -,+로 되도록 직류전기를 흘리면 펠티어효과에 따라 p형 소자내의 정공은 -극으로, n형 소자내의 전자는 반대극으로 이끌리게된다. 이때 정공과 전자 모두 상부의 p-n접합부 전극으로부터 열을 갖고 하부 양분자단 전극으로 이동하기 때문에 상부의 접합부에서는 냉각되어 주위로부터 열을 흡수하고, 하부의 양분자단은 열을 방출한다. 전류의 흐름을 반대로 하면, 이와 반대의 효과가 일어난다. 따라서 열전모듈은 냉각용 또는 가열용으로 사용될수 있는 장치인 것이다.

그러나 이러한 열전모듈의 냉각 또는 가열 대상체에 부착시켜 사용하거나, 냉각 또는 가열대상 공간상에 노출시켜사용시 히트싱크를 열전모듈의 반대편에 부착시켜 열교환을 시켜 사용하는데 접촉되는 방법과 열전모듈의 배치 및 구조에 따라 열효율의 많은 차이가 있어 이를 개량하고자 많은 연구가 있어 왔다.

예를 들면 대한민국공개특허공보 공개번호 특2001-68353호에는 세라믹기판과 상기 세라믹기판위에 소정간격으로 형성된 하부구리전극과, 하부구리전극위에 형성되는 써모커플과, 써모커플위에 형성된 구리재질의 히트파이프로 구성되어 히트파이프가 써모커플의 전극기능과 방열기능을 동시에 수행할 수 있도록 형성된 열전냉각모듈이 기재되어 있으며,

대한민국국제특허출원의 출원공개공보 공개번호 특1996-7006284호에는 제1전기 도전성패턴을 제1기판위에 놓고, 제2전기 도전성패턴을 제2기판위에 놓고, 제1열전재료 및 제2열전재료의 교차막대를 서로 평행하게 배열한 다음, 막대를 소자분리하여 제2기판을 소자위에 놓고 소자를 고정시켜 열전모듈을 제조하는 기술이 기재되어 있고,

대한민국공개특허공보 공개번호 제2002-19786호에 온도센서가 일체형으로 부착된 열전모듈이 공개되어 있으나,

상기와 같은 종래의 기술들은 열전모듈을 접촉시켜 열교환시 분리된 상하측열을 적절하게 방열 또는 전열시키지 못하여 열전모듈의 효능이 저해되는 문제점이있어 왔다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명은 열전모듈의 열효율을 증대시키기 위하여 열전모듈과 접촉되어 열전달되는 구조를 개량하여 부피를 최소화시킴과 동시에 열교환 효율의 증대 효과가 있는 냉난방기에 사용되는 열전모듈장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

도1은 본 발명의 열전모듈장치 상세도

도2는 본 발명의 열전모듈장치 분해 조립상세도

도3은 본 발명의 상부 히트싱트 상세도

도4는 본 발명의 열전모듈보호캡 상세도

도5는 본 발명의 엑스텐더상세도

도6은 본 발명의 내부공기순환용 하부 히트싱크상세도

도7은 본 발명의 원형 엑스텐더 평면 및 측면 상세도

도8은 본 발명의 사각엑스텐더 평면 및 측면상세도

도9는 본 발명의 사이클론형상의 홈에 관한 다양한 형태에 관한 상세도

<도면의 부호 설명>

상부히트싱크(1), 방출용휀(2), 히트싱크상부보호캡(3), 볼트(4), 볼트통공 (5), 열전모듈보호캡(6), 엑스텐더(7), 열전모듈접촉부(8), 하부히트싱크(9), 내부순환용휀(10), 열전모듈(20)

상기와 같은 목적을 달성하고자, 본 발명은 상부에 휀이 형성된 상부히트싱크와, 상기 상부히트싱크 하부에 열전모듈이 내장된 열전모듈보호캡과, 상기 열전모듈보호캡하부에 형성된 엑스텐더와, 상기 엑스텐더하부에 휀이 형성된 하부히트싱크로 구성된 열전모듈의 열효율을 증대시키기 위한 장치에 관한 것이다.

종래에는 엑스텐더(냉각전열판)와 연결조립하기 위하여 히트싱크(방열판)날개를 제거하여 왔으나, 본 발명에서는 도3과 같이, 히트싱크(방열판)날개를 제거하지 않은채 그대로 두고 지정된 위치에 가공과 테이핑하여 열전모듈에 가까운 상부히트싱크(방열판)을 그대로 두어 단위면적당 방열량을 증대시켜 발열효율을 증대시켰으며, 각부품을 조립하는 볼트는 종래에는 쇠로된 스크류볼트로 상하부 연결시켜 볼트재질이 열을 전도하여 장치내의 열전도의 효율을 감소시켰으나, 본 발명에서 사용되는 볼트는 열전도성이 낮은 플라스틱소재의 스크류볼트로 볼트자체로 인한열손실을 감소시켰다.

종래에는 엑스텐더(냉각전열판)과 히트싱크(방열판)의대류복사열로 인한 열효율의 하락현상과, 조립시 스크류 조립강도 편차로 인한 열전모듈의 파손이 많았으나, 본 발명에서는 도4와 같이 열전모듈보호캡을 설치하여 상기 열전모듈 내부 홈에 열전모듈을 삽입시켜 조립작업시 열전모듈의 파손을 방지하고 상하 열복사대류를 차단하여 열효율을 증대시키고, 조립시 용이하고 안전하게 작업할 수 있도록 하였으며, 히트싱크와 엑스텐더의 목부위까지 플라스틱재질의 보호캡에 날개를 붙여 보온효과와 충격시 충격을 완화시켜 열전모듈을 보호하였고,

본 발명의 액스텐더(냉각전열판)는 도5와 같이, 사각구조와 원형형상인 두가지로 제작하여 사각구조는 상부히트싱크와 연결조립을 용이하게 하기 위함이며, 원형형상은 가공비가 절감되고 표면적이 적어 열손실이 적고 몸체와 접촉면적이 넓어 열전도성이 좋아 필요에 따라 사각형상 또는 원형형상을 선택하여 사용하게 하였으며,

상기 엑스텐더의 상부는 도8과 같이, 열전모듈접촉부분에 원형이며 싸이클론형상의 홈을 형성시켜 열전모듈에서 발생하는 열을 효율적으로 전도성을 높혔고, 그 형상은 필요에 따라 도9와 같이 다양하게 개량할 수 있는 것이다.

종래에는 엑스텐더를 몸체에 연결하여 전도에 의한 냉각방식으로 부위별 온도편차가 크나 본 발명에서는 도6과 같이, 휀을 장착하여 하부히트싱크를 엑스텐더에 열결하여 열 전도와 공기순환방식을 병용하여 온도편차를 없애고 열효율을 증대시켰다.

이하 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 열전모듈장치 상세도, 도2는 본 발명의 열전모듈장치 분해 조립상세도, 도3은 본 발명의 상부 히트싱크 상세도, 도4는 본 발명의 열전모듈보호캡 상세도, 도5는 본 발명의 엑스텐더상세도, 도6은 본 발명의 내부공기순환용 하부 히트싱크상세도, 도7은 본 발명의 원형 엑스텐더 평면 및 측면 상세도, 도8은 본 발명의 사각엑스텐더 평면 및 측면상세도, 도9는 본 발명의 사이클론형상의 홈에 관한 다양한 형태에 관한 상세도를 도시한 것이며, 상부히트싱크(1), 방출용휀(2), 히트싱크상부보호캡(3), 볼트(4), 볼트통공(5), 열전모듈보호캡(6), 엑스텐더(7), 열전모듈접촉부(8), 하부히트싱크(9), 내부순환용휀(10), 열전모듈 (20)를 나타낸 것임을 알 수 있다.

구조를 살펴보면 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 상부에 형성된 상부히트싱크(1)와, 상기 상부히트싱크(1)의 중앙상부에 안치되는 방출용휀(2)과, 상기 히트싱크(1)의 테두리부에 형성되어 주위로 방출되는 열을 방지하는 히트싱크상부보호캡(3)과, 상기 상부히트싱크(1)의 하부에 볼트(4)로 연결되기 위한 다수의 볼트통공(5)가 테두리에 다수 구비되어 있으며 중앙부에 열전모듈(20)을 내장하는 열전모듈홈과, 하부에 요홈이 형성된 열전모듈보호캡(6)과, 상기 열전모듈보호캡(6) 및 열전모듈(20)의 하부에 설치되어 있으며, 상기 열전모듈보호캡(6)과 볼트(4)로 연결되어 있고, 상부 중앙이 상기 열전모듈(20)의 하부와 밀착되는 열전모듈접촉부 (8)가 형성된 엑스텐더(7)와,

상기 엑스텐더(7)의 하부에 설치되어 있고 엑스텐더(7)와 볼트(4)로 연결되어 있으며, 하부중앙부에 내부순환용휀(10)이 형성된 하부히트싱크(9)로 구성된 열전모듈의 열효율을 증대시키기 위한 장치인 것이다.

도3은 본 발명의 히트싱크를 도시한 것으로, 상부히트싱크(6)의 상부 테두리에 형성되어 있으며 볼트(4)에 의해 상부히트싱크(6)에 의해 연결된 히트싱크상부보호캡(3)과, 상기 히트싱크(6)의 중앙부, 즉 히트싱크상부호호캡(3)의 중앙부에 상부에 형성된 방출용휀(2)과 하부에는 열전모듈보호캡(6)과 볼트(4)로 연결되도록 구성되어 있으며,

도4는 열전모듈 및 열전모듈보호캡을 상세히 도시한 것으로서, 상기 상부히트싱크(1)의 하부에 볼트(4)로 연결되기 위한 다수의 볼트통공(5)가 테두리에 다수 구비되어 있으며 중앙부에 열전모듈(20)을 내장하는 열전모듈홈과, 하부에 요홈이 형성된 열전모듈보호캡(6)과, 하부에 엑스텐더(7)와 볼트로 연결되는 구조이고,

도5는 엑스텐더를 나타낸 것으로서, 상기 열전모듈보호캡(6)의 하부에 형성된 요홈에 삽입되도록 돌기형상으로 구성된 상부와, 상기 상부의 하측에 설치되어 있으며, 상부보다 넓게 외측으로 경사지게 형성된 하부로 구성되어 있으며, 상기 열전모듈보호캡(6)과 볼트(4)로 연결되어 있고, 상부 중앙이 상기 열전모듈(20)의 하부와 밀착되는 열전모듈접촉부(8)가 형성된 구조이며,

상기 엑스텐더는 도7 및 도8과 같이 원형 또는 사각형상이며, 중앙부에 형성된 열전모듈접촉부(8)에는 엑스텐더 평면 및 측면 상세도로 나타낸 것이며, 열전모듈접촉부(8)은 원형이며 싸이클론형상의 홈이 형성되어 있는 구조인 것이다.

도6은 하부히트싱크(9)를 나타낸 것으로서, 상기 엑스텐더(7)와 볼트(4)로엑스텐더(7)의 하부에 연결되어 있으며, 하부중앙부에 내부순환용휀(10)이 형성된 하부히트싱크(9)로 구성된 열전모듈의 열효율을 증대시키기 위한 장치인 것이다.

도9는 본 발명의 열전모듈접촉부(8)에 형성된 사이클론형상의 홈의 다양한 형태에 관한 또다른 예를 상세히 나타낸 도면인 것이다.

상기와 같은 본 발명은 부피를 최소화하여 공간차지를 적게하였으며, 열전모듈과 접촉되는부분의 구조를 개량하여 열효율을 높혔으며, 조립식으로 되어 누구나 쉽게 조립 및 해체할 수 있으며, 각 부품을 대량생산하여 원가를 저렴하게하는 경제적인 장점이 있는 것이다.

Claims (4)

1. 열전모듈의 열효율을 증대시키기 위한 장치에 있어서, 상부에 형성된 상부히트싱크(1)와, 상기 상부히트싱크(1)의 중앙상부에 안치되는 방출용휀(2)과, 상기 상부히트싱크(1)의 테두리부에 형성되어 주위로 방출되는 열을 방지하는 히트싱크상부보호캡(3)과, 상기 상부히트싱크(1)의 하부에 볼트(4)로 연결되기 위한 다수의 볼트통공(5)이 테두리에 다수 구비되어 있으며 중앙부에 열전모듈(20)을 내장하는 열전모듈홈과, 하부에 요홈이 형성된 열전모듈보호캡(6)과, 상기 열전모듈보호캡 (6) 및 열전모듈(20)의 하부의 요홈에 삽입되어 있으며, 상기 열전모듈보호캡(6)과 볼트(4)로 연결되어 있고, 상부 중앙이 상기 열전모듈(20)의 하부와 밀착되는 열전모듈접촉부(8)가 형성된 엑스텐더(7)와,

   상기 엑스텐더(7)의 하부에 설치되어 있고 엑스텐더(7)와 볼트(4)로 연결되어 있으며, 하부중앙부에 내부순환용휀(10)이 형성된 하부히트싱크(9)로 구성되어 있음을 특징으로 하는 열전모듈의 열효율을 증대시키기 위한 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 엑스텐더(7)는 원형형상이며, 상기 열전모듈보호캡 (6)의 하부에 형성된 요홈에 삽입되도록 돌기형상으로 구성된 상부와, 상기 상부의 하측에 설치되어 있으며, 상부보다 넓게 외측으로 경사지게 형성된 하부로 구성되어 있으며, 상기 열전모듈보호캡(6)과 볼트(4)로 연결되어 있고, 상부 중앙이 상기 열전모듈(20)의 하부와 밀착되는 열전모듈접촉부(8)가 형성되어 있음을 특징으로하는 열전모듈의 열효율을 증대시키기 위한 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 엑스텐더(7)는 사각형상이며, 상기 열전모듈보호캡 (6)의 하부에 형성된 요홈에 삽입되도록 돌기형상으로 구성된 상부와, 상기 상부의 하측에 설치되어 있으며, 상부보다 넓게 외측으로 경사지게 형성된 하부로 구성되어 있으며, 상기 열전모듈보호캡(6)과 볼트(4)로 연결되어 있고, 상부 중앙이 상기 열전모듈(20)의 하부와 밀착되는 열전모듈접촉부(8)가 형성되어 있음을 특징으로 하는 열전모듈의 열효율을 증대시키기 위한 장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 엑스텐더(7)의 측면상세도열전모듈접촉부(8)는 원형이며 싸이클론형상의 홈이 형성되어 있는 구조임을 특징으로 하는 열전모듈의 열효율을 증대시키기 위한 장치.