KR200283161Y1

KR200283161Y1 - 냉난방 장치

Info

Publication number: KR200283161Y1
Application number: KR2020020012731U
Authority: KR
Inventors: 김범영
Original assignee: 김범영
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2002-07-26

Abstract

본 고안은 냉난방 장치에 관한 것으로서, 실외의 공기를 흡입하고 실내 쪽으로 배출시키기 위한 공기흡입구(12) 및 공기배출구(16)를 갖춘 제1 덕트(10)와, 외부 공기만을 흡입 및 배출시킬 수 있는 제2 덕트(20)와, 상기 제1,2 덕트(10)(20)에 각각 공기를 강제 이송시키도록 설치되는 복수의 송풍팬(32)(34)과, 상기 제1,2덕트(10)(20) 내부에 공통으로 걸쳐지게 설치되어 공급되는 전류의 흐름을 전환시킴에 따라 제1 덕트(10) 쪽으로 냉기 또는 온기를 변환하여 공급케 하는 열교환 수단(40)과, 상기 열교환 수단(40)으로 공급되는 전류의 방향을 전환시키는 스위칭 수단(50)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 고안에 의하면 냉난방의 효율을 증대시킬 수 있어 에너지 절감효과가 크며, 종래의 기술에 비해 구성부품을 줄임으로써 장치의 부피를 줄일 수 있고 경제성이 뛰어난 이점이 있다.

Description

냉난방 장치{Cooling and heating system}

본 고안은 냉난방 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전 소자의 반도체 특성을 이용하여 실내의 냉, 난방을 이루어지게 하는 냉난방 장치에 관한 것이다.

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.

한편, 상기 덕트(1)의 다른 쪽에는 공기를 실내 쪽으로 배출하는 공기배출구(3)가 구비된다.

그리고 상기 덕트(1) 내부에는 공기흡입구(2)를 통하여 유입되는 공기를 냉각 또는 가열시킬 수 있는 냉, 난방 장치의 주요 구성부가 내장 설치되어 있다.

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.

이와 같이 구비된 종래의 냉난방 장치는 사용자의 수동선택이나 온도센서의 동작에 의하여 실내 온도와 외기의 온도를 측정하여 미리 설정된 온도에 맞도록 자동제어된다.

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.

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.

따라서 본 고안은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 창작된 것으로서 본 고안의 목적은 냉매 등의 공해물질을 쓰지 않으면서 냉난방의 효율을 더욱 증대시킬 수 있는 냉난방 장치를 제공하는데 있다.

또한 간단한 구조로 이루어지어 장치의 부피를 줄임으로써 설치공간을 많이 차지하지 않는 냉난방 장치를 제공하는데 있다.

도1은 종래의 냉난방 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도.

도2는 본 고안의 실시예에 따른 냉난방 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도3은 도2의 요부 사시도.

도4는 도3의 A-A선 단면도.

도5는 도3에 도시한 전도 파이프의 절개 단면도.

도6a 내지 도6b는 본 고안의 작동 관계를 설명하기 위한 회로도로서, 도6a는 냉각작용에 관한 회로도이고, 도6b는 가열작용에 관한 회로도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 제1 덕트 12 : 공기흡입구

16 : 공기배출구 20 : 제2 덕트

22 : 공기흡입구 24 : 공기배출구

32 : 송풍팬 34 : 송풍팬

40 : 열교환 수단 42 : 열전소자

44 : 제1 전열판 45 : 제2 전열판

46 : 전도 파이프 46a : 마개

46b : 전열 부재 46c : 작동 유체

48 : 핀 50 : 스위칭 수단

52 : 제1 스위치 54 : 제2 스위치

60 : 전원공급부

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 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.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.

도2는 본 고안의 실시예에 따른 냉난방 장치의 전체구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도3은 도2의 요부 사시도이고, 도4는 도3의 A-A선 단면도이다.

도5는 도3에 도시된 전도파이프의 절개 단면도이다.

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.

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.

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.

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.

상기 전원공급부(60)는 통상적인 가전제품에서처럼 콘센트에 꽂는 플러그와, 변압기 등을 포함하는 구성을 갖는다.

상기 열전소자(42)의 양쪽면에는 예를 들어 알루미늄(Al) 재질로 이루어진 제1,2 전열판(44)(45)이 각각 에폭시 수지를 사용하여 부착된다.

여기서 상기 제1 전열판(44)은 제1 덕트(10) 내부를 향하도록 결합되는 반면에 제2 전열판(45)은 제2 덕트(20) 내부를 향하도록 결합된다.

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.

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.

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.

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 된다

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.

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.

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.

그리고 전원공급부(60)의 (+)극에는 제1 스위치(52)의 B1단자가, 전원공급부(60)의 (-)극에는 제2 스위치(54)의 B2단자가 각각 연결된다.

미설명부호 70은 풍향조절기를 나타낸다.

이와 같이 구비된 본 고안의 냉난방 장치의 작동 관계를 도6a 및 도6b를 더 참조하여 살펴보기로 한다.

도6a,도6b는 본 고안의 작동관계를 설명하기 위한 회로도로서, 도6a는 냉각작용에 관한 회로도이고, 도6b는 가열 작용에 관한 회로도이다.

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.

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.

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.

결국, 본 고안의 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.

상술한 본 고안에 의하면 종래의 기술에 비해 구성부품을 줄임으로써 장치의 부피를 줄일 수 있고 공간활용도가 뛰어나 제품의 소형화를 이룰 수 있는 효과가 있다.

또한, 비교적 간단한 구조로 효율의 극대화를 이룰 수 있으므로 경제성이 뛰어나고 상품성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

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.

Claims

실외공기를 흡입하여 실내쪽으로 순환시키도록 공기흡입구(12)와 공기배출구(16)를 갖춘 제1 덕트(10)와, 외부 공기만을 흡입 및 배출시키도록 설치되는 제2 덕트(20)와, 상기 제1,2 덕트(10)(20) 내부에 공통으로 걸쳐지게 설치되어 전원공급부(60)에서 공급되는 전류의 흐름을 전환시킴에 따라 제1 덕트(10) 쪽으로 냉기 또는 온기를 변환하여 공급케 하는 열교환 수단(40)과, 상기 열교환 수단(40)으로 공급되는 전류의 흐름방향을 전환시키는 스위칭 수단(50)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 냉난방 장치.
제1항에 있어서, 상기 열교환 수단(40)은 전원의 공급에 따라 가열 및 냉각 작용이 동시에 이루어지는 열전소자(42)와, 상기 열전소자(42)의 양쪽면에 각각 부착되는 제1,2 전열판(44)(45)과, 상기 제1,2 전열판(44)(45)에 각각 매설되어 수직방향으로 절곡 돌출되는 복수의 전도 파이프(46)와, 상기 전도 파이프(46)의 길이 방향으로 소정간격을 두고 부착되는 복수의 핀(48)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 냉난방 장치.
제2항에 있어서, 상기 전도 파이프(46)는 그 내부에 다공질의 소결 합금으로 이루어진 전열부재(46b)가 부착되고, 작동 유체(46c)가 진공상태로 주입된 후 밀봉되는 것을 특징으로 하는 냉난방 장치.
제1항에 있어서, 상기 스위칭 수단(50)은 소정의 제어신호에 따라 전원공급부(60)의 전류가 열전소자(42)를 정,역방향으로 교번하여 흐르도록 선택적으로 연결되는 복수의 단자를 각각 갖춘 제1,2 스위치(52)(54)를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉난방 장치.