KR20030085781A

KR20030085781A - 고온 초전도체를 사용한 전자 냉/온풍기 장치

Info

Publication number: KR20030085781A
Application number: KR1020020024045A
Authority: KR
Inventors: 고석철; 한병성; 강형곤; 임성훈
Original assignee: 고석철; 한병성
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2003-11-07

Abstract

본 발명은 고온 초전도체를 이용한 저온의 전자 냉/온풍기 장치에 관한 것이다. 저온 냉각기의 기본원리는 냉매를 압축시킨 후 그 압축열을 외부로 발산시키고 팽창하는 과정에서 저온을 생성하여 원하는 외부의 물체로부터 열을 빼앗는데 있다. 특히, 저온 냉각기가 상온의 냉각시스템과 다른점은 그 작동 온도 범위가 크기 때문에 근본적으로 열역학적 효율이 낮고 비가역적인 손실에 의해 시스템이 제대로 작동되기 어렵다. 저온에서 일을 뽑아내는 장치가 일반적으로 포함되어야 한다는 것이다. 지금까지 개발된 여러 종류의 저온 냉각기는 대부분 초전도 소자에 적용될 수 있지만 아직까지 상업적인 구매요건을 만족시켜 주지 못하고 있는 실정이다. 상업적인 구매조건을 갖추기 위해서는 내구성, 소형 및 경량, 다양한 냉각온도 유지, 저전력 소비 등의 요건들을 만족시킬 수 있는 냉각기는 아직까지 없는 실정이다.

따라서, 본 발명의 특징은 인체에 유해한 냉매를 사용하지 않으며, 에너지 손실이 없는 저항이 제로인 초전도체를 사용하여 전자 냉/온풍을 할 수 있다는 점이다. 제어기에서 흡입팬들을 조절하면 냉장, 냉동, 난방조절이 가능하다.

본 발명의 구성은 발열이 일어나는 도체와 흡열이 발생하는 초전도체에 P형과 N형 반도체를 접합시키고 보온 단열재를 사용하여 막을 형성한 펠티어 냉/온풍 발생부, 직류전원을 공급하기 위한 노이즈 필터를 포함하는 입력전원장치부, 온도를 감지할 수 있는 센서부, 온도를 시간과 조건에 따라 조절하기 위한 제어부로 이루어져 있다.

본 발명의 특징은 액화 질소가 필요하지 않으며, 복잡한 배관 라인들과 압축기와 응축기가 필요치 않아 소형/경량화 할 수 있고, 전기적인 잡음과 진동문제를 일으키지 않는다. 또한, 흡열이 일어나는 부분을 초전도체로 되어 있기 때문에 냉매없이 초전도 부하를 추가적으로 부착하여 사용할 수 있으며, 전력소비가 낮은 장점을 가지고 있다.

Description

고온 초전도체를 사용한 전자 냉/온풍기 장치 {Electronic Cooling and Heating Device using High Temperature Superconductor}

본 발명은 펠티어 효과를 이용한 고온초전도 전자 냉/온풍기 장치에 관한 내용이다.

종래의 기술은 냉매를 고압으로 압축하는 압축기, 고압 고열의 기체를 액체로 변화시키는 응축기, 응축된 냉매를 증발시켜 열교환하는 열교환기 등의 복잡한 배관과 함께 설치되어야 했다. 온풍기는 연료를 연소할 때 나오는 열을 이용한 가열방식 등이 이용되었으나 냉매 등의 사용으로 장치자체가 대형화되어 냉각효과 및 온풍효과가 나쁘다. 또한, 냉매를 사용하기 때문에 환경문제에 영향을 끼칠 수 있으며, 압축기와 응축기를 사용함으로써 전기적인 잡음과 진동문제를 일으킨다. 이런 단점을 보완한 것이 펠티어 효과를 이용한 전자냉동소자이다. 전자냉동소자는 2개의 이종금속을 접합시켜 직류전원을 공급해 주면 접합부위에 열의 흡수 및 발열현상이 일어난다. 이종금속과 금속을 접합시켜 놓았기 때문에 에너지 손실이 발생한다. 또한 초전도체를 이용한 응용소자들이 상용화되어 미래산업을 주도하게 된다면 77K로 온도를 유지하기 위한 냉각장치가 반드시 필요하다. 액화질소 냉매를 사용하기 때문에 경량화 및 소형화를 할 수 없는 단점을 해결하기 위한 방안이 절실히 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 펠티어 효과를 이용하여 금속과 반도체, 고온 초전도체를 접합한 형태의 전자 냉/온풍기 장치를 제시하고자 한다. 냉매를 사용하지 않으므로 환경친화적이며, 소형/경량화가 가능하며, 전기적인 잡음과 진동이 발생하지 않고, 금속부분 대신에 고온 초전도체를 접합했기 때문에 저전력 소모로 에너지 효율이 좋은 특징을 가지고 있다. 또한 제어기에서 흡입팬들을 적절히 조절하면 전자 냉동, 냉장, 온풍 역할을 독립적으로 할 수 있어 차량의 에어컨, 히터, 초전도 소자의 냉각장치, 자동차의 습기제거장치 등의 다양한 형태로 응용이 가능하다.

[도 1]은 고온 초전도체를 반도체에 접합한 전자 냉/온풍기 장치 구조도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 220V 교류 전원

2 : 노이즈 필터

3 : 직류전원 공급장치

4 : 보온 단열재

5 : 방열판

6 : 금속(동)

7 : N형 반도체(BiTe)

8 : P형 반도체(BiSb)

9 : 고온 초전도체(Bi-2223)

10_a,10_b, 10_c, 10_d, 10_e, 10_f: 흡입팬

11 : 진공 용기

12 : 제어기

13 : 배출구

14_a: 발열부 온도 센서

14_b: 흡열부 온도 센서

펠티어 효과를 이용한 고온 초전도체 전자 냉/온풍기 장치 구성요소는 발열이 일어나는 도체와 흡열이 발생하는 초전도체에 P형과 N형 반도체를 접합시키고 보온 단열재를 사용하여 진공상태를 유지하는 펠티어 냉/온풍 발생부, 직류전원을공급하기 위한 노이즈 필터를 포함하는 입력전원부, 온도를 감지할 수 있는 센서부, 온도를 시간과 조건에 따라 조절하기 위한 제어부로 이루어져 있다.

저온의 전자 냉/온풍기 장치는 펠티어 효과를 얻기 위해서 직류전원을 인가 시켜야 한다. 220V의 교류전원에 포함되어 있는 고조파 성분들을 없애기 위해 노이즈 필터를 사용하였다. 정류회로는 다이오드 4개로 구성된 풀브리지 형태이다. 반도체는 비스무스계 P타입과 N타입 시료를 구입하여 벌크형태로 제조하여 고온 초전도체인 Bi-2223 시료와 금속에 접합한다. 단열재로 막을 형성하여 진공상태를 유지하도록 한다. 온풍기와 냉각기에 흡입팬들과 온도 감지용 센서를 단열재 형성된 막에 부착한다. 신호선들을 제어기에 연결하고 센서의 감지온도나 사용여건에 따라 흡입팬들을 적절히 조절하면 냉장, 냉동, 온풍 역할을 독립적으로 할수 있다.

본 발명에 의하면, 유해한 냉매를 사용하지 않아 환경진화적이며, 복잡한 배관 라인과 압축기, 응축기 등이 필요치 않아 소형/경량화가 가능하다. 또한 전기적인 잡음과 진동문제를 일으키지 않으며, 고온 초전도체를 사용함으로써 에너지 손실을 저감시킬 수 있어 고효율, 저전력 소비 효과가 있다. 제어기의 조작을 어떻게 하느냐에 따라 냉동기, 냉장기, 온풍기, 냉/온풍기 겸용 기능을 할 수 있다. 소형으로 만들어서 자동차의 에어컨 및 히터기로 활용이 가능하며 초소형으로 자동차 옆 유리에 장착하여 차안과 밖에 온도차가 심할 때 발생되는 습기나 성애를 빠르게 제거 할 수 있다. 또한 초전도 소자의 냉각장치에 사용이 가능하며, 초전도체로부터 상온도체로 연결하여 사용하면 전류리드기 역할도 하게됨으로써 열 누설이 적게되어 에너지를 절약할 수 있다. 앞으로 초전도체로 만들어진 제품들이 상용화되면 이 펠티어 효과를 이용한 소형의 전자 냉/온풍기 장치는 더욱 수요가 많아질 것이다.

Claims

펠티어 효과를 이용한 전자 냉/온풍기 장치에 있어서, 금속(동)과 이종반도체(BiTe, BiSb), 고온 초전도체(Bi-2223)로 접합한 형태로 단열막을 형성하고 센서 및 흡입팬을 부착하여 자동제어를 실행 할 수 있도록 제어기가 포함된 고온 초전도체 전자 냉/온풍기 장치.