KR20030089048A - 냉난방 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉난방 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉ㆍ온기를 변환하여 공급하는 열교환기에 구비된 열전 소자의 반도체 특성을 이용하여 실내의 냉ㆍ난방을 이루어지게 하는 냉난방 장치에 관한 것이다.

본 발명은 실외공기를 흡입하여 실내쪽으로 순환시키도록 공기흡입구(11)와 공기배출구(12)가 형성된 제 1 덕트(10)와, 외부 공기만을 흡입 및 배출시키도록 설치되는 제 2 덕트(20)와, 상기 제 1,2 덕트(10,20) 내부에 공통으로 걸쳐지게 설치되어 공급되는 전류의 흐름을 전환시킴에 따라 제 1 덕트(10)쪽으로 냉기 또는 온기를 변환하여 공급케 하는 열교환기(40)와, 상기 열교환기(40)로 공급되는 공급전류의 흐름방향을 전환시키는 스위칭 수단(50)을 포함하여 구성되어진 냉난방 장치에 있어서, 상기 열교환기(40)는 전원의 공급에 따라 가열 및 냉각 작용이 동시에 이루어지는 열전소자(41)와, 상기 열전소자(41)의 양쪽면에 각각 부착되는 제 1,2 전열판(42,42a)과, 상기 제 1,2 전열판(42,42a)에 각각 매설되어 수직 방향으로 절곡 돌출되는 복수의 전도파이프(43)와, 상기 전도파이프(43)의 길이 방향으로 소정간격을 두고 부착되는 복수의 핀(44)과, 상기 제 1,2 전열판(42,42a) 일측면에 부착되어진 절연판(45)과, 상기 각각의 핀(44) 양끝단부에 부착되어진 앵글(46)과, 상기 앵글(46)내로 삽입되어 탈ㆍ장착이 가능하게 공기배출구(12,22)로 배출되어지는 공기를 정화시키게 되는 필터(47)를 포함하여 구성되어진 것을 특징으로 한다.

Description

냉난방 장치{Apparatus for cooling and heating}

본 발명은 냉난방 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉ㆍ온기를 변환하여 공급하는 열교환기에 구비된 열전소자의 반도체 특성을 이용하고 절연판 및 필터를 구비하여 실내의 냉ㆍ난방을 이루어지게 하는 냉난방 장치에 관한 것이다.

종래의 냉난방 장치는 도 1 에 도시한 바와 같이, 덕트(1)가 구비되어지고, 상기 덕트(1)의 한쪽에는 외부로부터 공기를 유입시키기 위한 공기흡입구(2)가 구비되어지며, 상기 공기흡입구(2)로부터 공기를 강제적으로 유입시키도록 공기흡입구(2)의 반대편에 송풍팬(4)이 설치되어진다.

한편, 상기 덕트(1)의 다른쪽에는 공기를 실내쪽으로 배출하는 공기배출구(3)가 구비되어진다.

그리고, 상기 덕트(1) 내부에는 공기흡입구(2)를 통하여 유입되는 공기를 냉각 또는 가열시킬 수 있는 냉ㆍ난방 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, 상기한 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 고장율이 상승하게 되는 문제가 있다.

따라서, 상기한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 냉매 등의 공해물질을 쓰지 않으면서 냉난방의 효율을 극대화시킬 수 있으며 간단한 구조로 이루어져 부피를 줄일 수 있어 설치공간을 최소화할 수 있는 냉난방 장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실외공기를 흡입하여 실내쪽으로 순환시키도록 공기흡입구와 공기배출구가 형성된 제 1 덕트와, 외부 공기만을 흡입 및 배출시키도록 설치되는 제 2 덕트와, 상기 제 1,2 덕트 내부에 공통으로 걸쳐지게 설치되어 공급되는 전류의 흐름을 전환시킴에 따라 제 1 덕트쪽으로 냉기 또는 온기를 변환하여 공급케 하는 열교환기와, 상기 열교환기로 공급되는 공급전류의 흐름방향을 전환시키는 스위칭 수단을 포함하여 구성되어진 장치에 있어서, 상기 열교환기는 전원의 공급에 따라 가열 및 냉각 작용이 동시에 이루어지는 열전소자와, 상기 열전소자의 양쪽면에 각각 부착되는 제 1,2 전열판과, 상기 제 1,2 전열판에 각각 매설되어 수직 방향으로 절곡 돌출되는 복수의 전도파이프와, 상기 전도파이프의 길이 방향으로 소정간격을 두고 부착되는 복수의 핀과, 상기 제 1,2 전열판 일측면에 부착되어진 절연판과, 상기 각각의 핀 양끝단부에 부착되어진 앵글과, 상기 앵글내로 삽입되어 탈ㆍ장착이 가능하게 공기배출구로 배출되어지는 공기를 정화시키게 되는 필터를 포함하여 구성되어진 것을 특징으로 하는 냉난방 장치를 제공함에 의해 달성된다.

도 1 은 종래의 전체 구성을 나타낸 개략예시도

도 2 는 본 발명의 전체 구성을 나타낸 개략예시도

도 3 은 본 발명에 따른 열교환기를 나타낸 분리사시도

도 4 는 본 발명에 따른 열교환기의 일측면예시도

도 5 는 도 3 의 A-A선 단면예시도

도 6a 및 도 6b 는 본 발명의 작동 관계를 설명하기 위한 회로도로서, 도 6a 는 냉각작용에 관한 회로도이고, 도 6b 는 가열작용에 관한 회로도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 제 1 덕트 (11) : 공기흡입구

(12) : 공기배출구 (20) : 제 2 덕트

(21) : 공기흡입구 (22) : 공기배출구

(30,31) : 송풍팬 (40) : 열교환기

(41) : 열전소자 (42) : 제 1 전열판

(42a) : 제 2 전열판 (43) : 전도파이프

(43a) : 마개 (43b) : 전열부재

(43c) : 작동유체 (44) : 핀

(45) : 절연판 (45a) : 홈

(45b) : 삽입홀 (46) : 앵글

(47) : 필터 (50) : 스위칭 수단

(51) : 제 1 스위치 (52) : 제 2 스위치

(60) : 전원공급부

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명의 전체 구성을 나타낸 개략예시도,

도 3 은 본 발명에 따른 열교환 수단을 나타낸 분리사시도,

도 4 는 본 발명에 따른 열교환 수단의 일측면예시도,

도 5 는 도 3 의 A-A선 단면예시도이다.

본 발명의 냉난방 장치는 덕트를 복수개로 구비한 것으로, 제 1 덕트(10)의 한쪽에는 송풍팬(30)에 의하여 외부로부터 공기가 강제로 유입되는 공기흡입구(11)가 구비되어지고, 상기 제 1 덕트(10)의 다른쪽에는 유입된 공기를 실내쪽으로 배출할 수 있도록 공기배출구(12)가 구비되어진다.

또한, 상기 제 1 덕트(10)의 일측면에 외부 공기만을 다른 송풍팬(31)에 의하여 강제로 흡입 및 배출시킬 수 있는 제 2 덕트(20)가 구비되어지고, 이 제 2 덕트(20)에도 공기흡입구(21) 및 공기배출구(22)가 형성된다.

특히, 부호 40은 본 실시예의 요부 구성요소인 열교환기를 나타낸 것으로서, 상기 열교환기(40)는 제 1,2 덕트(10,20) 내부에 공통으로 걸쳐지게 설치되어, 전원공급부(60)의 전류흐름을 전환시킴에 따라 제 1 덕트(10) 쪽으로 냉방 공기 또는 온방 공기를 변환하여 공급케한다.

즉, 상기 열교환기(40)는 첨부된 도면 도 에서 더 상세하게 나타낸 바와 같이, 상기 제 1,2 덕트(10,20)가 접하는 부분에 열전소자(41)가 결합되는데, 상기 열전소자(41)는 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(41)의 양쪽면에는 알루미늄 재질로 이루어진 제 1,2 전열판(42,42a)이 각각 에폭시 수지를 사용하여 부착된다.

여기서, 상기 제 1 전열판(42)은 제 1 덕트(10) 내부를 향하도록 결합되는 반면에 제 2 전열판(42a)은 제 2 덕트(20) 내부를 향하도록 결합된다.

상기, 제 1,2 전열판(42,42a)에는 구리나 알루미늄 등과 같은 재질로 이루어진 여러개의 전도파이프(43)가 각각 매설되어 수직방향으로 구부려져 돌출된다.

또한, 상기 제 1,2 전열판(42,42a) 일측면에 절연판(45)이 부착되어지되 이 절연판(45) 외면에는 수직 방향으로 반원형의 홈(45a)이 형성되어지고 중앙을 관통하여 상기 홈(45a)과 연통되게 상기 전도파이프(43)가 삽입되어지는 삽입홀(45b)이 형성되어진다.

그리고, 상기 전도파이프(43)의 수직돌출된 길이 방향으로 알루미늄 재질로 된 핀(44)이 소정간격을 두고 여러겹으로 부착된다.

상기, 핀(44) 양끝단부에 앵글(46)이 부착되어지고, 이 앵글(46)내로 탈ㆍ장착이 가능하게 필터(47)가 삽입되어진다.

따라서, 상기의 필터(47)에 의해 공기배출구(12,22)로 배출되어지는 공기를 정화시키게 되어 깨끗한 공기를 마시게 되므로 인체에 무해하다.

상기, 전도파이프(43)는 첨부된 도면 도 5 에 나타낸 바와 같이, 그 내부에 다공질로 소결된 금속의 합금 재질로 이루어진 전열부재(43b)가 더 부착되고, 또한, 작동유체(43c)가 진공 상태로 주입되어 세라믹과 같은 재질의 마개(43a)로 밀봉되게 된다.

상기에서 작동유체(43c)는 일예로 극저온용으로 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N₂) 등의 가스를 사용하고, 저온용으로는 물, 에탄올, 메탄올, 아세톤 등을 사용하며, 고온용으로는 세슘, 소듐이나 리튬 등을 사용하는 것이 바람직하다.

이는 일반적인 금속재의 파이프만을 사용하게 되면 특히 구부려진 상태에서는 발열체로부터 가장 멀리 떨어진 곳까지의 열전도율이 상당히 저하되기 때문이다. 참고로 본 실시예의 전도파이프(43)를 사용하면 열전도율이 90％ 이상 상승하게 되어 제 1,2 전열판(42,42a)에 매설된 전도파이프(43) 쪽과 최원거리의 전도파이프(43) 쪽 사이의 온도 격차 문제를 해결하게 된다.

부호 50은 스위칭 수단을 나타낸 것으로서, 이는 열교환기(40)의 열전소자(41)에 연결되어 전원공급부(60)로부터 공급되는 전류의 흐름 방향을 정반대로 전환시키게 된다.

상기, 스위칭 수단(50)은 소정의 제어신호에 따라 전원공급부(60)의 전류가 열전소자(41)의 정,역방향으로 교번하여 흐르도록 선택적으로 연결되는 복수의 단자(a, b, B1, c, d, B2)를 각각 갖춘 제 1,2 스위치(51,52)를 구비하고 있다.

즉, 열전소자(41)의 한쪽 단자에 제 1 스위치(51)의 a단자와 제 2 스위치(52)의 d단자가 병렬 연결되고, 열전소자(41)의 다른쪽 단자에는 제 1 스위치(51)의 b단자와 제 2 스위치(52)의 c단자가 병렬 연결된다.

그리고, 전원공급부(60)의 (+)극에는 제 1 스위치(51)의 B1단자가, 전원공급부(60)의 (-)극에는 제 2 스위치(52)의 B2단자가 각각 연결된다.

이와 같이 구비된 본 발명의 작동 관계를 첨부된 도면 도 6a 및 도 6b를 참조하여 살펴보기로 한다.

도6a,도6b는 본 발명의 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 도시에서 생략된 제어부에서 소정의 제어 신호가 제 1,2 스위치(51,52)로 입력된 후 전원공급부(60)의 (+)극에 연결된 제 1 스위치(51)의 B1단자가 a단자와 연결됨과 동시에 제 2 스위치(52)의 c단자는 전원공급부(60)의 (-)극과 연결된 B2단자와 상호 연결되면, 열전소자(41)에서의 전류 흐름은 화살표 방향과 같이 T1단자에서 T2단자로 흐르게 되고, 이를 정방향으로 흐른다고 가정한다. 이경우 열전 소자(41)의 제 1 전열판(42) 쪽이 냉각되는 한편, 제 2 전열판(42a) 쪽은 가열된다고 가정하면, 제 1 덕트(10) 내부로 유입된 공기가 제 1 덕트(10) 쪽에 돌출된 전도파이프(43) 및 핀(44)을 거치면서 신속하게 냉각되어 실내로 차가운 공기를 공급하게 된다.

반면에 도6b에서와 같이, 소정의 제어신호에 따라 제 1 스위치(51)의 b단자는 전원공급부(60)의 (+)극에 연결된 B1단자와, 제 2 스위치(52)의 d단자는 전원공급부(60)의 (-)극에 연결된 B2단자와 각각 전환 연결되면, 열전소자(41)로 통하는 전류 흐름의 방향은 T2단자에서 T1단자로, 즉 역방향으로 뒤바뀌게 된다. 따라서, 열전소자(41)는 제 1 전열판(42) 쪽을 가열시킴과 동시에 제 2 전열판(42a) 쪽은냉각시키므로 제 1 덕트(10) 쪽의 전도파이프(43) 및 핀(44)을 거친 유입 공기는 반대로 신속하게 가열됨으로써 실내로 뜨거운 공기를 공급하게 된다.

물론, 제 2 덕트(20) 쪽으로 유입된 공기는 송풍팬(31)에 의하여 강제로 배출되게 됨으로써 제 2 전열판(42a) 쪽의 전도파이프(43)와 핀(44)을 통하여 냉각되거나 가열된 공기를 외부로 배출하게 된다.

결국, 본 발명의 냉난방 장치는 열전소자(41)로 공급되는 전류의 방향만을 전환시켜 줌으로써 덕트의 연결구조도 변경시키지 않고 항상 제 1 덕트(10) 내부 쪽으로 돌출 구비된 제 1 전열판(42), 전도파이프(43) 및 핀(44)을 거쳐 냉각 또는 가열되는 유입공기를 실내로 공급케 함으로써 냉방 혹은 난방을 실시하는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

따라서, 본 발명은 제 1,2 덕트 내부에 공통으로 걸쳐지게 열교환기가 설치되어 구성부품을 최소화하여 부피를 줄일 수 있고 공간활용도를 높일 수 있으며 그로 인해 제품의 소형화를 이룰 수 있는 효과가 있다.

또한, 열교환기 양측면에 각각 절연판과 필터가 설치되어져 냉난방의 효율을 극대화시킬 수 있음과 동시에 에너지를 절감할 수 있으며 오염된 공기를 정화시키게 되어 인체에 유익하고 그로 인해 환경 친화적인 효과가 있다.

Claims (2)

1. 실외공기를 흡입하여 실내쪽으로 순환시키도록 공기흡입구(11)와 공기배출구(12)를 갖춘 제 1 덕트(10)와;

   외부 공기만을 흡입 및 배출시키도록 설치되는 제 2 덕트(20)와;

   상기, 제 1,2 덕트(10,20) 내부에 공통으로 걸쳐지게 설치되어지고 전원의 공급에 따라 가열 및 냉각 작용이 동시에 이루어지는 열전소자(41)와, 상기 열전소자(41)의 양쪽면에 각각 부착되는 제 1,2 전열판(42,42a)과, 상기 제 1,2 전열판(42,42a)에 각각 매설되어 수직 방향으로 절곡 돌출되는 복수의 전도파이프(43)와, 상기 전도파이프(43)의 길이 방향으로 소정간격을 두고 부착되는 복수의 핀(44)으로 이루어진 열교환기(40)와;

   상기, 열교환기(40)로 공급되는 전류의 흐름방향을 전환시키는 스위칭 수단(50), 및 전원공급부(60)로 구성되어진 냉난방 장치에 있어서,

   상기, 열교환기(40)의 제 1,2 전열판(42,42a) 일측면에 부착되어진 절연판(45)과,

   상기, 각각의 핀(44) 양끝단부에 부착되어진 앵글(46)과,

   상기, 앵글(46)내로 삽입되어 탈ㆍ장착이 가능하게 공기배출구(12,22)로 배출되어지는 공기를 정화시키게 되는 필터(47)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 냉난방 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기, 절연판(45)은 외면에 수직 방향으로 반원형의 홈(45a)이 형성되어지고 중앙을 관통하여 홈(45a)과 연통되게 상기 전도파이프(43)가 삽입되어지는 삽입홀(45b)이 형성되어 구성됨을 특징으로 하는 냉난방 장치.