KR20070081441A - 플렉시블한 열전모듈을 이용한 냉각장치 - Google Patents

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KR20070081441A
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Abstract

본 발명은 플렉시블한 열전모듈을 이용한 냉각장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 열전모듈을 보호하는 세라믹재의 흡열면과 방열면의 설치가 생략되고 내측의 열전모듈을 바로 냉저장통 또는 파이프에 직접 고정 설치하여 냉각 열이 직접 전달되도록 하여 열전효율을 극대화하도록 한 플렉시블한 열전모듈을 이용한 냉각장치에 관한 것인바, 본 발명은 중앙쪽에 열전모듈(3)이 설치되고 열전재료(3e)를 중심으로 양측에 동판재질의 전극(3b)이 납땜에 의해 연결 설치되며 외측으로는 세라믹기판이 설치된 열전모듈의 일측으로는 방열판(4)을 설치하고 타측으로는 냉각열을 실질적으로 필요로 하는 저장탱크/파이프에 고정 설치하여 이루어진 열전모듈을 이용한 냉각장치에 있어서, 상기 열전모듈이 n형 열전 소자(3e-1) 및 p형 열전 소자(3e-2); 상기 n형 열전 소자(3e-1) 및 p형 열전 소자(3e-2)의 상, 하부면에 직렬로 다수개 연결되며, 탄성을 갖는 전극(3b); 상기 각 전극(3b)의 외측에 구비되되, 절연성 및 열 전도도가 우수하며, 변형이 가능한 코팅 또는 시트(Sheet) 형태의 절연층(34); 및 상기 n형 열전 소자(3e-1) 및 p형 열전 소자(3e-2)의 상, 하부면에 직렬로 연결되는 전극(3b) 중 어느 한 전극(3b)의 내측면에 구비되는 지지층(35)을 포함하여 이루어지는 것에 그 특징이 있다.

Description

플렉시블한 열전모듈을 이용한 냉각장치{FLEXIBLE THERMOELECTRIC EFFECT DEVICE FOR COOLING}
도 1a는 일반적인 열전모듈의 구조를 보여주는 사시도.
도 1b는 종래 열전모듈의 구조를 보여주는 개략도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 냉각장치의 요부인 열전모듈의 구조를 보여주는 개략도.
도 3은 본 발명의 기술이 적용된 냉각장치의 요부인 열전모듈의 연결 구조를 보여주는 예시도.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명인 열전모듈의 다른 형태를 보여주는 예시도.
도 5는 본 발명의 요부인 열전모듈의 적용 예를 보여주는 사시도.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
1 : 냉저장통 2 : 외피
3 : 열전모듈 3a : 전선
3b : 전극 3c: 흡열면
3d : 방열면 3e : 열전재료
3e-1 : n형 열전 소자 3e-2 : p형 열전 소자
4 : 방열판
본 발명은 열전소자를 이용한 냉각장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 열전모듈을 보호하는 세라믹재의 흡열면과 방열면의 설치가 생략되고 내측의 열전소자를 바로 냉저장통 또는 파이프에 직접 고정 설치하여 냉각 열이 직접 전달되도록 하여 열전효율을 극대화하도록 한 열전모듈을 이용한 냉각장치에 관한 것이다.
열전소자란 냉각이나 가열을 동시에 수행하여야 하는 경우 그리고 열원을 이용한 발전이 필요한 경우에 어디든지 사용할 수 있는 열과 전기의 교환시스템이다.
기존의 콤프레서 냉각방식을 대체할 차세대 냉각방식으로서 극전환( + , - )을 통해 어디든지 간편하게 냉각과 발열이 동시에 가능하여 상온에서 대상물을 - 30 ℃에서 + 150 ℃ 까지 냉각과 가열을 통해 일정 온도로 유지되도록 하게 할 수 있다.
일반적으로, 생활 수준이 향상되면서 소비자 또는 사용자들의 의식주에 대해 다양한 요구가 제기되고 있고, 이를 충족하기 위해 다양한 장치 및 제품이 제공되고 있으며, 이에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다. 이와 같은 편의성 제품 또는 장치로는 예컨대, 냉정수기, 소형 김치냉장고, 화장품 냉장고, 와인저장고, 작업용 냉각헬멧 등이 있다.
이와 같은 제품들 중 가장 널리 이용되고 있는 것으로서 냉정수기가 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 냉정수기는 실제로 물을 저장하기 위해 금속으로 형성된 냉저장통(1)과, 그 냉저장통(1)을 보호 및 단열하기 위해 스티로폼 또는 발포 우레탄으로 형성되는 외피(2)와, 냉저장통을 냉각시켜 그 내부에 저장된 물을 실제로 냉각시키기 위한 냉각장치, 즉 열전모듈(3)을 구비하고 있다. 또한, 열전모듈(3)에는 그것의 작동시 발생되는 열을 외부로 방출시키기 위한 방열판(4)이 장착되어 있다. 물론, 열전모듈(3)은 전선(3a)에 의해 직류전류를 공급받는 복수의 전극(3b)과, 전극의 일측에 일체로 구비되며 열을 흡수하는 흡열면(3c)과, 전극의 타측에 일체로 구비되며 흡열면(3c)쪽 내부온도를 저하시키기 위한 방열면(3d)으로 구성되며 상기 전극(3b)의 사이에는 열전재료(3e)가 설치되어 이루어진 구조이다.
통상의 열전모듈(3)을 이용하여 저장된 물을 저온 상태로 만들고자 할 때 물을 수용하고 있는 냉저장통(1)에 냉온을 전달하여 수용된 물을 저온화시키거나 또는 이동하는 물에 냉온을 전달하여 냉온 상태로 만들고자 할 때 파이프에 열을 전달하여 물을 냉각 및 저온화하였다.
상기와 같이 열전소자를 이용하여 냉각장치를 구성하면 열을 전달하는 열전재료와 냉저장통(1) 또는 파이프 사이에 세라믹재로 이루어진 흡열면(3c)과 방열면(3d)이 설치되어 있어 열 전도율이 낮아지는 문제가 있다.
그 이유는 세라믹재로 이루어진 흡열면(3c)과 방열면(3d)에 의해 내부의 열전재료가 보호되어 있고 그 형태에 있어서도 가로, 세로가 유사한 일정한 형태(판 형)를 가지고 있으며, 따라서 대소의 크기에 차이가 있을 뿐 정형화된 형태로 이루어진 열전모듈을 사용함으로 냉저장통(1)의 형상에 관계없이 열전소자의 형태를 변경할 수 없었다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출한 것으로서 본 발명의 목적은 열전모듈을 보호하는 흡열면과 방열면의 설치를 생략하고 내측의 열전재료를 띠 형태로 연결 구성시킨 후 바로 냉저장통 또는 파이프에 직접 고정 설치하여 효율을 극대화하도록 한 열전소자를 이용한 냉각장치를 제공하는데 있다.
이하 본 발명의 목적은 중앙 쪽에 열전소자가 설치되고 상기 열전재료를 중심으로 양측에 동판재질의 전극이 납땜에 의해 연결 설치되며 외측으로는 흡열면과 방열면이 설치된 열전소자의 일측으로는 방열판을 설치하고 타측으로는 냉각열을 실질적으로 필요로 하는 냉저장통 또는 파이프에 고정 설치하여 이루어진 열전소자를 이용한 냉각장치에 있어서,
상기 파이프의 길이방향과 동일하게 열전재료와 인접하는 열전재료가 전극에 의해 연결되며 흡열면과 방열면의 설치를 생략되어 형성된 플렉시블한 열전모듈이 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 냉각장치에 의하여 달성된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 냉각장치는 첨부도면 도 1의 구조와 동일하게 실제로 물을 저장하기 위해 금속으로 형성된 냉저장통(1)과, 그 냉저장통(1)을 보호 및 단열하기 위해 스티로폼 또는 발포 우레탄으로 형성되는 외피(2)와, 냉저장통을 냉각시켜 그 내부에 저장된 물을 실제로 냉각시키기 위한 냉각장치, 즉 열전모듈(3)를 구비하고 있다. 또한, 열전모듈(3)에는 그것의 작동시 발생되는 열을 외부로 방출시키기 위한 방열판(4)이 장착되어 있다.
이때 상기 열전모듈(3)의 구조는 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 열전모듈(3)은 일반적으로 사용되는 열전 재료(3e)는 n형 열전 소자(3e-1) 및 p형 열전 소자(3e-2)와 한 쌍으로 이루어지되, 다수 쌍으로 배열되는 n형 열전 소자(3e-1) 및 p형 열전 소자(3e-2)를 연결하기 위하여 그 상, 하부면에 교대로 구비되는 다수개의 전극(3b)과 상기 각 전극(3b)의 외측면에 구비되는 절연층(34, 34a) 및 상기 n형 열전 소자(3e-1) 및 p형 열전 소자(3e-2)의 상, 하부면에 직렬로 연결되는 전극 중 어느 한 전극의 내측면에 구비되는 지지층(35)으로 구성된다.
여기서, 상기 n형 열전 소자(3e-1) 및 p형 열전 소자(3e-2)는 제조 방법에 따라 단결정 소자, 일방향 응고재 소자, 소결재 소자 등의 다양한 소자가 적용되는 것이 바람직하며, 기타 다양한 재질 또는 형태의 소자가 적용되는 것도 가능하다.
한편, 상기 전극(3b)은 한 쌍으로 이루어지되, 다수 쌍으로 배열되는 상기 n 형 열전 소자(3e-1) 및 p형 열전 소자(3e-2)의 상, 하부면에 구비된다. 즉, 상기 전극(3b)은 n형 열전 소자(3e-1) 및 p형 열전 소자(3e-2)를 순차적으로 다수 쌍 배열시킨 후 어느 한 n형 열전 소자(3e-1)와 p형 열전 소자(3e-2)의 상부면에 설치하고, 어느 한 n형 열전 소자(3e-1)와 다른 한 p형 열전 소자(3e-2)의 하부면에 설치하고, 어느 한 p형 열전 소자(3e-2)와 다른 한 n형 열전 소자(3e-1)의 하부면에 설치하는 등 대략 "Π"형식으로 직렬 연결하여 이루어지는 구조로 이루어진다.
여기서, 상기 전극(3b)은 탄성이 높은 금속 재질로 이루어지되, 전기 전도도가 높은 베릴륨동 또는 인청동 등의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 전극(3b)이 탄성 및 전기 전도도가 높은 베릴륨동 또는 인청동 재질로 이루어져 있으나, 탄성 및 전기 전도도가 높다면 기타 다양한 금속 재질로 이루어지는 것도 가능하다.
한편, 상기 전극(3b)의 두께는 열전 소자의 크기와 열 전도성, 적용하고자 하는 부위의 특성에 따라 다양하게 변형가능하며, 이로 인해 다양한 설계가 가능하다.
상기 절연층(34)은 상기 n형 열전 소자(3e-1)와 p형 열전 소자(3e-2)의 상, 하부면에 구비되는 각 전극(3b)의 외측면에 구비되되, 절연 특성 및 열 전도도가 우수한 재질로 이루어질 뿐만 아니라, 그 형상의 변형 및 복원이 가능하도록 이루어진다.
여기서, 상기 절연층(34)은 졀연 특성 및 열 전도도가 높은 알루미나로 형성되는 코팅 형태로 이루어지는 것이 바람직하나, 상기 절연층(34)이 베릴리아, 질화 알루미나, DLC(Diamond-Like Carbon), 열전도성 고분자로 형성되는 코팅 형태로 이루어지는 것도 가능하다.
대안적으로는, 상기 전극이 탄성 및 전기 전도도가 높은 인청동 재질로 이루어진다.
여기서, 상기 절연층이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 알루미나로 형성되는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어진다.
대안적으로, 상기 절연층이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 베릴리아로 형성되는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어진다.
그리고, 상기 절연층이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 질화 알루미나로 형성되는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어진다.
또한, 상기 절연층이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 DLC(Diamond-Like Carbon)로 형성되는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어진다.
더불어, 상기 절연층이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 열전도성 고분자로 형성되는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어진다.
한편, 상기 절연층이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 알루미나, 베릴리아, 질화 알루미나, DLC(Diamond-Like Carbon), 열전도성 고분자 중 적어도 하나 이상을 포함하여 형성되는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어진다. 여기서, 상기 지지층이 플렉시블한 절연 재료로 이루어진다.
상기에서와 같이 중앙쪽에 열전소자(3)가 설치되고 상기 열전재료(3e)를 중심으로 양측에 동판재질의 전극(3b)이 납땜에 의해 연결 설치되어 이루어진 구조로 세라믹재로 이루어진 흡열면과 방열면이 생략되어 이루어진 구조이다.
상기 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 상기 파이프의 길이방향과 동일하게 세라믹재로 이루어진 흡열면(3c)과 방열면(3d)이 미설치된 구조의 열전재료(3e) 및 전극(3b)을 길이방향으로 연결 구성시켜 형성된 구조이다.
또한, 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 상기 열전소자의 형태를 "" 형태 및 "
Figure 112007012162711-PAT00002
" 형태로 형성시켜 사용할 수도 있다.
첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 상기 열전소자의 형태를 "
Figure 112007012162711-PAT00003
" 형태 및 "
Figure 112007012162711-PAT00004
" 형태로 형성시킬 수 있는 이유는 본 발명의 요부인 열전모듈(3)를 자유로이 변형시킬 수 있기 때문이다.
상기와 같이 플렉시블한 열전모듈의 사용상태는 첨부도면 도 6에 도시된 바와 같이 원통형의 외주를 감싸면서 설치할 수 있는 구조상의 이점이 있기 때문이다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 열전모듈를 이용한 냉각장치의 작용 효과를 설명하면 전원을 인가하여 열전모듈(3)에서 필요한 냉온을 만들어 상부에 설치된 냉저장통(1)이나 파이프에 열을 전달하게 되며 하부의 방열판(4)으로는 고온의 열을 방출하여 냉각하는 효과를 얻는다.
통상의 열전소자를 이용한 냉각장치와 그 구조와 작동에서는 동일하나 열전 모듈(3)에서 발생된 열을 냉저장통(1) 또는 파이프에 전달시 세라믹재로 이루어진 흡열면과 방열면이 없어 냉온의 열을 직접 전달하기 때문에 보다 높은 열전도율을 얻을 수 있으며, 또한 보다 빨리 방열판에 의한 고온의 열을 방열할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.
또한 상기 냉저장통(1)의 하부 면적이 넓을 때에는 첨부도면 도 4a에 도시된 바와 같이 "
Figure 112007012162711-PAT00005
" 형태의 열전소자를 이용하여 효율을 증대시킬 수 있고 또한 첨부도면 도 4b에 도시된 바와 같이 냉저장통(1) 대신 파이프를 사용할 때 파이프의 저면에 직접 고정하여 파이프의 길이와 동일하게 형성시킬 수 있는 이점이 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명은 열전모듈을 보호하는 세라믹재의 흡열면과 방열면의 설치가 생략되고 내측의 열전재료를 바로 냉저장통 또는 파이프에 직접 고정 설치하여 냉각열이 직접 전달되도록 하여 열전효율을 극대화하는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 중앙쪽에 열전모듈(3)이 설치되고 열전재료(3e)를 중심으로 양측에 동판재질의 전극(3b)이 납땜에 의해 연결 설치되며 외측으로는 세라믹기판이 설치된 열전모듈의 일측으로는 방열판(4)을 설치하고 타측으로는 냉각열을 실질적으로 필요로 하는 저장탱크/파이프에 고정 설치하여 이루어진 열전모듈을 이용한 냉각장치에 있어서,
    상기 열전모듈이 n형 열전 소자(3e-1) 및 p형 열전 소자(3e-2);
    상기 n형 열전 소자(3e-1) 및 p형 열전 소자(3e-2)의 상, 하부면에 직렬로 다수개 연결되되, 탄성을 갖는 전극(3b);
    상기 각 전극(3b)의 외측에 구비되되, 절연성 및 열 전도도가 우수하며, 변형이 가능한 코팅 또는 시트(Sheet) 형태의 절연층(34); 및
    상기 n형 열전 소자(3e-1) 및 p형 열전 소자(3e-2)의 상, 하부면에 직렬로 연결되는 전극(3b) 중 어느 한 전극(3b)의 내측면에 구비되는 지지층(35);
    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플렉시블한 열전모듈을 이용한 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열전재료 및 전극을 길이방향으로 연결하여 띠 모양으로 형성시킨 것을 특징으로 하는 플렉시블한 열전모듈을 이용한 냉각장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 열전재료 및 전극을 길이방향으로 연결하여 "
    Figure 112007012162711-PAT00006
    " 모양 또는 "
    Figure 112007012162711-PAT00007
    " 모양으로 형성시킨 것을 특징으로 하는 플렉시블한 열전모듈을 이용한 냉각장치.
KR1020070013604A 2006-02-10 2007-02-09 플렉시블한 열전모듈을 이용한 냉각장치 KR20070081441A (ko)

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