KR20070114097A - 휴대용 냉방장치 - Google Patents

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KR20070114097A
KR20070114097A KR1020070113366A KR20070113366A KR20070114097A KR 20070114097 A KR20070114097 A KR 20070114097A KR 1020070113366 A KR1020070113366 A KR 1020070113366A KR 20070113366 A KR20070113366 A KR 20070113366A KR 20070114097 A KR20070114097 A KR 20070114097A
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이성화
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 사용자에게 개인적으로 냉방기류를 제공할 수 있을 뿐 아니라 부피가 작아 손쉽게 이동이 가능한 휴대용 냉방장치에 관한 것으로써, 열전모듈을 이용하여 흡열부에서 흡열작용이 이루어지도록 하여 냉기를 생성시키는 동시에 방열부에서 증발냉각에 의해 방열작용이 이루어지도록 하여 냉방효율을 향상시킬 뿐 아니라 제품의 중량 및 크기를 줄일 수 있어 사용자가 장소를 옮기면서도 사용이 가능하고, 압축기가 생략될 수 있어 소음 및 진동이 없는 쾌적한 환경을 제공할 수 있으며, 개인의 성향에 맞도록 냉방을 조절하여 만족도를 높을 수 있는 이점이 있다.
휴대용, 냉방장치, 열전모듈, 증발냉각

Description

휴대용 냉방장치{PORTABLE AIR-CONDITIONER}
본 발명은 사용자에게 개인적으로 냉방기류를 제공할 수 있을 뿐 아니라 부피가 작아 손쉽게 이동이 가능한 휴대용 냉방장치에 관한 것이다.
일반적으로 냉방장치는 냉동사이클을 이용하여 주거공간, 레스토랑, 또는 사무실 등의 실내 공간을 쾌적하게 냉방시키는 장치로써, 냉동사이클을 이용한 냉방장치의 작동이 도시된 도 1을 참조로 하여 살펴보면 다음과 같다.
보통, 냉동사이클을 이용한 냉방장치는 냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키는 압축기(2)와, 상기 압축기(2)를 통과한 냉매를 고온고압의 액체냉매로 응축시키는 응축기(4)와, 상기 응축기(4)를 통과한 냉매를 저온저압의 냉매로 감압시키는 모세관 또는 전자팽창밸브 등과 같은 팽창수단(6)과, 상기 팽창수단(6)을 통과한 냉매를 저온저압의 기체냉매로 증발시키는 증발기(8)가 냉매배관에 의해 서로 연결되도록 설치된다.
아울러, 상기 응축기(4) 일측에는 실외공기를 상기 응축기(4) 측으로 강제 송풍시키도록 방열팬(12) 및 모터(미도시)가 포함된 실외송풍수단(미도시)이 구비되고, 상기 증발기(8) 일측에는 실내공기를 상기 증발기(8) 측으로 강제 송풍시키 도록 냉각팬(14) 및 모터(미도시)가 포함된 실내송풍수단(미도시)이 구비된다.
이때, 상기 응축기(4)를 통과하는 냉매는 실외공기와 열교환 작용을 하면서 응축되고, 상기 증발기(8)를 통과하는 냉매는 실내공기와 열교환 작용을 하면서 증발되는 동시에 실내공기를 냉각시키게 된다.
물론, 상기 압축기(2) 및 방열팬(12)과 냉각팬(14)을 구동시키는 모터의 작동은 제어부(미도시)에 의해 제어되며, 냉방시키고자 하는 실내공간의 크기에 따라 압축기(2) 및 방열팬(12)과 냉각팬(14)의 용량이 결정될 뿐 아니라 상기 제어부에 의해 그 작동이 조절된다.
상기와 같이 구성된 냉방장치는 압축기(2), 응축기(4), 팽창수단(6), 증발기(8) 및 실외송풍수단과 실내송풍수단이 하나의 유닛에 포함되도록 제작되어 벽 또는 창문에 고정되도록 설치되거나, 압축기(2), 응축기(4), 팽창수단(6) 및 실외송풍수단이 하나의 실외유닛으로 제작되어 실외공간에 고정되도록 설치되는 동시에 증발기(8) 및 실내송풍수단이 하나의 실내유닛으로 제작되어 실내공간에 고정되도록 설치된다.
이와 같이 구성된 냉방장치는 상기 압축기(2)가 작동됨에 따라 냉매가 냉동사이클을 따라 순환되는 동시에 상기 방열팬(12) 및 냉각팬(14)이 별도로 구동되어 실외공기 및 실내공기가 각각 상기 응축기(4) 및 증발기(8) 측으로 강제 송풍된다.
구체적으로, 상기 압축기(2)가 작동됨에 따라 냉매가 고온고압의 기체냉매로 압축되고, 상기 압축기(2)를 통과한 냉매는 상기 응축기(4)를 통과하면서 실외공기와 열교환 작용을 하면서 고온고압의 액체냉매로 응축된 다음, 상기 응축기(4)를 통과한 냉매는 상기 팽창수단(6)을 통과하면서 팽창되어 저온저압의 냉매로 감압되고, 상기 팽창수단(6)을 통과한 냉매는 상기 증발기(8)를 통과하면서 실내공기와 열교환 작용을 하면서 저온저압의 기체냉매로 증발되는 동시에 실내공기를 냉각시킨다.
아울러, 상기 방열팬(12)이 작동됨에 따라 실외공기를 상기 응축기(4) 측으로 강제 송풍시킴으로 상기 응축기(4)를 통과하는 냉매와 실외공기 사이에 열교환 작용이 활발하게 이루어지도록 하고, 상기 냉각팬(14) 역시 작동됨에 따라 실내공기를 상기 증발기(8) 측으로 강제 송풍시킴으로 상기 증발기(8)를 통과하는 냉매와 실내공기 사이에 열교환 작용이 활발하게 이루어지도록 한다.
그러나, 종래 기술에 따른 냉방장치는 냉매가 고압으로 압축되기 때문에 고압의 냉매가 순환하는 압축기 및 냉매배관 등이 높은 내압성이 요구되어 그 중량 및 크기가 크고, 각종 구성 요소들이 냉매배관에 의해 서로 연결되기 때문에 설치 및 이동이 제한될 뿐 아니라 사용자가 다른 공간으로 이동하는 경우에는 냉방 효과를 전혀 기대할 수 없다.
또한, 종래 기술에 따른 냉방장치는 압축기가 다른 구성 요소들과 냉매배관으로 연결되도록 설치되기 때문에 압축기의 진동 및 소음이 실내 측으로 전달되어 사용자에게 불쾌감을 줄 수 있고, 보통 프레온 계열의 냉매가 사용됨에 따라 환경오염의 원인이 된다.
또한, 종래 기술에 따른 냉방장치는 실내공간 전체를 냉방하도록 작동되기 때문에 실내에 있는 사용자 전체의 개인적인 성향을 모두 만족시킬 수 없을 뿐 아 니라 실내공간 중 사용자가 위치되지 않는 부분도 모두 냉방됨으로 냉방효율이 떨어지게 되는 문제점도 있다.
이에 따라 본 발명은 사용자가 장소를 이동하면서 사용할 수 있도록 중량 및 크기가 작은 휴대용 냉방장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 소음 및 진동이 없을 뿐 아니라 냉매를 사용하지 않으므로 쾌적한 환경을 제공하는 휴대용 냉방장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사용자 개인의 성향에 맞도록 냉방을 조절하여 만족도를 높일 수 있을 뿐 아니라 냉방효율을 향상시킬 수 있는 휴대용 냉방장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 주변 열을 흡수하는 복수개의 흡열핀을 갖는 흡열부와 주변으로 열을 발산하는 복수개의 방열핀을 갖는 방열부가 서로 대향되는 부분에 형성되어 전류가 공급되면 흡열작용과 방열작용이 동시에 이루어지는 열전모듈과, 흡열부 측으로 공기를 송풍시켜 흡열부와 공기 사이의 열교환 작용이 이루어지도록 하는 냉각팬을 포함하는 송풍수단과, 방열부 측에 설치되어 방열부를 냉각시키는 방열수단과, 열전 모듈, 송풍수단 및 방열수단의 작동을 조절하는 제어부를 포함하는 휴대용 냉방장치에 있어서, 방열수단은, 공기의 유동을 안내하고, 그 내부에서 흐르는 공기에 방열핀이 노출되도록 설치되는 방열 유로 가이드와, 공급되는 물을 방열 유로 가이드 내에서 방열핀 표면으로 분무시키는 스프레이 노즐과, 방열핀 표면으로 공기를 강제로 송풍시켜 분무 된 물을 증발시킴으로써 방열부를 냉각시키는 방열팬을 포함하는 휴대용 냉방장치를 제공한다.
여기서, 방열 유로 가이드는, 바람직하게는 방열 유로 가이드의 상부에 형성되어 공기가 흡입되는 흡입구와, 방열 유로 가이드의 하부에 형성되어 공기가 토출되는 토출구를 포함하여, 방열 유로 가이드 내에서 공기는 상측으로부터 하측으로 흐르는 것이 좋다.
또한, 스프레이 노즐은, 방열부의 상부에 설치되어 중력 방향으로 물을 분사하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 스프레이 노즐에서, 물이 분사되는 홀은 방열부의 상측을 향하도록 설치되어 분무된 물이 방열부의 상측으로부터 하측으로 방열부를 따라 흘러내리는 것이 더욱 바람직하다.
더불어, 방열팬은, 방열 유로 가이드 내부에서 공기가 흡입되는 흡입구 쪽에 설치될 수 있다.
이 경우, 방열 유로 가이드 내부에서의 공기의 흐름 방향으로 볼 때, 방열팬, 스프레이 노즐, 방열부 순서로 방열 유로 가이드 내에 설치되는 것이 더욱 바람직하다.
이 경우 또한, 방열팬은 풍량과 소음을 동시에 고려하는 경우, 크로스 플로우 팬인 것이 바람직하다.
더불어, 방열 유로 가이드 하측에 설치되어 스프레이 노즐로부터 분무된 물을 회수 및 저장하는 저수용 탱크를 포함하는 것이 유리하다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 따르면, 주변 열을 흡수하는 흡열부와 주변으로 열을 발산하는 방열부가 서로 대향되는 부분에 형성되어 전류가 공급되면 흡열작용과 방열작용이 동시에 이루어지는 열전모듈과, 흡열부 측으로 공기를 송풍시켜 흡열부와 공기 사이의 열교환 작용이 이루어지도록 하는 냉각팬을 포함하는 송풍수단과, 방열부 측에 설치되어 방열부를 냉각시키는 방열수단과, 열전 모듈, 송풍수단 및 방열수단의 작동을 조절하는 제어부를 포함하는 휴대용 냉방장치에 있어서, 방열수단은, 방열부로 물을 분무시키기 위한 스프레이 노즐을 포함하고, 스프레이 노즐로부터 방열부로 분무된 물이 증발하여 방열부를 냉각시키는 휴대용 냉방장치를 제공한다.
본 발명에서, 상기 열전모듈은 한 쌍의 P-형 반도체와 N-형 반도체로 이루어지고, 상기 P-형 반도체와 N-형 반도체의 양단에 상기 흡열부와 방열부가 형성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 열전모듈은 복수개가 직렬 연결되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 흡열부에는 전열면적을 넓히기 위하여 복수개의 흡열핀이 설치되고, 상기 방열부에도 역시 복수개의 방열핀이 설치되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에서, 상기 송풍수단은 공기가 흡,토출되는 흡입구 및 토출구가 형성됨과 아울러 상기 흡입구 및 토출구 사이에 상기 흡열부가 내장되도록 설치되어 공기를 안내하는 흡열 유로 가이드와, 상기 흡열 유로 가이드의 내측에 설치되어 공기를 상기 흡열 유로 가이드를 따라 송풍시키는 냉각팬 및 모터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 흡열 유로 가이드는 상기 흡입구가 하측에 형성되고, 상기 토출구가 상측에 형성되며, 상기 냉각팬은 상기 토출구 내측에 설치되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 냉각팬은 크로스 플로우 팬(Cross flow fan)인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에서, 상기 방열수단은 물을 펌핑시키는 펌프와, 상기 방열부 측으로 공기를 송풍시켜 스프레이 노즐에서 방열부로 분무된 물이 증발되면서 방열부를 냉각시키는 방열팬 및 모터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 방열수단은 공기가 흡,토출되는 흡입구 및 토출구가 형성됨과 아울러 상기 흡입구 및 토출구 사이에 상기 방열부가 내장되도록 설치되어 공기를 안내하는 방열 유로 가이드가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 방열 유로 가이드는 상기 흡입구가 상부에 형성됨과 아울러 상기 토출구가 하부에 형성되며, 상기 방열팬은 상기 흡입구 내측에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방열수단은 상기 방열 유로 가이드 하부에 설치되어 상기 스프레이 노즐에서 분무된 물이 회수됨과 아울러 물이 저장되는 저수용 탱크와, 상기 저수용 탱크에 저장된 물을 상기 스프레이 노즐로 펌핑시키는 펌프가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 스프레이 노즐은 상기 방열부 상측으로부터 물이 분무될 수 있도록 상기 방열 유로 가이드의 흡입구 내측에 설치되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성되어 작동되는 본 발명의 장점은 다음과 같다.
첫째, 본 발명에 의한 휴대용 냉방장치는 열전모듈을 이용하여 흡열작용이 이루어지는 흡열부에서 공기가 열교환 작용을 통하여 냉기가 생성되도록 하기 때문에 제품의 중량 및 크기를 줄일 수 있어 사용자가 장소를 이동하면서 휴대하여 사용할 수 있는 이점이 있다.
둘째, 본 발명에 의한 휴대용 냉방장치는 열전모듈을 이용하여 열전(thermoelectric) 과정에 냉동사이클을 구성하기 때문에 압축기를 생략할 수 있으므로 소음 및 진동이 발생되지 않아 쾌적한 환경을 제공할 수 있고, 아울러 별도의 냉매가 사용되지 않으므로 환경오염을 줄일 수 있는 이점이 있다.
셋째, 본 발명에 의한 휴대용 냉방장치는 사용자가 위치한 부분에만 개인적으로 냉방할 수 있기 때문에 사용자 개인의 성향에 맞도록 냉방을 조절할 수 있어 개인 만족도를 높일 수 있고, 아울러 열전모듈에서 방열부를 증발 냉각시키기 때문에 방열부를 신속하게 방열시킬 뿐 아니라 흡열부와 방열부 사이에 전도에 의한 열전달을 차단시킴으로 냉방효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
도 2는 본 발명에 따른 휴대용 냉방장치가 도시된 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 휴대용 냉방장치의 주요부가 도시된 측단면도이다.
본 발명에 따른 휴대용 냉방장치는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 서로 대향되는 부분에 흡열부(52) 및 방열부(54)가 형성되어 전류가 공급되면 상기 흡열부(52)에서 주변 열을 흡수하는 흡열작용이 이루어지는 동시에 상기 방열부(54)에서 주변으로 열을 발산하는 방열작용이 이루어지는 열전모듈(50)과, 상기 흡열부(52) 측에 설치되어 공기를 상기 흡열부(52) 측으로 송풍시켜 상기 흡열부(52)와 공기 사이에 열교환 작용이 이루어지도록 하는 송풍수단(60)과, 상기 방열부(54) 측에 설치되어 상기 방열부(54) 측으로 물을 분사하여 증발 냉각시키는 방열수단(70)과, 상기 열전모듈(50)과 송풍수단(60) 및 방열수단(70)의 작동을 조절하는 제어부(80)로 이루어진다.
구체적으로, 상기 열전모듈(50)은 에너지 변환 재료인 열전반도체를 기본 소재로 사용한 칩형 전자냉각소재로서, 전자가 부족한 P-형 반도체(P)와 초과전자를 가진 N-형 반도체(N) 한 쌍으로 이루어지되, 상기 P-형 반도체(P)와 N-형 반도체(P)는 복수개가 교대로 일단이 금속전극에 의해 전기적으로 직렬로 연결되도록 설치되고, 직류 전압이 공급되는 경우 서로 다른 반도체 내에서 같은 방향으로 전자가 열을 이동시킴으로 상기 P-형 반도체(P)와 N-형 반도체(N)의 일단에는 흡열작용이 일어나는 흡열부(52)가 형성되는 동시에 상기 P-형 반도체(P)와 N-형 반도체(N)의 타단에는 방열작용이 일어나는 방열부(54)가 형성된다.
여기서, 상기 열전모듈(50)은 상기 P-형 반도체(P)와 N-형 반도체(N)의 양단에 열전달이 직접 이루어지도록 하기 위하여 각각 세라믹 등과 같은 전열판(52a,54a)이 연결되도록 설치되고, 상기 흡열부(52) 측 전열판(흡열판 : 52a)에 는 흡열면적을 넓히기 위하여 복수개의 흡열핀(52b)이 형성됨과 아울러 상기 방열부(54) 측 전열판(방열판 : 54a)에는 방열면적을 넓히기 위하여 복수개의 방열핀(54b)이 형성되며, 상기 P-형 반도체(P)와 N-형 반도체(N)를 연결하는 전극이 상기 전열판(52a,54a)에 납땜 등의 방법으로 고정된다.
이때, 상기 열전모듈(50)은 상기 흡열부(52)와 방열부(54) 사이의 일부에 단열벽(56)이 끼움됨과 아울러 상기 P-형 반도체(P)와 N-형 반도체(N)가 구획벽(57)에 내장되도록 구성되어 상기 단열벽(56)에 의해 상기 방열부(54) 측의 열이 상기 흡열부(52) 측으로 전도에 의해 열전달되는 것을 지연시키는 동시에 상기 구획벽(57)에 의해 상기 흡열부(52) 측의 공간과 방열부(54) 측의 공간이 구획되도록 하여 각각의 공간으로 유동되는 공기 사이에 대류에 의한 열전달이 이루어지지 않도록 하여 열교환 효율을 높일 수 있다.
아울러, 상기 금속전극에는 직류전원(DC power supply : 58)이 연결되어 설정전압이 공급되도록 하되, 이때 상기 설정전압은 상기 열전모듈(50)에 상기 설정전압이 공급되는 경우 상기 흡열부(52)가 일정한 온도 이하로 낮아지도록 하는 동시에 상기 방열부(54)가 일정한 온도 이상으로 높아지지 않도록 하여 냉방성능을 향상시킬 수 있도록 결정된다.
이와 같은, 상기 열전모듈은 펠티어 효과를 이용한 것으로써, 이러한 펠티어 효과는 프랑스 물리학자 'ATHAHASE PELTIER(1785-1845)' 에 의해 발견된 현상으로 이종의 금속으로 루프를 형성하고, 루프 중간에 전류를 흘리면 한 쪽 접합부에서는 열이 발생되는 동시에 다른 접합부에서는 열을 흡수하는 현상을 말한다.
다음, 상기 송풍수단(60)은 상기 흡열부(52) 측의 흡열판(52a) 및 흡열핀(52b)이 내장되도록 상기 구획벽(57)의 일측에 고정 설치되어 흡입구(62a) 및 토출구(62b) 사이의 공기가 유동되는 유로를 형성하는 흡열 유로 가이드(62)와, 상기 흡열 유로 가이드(62)의 내측에 설치되어 공기를 상기 흡열 유로 가이드(62)를 따라 송풍시키는 냉각팬(64) 및 모터(미도시)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 흡열 유로 가이드(62)는 상대적으로 가벼운 더운 공기가 하측에서 흡입되어 상측방향으로 유동되면서 상기 흡열판(52a) 및 흡열핀(52b)과 활발하게 열교환이 이루어지도록 하기 위하여 상기 흡입구(62a)가 하측에 형성되고, 열교환되어 상대적으로 무거워진 냉기가 상측에서 토출되어 하측방향으로 유동되면서 보다 원활하게 공기가 유동될 수 있도록 하기 위하여 상기 토출구(62b)가 상측에 형성되며, 상기 흡입구(62a)와 토출구(62b) 사이에 유로는 공기의 유동손실을 최소화시키기 위하여 수직하게 형성되도록 한다.
그리고, 상기 냉각팬(64) 및 모터는 사용자에게 토출되는 냉기의 풍량이 커지도록 상기 토출구(62b) 내측에 설치되어 상기 제어부(80)에 의해 그 작동이 제어되는 것이 바람직하며, 상기 냉각팬(64)은 풍량을 높이는 동시에 소음을 저감시킬 수 있도록 크로스 플로우 팬(Cross flow fan)이 적용되는 것이 더욱 바람직하다.
아울러, 상기 흡열 유로 가이드(62)의 토출구(62b) 측에 유량계(Flow meter : 66) 및 건습구습도계(Psychrometer : 68)가 더 연결되도록 설치되어 사용자에게 토출되는 냉기의 풍량과 온도 및 습도를 측정하고, 이러한 데이터에 의해 상기 제어부(80)에서 각종 구성요소를 제어하도록 한다.
다음, 상기 방열수단(70)은 상기 방열부(54) 측의 방열판(54a) 및 방열핀(54b)이 내장되도록 상기 구획벽(57)의 타측에 고정 설치되어 흡입구(72a) 및 토출구(미도시) 사이의 공기가 유동되는 유로를 형성하는 방열 유로 가이드(72)와, 상기 방열판(54a) 및 방열핀(54b) 측으로 물을 분무시키는 스프레이 노즐(74)과, 상기 방열판(54a) 및 방열핀(54b) 측으로 공기를 송풍시켜 상기 스프레이 노즐(74)에서 상기 방열판(54a) 및 방열핀(54b)으로 분무된 물이 증발되면서 상기 방열판(54a) 및 방열핀(54b)을 냉각시키는 방열팬(76) 및 모터(미도시)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 방열 유로 가이드(72)는 상기 흡입구(72a)가 상부에 형성됨과 아울러 상기 토출구가 하부에 형성되고, 상기 방열팬(76) 및 모터는 상기 흡입구(72a) 내측에 설치되며, 상기 스프레이 노즐(74)은 상기 방열판(54a) 및 방열핀(54b)의 상측으로부터 물이 흘러내리면서 분무될 수 있도록 상기 방열팬(76) 및 모터 바로 하측에 설치되되, 물이 분사되는 홀(74h)이 상기 방열판(54a) 및 방열핀(54b) 상측을 향하도록 설치되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 방열팬(76) 및 모터 역시 상기 제어부(80)에 의해 그 작동이 제어되며, 상기 방열팬(76) 역시 풍량을 높이는 동시에 소음을 저감시킬 수 있도록 크로스 플로우 팬(Cross flow fan)이 적용되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 방열수단(70)은 상기 방열 유로 가이드(72) 하부에 설치되어 상기 스프레이 노즐(74)에서 분무된 물이 회수되어 저장되는 저수용 탱크(77)와, 상기 저수용 탱크(77)에 저장된 물을 상기 스프레이 노즐(74)로 펌핑시키는 펌 프(78)가 더 포함되도록 구성되며, 상기 펌프(78) 역시 상기 제어부(80)에 의해 그 작동이 제어된다.
다음, 상기 제어부(80)는 상기 흡열 유로 가이드의 토출구(62b) 측으로 토출되는 냉기의 풍량 및 온도와 습도 데이터를 획득하는 데이터 획득부(82)와, 상기 테이터 획득부(82)와 연결되어 이러한 데이터를 사용자가 설정한 설정값 또는 미리 저장된 기준값과 비교하여 각종 구성요소의 작동을 조절하게 되는 동작 제어부(84)로 나뉘어진다. 도면에 표시된 제어부(80)는 실험을 위한 구성도이고, 실제 제품에 적용시에는 마이콤 형태로 휴대용 냉방장치 내에 내장될 것이다.
여기서, 상기 제어부(80)는 상기 냉각팬(64) 및 방열팬(76)을 구동시키는 모터로 입력되는 직류전압을 조절하거나, 상기 펌프(78) 측으로 입력되는 직류전압을 조절하되, 냉방량(Qc) 및 성적계수(Performance factor : COP)를 고려하여 각각의 구성요소로 입력되는 직류전압을 조절한다.
물론, 상기 열전모듈(50)은 상기 직류전원과 직접 연결되어 설정전압이 공급되도록 할 수도 있지만, 상기 제어부(80)에 의해 상기 직류전원에서 입력되는 전압의 크기를 조절하여 상기 열전모듈(50)로 입력되도록 할 수도 있다.
이때, 상기 냉방량(Qc)은 상기 열전모듈의 흡열부(52)로 흡수되는 열량으로써, 하기의 [수학식 1]과 같이 표시되고, 상기 성적계수(COP)는 상기 열전모듈(50)과 냉각팬(64) 및 방열팬(76)과 펌프(78)로 입력되는 전력에 대한 냉방량의 비로써, 하기의 [수학식 2]와 같이 표시된다.
[수학식 1]
Figure 112007080027143-PAT00001
이때, 상기 Qc 는 냉방량이고, 상기 m 은 냉기의 유량이며, 상기 Cp 는 공기의 비열이고, 상기 ΔT 상기 열전모듈의 흡열부(52)를 통과하기 전/후의 공기의 온도차이다.
[수학식 2]
Figure 112007080027143-PAT00002
이때, 상기 COP 는 성적계수이고, 상기 Qc 는 상기 [수학식 1]에 도시된 냉방량이며, 상기 Wt, Wp, Wf1, Wf2 는 각각 상기 열전모듈(50), 펌프(78), 냉각팬(64), 방열팬(76)으로 공급되는 전력이다.
상기와 같이 상기 제어부(80)는 상기 냉방량(Qc)만 고려할 경우, 풍량을 증대시키는 동시에 분사되는 물의 양을 증대시킴으로 열교환량을 높일 수 있도록 상기 냉각팬(64) 및 방열팬(76)과 펌프(78) 측으로 공급되는 직류전압을 높이도록 제어하지만, 상기 냉방량(Qc)과 성적계수(COP)를 동시에 고려할 경우, 적절한 냉방량(Qc)을 얻는 동시에 각각의 구성요소로 입력되는 전력을 줄이는 동시에 일정량 이상의 냉방량(Qc)을 얻을 수 있도록 하는 최적의 직류전압이 각각의 구성요소로 입력되도록 제어한다.
도 4는 본 발명에 따른 휴대용 냉방장치가 최적상태에서 작동되는 경우 열전모듈로 입력되는 전압에 따른 냉방량 및 성적계수가 도시된 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 휴대용 냉방장치가 최적상태에서 작동되는 경우 펌프로 입력되는 전압에 따른 냉방량 및 성적계수가 도시된 그래프이며, 도 6은 본 발명에 따른 휴대용 냉방장치가 최적상태에서 작동되는 경우 냉각팬으로 입력되는 전압에 따른 냉방량 및 성적계수가 도시된 그래프이고, 도 7은 본 발명에 따른 휴대용 냉방장치가 최적상태에서 작동되는 경우 방열팬으로 입력되는 전압에 따른 냉방량 및 성적계수가 도시된 그래프이다.
상기와 같이 구성된 휴대용 냉방장치에서 냉방량(Qc) 및 성적계수(COP)를 고려하여 최적상태를 실험 데이터를 통하여 검출한 결과, 상기 열전모듈(50)과 펌프(78)와 냉각팬(64) 및 방열팬(76)으로 입력되는 전압이 각각 Vt = 18V, Vp = 6V, Vf1 = 24V, Vf2 = 24V 이고, 공기의 상대습도(Relative humidity)가 RH = 60% 이며, 공기의 온도가 Ta = 30℃ 인 상태에서 작동되는 것이 가장 바람직하다.
구체적으로, 상기 휴대용 냉방장치를 상기와 같은 최적상태에서 상기 열전모듈(50)로 입력되는 전압(Vt)을 변화시키면서 작동시키는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 열전모듈(50)로 공급되는 전압(Vt)이 15 ~ 20V 에서 냉방량(Qc) 및 성적계수(COP)가 높게 나타나되, 18V에서 최적으로 나타난다.
이는, 상기 열전모듈(50)로 입력되는 전압(Vt)이 너무 낮은 경우 상기 흡열 부(52)가 설정온도 미만으로 유지시키기 어려워 냉방량(Qc) 및 성적계수(COP)가 낮게 나타나고, 상기 열전모듈(50)로 입력되는 전압(Vt)이 너무 높은 경우 상기 방열부(54)가 과열되어 상기 방열부(54) 측에서 상기 흡열부(52) 측으로 전도에 의한 열전달이 이루어져 냉방량(Qc) 및 성적계수(COP)가 낮게 나타나기 때문에 상기 열전모듈(50)로 입력되는 전압(Vt)은 적절한 전압 범위 내에서 제어되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 열전모듈(50)로 입력되는 전압은 상기 열전모듈(50) 작동시 상기 방열부(54)에서 상기 흡열부(52)로 전도에 의한 열전달이 이루어지지 않도록 하는 전압 범위 내에서 최고의 전압이 입력되도록 제어된다.
다음, 상기 휴대용 냉방장치를 상기와 같은 최적상태에서 상기 펌프(78)로 입력되는 전압(Vp)을 변화시키면서 작동시키는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 펌프(78)로 입력되는 전압(Vp)이 6 ~ 9V 에서 냉방량(Qc) 및 성적계수(COP)가 높게 나타나되, 6V 에서 최적으로 나타난다.
이는, 상기 펌프(78)로 입력되는 전압(Vp)이 9V 에서 냉방량(Qc)이 최대이나, 상기 펌프(78)로 입력되는 전압(Vp)이 낮을수록 성적계수(COP)가 높게 나타나기 때문에 상기 펌프(78)로 입력되는 전압(Vp) 역시 적절한 전압 범위 내에서 제어되는 것이 바람직하다.
물론, 상기 펌프(78)로 입력되는 전압은 상기 열전모듈(50)의 크기와 및 스프레이 노즐(74)의 개수에 따라 결정되는 적절한 범위에서 제어된다.
다음, 상기 휴대용 냉방장치를 상기와 같은 최적상태에서 상기 냉각팬(64)으로 입력되는 전압(Vf1)을 변화시키면서 작동시키는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 냉각팬(64)으로 입력되는 전압(Vf1)이 23 ~ 24V 에서 냉방량(Qc) 및 성적계수(COP)가 높게 나타나되, 24V 에서 최적으로 나타난다.
이는, 상기 냉각팬(64)으로 입력되는 전압(Vf1)이 너무 낮은 경우 상기 냉각팬(64)이 낼 수 있는 풍량이 작아서 공기가 상기 흡열부(52)와 충분히 열교환하지 못함으로 냉방량(Qc) 및 성적계수(COP)가 낮게 나타나고, 상기 냉각팬(64)으로 입력되는 전압(Vf1)이 너무 높은 경우 상기 냉각팬(64)으로 입력되는 전력(Wf1)이 커져 성적계수(COP)가 낮게 나타나기 때문에 상기 냉각팬(64)으로 입력되는 전압(Vf1)이 적절한 전압 범위 내에서 제어되는 것이 바람직하다.
다음, 상기 휴대용 냉방장치를 상기와 같은 최적상태에서 상기 방열팬(76)으로 입력되는 전압(Vf2)을 변화시키면서 작동시키는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 방열팬(76)으로 입력되는 전압(Vf2)이 23 ~ 24V 에서 냉방량(Qc) 및 성적계수(COP)가 높게 나타나되, 24V 에서 최적으로 나타난다.
이는, 상기 방열팬(76)으로 입력되는 전압(Vf2)이 너무 낮은 경우 상기 방열 팬(76)이 낼 수 있는 풍량이 작아서 공기가 상기 방열부(54)를 충분히 증발 냉각시키지 못함으로 냉방량(Qc) 및 성적계수(COP)가 낮게 나타나고, 상기 방열팬(76)으로 입력되는 전압(Vf2)이 너무 높은 경우 상기 방열팬(76)으로 입력되는 전력(Wf2)이 커져 성적계수(COP)가 낮게 나타나기 때문에 상기 방열팬(76)으로 입력되는 전압(Vf2)이 적절한 전압 범위 내에서 제어되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 상기 제어부(70)는 상기 열전모듈(50), 펌프(78), 냉각팬(64), 방열팬(76)으로 각각 입력되는 전압을 적절한 범위 내에서 제어하되, 상기 유량계 및 건습구습도계에 의해 상기 흡열 유로 가이드의 토출구(62b)를 통하여 토출되는 냉기의 풍량 및 온도와 습도가 측정되면, 상기 데이터 입력부(82)가 이러한 데이터를 획득하고, 상기 동작 제어부(84)가 이러한 데이터를 비교 연산하여 각각의 구성요소로 입력되는 전압을 제어한다.
도 8은 본 발명에 따른 휴대용 냉방장치가 최적상태에서 작동되는 경우 공기의 습도에 따른 냉방량 및 성적계수가 도시된 그래프이고, 도 9는 본 발명에 따른 휴대용 냉방장치가 최적상태에서 작동되는 경우 공기의 온도에 따른 냉방량 및 성적계수가 도시된 그래프이다.
다음, 상기 휴대용 냉방장치를 상기와 같은 최적상태에서 공기의 상대습도(RH)를 변화시키면서 작동시키는 경우, 도 8에 도시된 바와 같이 공기의 상대습도(RH)가 60% 이하에서 냉방량(Qc) 및 성적계수(COP)가 높게 나타난다.
이는, 상기 휴대용 냉방장치가 공기의 상대습도(RH)가 너무 높은 장소에서 사용되는 경우 상기 열전모듈의 방열부(54) 측에서 증발 냉각이 원활하게 이루어지지 않으므로 냉방량(Qc) 및 성적계수(COP)가 낮아지기 때문에 공기의 상대습도(RH)가 일정한 습도(예를들면, RH=60%)보다 더 낮은 장소에서 사용되는 것이 바람직하다.
다음, 상기 휴대용 냉방장치를 상기와 같은 최적상태에서 공기의 온도(Ta)를 변화시키면서 작동시키는 경우, 도 9에 도시된 바와 같이 공기의 온도(Ta)가 30℃ 이상에서 냉방량(Qc) 및 성적계수(COP)가 높게 나타난다.
이는, 상기 휴대용 냉방장치가 공기의 온도(Ta)가 너무 낮은 장소에서 사용되는 경우 상기 열전모듈의 흡열부(52)와 공기와 온도 차이가 작아 열전달 작용이 원활하게 이루어지지 않을 뿐 아니라 상기 열전모듈의 방열부(54) 측에서 증발냉각이 원활하게 이루어지지 않으므로 냉방량(Qc) 및 성적계수(COP)가 낮아지기 때문에 공기의 온도(Ta)가 설정온도(예를들면, Ta=30℃)보다 더 높은 장소에서 사용되는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 휴대용 냉방장치의 작동을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 열전모듈(50)에 설정된 직류전압이 공급되면, 상기 열전모듈(50)은 상기 P-형 반도체(P)와 N-형 반도체(N)에 같은 방향으로 전자가 이동됨에 따라 상기 P-형 반도체(P)와 N-형 반도체(N)의 일단에 형성된 흡열부(52)가 저온상태를 유지하면서 흡열작용이 일어나는 동시에 상기 P-형 반도체(P)와 N-형 반도체(N)의 타단에 형성된 방열부(54)가 고온상태를 유지하면서 방열작용이 일어난다.
여기서, 상기 흡열부(52) 측에 작용을 살펴보면, 상기 냉각팬(64)이 구동됨에 따라 상기 흡열 유로 가이드의 흡입구(62a)를 통하여 흡입된 공기는 상기 흡열 유로 가이드(62)를 따라 상측방향으로 유동되면서 상기 흡열판(52a) 및 흡열핀(52b)을 통과한 다음, 상기 흡열 유로 가이드의 토출구(62b) 측으로 토출되는데, 공기는 상기 흡열판(52a)과 흡열핀(52b)과 열교환 작용이 이루어짐으로 냉기가 되어 토출된다.
이때, 상기 흡열판(52a) 및 흡열핀(52b)이 공기와 접촉면적이 넓기 때문에 상기 흡열부에서는 열교환 작용이 충분하게 이루어질 뿐 아니라 상기 흡열 유로 가이드의 토출구(62b)가 상측에 형성됨으로 냉기가 상측으로부터 토출되어 하측방향으로 이동되면서 균일하게 섞이게 된다.
한편, 상기 방열부(54) 측의 작용을 살펴보면, 상기 방열팬(76)가 구동됨에 따라 상기 방열 유로 가이드의 흡입구(72a)를 통하여 흡입된 공기는 상기 방열 유로 가이드(72)를 따라 하측방향으로 유동되면서 상기 방열판(54a) 및 방열핀(54b)을 통과한 다음, 상기 방열 유로 가이드의 토출구 측으로 토출되는데, 공기는 상기 방열판(54a)과 방열핀(54b)과 열교환 작용이 이루어지도록 한다.
이와 동시에, 상기 펌프(78)가 구동됨에 따라 상기 저수용 탱크(77)에 저장된 물이 펌핑되어 상기 스프레이 노즐(74)을 통하여 상기 방열판(54a) 및 방열핀(54b) 측으로 분사되고, 상기 방열팬(76)에 의해 송풍되는 공기가 상기 방열판(54a) 및 방열핀(54b) 표면에 분사된 물을 증발시키되, 상기 방열판(54a) 및 방 열핀(54b) 표면의 물이 증발되면서 증발잠열을 흡수하면서 상기 방열부(54)에서는 증발 냉각이 이루어지도록 한다.
물론, 상기 방열판(54a) 및 방열핀(54b)으로 분사된 물의 일부는 증발되고, 나머지 물은 다시 상기 저수용 탱크(77)로 회수된다.
이때, 상기 열전모듈(50)은 상기 흡열부(52)와 방열부(54) 사이에 상기 단열벽(56)이 설치될 뿐 아니라 상기 방열부(54) 측에서 증발냉각이 이루어져 방열작용이 활발하게 이루어지기 때문에 상기 흡열부(52)와 방열부(54) 사이에 온도차가 커짐으로 인하여 전도에 의해 열전달이 이루어지는 것을 방지할 수 있어 더욱 냉각효율을 높일 수 있다.
물론, 상기 유량계(66) 및 건습구습도계(68)는 상기 흡열 유로 가이드의 토출구(62b)를 통하여 토출되는 냉기의 유량 및 온도와 습도를 측정하며, 상기 제어부(80)에서 상기 데이터 입력부(82)가 상기 유량계(66) 및 건습구습도계(68)에서 측정된 냉기의 유량 및 온도와 습도 데이터를 획득하고, 상기 동작 제어부(84)가 이러한 데이터를 사용자가 설정한 설정값 또는 미리 저장된 기준값과 비교 연산하여 상기 열전모듈(50), 펌프(78), 냉각팬(64), 방열팬(76)으로 각각 공급되는 직류전압의 크기가 제어하게 된다.
이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 휴대용 냉방장치를 예로 들어 상세하게 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
상기와 같이 구성되어 작동되는 본 발명의 장점은 다음과 같다.
첫째, 본 발명에 의한 휴대용 냉방장치는 열전모듈을 이용하여 흡열작용이 이루어지는 흡열부에서 공기가 열교환 작용을 통하여 냉기가 생성되도록 하기 때문에 제품의 중량 및 크기를 줄일 수 있어 사용자가 장소를 이동하면서 휴대하여 사용할 수 있는 이점이 있다.
둘째, 본 발명에 의한 휴대용 냉방장치는 열전모듈을 이용하여 열전(thermoelectric) 과정에 냉동사이클을 구성하기 때문에 압축기를 생략할 수 있으므로 소음 및 진동이 발생되지 않아 쾌적한 환경을 제공할 수 있고, 아울러 별도의 냉매가 사용되지 않으므로 환경오염을 줄일 수 있는 이점이 있다.
셋째, 본 발명에 의한 휴대용 냉방장치는 사용자가 위치한 부분에만 개인적으로 냉방할 수 있기 때문에 사용자 개인의 성향에 맞도록 냉방을 조절할 수 있어 개인 만족도를 높일 수 있고, 아울러 열전모듈에서 방열부를 증발 냉각시키기 때문에 방열부를 신속하게 방열시킬 뿐 아니라 흡열부와 방열부 사이에 전도에 의한 열전달을 차단시킴으로 냉방효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 특징 및 장점들은 뒤따르는 본 발명의 실시예의 상세한 설명과 함께 다음의 첨부된 도면들을 참고하여 더 잘 이해될 수 있으며, 상기 도면들 중:
도 1은 일반적인 냉동사이클을 이용한 냉방장치의 작동상태가 도시된 도면,
도 2는 본 발명에 따른 휴대용 냉방장치가 도시된 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 휴대용 냉방장치의 주요부가 도시된 측단면도,
도 4는 본 발명에 따른 휴대용 냉방장치가 최적상태에서 작동되는 경우 열전모듈로 입력되는 전압에 따른 냉방량 및 성적계수가 도시된 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 휴대용 냉방장치가 최적상태에서 작동되는 경우 펌프로 입력되는 전압에 따른 냉방량 및 성적계수가 도시된 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 휴대용 냉방장치가 최적상태에서 작동되는 경우 냉각팬으로 입력되는 전압에 따른 냉방량 및 성적계수가 도시된 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 휴대용 냉방장치가 최적상태에서 작동되는 경우 방열팬으로 입력되는 전압에 따른 냉방량 및 성적계수가 도시된 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 휴대용 냉방장치가 최적상태에서 작동되는 경우 공기의 습도에 따른 냉방량 및 성적계수가 도시된 그래프,
도 9는 본 발명에 따른 휴대용 냉방장치가 최적상태에서 작동되는 경우 공기의 온도에 따른 냉방량 및 성적계수가 도시된 그래프이다.

Claims (8)

  1. 주변 열을 흡수하는 복수개의 흡열핀을 갖는 흡열부와 주변으로 열을 발산하는 복수개의 방열핀을 갖는 방열부가 서로 대향되는 부분에 형성되어 전류가 공급되면 흡열작용과 방열작용이 동시에 이루어지는 열전모듈과,
    흡열부 측으로 공기를 송풍시켜 흡열부와 공기 사이의 열교환 작용이 이루어지도록 하는 냉각팬을 포함하는 송풍수단과,
    방열부 측에 설치되어 방열부를 냉각시키는 방열수단과,
    열전 모듈, 송풍수단 및 방열수단의 작동을 조절하는 제어부를 포함하는 휴대용 냉방장치에 있어서,
    방열수단은,
    공기의 유동을 안내하고, 그 내부에서 흐르는 공기에 방열핀이 노출되도록 설치되는 방열 유로 가이드와,
    공급되는 물을 방열 유로 가이드 내에서 방열핀 표면으로 분무시키는 스프레이 노즐과,
    방열핀 표면으로 공기를 강제로 송풍시켜 분무된 물을 증발시킴으로써 방열부를 냉각시키는 방열팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 냉방장치.
  2. 제1항에 있어서,
    방열 유로 가이드는,
    방열 유로 가이드의 상부에 형성되어 공기가 흡입되는 흡입구와,
    방열 유로 가이드의 하부에 형성되어 공기가 토출되는 토출구를 포함하여, 방열 유로 가이드 내에서 공기는 상측으로부터 하측으로 흐르는 것을 특징으로 하는 휴대용 냉방장치.
  3. 제2항에 있어서,
    스프레이 노즐은, 방열부의 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 휴대용 냉방장치.
  4. 제3항에 있어서,
    스프레이 노즐에서, 물이 분사되는 홀은 방열부의 상측을 향하도록 설치되어 분무된 물이 방열부의 상측으로부터 하측으로 방열부를 따라 흘러내리는 것을 특징으로 하는 휴대용 냉방장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    방열팬은, 방열 유로 가이드 내부에서 공기가 흡입되는 흡입구 쪽에 설치되는 것을 특징으로 하는 휴대용 냉방장치.
  6. 제5항에 있어서,
    방열 유로 가이드 내부에서의 공기의 흐름 방향으로 볼 때, 방열팬, 스프레 이 노즐, 방열부 순서로 방열 유로 가이드 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 휴대용 냉방장치.
  7. 제5항에 있어서,
    방열팬은 크로스 플로우 팬인 것을 특징으로 하는 휴대용 냉방장치.
  8. 제5항에 있어서,
    방열 유로 가이드 하측에 설치되어 스프레이 노즐로부터 분무된 물을 회수 및 저장하는 저수용 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 냉방장치.
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