KR20090131743A

KR20090131743A - 차량용 냉·온수기

Info

Publication number: KR20090131743A
Application number: KR1020080057650A
Authority: KR
Inventors: 오동훈; 이대웅; 장길상
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2009-12-30
Also published as: KR101470343B1

Abstract

본 발명은 열전소자 모듈을 이용하여 열교환 성능을 높인 차량용 냉·온수기에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 외관을 형성하는 케이스와, 상기 케이스 내부에 위치하여 냉수조와 온수조로 나누어지고, 상기 냉수조와 온수조를 구분 짓는 격벽이 중앙부에 설치된 물탱크와, 상기 물탱크를 관통하고 케이스에 의해 지지되는 배출관과, 상기 배출관의 일단에 설치되는 취수 밸브를 포함하는 차량용 냉·온수기에 있어서, 상기 격벽에 설치되고 냉각부와 발열부를 갖는 열전 모듈과, 상기 열전 모듈 양쪽으로 연장되게 설치되는 흡열용 히트 싱크 및 방열용 히트싱크로 구성된 제1 냉·온 장치를 포함한다.

냉·온수기, 열전모듈, 히터싱크

Description

차량용 냉·온수기{A WATER COOLING AND HEATING UNIT FOR VEHICLE}

본 발명은 열전소자 모듈을 이용하여 열교환 성능을 높인 차량용 냉·온수기에 관한 것이다.

일반적으로 냉·온수기는 온도를 유지하거나 물을 가열하기 위해 니켈 크롬이나 철 크롬 등의 전열선이 형성되어 있는 열선히터나 세라믹히터를 사용하게 된다. 그리고 압축된 기화상태의 냉매를 이용하여 물을 냉각시켜 사용하게 된다. 이러한 냉·온수기는 많은 부품과 장치가 필요한 구조상의 문제로 냉·온수기를 일정 수준 이하의 크기로 제작하기 힘든 실정이다.

최근에는 냉각 및 가열 구조에 있어 소형화되고 설치가 간단한 열전 모듈을 사용하고 있다. 따라서 부피가 작고 간단한 구조의 냉·온수기 제작이 가능하게 되었다.

열전소자는 전류 캐리어가 주로 전자인 N형 반도체 소자와 전류 캐리어가 주로 정공인 P형 반도체 소자로 구성된다.

열전 모듈(Thermoelectric Module)은 열과 전기의 상호작용으로 일어나는 각종 효과를 이용하는 소자인 열전소자를 이용하여 모듈을 구성하게 된다. 이러한 열전 모듈에 (-)극을 P형 반도체, (+)극을 N형 반도체에 연결하고 직류 전원을 인가하면 전자들은 시스템을 통과하는데 필요한 에너지를 얻게 된다. 그리고 N형 반도체로부터 P형 반도체로 전자가 이동하는 과정에서, 전자들이 열에너지를 흡수하는 면은 냉각되며, 전자들이 열에너지를 방출하는 반대쪽 면은 가열되게 된다.

상기 열전 모듈에 인가되는 직류 전압의 극성을 바꾸어 연결하게 되면 열전 모듈의 발열부와 흡열부의 작용을 서로 바꿀 수 있다.

그런데, 종래의 냉·온수기에 사용되는 열전모듈은 발열부 또는 흡열부 중 한쪽 부분만 사용하여, 열전 모듈에서 발생된 에너지의 일부를 버리게 됨으로써 에너지를 효율적으로 이용하지 못할 뿐만 아니라, 열전 모듈과 열 전달부의 열교환 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.

한편, 종래의 냉·온수기는 냉수 또는 온수를 강제로 대류시키는 대류수단이 구비되어 있지 않으므로 열교환 성능을 높이는데 한계가 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 결점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 보다 큰 열효율을 얻기 위해 물의 냉각 및 가열구조를 개선하여, 열의 손실을 줄이면서 열교환 성능을 높인 차량용 냉·온수기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 외관을 형성하는 케이스와, 상기 케이스 내부에 위치하여 냉수조와 온수조로 나누어지고, 상기 냉수조와 온수조를 구분 짓는 격벽이 중앙부에 설치된 물탱크와, 상기 물탱크를 관통하고 케이스에 의해 지지되는 배출관과, 상기 배출관의 일단에 설치되는 취수 밸브를 포함하는 차량용 냉·온수기에 있어서, 상기 격벽에 설치되고 냉각부와 발열부를 갖는 열전 모듈과, 상기 열전 모듈 양쪽으로 연장되게 설치되는 흡열용 히트 싱크 및 방열용 히트싱크로 구성된 제1 냉·온 장치를 포함한다.

상기 냉수조와 온수조 내부에 각각 설치된 회전날개와, 상기 회전날개와 축결합되어 그 회전날개를 회전시키는 모터로 구성된 대류수단을 더 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 차량용 냉·온수기에 의하면, 열전 모듈의 흡열부와 발열부 를 모두 사용함과 아울러, 냉수조와 온수조에 저장된 물을 회전날개로 강제 대류시킴으로써 열교환 성능을 크게 높일 수 있다.

또한, 열전소자 모듈에서 방출되는 열을 손실 없이 온수로 전달하여 가열과 일정 온도를 유지시키고, 열을 손실 없이 흡열하여 외부로 방출하여 냉각 기능을 원활하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 예시도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 차량용 냉·온수기(1)의 분해 사시도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 냉·온수기(1)는 케이스(100), 물탱크(200), 배출관(300) 및 취수밸브(400)로 구성될 수 있다.

상기 케이스(100)는 냉·온수기(1)의 외관을 형성한다. 여기서 케이스(100)의 상단부를 개폐할 수 있도록 덮개(110)를 가질 수 있다. 이러한 덮개(110)는 힌지를 이용하여 개폐가 가능하며 냉·온수기(1)의 청소나 물탱크(200)에 쉽게 물을 공급하는 편리함을 제공할 수 있다.

그리고 케이스(100) 측면에는 케이스(100) 내부의 공기의 배출을 위해 공기 배출구(120)가 형성될 수도 있다.

상기 물탱크(200)는 케이스(100) 내부에 위치하여 고정되며 물을 저장한다. 또한, 상기 케이스(100)와 물탱크(200)의 사이에는 물탱크(200)의 유동을 방지하기 위한 고정 수단이 더 설치될 수 있다.

상기 물탱크(200)는 내용물의 열 손실을 막기 위해 외벽과 내벽 사이에 단열층인 공기층 또는 진공 공간을 형성할 수 있다. 그리고 케이스(100)와 물탱크(200) 사이의 공간에 단열재가 내장되게 형성될 수 있다.

상기 배출관(300)은 선단이 상기 물탱크(200)와 연통되면서 상기 케이스(100)에 관통되도록 되어, 상기 물탱크(200) 내부에 저장된 물이 외부로 배출되도록 되어 있다.

상기 취수 밸브(400)는 외부로 돌출된 배출관(300) 일단에 설치된다. 취수 밸브(400)는 지렛대의 원리를 이용하여 작은 힘으로도 취수 밸브(400)의 개폐가 가능하다. 이러한 취수 밸브(400)의 조절을 통해 배출되는 물의 양을 조절하여 음용 하게 된다.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 물탱크의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 물탱크의 단면 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 물탱크(200)는 냉수조(210), 온수조(220), 격벽(230), 제1 냉·온 장치(240), 제2 냉·온 장치(250), 제3 냉·온 장치(260), 회전날개(270), 모터(280) 및 격막(290)으로 구성될 수 있다.

상기 물탱크(200)는 냉수조(210)와 온수조(220)로 구획되어 있다. 즉 상기 물탱크(200)는 상기 냉수조(210)와 온수조(220) 사이에 격벽(230)이 형성되어 구획 되도록 되어 있다.

상기 냉수조(210)는 물을 공급받아 냉각된 물이 저장되는 저장고로써 물탱크(200)의 좌측에 위치할 수 있다.

상기 온수조(220)는 공급받은 물을 가열하여 저장하며 물탱크(200)의 우측에 위치할 수 있다.

상기 격벽(230)은 냉수조(210)에 저장된 냉수와 온수조(220)에 저장된 온수가 서로 열교환이 이루어지지 않도록 하는 역할을 한다. 이러한 격벽(230)은 물탱크(200)와 같이 벽면 사이에 단열재를 내장시켜 구성될 수도 있고, 공기층 또는 진공층을 형성하여 구성될 수도 있다.

상기 제1 냉·온 장치(240)는 격벽(230)에 고정 설치되어, 물을 가열 및 냉각한다. 여기서, 제1 냉·온 장치(240)는 열전 모듈(241)과 히트 싱크(245)로 구성될 수 있다.

상기 열전 모듈(241)은 격벽(230)에 관통되게 설치되어 있고, 냉수 또는 온수와 직접 접촉되도록 되어 물에 대한 저항성을 갖도록 되어 있다. 열전 모듈(241)의 일정 면적을 가지고 열전 소자를 통해 냉각이 이루어지는 냉각부(241a)는 냉수조(210) 방향으로 노출되고, 발열이 이루어지는 발열부(241b)는 온수조(220) 방향으로 노출되어 위치한다.

상기 열전 모듈(241)에는 상기 냉각부(241a)에 설치되는 흡열용 히트싱크(245)와 상기 발열부(241b)에 설치되는 방열용 히트 싱크(246)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 흡열용 히트 싱크(245)는 상기 열전 모듈(241)의 냉각부(241a)로 부터 열을 흡수하여 상기 냉수조(210)로 열전달시킨다. 또한, 상기 방열용 히트 싱크(246)는 상기 열전 모듈(241)의 발열부(241b)로부터 열을 흡수하여 상기 온수조(220)로 열전달 시킨다. 상기 히트 싱크(245,246)에는 복수개의 방열핀(245a,246a)이 돌출되게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 방열핀(245a,246a)은 판상의 형태로 구성될 수도 있으며, 압축형 휜 또는 루버휜 등으로 제작할 수 있다. 이러한 방열핀(245a,246a)은 열전 모듈(241)에서 발생된 열과 물탱크(200)에 저장된 물의 열교환을 촉진시킬 수 있다.

여기서 열전 모듈(241)의 발열부(241b)는 냉각부(241a)에 비해 높은 열량을 가지는 특성을 가진다. 따라서, 상기 방열용 히트 싱크(246)는 상기 흡열용 히트 싱크(245)에 비하여 더 크게 제작하는 것이 바람직하다.

상기 히트 싱크(245,246)는 상기 열전 모듈(241)의 열을 전도시키게 되므로 열전달이 우수한 재질로 제작되는 것이 바람직하다. 즉 상기 히트 싱크(245,246)는 우리가 직접 음용하는 물과 접촉하기 때문에 인체에 무해한 스테인레스, 알루미늄, 은 재질로 구성할 수 있다.

또한, 상기 히트 싱크(245,246)는 살균 및 정화작용을 돕는 성분을 코팅하여 제작할 수도 있다.

이러한 제1 냉·온 장치(240)는 상기 흡열용 히트 싱크(245)와 방열용 히트 싱크(246)를 사용하여 냉수조(210)의 온도를 내리고 동시에 온수조(220)의 온도를 높이게 된다.

상기 제2 냉·온 장치(250)는 제1 냉·온 장치와 같은 형상과 기능으로, 물 탱크(200)의 냉수조(210)의 일측에 관통결합되어 설치될 수 있다. 상기 제2 냉·온 장치(250)의 발열부와 히트 싱크는 물탱크(200)의 외측으로 돌출되어 형성되고, 냉각부와 히트 싱크는 냉수조(210) 내부로 돌출 형성된다. 따라서 냉수조(210)에 저장된 물에 냉기를 전달하여 물을 냉각할 수 있다.

제2 냉·온 장치(250)의 발열부에는 히트 싱크에 인접하여 열을 강제 냉각시킬 수 있는 제2 냉각팬(255)이 더 설치된다. 이렇게 형성된 제2 냉각팬(255)은 히트 싱크에서 발생하는 열이나 케이스(100) 내부의 열을 강제로 외부로 방출하여 제2 냉·온 장치(250)의 냉각효율을 높일 수 있다.

상기 제3 냉·온 장치(260)는 온수조(220)의 일측에 관통결합되어 설치될 수 있다. 제3 냉·온 장치(260)는 제2 냉·온 장치(250)와 같은 형상과 기능으로 형성되며, 냉각부와 히트 싱크는 외측으로 돌출되어 형성되고, 발열부와 히트 싱크는 온수조(220) 내부에 돌출 형성된다. 따라서 온수조(220)에 저장된 물을 가열하는 역할을 한다.

이러한 제3 냉·온 장치(260)의 냉각부에 위치한 히트 싱크에 인접하여 냉기를 강제로 배출시킬 수 있는 제3 송풍팬(265)이 더 설치될 수 있다. 상기 제3 송풍팬(265)은 히트 싱크의 냉기나 케이스(100) 내부의 공기를 외부로 방출하여 제3 냉·온 장치(260)의 발열효율을 높일 수 있다.

이때 제2 냉·온 장치(250)와 제3 냉·온 장치(260)는 적정 수온의 냉·온수가 유지될 수 있도록 전류의 차단과 공급이 반복되어 일어날 수도 있다.

상기 회전날개(270)와 모터(280)는 냉수조(210) 및 온수조(220)에 저장된 물 을 강제로 대류시키는 대류수단으로 구성되어 있다. 즉 상기 냉수조(210) 및 온수조(220)에 저장된 물을 대류시켜 냉·온 장치의 열교환 성능을 높이는 역할을 하게 된다.

상기 회전날개(270)는 상기 냉수조(210)와 온수조(220) 내부에 각각 설치되어 있다. 상기 모터(280)는 상기 회전날개(270)와 축결합되어 그 회전날개를 시계 또는 반시계 방향으로 회전시키도록 되어 있다.

상기 온수조(220)의 회전날개(270)는 상기 냉수조(210)의 회전날개(270)의 크기와 같거나 더 크게 구성될 수 있다.

상기 모터(280)는 상기 회전날개(270)의 회전력을 높이기 위해 상기 냉수조(210) 및 온수조(220) 상부에 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 냉수조(210)와 온수조(220)에 설치된 회전날개(270)의 크기가 같을 경우, 온수조(220)에 설치된 회전날개(270)를 냉수조(210)에 설치된 회전날개(270)보다 빠르게 회전시켜 열교환 성능을 높일 수도 있다.

상기 격막(290)은 회전날개(270)의 회전시 저장된 물이 원심력을 받아 외부로 흘러넘치는 것을 방지하기 위해 설치된다.

한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 사용자의 기호에 적합한 온도의 물을 설정하는 설정부나 제어부를 더 포함시켜 구성할 수도 있다. 더욱이 냉·온수조(210, 220)에 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함시켜 구성할 있는 것은 물론이다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예 를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 다른 냉·온수기의 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 물탱크의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 물탱크의 단면 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

100: 케이스 110: 덮개

200: 물탱크 210: 냉수조

220: 온수조 230: 격벽

240: 제1 냉·온 장치 250: 제2 냉·온 장치

260: 제3 냉·온 장치 270: 회전 날개

280: 모터 290: 격막

300: 배출관 400: 취수 밸브

Claims

외관을 형성하는 케이스(100)와 상기 케이스(100) 내부에 위치하여 냉수조(210)와 온수조(220)로 나누어지고, 상기 냉수조(210)와 온수조(220)를 구분 짓는 격벽(230)이 중앙부에 설치된 물탱크(200)와 상기 물탱크(200)를 관통하고 케이스(100)에 의해 지지되는 배출관(300)과 상기 배출관(300)의 일단에 설치되는 취수 밸브(400)를 포함하는 차량용 냉·온수기에 있어서,

상기 격벽(230)에 설치되고 냉각부(241a)와 발열부(241b)를 갖는 열전 모듈(241)과, 상기 열전 모듈(241) 양쪽으로 연장되게 설치되는 흡열용 히트 싱크(245) 및 방열용 히트싱크(246)로 구성된 제1 냉·온 장치(240)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉·온수기.
제 1 항에 있어서,

상기 흡열용 히트 싱크(245)는 상기 열전 모듈(241)의 냉각부(241a)에 설치되어 상기 냉수조(210) 방향으로 노출되고,

상기 방열용 히트 싱크(246)는 상기 열전 모듈(241)의 발열부(241b)에 설치되어 상기 온수조(220) 방향으로 노출된 것을 특징으로 하는 차량용 냉·온수기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 방열용 히트 싱크(246)는 상기 흡열용 히트 싱크(245)에 비하여 크게 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 냉·온수기.
제 1 항에 있어서,

상기 냉수조(210)와 온수조(220) 내부에 각각 설치된 회전날개(270)와, 상기 회전날개(270)와 축결합되어 그 회전날개를 회전시키는 모터(280)로 구성된 대류수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉·온수기.
제 1 항에 있어서,

상기 히트 싱크(245)는 스테인레스, 알루미늄, 은 재질로 제작된 것을 특징으로 하는 차량용 냉·온수기.