KR20100138674A - 열전 냉각 모듈이 장착된 조명기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전 냉각 모듈이 장착되어 주간에 외기의 영향에 의하여 보일링 되어 데워진 히트 씽크를 태양전지에 의해 발전된 기전력으로 냉각하고 야간에는 조명기의 광원에서 발생하는 열에 의한 열전 발전의 기전력 으로 조명기를 냉각 또는 전기를 축전 하므로써 외기의 영향을 받지 않으면서 열 에너지를 직접 변환케 하는 구조의 조명기에 관한 것이다.

열전냉각. 조명기.태양전지.히트씽크. 광원.열전 발전.

Description

열전 냉각 모듈이 장착된 조명기{ Thermoelectric refrigeration module mount lighing}

본 발명은 열전 냉각 모듈이 장착되어 외기의 열과 광원의 열에 의한 기전력으로 히트씽크를 냉각 시켜주는 구조의 조명기에 관한 것으로써, 더욱 상세 하게는 외기의 온도가 높은 주간에 태양전기에서 얻어지는 전기를 사용 그 기전력으로 외기의 온도에 의해 데워진 히트씽크를 냉각하고 점등이 되는 야간에는 광원의 열에 의해 열전 발전으로 얻어진 기전력으로 히트씽크를 냉각 또는 축전하게 되는 구조의 조명기에 관한 것으로써 외기의 영향에 의한 조명기의 효율 저하를 방지하고 냉각 효율을 높여 조명기의 수명이 연장되는 효과가 있는 조명기의 구성에 관한 것이다.

외기의 온도가 높은 지역이나 하계에는 조명기가 보일링 되어 효율저하와 수명 단축의 원인이 된다. 특히 태양광량이 높은 지역의 실외기는 주변 외기온도에 의해 조명기의 냉각 장치인 히트씽크를 가온 하게 되므로 led광원과 같은 열에 민감한 조명기는 효율이 저하되고 전기소모가 높아지게 되며 고장의 원인이 되고 있다.

일반적으로 광원의 열을 방출하기 위하여 히트씽크 , 히트판넬, 히트파이프 등과 같은 방열 구조를 조명기에 실장하나 열 역학상 열은 고온에서 저온쪽으로 방출 되므로 외기의 온도가 높은 지역이나 태양 광량이 많은 하계의 주간에는 히트씽크 에서 광원으로 열을 전달하게 되어 조명기의 효율 저하로 인한 전기소모의 증가와 밝기가 감소되고 수명이 단축되는 단점이 있으며 히트파이프, 히트판넬과 같은 진공과 열 전달 유체를 사용하는 방식은 진공의 유지와 열전달 유체의 유해성에 의한 단점과 열전달 유체는 임계점 근처에서 매우 높은 증기압이 되므로 용기의 강도에 따른 재료 선정과 경계 온도의 제한이 따르는 단점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로 도1.에 도시된 바와같이

광원부(S1),방열부(S2),열전모듈부(S3),태양전지부(S7),축전부(S8)로 구성되어 진다.

본 발명에 의한 작동 원리는 태양전지 모듈(S7)에서 발생된 전기가 축전부(S8)에 저장되고,

방열부(S2)의 온도가 설정 온도 보다 높을때 축전부(S8)에서 열전모듈(S3)의 양단에 전류를 통하게 하여 열전모듈(S3)의 냉각부(S4)는 방열부(S2)를 냉각 시키게 되고,

열전모듈(S3)의 발열부(S6)의 열은 열역학 이론과 같이 외기로 열을 방출하 게 됨으로서 조명기의 보일링 현상을 방지하게 되어 조명기의 구동시 외기 온도의 영향을 받지 않게 된다.

또한 조명기의 구동시 광원(S1)에서 발생된 열이 외기의 대류 조건에 따라 방열 부(S2)에서 열을 방출 하지 못하여 광원 부(S1)의 온도가 설정온도 보다 높을시 에는 온도센서(S9)에서 신호를 받아 열전 모듈부(S3)을 구동시켜 광원(S1)을 냉각 시키므로써 외기의 온도나 대류 조건에 영향을 받지 않고 항상 최적의 상태로 조명기를 구동시켜 조명기의 효율 저하 방지와 수명 연장에 목적이 있으며, 광원의 온도 상승에 의한 전기 소비를 줄여 에너지를 절감케 하는 또 하나의 목적이 있다.

태양전지에 의해 축전된 전기를 사용함 으로서 강제 냉각을 위한 별도의 에너지가 필요 하지 않으며 외기의 조건에 영향을 받지 않아 조명기의 구동시 최적의 조건을 유지하게 됨으로써 에너지를 절약하는 효과가 있으며 광원의 효율 및 수명 저하를 방지하는 효과가 있다.

또한 히트파이프, 히트판넬 과 같이 유해 열 전달 매체를 사용하지 않으므로 환경 친화적 이며 전원 공급이 간편하고 장착이 용이하여 대량 생산이 가능하다.

본 발명은 일사량이 많은 곳의 실외 조명기의 발열부(히트씽크)가 주간에는 역으로 데워져 광원부에 열을 전달하고 조명기 내부의 보일링을 형성 하게 되어 조명기 구동시 열적 현상에 의한 조명기의 수명 단축과 효율 저하가 발생되는 것을 방지하기 위한 것으로써 더욱 상세하게는 Bi-Te계의 열전 소자에 전기를 인가하여 직접 냉각을 일으켜 조명기의 발열부(히트씽크)의 데워짐을 방지함으로써 일사량에 의한 조명기의 보일링을 차단하고 대류가 없는 조건에서 강제 냉각이 되도록 고안된 조명기 이다.

본 발명을 달성하기 위하여 태양전지에 의해 발전된 전기를 축전지에 축전하여 열전 소자에 전기를 인가 하므로써 톰슨효과에 의해 열전냉각이 이루어지도록 구성 하였다.

또한 열전 소자는 비스무쓰 텔레늄 합금을 분말 야금에 의해 조성 한 것을 사용 하였으나 상기의 비쓰무쓰 텔레늄 합금 외 에도 Pb-Te계 또는 Bi2Te3계에 Bi2Se3를 고용시킨 조성을 사용 할수도 있다.

열전 냉각기의 냉각부의 배면은 도2.와 같이 조명기의 발열부와 정-부( )로 결합 토록 하여 열전 냉각장치의 냉각부와 조명기의 발열부의 접촉면이 크도록 구성 하였다.

또한 조명기의 발열부의 표면에 온도감지기 센서로서 썸멀 스테이트를 장착하여 주간에 발생되는 역 방열에 대한 대처 외에도 대류가 약할시 저하되는 방열 효율을 향상시키기 위한 보조 방열 구성의 역할을 할 수 있게 조명기의 방열부가 설정온도 이상 상승시 축전지로부터 열전 냉각장치에 전기를 인가토록 도3.의 회로도와 같이 회로를 구성 하였다.

열전 소자의 배열은 발열 광원의 적정 온도와 외기에 의한 발열부의 온도에 비례하여 구성 한다.

상기의 목적을 달성 하기위한 전체 구성도는 도1.과 같다.

또한 열전 소자에 사용 될수있는 소재로써

S1 : 태양전지

S2 : 축전지

S3-1 : 발열부

S3-2 : 열전소자

S3-3 : 열전냉각기 냉각부

S4 : 조명기 방열판

S5 : 광원

S6 : 온도센서

S7 : 온도조절기

Claims (4)

1. 열전 소자를 사용하여 냉각하는 조명기.
2. 열전발전의 역 방향에 의한 열전 냉각기의 냉각부와 조명기의 방열부를 결합 시킨 조명기
3. 설정 온도 이상으로 조명기 온도 상승시 열전 냉각기를 구동 하여 보조 방열 장치로 한 조명기.
4. 태양전지와 축전지 그 두가지중 하나 이상의 방법으로 열전 냉각을 하는 조명기.

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