KR20110087409A - 열전소자를 이용한 장치 및 그 응축수제거 방법 - Google Patents

Abstract

열전소자를 포함하는 장치 및 그 응축수 제거방법이 개시된다. 상기 열전소자를 포함하는 장치는 냉각면에 적어도 하나의 열전달매체가 부착된 열전소자, 상기 적어도 하나의 열전달매체에 공기를 공급하기 위한 적어도 하나의 공기공급수단, 및 상기 공기공급수단에 의해 공급되는 공기의 유량을 제어할 수 있는 제어수단을 포함하며, 상기 제어수단에 의해 제어되는 유량의 변화에 의해 상기 적어도 하나의 열전달매체에 발생한 응축수가 제거되는 것을 특징으로 한다.

Description

열전소자를 이용한 장치 및 그 응축수제거 방법{Apparatus using thermoelectric devices and method for removing condensate from Cold Surface of the thermoelectric devices}

본 발명은 열전소자를 이용하는 냉난방 공급장치, 냉각장치, 또는 냉장장치 등과 같은 장치에 있어서, 응축수를 효율적으로 제거할 수 있는 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 열전소자(예컨대, 펠티에 열전소자)의 냉각면에 하나 이상의 열전달 판재 또는 열전달 핀 또는 히트싱크와 같은 열전달매체가 부착되어 있고, 상기 열전달매체에 기류를 공급하기 위하여 하나 이상의 팬 또는 블로워와 같은 공기공급수단이 장착된 경우에 상기 공기 공급수단으로부터 공급되는 공기가 냉각면의 열전달매체를 통과할 때 열전소자의 냉각면에 부착되어 있는 열전달매체의 차가운 표면에서 공기가 결로현상으로 응축하여 응축수가 발생되고, 상기 응축수에 의해 열전달매체의 유로가 막혀 냉방성능 및 냉각성능이 저하되는 상황에서 상기 응축수를 신속하고도 효과적으로 제거하여 장치성능을 정상화시키기 위한 응축수제거 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

열전소자(예컨대, 펠티에 열전소자)를 이용한 냉난방장치, 냉각장치 및 냉장장치는 최근 가정용, 업소용 냉장고 및 차량용 소형 냉장고 및 캔쿨러, 자동차 시트용 냉난방장치로서 많이 사용되고 있다. 열전소자는 기존의 증기압축식 콤프레서를 이용한 냉난방공급장치에 비해 구동부위가 없어서 소음과 진동이 없고, 단순히 열전소자에 DC전기 만을 공급하여 냉각과 가열이 이루어지기 때문에 냉난방장치 및 냉각장치의 소형화에 매우 유리하다.

열전소자를 이용한 냉난방장치 또는 냉장장치는 열전소자의 냉각면에 하나 이상의 열전달판재 또는 열전달핀 또는 히트싱크와 같은 열전달매체를 부착하고, 가열면에도 마찬가지로 하나 이상의 열전달 판재 또는 열전달핀 또는 히트싱크와 같은 열전달매체를 부착한 후 하나 이상의 팬 또는 블로워와 같은 공기공급수단를 이용하여 공기를 열전소자의 냉각 열전달매체와 가열 열전달매체로 공급하면 공기가 냉각면과 가열면 각각의 열전달매체를 통과하면서 냉각면 열전달매체에서는 공기가 냉각되어 열전달매체 출구에서 냉방 또는 냉장을 위한 냉기류를 공급하게되고 가열면 열전달매체에서는 공기가 가열되어 토출되어 난방을 공급할 수 있게 된다.

상기의 열전소자를 이용한 냉난방장치, 냉장장치 등은 열전소자의 냉각면과 냉각 열전달매체 표면의 온도가 습공기 선도 상의 포화온도보다 낮아지면 항상 공기 중의 습기가 상기 열전소자 냉각면 및 냉각 열전달매체 표면에서 결로현상으로 응축하여 응축수가 발생하게 된다. 이러한 응축수의 발생은 고온 다습한 환경에서 더욱 많이 발생할 수 있다. 냉각면과 냉각 열전달매체 표면에서 응축수가 발생하면 표면에 응축수 막을 형성하여 열전소자 냉각면과 냉각 열전달매체 표면으로부터 열전달매체를 통과하는 공기로의 대류열전달을 방해하여 냉각성능이 저하되고, 응축수의 발생이 많은 경우에는 냉각 열전달매체의 유로를 응축수가 완전히 막아서 기류가 통과할 수 없게 된다.

특히 열전소자 냉각면과 가열면 각각에 별도의 공기공급수단을 사용하지 않고 단일 공기공급수단을 이용하여 열전소자 냉각면과 가열면에 동시에 기류를 공급하는 냉난방장치 및 냉장장치에서는 열전소자 냉각 열전달매체에 응축수가 발생함에 따라 냉각 열전달매체를 통과하는 기류의 압력강하가 증가하기 시작하므로 단일 공기공급수단에 의한 기류가 상대적으로 압력강하가 작은 가열 열전달매체 쪽으로 쏠리게 되고 이에 따라 급속도로 냉각면을 통과하는 기류가 줄어들어 막히게 된다.

이러한 열전소자의 냉각면 및 냉각 열전달매체에 고인 응축수는 냉각성능 저하의 주 원인이며, 그 이외에도 응축수는 곰팡이 생성의 원인이 되며 악취 및 부패 등 위생상 큰 문제가 되고 있다.

종래의 고온 다습한 환경에서 사용하는 열전소자에서 발생하는 응축수를 제거하는 방법으로는 대한민국 특허 제10-0860929호와 같이 열전소자의 냉각면 및 냉각 열전달매체에서 생성된 응축수를 흡습이 가능한 직물류 또는 부직포 등으로 흡습하거나 응축수가 중력에 의해 흘러서 열전소자의 가열면으로 이동하여 가열면의 고온 열로 응축수를 증발제거시키는 방법이 사용되고 있다. 그러나 이러한 응축수 제거방법은 흡습을 위한 모세관구조의 천 또는 스폰지 또는 부직포 등이 장시간 응축수와 접촉시 부패하는 문제점과 열전소자의 냉각면과 냉각 열전달매체에서 발생한 응축수가 열전소자의 가열면으로 중력에 의해 항상 흘러내리도록 열전소자의 가열면이 항시 냉각면의 아래쪽에 위치하도록 하여야하는 불편함이 있었다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 장치 및 방법은 열전소자 냉각면 열전달매체 유로의 응축수 막힘 문제를 근본적으로 해결하고자 기존과 같이 흡습을 위한 모세관구조의 천 또는 스폰지 또는 부직포 등의 흡습재료를 사용하지 않고, 또한 응축수의 흘림을 위해 중력 방향의 배치가 필요없는 새로운 응축수제거 방법으로, 열전소자의 냉각 열전달매체에 기류를 공급하는 팬 또는 블로워와 같은 공기공급수단의 공기유량을 상대적으로 짧은 시간동안 급격히 상승시켜 열전소자 냉각 열전달매체의 유로를 막고 있는 응축수를 급격히 증가된 기류 유량의 모멘텀으로 불어내어서 제거할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

또한, 응축수 막힘을 소정의 방법으로 센싱하여 필요한 경우에 신속하게 응축수 막힘 현상을 제거할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

또한, 장치에 원래 구비되어 있던 공기공급수단을 제어하여 별도의 추가적인 구성(예컨대, 종래의 흡습재료 등)없이 응축수 막힘 현상을 제거할 수 있으며, 소모적인 추가 구성(예컨대, 종래의 흡습재료 등)이 없으므로 추가 구성의 교환, 부착 등이 필요없는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 이용한 장치는 냉각면에 적어도 하나의 열전달매체가 부착된 열전소자, 상기 적어도 하나의 열전달매체에 공기를 공급하기 위한 적어도 하나의 공기공급수단, 및 상기 공기공급수단에 의해 공급되는 공기의 유량을 제어할 수 있는 제어수단을 포함하며, 상기 제어수단에 의해 제어되는 유량의 변화에 의해 상기 적어도 하나의 열전달매체에 발생한 응축수가 제거되는 것을 특징으로 한다.

상기 제어수단은 상기 공기공급수단에 의해 공급되는 공기의 유량을 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가시키고, 증가된 유량에 의해 상기 응축수가 불려서 제거되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 열전소자를 포함하는 장치는 상기 적어도 하나의 열전달매체에서 토출되는 공기온도를 측정하기 위한 온도측정수단을 더 포함하며, 상기 제어수단은 상기 온도측정수단에 의해 측정된 토출 공기온도에 기초하여 유로 막힘을 판단하거나, 상기 온도측정수단에 의해 측정된 토출 공기온도와 열전달매체의 입구공기온도와 차이가 초기 온도차이의 소정 비율 이하로 감소한 경우를 유로 막힘으로 판단하고, 상기 공기공급수단의 유량을 상기 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가시킬 수 있다.

상기 열전소자를 포함하는 장치는 상기 적어도 하나의 열전달매체에서 토출되는 기류의 유속을 측정하기 위한 유속측정수단을 더 포함하며, 상기 제어수단은 상기 유속측정수단에 의해 측정된 토출 공기의 유속 수치값에 기초하여 유로 막힘을 판단하거나, 상기 유속측정수단에 의해 측정된 토출유속이 정상시 유속의 일정비율 이하로 감소한 경우를 유로 막힘으로 판단하고, 상기 공기공급수단의 유량을 상기 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가시킬 수 있다.

상기 제어수단은 상기 공기공급수단에 인가되는 전류량이 일정비율 이상 변화하는 경우를 유로 막힘으로 판단하고, 상기 공기공급수단의 유량을 상기 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가시킬 수 있다.

상기 제어수단은 상기 열전소자에 공급되는 전류량이 일정비율 이상 변화한 경우를 유로 막힘으로 판단하고, 상기 공기공급수단의 유량을 상기 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가시킬 수 있다.

상기 제어수단은 주위 공기온도와 습도에 따라 유로 막힘 시간을 예측할 수 있는 소정의 산정식에 기초하여 미리 계산된 시점에 상기 공기공급수단의 유량을 상기 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가시킬 수 있다.

상기 제어수단은 미리 정해진 임의의 주기 또는 임의의 시간에 상기 공기공급수단의 유량을 상기 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가시킬 수 있다.

상기 제어수단은 상기 공기공급수단에 의해 공급되는 공기의 유량을 10분 이하의 시간 동안 일반유량보다 1.1배 이상으로 증가시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 제어수단은 상기 공기공급수단에 의해 공급되는 공기의 유량을 일정 시간 동안 일반유량보다 감소시킨 후, 상기 일반유량보다 일정비율 이상으로 증가시켜서 증가된 유량에 의해 상기 응축수가 불려서 제거되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 응축수 제거방법은 열전소자의 냉각면에 부착된 적어도 하나의 열전달매체에 일반유량으로 공기가 공급되는 단계, 상기 적어도 하나의 열전달매체에 공급되는 공기의 유량이 변화되는 단계, 및 변화된 유량에 의해 상기 적어도 하나의 열전달매체에 발생한 응축수가 제거되는 단계를 포함한다.

상기 적어도 하나의 열전달매체에 공급되는 유량이 변화되는 단계는 상기 적어도 하나의 열전달매체에 공급되는 공기의 유량이 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가되는 단계를 포함할 수 있다.

상기 열전소자를 포함하는 장치의 응축수 제거방법은 상기 열전소자를 포함하는 장치에 의해 상기 적어도 하나의 열전달매체의 유로 막힘이 발생하였음을 판단하는 단계를 더 포함하며, 판단결과 상기 유로 막힘이 발생하였다고 판단한 경우, 상기 적어도 하나의 열전달매체에 공급되는 공기의 유량이 변화되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 유로 막힘이 발생하였다고 판단한 경우는 상기 적어도 하나의 열전달매체에서 토출되는 토출 공기온도와 열전달매체의 입구공기온도와 차이가 초기 온도차이의 일정비율 이하로 감소한 경우, 상기 적어도 하나의 열전달매체에서 토출되는 기류의 토출유속이 정상시 유속의 일정비율 이하로 감소한 경우, 상기 적어도 하나의 열전달매체에 공기를 공급하기 위한 공기공급수단에 인가되는 전류량이 일정비율 이상 변화하는 경우, 또는 상기 열전소자에 공급되는 전류량이 일정비율 이상 변화하는 경우 중 적어도 하나일 수 있다.

상기 적어도 하나의 열전달매체에 공급되는 공기의 유량이 변화되는 단계는 주위 공기온도와 습도에 따라 유로 막힘 시간을 예측할 수 있는 소정의 산정식에 기초하여 미리 결정된 시점에 변화되거나, 미리 정해진 임의의 주기로 또는 임의의 시간에 변화될 수 있다.

상기 적어도 하나의 열전달매체에 공급되는 공기의 유량이 변화되는 단계는 상기 적어도 하나의 열전달매체에 공급되는 공기의 유량을 일정 시간 동안 일반유량보다 감소시키는 단계 및 상기 일반유량보다 일정비율 이상으로 공기의 유량을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 장치 및 방법은 열전소자 냉각면 및 냉각 열전달매체에 생성되는 응축수를 신속하고도 효과적으로 제거하여 열전소자를 이용하는 냉난방장치 및 냉장고, 캔쿨러 등 열전소자를 포함하는 모든 장치에서 상기 응축수에 의해 발생할 수 있는 성능저하의 문제, 악취 및 부패 등에 의한 위생상의 문제를 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 열전소자를 이용한 장치에서 기류가 통과하는 냉각면 열전달매체의 통기성을 향상시켜 항상 균일한 냉방성능을 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 열전소자를 이용한 장치에 구비된 장치(예컨대, 공기공급수단)의 제어만으로 응축수의 제거가 가능하므로, 추가적인 구성이 반드시 필요하지 않아 경제적이며 소모적 구성의 부착, 교환에 필요한 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 포함하는 장치의 개략적인 구성을 나타낸다.
도 2는 열전소자의 냉각면 및 냉각 열전달매체에 응축수가 발생하여 유로를 막는 경우의 형상과 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 포함하는 장치의 응축수 제거방법에 따라 응축수를 제거한 이후의 열전소자 냉각면 및 냉각 열전달매체의 형상을 도식한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 포함하는 장치에 온도센서가 포함되어 온도변화에 따라 유로막힘 현상을 판단하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 포함하는 장치에 유속측정센서가 포함되어 유속변화에 따라 유로막힘 현상을 판단하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 포함하는 장치의 냉각 열전달매체의 유로가 막힌 경우에 공기공급수단에 인가되는 전류의 변화를 도식한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 포함하는 장치의 냉각 열전달매체가 응축수에 의해 막힌 경우에 열전소자에 인가되는 전류의 변화를 도식한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 응축수 제거방법이 적용된 경우의 열전소자 냉각면 및 가열면의 열전달매체를 통과하여 토출되는 기류의 온도를 나타낸다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 포함하는 장치의 개략적인 구성을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 포함하는 장치(1)는 열전소자(10), 공기공급수단(20), 및 제어수단(30)을 포함한다. 상기 열전소자(10)는 널리 공지된 바와 같이, 냉각면과(11)과 가열면(12)을 포함한다. 상기 냉각면(11)과 가열면(12) 사이에는 P-N 반도체 열전펠렛(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 냉각면(11)과 가열면(12) 각각에는 적어도 하나의 열전달 매체(13, 14)가 부착될 수 있다. 상기 열전소자(10)에는 리드선(15)을 통해 소정의 전류가 인가될 수 있으며, 인가된 전류에 의해 상기 냉각면(11)은 냉각되고 상기 가열면(12)은 가열될수 있다. 이때 공기공급수단(20)에 의해 발생한 기류가 열전소자의 냉각 열전달 매체(13)를 통과하면서 냉방기류를 생성하고, 열전소자의 가열 열전달 매체(14)을 통과하면서 난방기류를 생성한다. 상기 열전달 매체(13, 14)로는 열전달 판재, 연전달 핀, 또는 히트싱크 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.

상기 공기공급수단(20)은 상기 열전달 매체(13, 14)로 기류를 공급할 수 있다. 상기 공기공급수단(20)은 적어도 하나의 팬(fan) 또는 블로워(blower)로 구현될 수 있다. 또한, 상기 공기공급수단(20)은 상기 열전달 매체(13, 14)로 공급하는 기류의 유량을 변화시킬 수 있다. 이러한 기류의 유량의 변화는 상기 제어수단(30)에 의해 제어될 수 있다.

상기 제어수단(30)은 상기 공기공급수단(20)에서 상기 열전달 매체(13, 14)로 제공되는 공기의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제어수단(30)은 상기 공기공급수단(20) 자체에 포함되어 구현되거나, 상기 공기공급수단(20)과는 별도의 장치로 마련될 수 있다. 상기 제어수단(30)은 상기 열전소자를 포함하는 장치(1)의 종류에 따라 단순한 물리적 제어기 또는 MCU(Micro Controller Unit)등과 같은 범용 프로세서와 소정의 소프트웨어의 결합 등으로 구현될 수도 있다.

상기 제어수단(30)은 본 발명의 실시 예에 따른 응축수 제거방법을 구현하기 위해 상기 공기공급수단(20)의 유량을 변화시킬 수 있고, 변화된 유량에 의해 상기 열전달 매체(13, 14) 중 냉각 열전달매체(13)에 생성된 응축수가 제거될 수 있다. 이를 위해 상기 제어수단(30)은 상기 공기공급수단(20)에 의해 공급되는 공기의 유량을 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가시키고, 증가된 유량에 의해 상기 응축수가 불려서 제거되도록 제어할 수 있다.

여기서 일반유량이라 함은, 응축수를 제거하기 위해 상기 열전달 매체(13, 14)에 공급되는 변화된 유량이 아니라, 일반적인 모드로 상기 열전달 매체(13, 14)에 공급되는 기류의 유량을 의미할 수 있다. 상기 공기공급수단(20)은 일반모드에서 일반유량을 실질적으로 균일하게 상기 열전달 매체(13, 14)에 공급할 수 있다. 그러다가 상기 공기공급수단(20)은 임의의 시점 또는 상기 열전소자를 포함하는 장치(1)에 의해 필요하다고 판단한 소정의 시점에 상기 냉각 열전달매체(13)에 생성된 응축수를 제거하기 위한 모드로 변환될 수 있는데 이러한 모드를 본 명세서에서는 퍼징(purging) 모드로 정의할 수 있다. 이러한 퍼징 모드로의 전환은 상기 제어수단(30)에 의해 제어될 수 있다.

상기 퍼징 모드에서 상기 공기공급수단(20)은 공기의 유량을 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가시킬 수 있는데, 증가된 유량의 모멘텀에 의해 상기 냉각 열전달 매체(13) 또는 상기 냉각면(11)에 생성된 응축수는 불려져서 제거될 수 있다.

도 2는 열전소자의 냉각면 및 냉각 열전달매체에 응축수가 발생하여 유로를 막는 경우의 형상과 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 포함하는 장치의 응축수 제거방법에 따라 응축수를 제거한 이후의 열전소자 냉각면 및 냉각 열전달매체의 형상을 도식한 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 포함하는 장치의 응축수 제거방법에 의해 열전소자 냉각 열전달매체 표면에 부착되었던 응축수가 제거되어 기류의 통과가 원활해진 열전달매체의 형상을 확인할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 퍼징 모드에서 상기 응축수가 효과적으로 제거되기 위해서는 상대적으로 짧은 시간 동안 일반유량보다 급격히 유량을 증가시키는 것이 효과적일 수 있는데, 실험결과 약 10분 이하의 시간 동안 일반유량의 1.1배 이상의 유량을 상기 냉각 열전달 매체(13)로 제공하는 경우에 효과적으로 제거될 수 있음을 알 수 있었다. 하지만, 구현 예에 따라 퍼징 모드에서의 시간 및 공급되는 유량의 비율은 달리 설정될 수 있으며, 본 발명의 권리범위가 상술한 바와 같은 수치에 한정되는 것은 아니다.

상기 제어수단(30)에 의해 퍼징 모드로 진입되는 경우 또는 시점은 다양할 수 있다. 예컨대, 임의로 설정된 주기마다 상기 퍼징 모드로 진입하도록 제어함으로써 응축수를 제거할 수도 있다. 또는 특정 주기마다 퍼징 모드로 진입되는 것이 아니라 임의의 시점에 퍼징 모드로 진입할 수도 있다.

한편, 이러한 퍼징 모드로의 진입은 에너지 효율 측면에서 필요할 때에만 수행되는 것이 바람직할 수 있는데, 임의의 주기 또는 임의의 시점에 무작위로 퍼징 모드로 진입하면 불필요하게 퍼징 모드로의 진입 횟수가 많아지거나 필요한 경우에도 퍼징 모드로 진입이 되지 않는 현상이 발생할 수 있다. 이는 응축수의 생성이 상기 열전소자를 포함하는 장치(1)가 구비되는 환경(예컨대, 습도 및/또는 온도 등)에 따라 속도 또는 양이 다르게 진행될 수 있기 때문이다. 이를 위해 상기 제어수단(30)은 불필요하게 많이 퍼징 모드로 진입하는 것을 막기 위해 소정의 방법으로 퍼징 모드로 진입할 경우를 판단할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 포함하는 장치에 온도센서가 포함되어 온도변화에 따라 유로막힘 현상을 판단하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 열전소자를 포함하는 장치(1)는 온도센서(40)를 더 포함할 수 있다. 상기 온도센서(40)는 냉각면(11)의 토출구 또는 인근의 일 영역에 마련될 수 있다. 상기 온도센서(40)가 마련되는 영역은 상기 냉각 열전달 매체(13)를 통과한 토출기류의 온도를 측정하기 적합한 위치이면 다소의 위치 변화가 가능함을 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가는 용이하게 추론할 수 있을 것이다.

상기 냉각 열전달 매체(13)에 응축수가 발생하기 시작하면, 상기 온도센서(40)에 의해 측정된 토출기류의 온도가 점차 상승할 수 있다. 상기 온도센서(40)에 의해 측정된 온도는 상기 제어수단(30)으로 전송될 수 있으며, 상기 제어수단(30)은 상기 온도센서(40)로부터 출력된 온도에 대한 정보에 기초하여 퍼징 모드로의 진입을 판단할 수 있다. 예컨대, 상기 제어수단(30)은 상기 냉각 열전달 매체(13)의 입구공기온도와 상기 온도센서(40)에 의해 측정된 토출 공기온도와의 차이에 기초하여 상기 퍼징 모드로의 진입시점을 판단할 수 있다. 예컨대, 응축수가 발생하지 않은 경우에 온도차이에 비해 온도차이가 소정 비율 이하가 되는 경우에 상기 제어수단(30)은 응축수에 의해 상기 냉각 열전달 매체(13)의 유로가 막혔다고 판단할 수 있다. 유로가 막혔다고 판단되는 경우는 반드시 상기 냉각 열전달 매체(13)에 모든 유로가 완벽히 막힌 경우만을 의미하는 것은 아니며, 상기 열전소자를 포함하는 장치(1)의 성능을 유지하기 위해 퍼징 모드로 진입해야 할 정도로 유로가 막힌 경우를 의미할 수 있다. 본 출원인의 실험 결과, 초기 온도차이의 약 80% 가량의 온도차이가 발생한 경우에 유로막힘으로 판단하여 퍼징 모드로 진입하는 것이 효과적일 수 있음을 확인할 수 있었다.

물론, 다른 구현 예에 따르면 상기 냉각 열전달 매체(13)의 입구온도와 토출온도의 차이에 기초하여 유로 막힘을 판단할 뿐 아니라, 단순히 토출온도가 일정 온도 이상이 되는 경우에 유로막힘으로 판단할 수도 있다. 이때에는 상기 열전소자를 포함하는 장치(1)가 구비되는 환경이 일정한 온도로 유지되는 환경인 것이 바람직하다. 기타 상기 온도센서(40)에 의해 측정된 토출온도에 기초하여 유로막힘을 판단할 수 있는 다양한 방법이 존재할 수 있다. 또한, 가열 열전달매체(14)는 응축수가 발생하지 않으므로 온도센서의 장착이 불필요하나, 구현 예에 따라, 상기 열전소자(10)에 인가되는 전류의 극성을 바꾸어 사용하는 경우가 사용모드에 있으면 가열 열전달매체 토출구 부근에도 상기 온도센서(40)가 장착될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 포함하는 장치에 유속측정센서가 포함되어 유속변화에 따라 유로막힘 현상을 판단하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 열전소자를 포함하는 장치(1)는 유속측정센서(50)를 더 포함할 수 있다. 상기 유속측정센서(50)는 냉각면(11)의 토출구 또는 인근의 일 영역에 마련될 수 있다. 상기 유속측정센서(50)가 마련되는 영역은 상기 냉각 열전달 매체(13)를 통과한 토출기류의 유속을 측정하기 적합한 위치이면 다소의 위치 변화가 가능함을 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가는 용이하게 추론할 수 있을 것이다.

상기 냉각 열전달 매체(13)에 응축수가 발생하기 시작하면, 상기 유속측정센서(50)에 의해 측정된 토출기류의 유속이 점차 감소할 수 있다. 상기 유속측정센서(50)에 의해 측정된 유속에 대한 정보는 상기 제어수단(30)으로 전송될 수 있으며, 상기 제어수단(30)은 상기 유속측정센서(50)로부터 출력된 유속에 대한 정보에 기초하여 퍼징 모드로의 진입을 판단할 수 있다.

예컨대, 상기 제어수단(30)은 상기 냉각 열전달 매체(13)로부터 토출되는 기류의 유속이 초기유속 즉, 응축수가 발생하지 않았을 때의 유속에 비해 일정비율 이하로 감소된 경우를 상기 퍼징 모드로의 진입시점으로 판단할 수 있다. 본 출원인의 실험 결과, 초기 유속의 약 80% 가량으로 유속이 감소한 경우에 유로막힘으로 판단하여 퍼징 모드로 진입하는 것이 효과적일 수 있음을 확인할 수 있었다.

물론, 다른 구현 예에 따르면 상기 냉각 열전달 매체(13)의 유속이 일정 수치 이하가 되는 경우에 유로 막힘으로 판단할 수도 있다. 기타 상기 유속측정센서(50)에 의해 측정된 유속에 기초하여 유로막힘을 판단할 수 있는 다양한 방법이 존재할 수 있다. 또한, 가열 열전달매체(14)는 응축수가 발생하지 않으므로 유속측정센서(50)의 장착이 불필요하나, 구현 예에 따라, 상기 열전소자(10)에 인가되는 전류의 극성을 바꾸어 사용하는 경우가 사용모드에 있으면 가열 열전달매체 토출구 부근에도 상기 유속측정센서(50)가 장착될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 포함하는 장치의 냉각 열전달매체의 유로가 막힌 경우에 공기공급수단에 인가되는 전류의 변화를 도식한 것이다.

도 5를 참조하면, 응축수에 의해 유로가 막히면 열전달매체를 통과하는 기류의 압력강하가 변화하여 공기공급수단(20)에 인가되는 전류량 역시 미세하게 변화할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 공기공급수단(20)에 인가되는 전류량은 응축수가 생성되기 시작하면 미세하게 감소하다가, 일정 시간 이상이 지나면 더 이상 전류량이 감소하지 않는 시점이 존재할 수 있다. 따라서, 상기 제어수단(30)은 더 이상 전류량이 감소하지 않는 시점을 유로 막힘으로 판단할 수 있다. 물론, 그 전에도 유로 막힘으로 판단하고 퍼징 모드로 진입할 수도 있다.

상기 열전소자를 포함하는 장치(1)에는 상기 공기공급수단(20)에 인가되는 전류의 양을 측정하기 위한 소정의 수단(예컨대, 전류량 측정센서 등)이 더 구비될 수 있으며, 상기 수단으로부터 상기 제어수단(30)은 측정된 전류 값에 대한 정보를 수신할 수 있다. 물론, 상기 열전소자를 포함하는 장치(1)의 종류에 따라 별도의 수단이 더 구비되지 않아도 상기 공기공급수단(20)에 인가되는 전류량을 알 수 있는 경우에는 상기 수단이 더 구비되지 않을 수도 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 포함하는 장치의 냉각 열전달매체가 응축수에 의해 막힌 경우에 열전소자에 인가되는 전류의 변화를 도식한 것이다.

도 6을 참조하면, 응축수에 의해 유로가 막히면 냉각 열전달매체를 통과하는 기류가 약해지고 이에 따라 열전소자 냉각면의 온도가 변화하게 되고 열전소자의 온도가 변화하면 열전소자에 인가되는 전류량이 미세하게 변화한다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이 응축수가 발생하기 시작하면, 그에 따라 열전소자로 인가되는 전류가 정상시의 전류값에 비하여 다소 상승할 수 있다. 상기 제어수단(30)은 이처럼 상기 열전소자(10)에 인가되는 전류값의 변화에 따라 유로 막힘 여부를 판단할 수 있다. 예컨대, 상기 제어수단(30)은 더 이상 전류량이 증가하지 않는 시점을 유로 막힘으로 판단할 수 있다. 물론, 그 전에도 유로 막힘으로 판단하고 퍼징 모드로 진입할 수도 있다.

상기 열전소자를 포함하는 장치(1)에는 상기 열전소자(10)에 인가되는 전류의 양을 측정하기 위한 소정의 수단이 더 구비될 수 있으며, 상기 수단으로부터 상기 제어수단(30)은 측정된 전류 값에 대한 정보를 수신할 수도 있다. 물론, 상기 소정의 수단(예컨대, 전류량 측정센서 등)이 더 구비되지 않아도 상기 전류량을 알 수 있는 경우에는 상기 수단이 더 구비되지 않을 수도 있다.

또는, 상기 제어수단(30)은 주위 공기온도와 습도에 따라 응축수 막힘 시간을 예측할 수 있는 소정의 산정식에 대한 정보를 미리 저장하고 있을 수 있고, 저장된 산정식에 기초하여 퍼징 모드로 진입할 시점을 판단할 수 있다. 이때에는 상기 주위 공기온도 및 습도를 측정할 수 있는 소정의 센싱 수단이 더 구비될 수 있음은 물론이다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 응축수 제거방법이 적용된 경우의 열전소자 냉각면 및 가열면의 열전달매체를 통과하여 토출되는 기류의 온도를 나타낸다.

도 7에 도시된 바와 같이 열전소자(10)에 DC 전류가 인가되면, 상기 열전소자(10)의 냉각 열전달 매체(13)를 통과하는 기류는 상온보다 냉각되고 가열 열전달매체(14)를 통과하는 기류는 상온보다 가열되어 토출된다. 장시간 이러한 열전소자(10)를 이용한 장치(1)를 가동시키면, 공기중에 포함된 습기가 냉각 열전달매체(13) 표면에서 이슬점 이하로 냉각되면서 응축하여 응축수가 생성되고 점차적으로 냉각 열전달매체의 유로를 막게 된다. 이에 따라 냉각 열전달매체를 통과하는 기류는 약해지게 되고 토출 기류온도는 점차 상승하여 상온에 가깝게 된다. 실험에 사용된 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 이용한 냉난방장치의 경우, 약 45분이 경과하면 응축수가 냉각 열전달매체(13)의 통기구를 막아서 토출되는 기류온도가 상온과 실질적으로 같아지게 되었다. 이때 냉각면 열전달매체(13)에 공기를 공급하는 공기공급수단(20)의 유량을 순간적으로 상승시켜 짧은 시간동안 유지하고 다시 정상적인 공기유량으로 환원시키면 막혀 있던 응축수가 냉각 열전달 매체(13)로부터 배출되어 열전소자(10)의 냉각면 열전달매체(13)를 통과하는 공기의 토출온도는 정상적인 저온 냉각온도가 되었다.

도 7에 도시된 그래프는 공기공급수단(20)의 유량 증가를 위해 블로워에 공급되는 인가전압을 6볼트에서 12볼트로 상승시켜 응축수를 제거한 경우를 도시하고 있다. 하지만 이러한 실시 예 외에도, 급격한 유량증가를 위하여 공기공급수단(20)으로 인가되는 전압의 변화방법은 다양할 수 있으며, 원래의 전압 값보다 크게 하는 경우 일정 부분 응축수를 제거할 수 있는 효과를 볼 수 있었다.

또한, 상기 공기공급수단(20)에 인가되는 전압을 원래의 정상 전압치 이하로 감소시켜 공기유량을 잠시 감소시키면, 상기 냉각 열전달 매체(13)에 생성되는 응축수의 액적 사이즈를 순간적으로 더욱 증가시킬 수 있다. 그 후 다시 블로워의 전압을 정상 인가 전압치 이상으로 상승시켜서 공기유량을 상승시키면, 증가된 액적 사이즈를 갖는 응축수가 증가된 유량의 모켄텀에 의해 더욱 효과적으로 제거될 수 있다.

상기 열전소자를 포함하는 장치(1)는 냉난방장치, 차량용 시트, 냉장고, 캔쿨러, 또는 다양한 냉장장치 등에 포함되어 구현될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명의 열전소자 냉각 열전달매체의 유로막힘 방지를 위한 응축수제거방법은 열전소자를 사용하는 냉난방장치 및 냉장고, 캔쿨러 등의 냉장장치에서 발생하는 응축수를 신속하고 효과적으로 제거하여 습한환경에서도 냉방성능을 유지시키고 응축수에 의한 악취 및 부패발생의 문제를 원천적으로 방지할 수 있으므로 열전소자를 이용한 가정용, 차량용, 업소용 냉난방장치 및 냉장장치에 널리 적용하여 사용할 수 있다.

Claims (16)

1. 냉각면에 적어도 하나의 열전달매체가 부착된 열전소자;
   상기 적어도 하나의 열전달매체에 공기를 공급하기 위한 적어도 하나의 공기공급수단; 및
   상기 공기공급수단에 의해 공급되는 공기의 유량을 제어할 수 있는 제어수단을 포함하며,
   상기 제어수단에 의해 제어되는 유량의 변화에 의해 상기 적어도 하나의 열전달매체에 발생한 응축수가 제거되는 것을 특징으로 하는 열전소자를 포함하는 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제어수단은,
   상기 공기공급수단에 의해 공급되는 공기의 유량을 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가시키고, 증가된 유량에 의해 상기 응축수가 불려서 제거되는 것을 특징으로 열전소자를 포함하는 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 열전소자를 포함하는 장치는,
   상기 적어도 하나의 열전달매체에서 토출되는 공기온도를 측정하기 위한 온도측정수단을 더 포함하며,
   상기 제어수단은 상기 온도측정수단에 의해 측정된 토출 공기온도에 기초하여 유로 막힘을 판단하거나, 상기 온도측정수단에 의해 측정된 토출 공기온도와 열전달매체의 입구공기온도와 차이가 초기 온도차이의 소정 비율 이하로 감소한 경우를 유로 막힘으로 판단하고, 상기 공기공급수단의 유량을 상기 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가시키는 열전소자를 포함하는 장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 열전소자를 포함하는 장치는,
   상기 적어도 하나의 열전달매체에서 토출되는 기류의 유속을 측정하기 위한 유속측정수단을 더 포함하며,
   상기 제어수단은 상기 유속측정수단에 의해 측정된 토출 공기의 유속 수치값에 기초하여 유로 막힘을 판단하거나, 상기 유속측정수단에 의해 측정된 토출유속이 정상시 유속의 일정비율 이하로 감소한 경우를 유로 막힘으로 판단하고, 상기 공기공급수단의 유량을 상기 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가시키는 열전소자를 포함하는 장치.
5. 제 2항에 있어서, 상기 제어수단은,
   상기 공기공급수단에 인가되는 전류량이 일정비율 이상 변화하는 경우를 유로 막힘으로 판단하고, 상기 공기공급수단의 유량을 상기 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가시키는 열전소자를 포함하는 장치.
6. 제 2항에 있어서, 상기 제어수단은,
   상기 열전소자에 공급되는 전류량이 일정비율 이상 변화한 경우를 유로 막힘으로 판단하고, 상기 공기공급수단의 유량을 상기 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가시키는 열전소자를 포함하는 장치.
7. 제 2항에 있어서, 상기 제어수단은,
   주위 공기온도와 습도에 따라 유로 막힘 시간을 예측할 수 있는 소정의 산정식에 기초하여 미리 계산된 시점에 상기 공기공급수단의 유량을 상기 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가시키는 열전소자를 포함하는 장치.
8. 제 2항에 있어서, 상기 제어수단은,
   미리 정해진 임의의 주기 또는 임의의 시간에 상기 공기공급수단의 유량을 상기 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가시키는 열전소자를 포함하는 장치.
9. 제 2항에 있어서, 상기 제어수단은,
   상기 공기공급수단에 의해 공급되는 공기의 유량을 10분 이하의 시간 동안 일반유량보다 1.1배 이상으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 열전소자를 포함하는 장치.
10. 제 1항에 있어서, 상기 제어수단은,
    상기 공기공급수단에 의해 공급되는 공기의 유량을 일정 시간 동안 일반유량보다 감소시킨 후, 상기 일반유량보다 일정비율 이상으로 증가시켜서 증가된 유량에 의해 상기 응축수가 불려서 제거되는 것을 특징으로 열전소자를 포함하는 장치.
11. 열전소자의 냉각면에 부착된 적어도 하나의 열전달매체에 일반유량으로 공기가 공급되는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 열전달매체에 공급되는 공기의 유량이 변화되는 단계; 및
    변화된 유량에 의해 상기 적어도 하나의 열전달매체에 발생한 응축수가 제거되는 단계를 포함하는 열전소자를 포함하는 장치의 응축수 제거방법.
12. 제 11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열전달매체에 공급되는 유량이 변화되는 단계는,
    상기 적어도 하나의 열전달매체에 공급되는 공기의 유량이 소정의 시간 동안 일반유량보다 소정의 비율 이상으로 증가되는 단계를 포함하는 열전소자를 포함하는 장치의 응축수 제거방법.
13. 제 11항에 있어서, 상기 열전소자를 포함하는 장치의 응축수 제거방법은,
    상기 열전소자를 포함하는 장치에 의해 상기 적어도 하나의 열전달매체의 유로 막힘이 발생하였음을 판단하는 단계를 더 포함하며,
    판단결과 상기 유로 막힘이 발생하였다고 판단한 경우, 상기 적어도 하나의 열전달매체에 공급되는 공기의 유량이 변화되는 것을 특징으로 하는 열전소자를 포함하는 장치의 응축수 제거방법.
14. 제 13항에 있어서, 상기 유로 막힘이 발생하였다고 판단한 경우는,
    상기 적어도 하나의 열전달매체에서 토출되는 토출 공기온도와 열전달매체의 입구공기온도와 차이가 초기 온도차이의 일정비율 이하로 감소한 경우,
    상기 적어도 하나의 열전달매체에서 토출되는 기류의 토출유속이 정상시 유속의 일정비율 이하로 감소한 경우,
    상기 적어도 하나의 열전달매체에 공기를 공급하기 위한 공기공급수단에 인가되는 전류량이 일정비율 이상 변화하는 경우, 또는
    상기 열전소자에 공급되는 전류량이 일정비율 이상 변화하는 경우 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 열전소자를 포함하는 장치의 응축수 제거방법.
15. 제 11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열전달매체에 공급되는 공기의 유량이 변화되는 단계는,
    주위 공기온도와 습도에 따라 유로 막힘 시간을 예측할 수 있는 소정의 산정식에 기초하여 미리 결정된 시점에 변화되거나,
    미리 정해진 임의의 주기로 또는 임의의 시간에 변화되는 것을 특징으로 하는 열전소자를 포함하는 장치의 응축수 제거방법.
16. 제 11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열전달매체에 공급되는 공기의 유량이 변화되는 단계는,
    상기 적어도 하나의 열전달매체에 공급되는 공기의 유량을 일정 시간 동안 일반유량보다 감소시키는 단계; 및
    상기 일반유량보다 일정비율 이상으로 공기의 유량을 증가시키는 단계를 포함하는 열전소자를 포함하는 장치의 응축수 제거방법.

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