KR20130054649A - 냉각 장치 및 냉각 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가습필터 냉각장치 및 냉각방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각방법은, 수조에 저장된 물의 수온이 급속냉각온도 초과이면, 열전소자에 급속냉각 전압을 공급하여 상기 열전소자가 상기 수조에 저장된 물을 냉각시키는 급속냉각단계; 상기 수온이 상기 급속냉각온도 이하로 떨어지면, 상기 수온을 냉각유지온도 이하로 유지하도록 상기 열전소자에 공급하는 냉각유지전압의 크기를 조절하는 냉각유지단계를 포함할 수 있다.

Description

냉각 장치 및 냉각 방법 {Apparatus and method for water cooling system}

본 발명은 냉각장치 및 냉각방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전소자를 이용하여 대상체를 냉각시키는 냉각장치 및 냉각방법에 관한 것이다.

열전현상(Thermoelectric effect)은 열과 전기사이의 에너지 변환을 의미하며 변환소자의 양단에 온도차이가 있을 때 소자 내부의 carrier가 이동함으로 기전력이 발생하는 현상이다.

열전현상은 1900년도 초부터 연구가 시작되어 구소련의 Ioffe가 약 4%의 변환효율을 얻을수 있게 연구가 진행되어 현재 약 10%이상의 변환효율을 가지고 있다. 이러한 열전은 양단간의 온도차를 이용하여 기전력을 얻어내는 Seebeck 효과, 기전력으로 냉각과 가열을 하는 Peltier 효과, 도체의 선상의 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 Tomson 효과로 나눌 수 있으며 재료분야가 핵심기술이나 제품화 과정의 시스템기술이 더욱 부각되고 있다.

열전재료는 열전특성이 우수한 온도 범위에 따라 상온용, 중온용 및 고온용으로 나눌 수 있으며, 상온부근에서 는 (Bi,Te)2 Te3 및 Bi2(Te,Se)3 조성의 Bi2Te3 계 고용체 합금의 열전특성이 우수하다. 이러한 열전재료들을 이용한 열전 냉각 및 발전 모듈은 n형 열전소자와 p형 열전소자들이 전기적으로는 직렬 연결되어 있으며 열 적으로는 병렬 연결된 구조를 갖는다.

열전 모듈은 양단에서의 온도차에 의해 고온단 부위에서 저온단 부위로 열 이동시 n형 열전소자와 p형 열전소자에서 각각 전자와 hole이 고온 단에서 저온 단으로 이동하므로써 발전이 가능하며, 열전 모듈은 전류를 흘려주므로써 캐리어(carrier)의 이동에 의해 한쪽 면에서는 냉각이 다른 면에서는 발열이 일어나므로써 냉각 및 가열이 가능하게 된다.

열전모듈의 효율은 n형 및 p형 열전재료의 열기전력, 열전도도 및 전기 비 저항과 같은 열전특성과 열전소자 커플(couple) 수에 의해 결정된다.

또한 열전 모듈을 이용한 냉각 방식은 열 응답 감도가 높으며 국부적으로 선택적 냉각이 가능하고 작동부분이 없어 구조가 간단하기 때문에 고출력 파워 트랜지스터, 레이저 다이오드 등과 같은 전자부품의 국부냉각에 실용화되고 있으며 자동차용 냉장박스, 가정용 냉장고, 에어컨 등의 민생용으로도 사용이 가능하다.

또한 최근 환경보호를 위해 자동차나 가정용 에어컨, 냉장고 등에 CFC의 사용이 규제됨에 따라, 냉매의 사용 없이 냉각이 가능한 열전재료를 이용한 각종 냉방 시스템의 개발도 유망한 분야로 각광 받고 있다.

열전 모듈은 서로 다른 물질간의 접합을 포함하는 회로에 전류가 흐를 때 Peltier 효과에 의해 저온 부에서 고온 부로 열이 운반될 수 있는 점을 이용한다. 만일 이와 같은 접합을 다수직렬로 연결하면 열전 냉장고를 만들 수 있다.

본 발명은 열전소자를 이용하여 대상체를 냉각시키는 냉각 장치 및 냉각방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 또한, 상기 냉각장치를 구비한 정수기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 냉각방법은, 수조에 저장된 물의 수온이 급속냉각온도 초과이면, 열전소자에 급속냉각 전압을 공급하여 상기 열전소자가 상기 수조에 저장된 물을 냉각시키는 급속냉각단계; 상기 수온이 상기 급속냉각온도 이하로 떨어지면, 상기 수온을 냉각유지온도 이하로 유지하도록 상기 열전소자에 공급하는 냉각유지전압의 크기를 조절하는 냉각유지단계를 포함할 수 있다.

여기서 상기 급속냉각단계는, 상기 수온이 상기 급속냉각온도(5도)까지 냉각되는데 걸리는 냉각시간을 측정하는 냉각시간 측정 과정; 및 상기 냉각시간을 이용하여, 상기 냉각유지전압의 크기를 설정하는 냉각유지전압설정과정을 포함할 수 있다.

여기서 상기 냉각유지전압설정과정은, 기준 냉각시간에 대한 상기 측정된 냉각시간의 비율을 계산하고, 상기 비율에 비례하여 기준 냉각유지전압을 증감하여 상기 냉각유지전압으로 설정할 수 있다.

여기서 상기 급속냉각단계는, 상기 냉각시간을 이용하여, 상기 열전소자를 냉각시키는 냉각팬에 인가하는 전압의 크기를 설정할 수 있다.

여기서 상기 냉각유지단계는, 상기 설정된 냉각유지전압을 기준으로 일정범위 내에서 상기 냉각유지전압을 조절하는 것으로서, 상기 냉각유지전압의 상한치가 기 설정된 시간 이상 유지되면 상기 냉각유지전압을 재설정할 수 있다.

여기서 상기 냉각유지단계는, 상기 냉각유지전압의 상한치가 기 설정된 시간 이상 유지되면, 상기 열전소자를 냉각시키는 냉각팬에 인가하는 전압의 크기를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 냉각장치는, 열전효과를 이용하여 수조에 저장된 물을 냉각시키는 열전소자; 외부공기를 상기 열전소자로 공급하여 상기 열전소자를 냉각시키는 냉각팬; 상기 열전소자 및 냉각팬에 전원을 공급하는 전원공급부; 및 상기 수조에 저장된 물의 수온이 급속냉각온도 초과이면 상기 열전소자에 급속냉각 전압을 공급하고, 상기 수온이 상기 급속냉각온도 이하로 떨어지면 상기 수온을 냉각유지온도 이하로 유지하도록 상기 열전소자에 공급하는 냉각유지전압의 크기를 조절하도록 상기 전원공급부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

여기서 상기 제어부는, 상기 수온이 상기 급속냉각온도까지 냉각되는데 걸리는 냉각시간을 측정하고, 상기 냉각시간을 이용하여 상기 냉각유지전압의 크기를 설정할 수 있다.

여기서 상기 제어부는, 기준 냉각시간에 대한 상기 측정된 냉각시간의 비율을 계산하고, 상기 비율에 비례하여 기준 냉각유지전압을 증감하여 상기 냉각유지전압으로 설정할 수 있다.

여기서 상기 제어부는, 상기 설정된 냉각유지전압을 기준으로 일정범위 내에서 상기 냉각유지전압을 조절하는 것으로서, 상기 냉각유지전압의 상한치가 기 설정된 시간 이상 유지되면 상기 냉각유지전압을 재설정할 수 있다.

여기서 상기 제어부는, 상기 냉각유지전압의 상한치가 기 설정된 시간 이상 유지되면, 상기 열전소자를 냉각시키는 냉각팬에 인가하는 전압의 크기를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 냉각장치 및 냉각방법에 의하면, 외기 온도나 공급수의 온도에 따라 냉각정도를 조절하여 냉각시간을 단축시키고, 전력낭비를 최소화할 수 있는 효과를 가진다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각장치를 나타내는 블록도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각방법을 나타내는 순서도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각방법 중에서 급속냉각모드에서의 동작을 나타내는 순서도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각방법 중에서 냉각유지모드에서의 동작을 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각장치를 나타내는 블록도이다.

도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각장치는, 열전소자(10), 냉각팬(20), 전원공급부(30), 제어부(40), 온도센서(50) 및 수조를 포함할 수 있다.

이하, 도1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각장치를 설명한다.

열전소자(10)는, 열전효과를 이용하여 수조(60)에 저장된 물을 냉각시키는 것으로서, 공급되는 전압의 크기에 따라 냉각능력이 달라질 수 있다.

구체적으로 상기 열전소자(10)는, 열전효과 중에서 펠티에 효과를 이용하여 상기 열전소자(10)의 일단에서는 흡열, 타단에서는 발열 현상을 일으킬 수 있다.

여기서 상기 열전소자(10)의 일단은 상기 수조(60) 또는 상기 수조(60)에 저장된 물과 접촉할 수 있으므로, 상기 열전소자(10)는 상기 열전효과를 이용하여 상기 수조(60)에 저장된 물을 냉각할 수 있다. 즉, 상기 수조(60)에 저장된 물은 상기 물이 가지고 있던 열을 상기 열전소자(10)의 일단에게 빼앗겨 냉각될 수 있다.

상기 열전효과에 의한 흡열 및 발열은 상기 열전소자(10)에 공급되는 전압의 크기에 따라서 달라질 수 있으며, 상기 공급되는 전압의 크기가 클수록 상기 흡열 및 발열 반응이 크게 일어나고, 상기 공급되는 전압의 크기가 작을수록 상기 흡열 및 발열 반응은 적게 일어날 수 있다.

따라서, 상기 열전소자(10)에 공급하는 전압의 크기를 조절함으로써 상기 수조(60)에 저장된 물을 냉각시키는 상기 열전소자(10)의 냉각능력을 달리 할 수 있다. 구체적으로, 상기 열전소자(10)에 높은 전압을 인가할수록 상기 수조(60)에 저장된 물은 빠르게 냉각될 수 있으며, 더 낮은 온도로 냉각될 수 있다. 반대로 상기 열전소자(10)에 낮은 전압을 인가할수록 상기 수조(60)에 저장된 물은 느리게 냉각될 수 있으며, 더 높은 온도로 냉각될 수 있다.

또한, 상기 열전소자(10)의 일단에서 흡열 현상이 일어나는 것에 대응하여 상기 열전소자(10)의 타단에서는 발열 현상이 일어날 수 있으며, 상기 흡열 현상이 클수록 상기 발열현상도 크게 일어날 수 있다. 그러므로, 상기 열전소자(10)가 상기 일단에서의 효과적인 흡열을 위하여 상기 타단에서의 발열 현상이 활발히 일어나도록 유도할 수 있다. 즉, 상기 열전소자(10)의 타단을 냉각시켜 상기 발열 현상이 지속적으로 유지될 수 있도록 할 수 있으며, 상기 열전소자(10)가 과열에 의하여 파손되는 것을 방지할 수 있다.

냉각팬(20)은, 외부공기를 상기 열전소자(10)로 공급하여 상기 열전소자(10)를 냉각시키는 것으로서, 공급되는 전압의 크기에 따라 공급하는 외부공기의 양이 달라질 수 있다.

앞서 살핀바와 같이, 상기 열전효과에 의한 발열 및 흡열 현상은 서로 대응되어 나타나는 것으로서, 상기 흡열 현상이 크게 나타날수록 상기 발열 현상도 크게 일어날 수 있다.

따라서, 상기 열전소자(10)의 흡열 현상을 이용하여 상기 수조(60)에 저장된 물을 효과적으로 냉각하기 위하여, 상기 열전소자(10)에서 발생하는 발열현상이 활발하게 일어나도록 유도할 수 있다.

구체적으로, 상기 냉각팬(20)을 이용하여 상기 열전소자(10)의 타단에 지속적으로 외부공기를 유입시켜 상기 발열 현상에 의한 열을 상기 유입된 외부공기가 흡수할 수 있도록 할 수 있다. 상기 외부공기에 의하여 상기 열전소자(10)의 타단에서 발생한 열이 지속적으로 밖을 빠져나가게 되므로, 상기 발열현상은 활성화될 수 있다.

상기 냉각팬(20)은, 모터(미도시)의 구동력에 의하여 회전하는 것일 수 있으며, 상기 모터는 상기 전원공급부(30)로부터 공급받은 전원을 이용하여 상기 냉각팬(20)을 회전시킬 수 있다. 상기 모터는 상기 전원공급부(30)가 공급하는 전압의 크기에 따라서 구동력이 조절될 수 있으며 그에 따라 상기 냉각팬(20)의 회전속도가 달라질 수 있다. 상기 냉각팬(20)의 회전속도가 빠를수록 외부공기가 상기 열전소자(10)의 타단이 발생시키는 열을 더 빨리 흡수하여 제거할 수 있다.

추가적으로, 상기 냉각팬(20)은 상기 열전소자(10)를 냉각시킴으로써 상기 열전소자(10)의 과열에 의한 파손을 방지할 수 있다.

전원공급부(30)는, 상기 열전소자(10) 및 냉각팬(20)에 전원을 공급할 수 있다. 상기 전원공급부(30)는 유입되는 상용교류전원을 변환하여 상기 열전소자(10) 및 냉각팬(20)에 적합한 전원을 공급할 수 있다. 여기서 상기 전원공급부(30)는, 입력되는 제어신호에 따라서 상기 열전소자(10) 및 냉각팬(20)에 입력되는 전압의 크기를 달리하여 공급할 수 있다.

여기서 상기 전원공급부(30)는, SMPS(switching-mode power supply)를 포함할 수 있다. 상기 SMPS는 고전력을 안정적으로 공급하기 위하여 일정한 전압을 출력하는 것일 수 있다.

제어부(40)는, 상기 수조(60)에 저장된 물의 수온이 급속냉각온도 초과이면 상기 열전소자(10)에 급속냉각 전압을 공급하고, 상기 수온이 상기 급속냉각온도 이하로 떨어지면 상기 수온을 냉각유지온도 이하로 유지하도록 상기 열전소자(10)에 공급하는 냉각유지전압의 크기를 조절하도록 상기 전원공급부(30)를 제어할 수 있다.

상기 수조(60)에 저장된 물의 온도는 상기 온도센서(50)를 이용하여 측정할 수 있으며, 상기 온도센서(50)는 측정된 수온을 상기 제어부(40)로 전송할 수 있다.

상기 제어부(40)는, 상기 측정된 수온이 급속냉각온도를 초과하면, 상기 수조에 저장된 물에 대하여 급속냉각을 수행할 수 있다. 상기 급속냉각온도는 기 설정된 온도로서, 5°C 로 설정될 수 있다.

상기 급속냉각시에는 상기 열전소자(10)에 급속냉각 전압을 공급하여 상기 수조에 저장된 물을 냉각시킬 수 있다. 상기 급속냉각 전압은 상기 열전소자(10)에 공급할 수 있는 최대전압일 수 있으며, 상기 급속냉각 전압으로 동작할 때, 상기 열전소자(10)에서 흡열 현상이 가장 크게 발생하여 상기 수조(60)에 저장된 물을 빠르게 냉각할 수 있다.

상기 급속냉각시에는 상기 냉각팬(20)에 공급하는 전압의 크기을, 상기 냉각팬(20)에 공급할 수 있는 최대 전압을 공급할 수 있다. 따라서, 상기 냉각팬(20)이 상기 열전소자(10)에 공급하는 외부공기의 양을 최대로 할 수 있으며, 상기 열전소자(10)에 대한 냉각을 최대로 할 수 있다. 상기 열전소자(10)가 상기 급속냉각 전압으로 동작할 때에는 상기 열전소자(10)에서 발생하는 발열현상도 최대로 발생할 수 있기 때문에, 상기 냉각팬(20)을 최대한 동작시킬 수 있다.

상기 급속냉각에 의하여, 상기 수조(60)에 저장된 물의 온도가 상기 급속냉각온도 이하로 떨어질 수 있으며, 이 경우에는 상기 수온을 냉각유지온도 이하로 유지하기 위하여 상기 열전소자(10)에 공급하는 전압의 크기를 조절할 수 있다.

즉, 상기 열전소자(10)에 기 설정된 전압의 크기인 냉각유지전압을 공급하여 상기 수조(60)에 저장된 물을 냉각시키도록 할 수 있으며, 상기 수온의 변화에 따라 상기 냉각유지전압을 기 설정된 범위 내에서 조절하도록 할 수 있다.

구체적으로, 상기 온도센서(50)를 이용하여 상기 수조(60)의 수온을 확인한 후, 상기 수온이 상기 냉각유지온도보다 상승하면 상기 냉각유지전압을 상승시켜 상기 열전소자(10)에 공급하고, 상기 수온이 냉각유지온도보다 낮아지면 상기 냉각유지전압을 낮추어 상기 열전소자(10)에 공급할 수 있다. 여기서 상기 냉각유지온도는 8°C일 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 열전소자(10)의 냉각능력은 상기 열전소자(10)를 냉각시키는 냉각팬(20)에 의하여 영향을 받을 수 있다. 즉, 상기 열전소자(10)의 과열을 방지하고, 상기 열전소자(10)의 흡열현상을 유지하기 위하여는 상기 열전소자(10)에서 발생된 열을 제거할 필요가 있으며, 이는 상기 냉각팬(20)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 상기 냉각팬(20)에 공급되는 전압의 크기는 상기 냉각유지전압에 따라 설정될 수 있다.

여기서 상기 제어부(40)는, 상기 수온이 상기 급속냉각온도까지 냉각되는데 걸리는 냉각시간을 측정하고, 상기 냉각시간을 이용하여 상기 냉각유지전압의 크기를 설정할 수 있다.

외기온도 및 상기 수조(60)에 공급되는 물의 온도에 따라서, 상기 열전소자(10)에 급속냉각전압을 공급하는 냉각시간이 달라질 수 있다. 즉, 겨울철과 같이 외기온도 및 수조(60)에 공급되는 물의 온도가 낮을 때에는 상기 냉각시간은 단축될 수 있고, 여름철과 같이 외기온도 및 수조(60)에 공급되는 물의 온도가 높을 때에는 상기 냉각시간은 보다 길어질 수 있다.

따라서, 상기 냉각시간을 기준 냉각시간(예를들어, 외기온도 25°C에서 25°C의 물을 5°C로 냉각하는데 걸리는 시간)과 비교하여, 상기 외기온도 및 수조(60)에 공급되는 물의 온도에 관한 정보를 얻을 수 있다. 즉, 상기 냉각시간이 짧으면, 상기 수조(60)에 저장된 물에 대한 냉각이 잘되는 환경으로 볼 수 있으며, 상기 냉각시간이 길면 상기 수조(60)에 저장된 물에 대한 냉각이 잘 안되는 환경으로 볼 수 있다.

그러므로, 상기 냉각시간이 기준 냉각시간보다 길면, 상기 냉각유지전압의 크기를 높게 설정할 수 있으며, 반대로 상기 냉각시간이 기준 냉각시간보다 짧으면, 상기 냉각유지전압의 크기를 낮게 설정할 수 있다.

구체적으로 상기 제어부(40)는, 기준 냉각시간에 대한 상기 측정된 냉각시간의 비율을 계산하고, 상기 비율에 비례하여 기준 냉각유지전압을 증감하여 상기 냉각유지전압으로 설정할 수 있다.

예를 들어, 상기 기준 냉각시간이 3시간인 경우에 있어서, 상기 측정된 냉각시간이 3시간18분인 경우에는 상기 측정된 냉각시간이 기준 냉각시간보다 10% 더 오래 걸리는 것이다. 따라서, 기 설정된 기준 냉각유지전압보다 10% 더 높은 전압을 상기 냉각유지전압으로 설정할 수 있다. 상기와 같은 방식으로 상기 냉각팬(20)에 인가되는 전압의 크기도 설정할 수 있다.

여기서 상기 제어부(40)는, 상기 설정된 냉각유지전압을 기준으로 일정범위 내에서 상기 냉각유지전압을 조절하는 것으로서, 상기 냉각유지전압의 상한치가 기 설정된 시간 이상 유지되면(예를들어, 냉수추출없이 30분 유지) 상기 냉각유지전압을 재설정할 수 있다.

앞서 살핀 바와 같이, 상기 냉각유지전압은 가변할 수 있는 것이지만 기 설정된 범위내에서 가변될 수 있다. 상기 냉각유지전압의 크기는 상기 수조(60)에 저장된 물의 수온에 따라서 변화할 수 있는 것으로서, 상기 수온이 높아질수록 상기 냉각유지전압도 높아질 수 있다.

따라서, 상기 냉각유지전압이 기 설정된 시간 이상 상한치를 유지한다는 것은, 상기 열전소자(10)가 상기 수조(60)에 저장된 물을 제대로 냉각하지 못한다는 것이므로, 상기 열전소자(10)에 공급하는 냉각유지전압을 더 높게 설정하도록 할 수 있다. 여기서, 상기 냉각팬(20)에 공급하는 전압의 크기도 높게 설정하도록 할 수 있다.

여기서 상기 제어부(40)는, 상기 냉각유지전압의 상한치가 기 설정된 시간 이상 유지되면, 상기 열전소자(10)를 냉각시키는 냉각팬(20)에 인가하는 전압의 크기를 증가시킬 수 있다.

앞서 살핀바와 같이, 상기 열전소자(10)의 냉각능력은 상기 냉각팬(20)에 의하여 영향을 받을 수 있다. 따라서, 상기 냉각유지전압은 유지하면서, 상기 냉각팬(20)에 인가하는 전압의 크기를 증가시켜서 상기 열전소자(10)가 상기 수조(10)에 저장된 물을 더 효과적으로 냉각시키도록 할 수 있다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각방법을 나타내는 순서도이다.

도2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각방법은, 급속냉각단계(S10) 및 냉각유지단계(S20)를 포함할 수 있다.

이하, 도2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각방법을 설명한다.

급속냉각단계(S10)는, 수조에 저장된 물의 수온이 급속냉각온도 초과이면, 열전소자에 급속냉각 전압을 공급하여 상기 열전소자가 상기 수조에 저장된 물을 냉각시킬 수 있다. 상기 급속냉각단계(S10)는, 냉각시간 측정과정(S13) 및 냉각유지전압설정과정(S14)을 더 포함할 수 있는바, 이는 도3을 참조하여 자세히 설명한다.

도3에 나타난바와 같이, 먼저 수조에 저장된 물의 수온을 기 설정된 급속냉각온도와 비교할 수 있고(S11), 상기 급속냉각온도보다 상기 수온이 더 높으면, 상기 열전소자에 급속냉각전압을 인가할 수 있다(S12).

상기 급속냉각단계(S10)는, 상기 수조에 저장된 물의 온도가 냉각하고자 하는 목표온도에 비하여 지나치게 높은 경우, 상기 수조에 저장된 물을 최대한 빠르게 냉각시키기 위한 단계이다. 따라서, 상기 열전소자에 인가할 수 있는 최대전압인 급속냉각전압을 상기 열전소자에 인가하여, 상기 열전소자의 최대 냉각능력으로 상기 수조를 냉각하도록 할 수 있다. 이때, 상기 열전소자가 발생시키는 열을 제거하기 위하여 냉각팬을 이용할 수 있으며, 상기 냉각팬에 인가할 수 있는 최대의 전압을 인가하여 상기 냉각팬을 동작시킬 수 있다.

상기 급속냉각을 통하여, 상기 수온이 급속냉각온도 이하로 냉각되면, 냉각시간측정과정(S13)을 통하여, 상기 수온이 상기 급속냉각온도까지 냉각되는데 걸리는 냉각시간을 측정할 수 있다.

상기 냉각시간은, 외기온도 및 상기 수조에 공급되는 물의 온도에 따라서 결정될 수 있는 것으로서, 상기 외기온도 및 수조에 공급되는 물의 온도가 높을수록 상기 냉각시간이 오래 걸리고, 상기 외기온도 및 수조에 공급되는 물의 온도가 낮을수록 상기 냉각시간은 적게 걸릴 수 있다.

상기 냉각시간을 측정한 이후에는, 상기 냉각시간을 이용하여, 상기 냉각유지전압의 크기를 설정할 수 있다(S14). 구체적으로, 상기 냉각시간을 기준 냉각시간(예를들어, 외기온도 25°C에서 25°C의 물을 5°C로 냉각하는데 걸리는 시간)과 비교하여, 상기 냉각시간이 짧으면, 상기 수조(60)에 저장된 물에 대한 냉각이 잘되는 환경으로 볼 수 있으며, 상기 냉각시간이 길면 상기 수조(60)에 저장된 물에 대한 냉각이 잘 안되는 환경으로 볼 수 있다.

그러므로, 상기 냉각시간이 기준 냉각시간보다 길면, 상기 냉각유지전압의 크기를 높게 설정할 수 있으며, 반대로 상기 냉각시간이 기준시간보다 짧으면, 상기 냉각유지전압의 크기를 낮게 설정할 수 있다.

구체적으로, 상기 냉각유지전압설정과정(S14)은, 기준 냉각시간에 대한 상기 측정된 냉각시간의 비율을 계산하고, 상기 비율에 비례하여 기준 냉각유지전압을 증감하여 상기 냉각유지전압으로 설정할 수 있다.

예를 들어, 상기 기준 냉각시간이 3시간인 경우에 있어서, 상기 측정된 냉각시간이 3시간18분인 경우에는 상기 측정된 냉각시간이 기준 냉각시간보다 10% 더 오래걸리는 것이다. 따라서, 기 설정된 기준 냉각유지전압보다 10% 더 높은 전압을 상기 냉각유지전압으로 설정할 수 있다. 상기와 같은 방식으로 상기 냉각팬에 인가되는 전압의 크기도 설정할 수 있다.

냉각유지단계(S20)는, 상기 수온이 상기 급속냉각온도 이하로 떨어지면, 상기 수온을 냉각유지온도 이하로 유지하도록 상기 열전소자에 공급하는 냉각유지전압의 크기를 조절할 수 있다. 여기서 상기 냉각유지전압은 상기 급속냉각단계(S10)에서 설정하는 것으로서, 상기 냉각유지전압은 기 설정된 범위내에서 가변될 수 있다.

상기 냉각유지단계(S20)는, 도4에 자세히 나타나 있으므로, 이를 참조하여 설명한다.

도4에 나타난바와 같이, 상기 급속냉각단계(S10)에서 냉각된 물의 온도를 목표온도와 비교할 수 있다(S21). 여기서 상기 목표온도는 2°C일 수 있다. 상기 수온이 목표온도 이하이면, 상기 열전소자에 대한 냉각유지전압의 공급을 차단할 수 있다(S22). 수온이 이미 상기 목표온도에 도달하였다면 더 이상 냉각할 필요가 없으므로, 상기 열전소자에 대한 전원공급을 차단하여 전력낭비를 방지할 수 있다. 하지만, 계속하여 상기 수온을 확인하여 수온이 상기 목표온도를 초과하게 되면 다시 상기 열전소자에 전원을 연결하여 냉각을 재개하도록 할 수 있다.

구체적으로, 상기 수온이 상기 목표온도를 초과하게 되면, 상기 수온을 다시 냉각유지온도(예를들어, 5°C)와 비교할 수 있다(S23). 여기서, 상기 수온이 상기 냉각유지온도 초과이면, 다시 상기 급속냉각단계(S10)를 수행할 수 있다.

상기 수온이 냉각유지온도 이하인 경우에는, 냉각유지전압을 상기 열전소자에 인가하여 상기 수조에 저장된 물을 냉각시킬 수 있다(S24). 상기 냉각유지전압은 앞서 급속냉각단계(S10)에서 설정한 것일 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 상기 냉각유지전압은 가변전압이므로, 상기 수온에 따라서 상기 냉각유지전압은 달라질 수 있다. 즉, 상기 수온이 높아지면 상기 냉각유지전압도 높아지고, 상기 수온이 낮아지면 상기 냉각유지전압도 낮아질 수 있다.

여기서, 상기 냉각유지전압의 상한치가 기 설정된 시간 이상 유지되는 지 여부를 확인할 수 있으며(S25), 상기 기 설정된 시간 이상 유지되면 상기 냉각유지전압을 다시 설정할 수 있다(S26).

상기 냉각유지전압의 상한치가 기 설정된 시간 이상 유지(예를들어, 냉수추출없이 30분 유지)된다는 것은, 상기 열전소자가 상기 수조에 저장된 물을 제대로 냉각하지 못하고 있다는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 상기 냉각유지전압을 더 높은 전압으로 재설정하여, 보다 효율적으로 상기 수조에 저장된 물에 대한 냉각이 이루어지도록 할 수 있다. 여기서 상기 열전소자에 보다 높은 냉각유지전압이 인가되면, 상기 열전소자에서 발생하는 열이 더 많아질 수 있으므로, 상기 열전소자를 냉각시키는 냉각팬에 인가하는 전압의 크기도 증가시킬 수 있다.

여기서, 상기 냉각유지전압의 상한치가 기 설정된 시간 이상 유지되는 경우에는, 상기 냉각유지전압은 그대로 유지하면서 상기 냉각팬에 인가하는 전압의 크기만을 증가시킬 수 있다. 앞서 살핀바와 같이, 상기 냉각팬에 의하여 상기 열전소자의 냉각능력이 조절될 수 있으므로, 상기 냉각팬에 인가하는 전압의 크기를 증가시켜, 상기 냉각유지전압이 상한치를 가지지 않고도 상기 수조에 저장된 물을 냉각시키는 것이 가능하다.

상기 냉각유지전압 또는 상기 냉각팬에 인가하는 전압의 크기를 재설정한 이후에는, 냉각중단신호가 입력되어 냉각기능을 중단하지 않는 이상 다시 상기 수온을 목표온도와 비교하여(S21) 냉각유지단계(S20)를 반복할 수 있다.

도시하지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각장치를 포함하는 정수기가 있을 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 열전소자를 이용하여 수조에 저장된 물을 냉각하는 내용을 제시하고 있으나, 반대로 상기 열전소자를 이용하여 상기 수조에 저장된 물을 가열하는 가열장치 및 가열방법도 유사한 방법으로 실시할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

10: 열전소자 20: 냉각팬
30: 전원공급부 40: 제어부
50: 온도센서 60: 수조
S10: 급속냉각단계 S20: 냉각유지단계

Claims (11)

1. 수조에 저장된 물의 수온이 급속냉각온도 초과이면, 열전소자에 급속냉각 전압을 공급하여 상기 열전소자가 상기 수조에 저장된 물을 냉각시키는 급속냉각단계;
   상기 수온이 상기 급속냉각온도 이하로 떨어지면, 상기 수온을 냉각유지온도 이하로 유지하도록 상기 열전소자에 공급하는 냉각유지전압의 크기를 조절하는 냉각유지단계를 포함하는 냉각방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 급속냉각단계는
   상기 수온이 상기 급속냉각온도까지 냉각되는데 걸리는 냉각시간을 측정하는 냉각시간 측정 과정; 및
   상기 냉각시간을 이용하여, 상기 냉각유지전압의 크기를 설정하는 냉각유지전압설정과정을 포함하는 냉각방법.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 냉각유지전압설정과정은
   기준 냉각시간에 대한 상기 측정된 냉각시간의 비율을 계산하고, 상기 비율에 비례하여 기준 냉각유지전압을 증감하여 상기 냉각유지전압으로 설정하는 냉각방법.
   
4. 제2항에 있어서, 상기 급속냉각단계는
   상기 냉각시간을 이용하여, 상기 열전소자를 냉각시키는 냉각팬에 인가하는 전압의 크기를 설정하는 냉각방법.
   
5. 제2항에 있어서, 상기 냉각유지단계는
   상기 설정된 냉각유지전압을 기준으로 일정범위 내에서 상기 냉각유지전압을 조절하는 것으로서, 상기 냉각유지전압의 상한치가 기 설정된 시간 이상 유지되면 상기 냉각유지전압을 재설정하는 냉각방법.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 냉각유지단계는
   상기 냉각유지전압의 상한치가 기 설정된 시간 이상 유지되면, 상기 열전소자를 냉각시키는 냉각팬에 인가하는 전압의 크기를 증가시키는 냉각방법.
   
7. 열전효과를 이용하여 수조에 저장된 물을 냉각시키는 열전소자;
   외부공기를 상기 열전소자로 공급하여 상기 열전소자를 냉각시키는 냉각팬;
   상기 열전소자 및 냉각팬에 전원을 공급하는 전원공급부; 및
   상기 수조에 저장된 물의 수온이 급속냉각온도 초과이면 상기 열전소자에 급속냉각 전압을 공급하고, 상기 수온이 상기 급속냉각온도 이하로 떨어지면 상기 수온을 냉각유지온도 이하로 유지하도록 상기 열전소자에 공급하는 냉각유지전압의 크기를 조절하도록 상기 전원공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 냉각장치.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는
   상기 수온이 상기 급속냉각온도까지 냉각되는데 걸리는 냉각시간을 측정하고, 상기 냉각시간을 이용하여 상기 냉각유지전압의 크기를 설정하는 냉각장치.
   
9. 제8항에 있어서, 상기 제어부는
   기준 냉각시간에 대한 상기 측정된 냉각시간의 비율을 계산하고, 상기 비율에 비례하여 기준 냉각유지전압을 증감하여 상기 냉각유지전압으로 설정하는 냉각장치.
   
10. 제8항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 설정된 냉각유지전압을 기준으로 일정범위 내에서 상기 냉각유지전압을 조절하는 것으로서, 상기 냉각유지전압의 상한치가 기 설정된 시간 이상 유지되면 상기 냉각유지전압을 재설정하는 냉각장치.
    
11. 제7항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 냉각유지전압의 상한치가 기 설정된 시간 이상 유지되면, 상기 열전소자를 냉각시키는 냉각팬에 인가하는 전압의 크기를 증가시키는 냉각장치.

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