KR20130066314A - 듀얼 열전 시스템 - Google Patents

Abstract

듀얼 열전 시스템이 개시된다. 상기 듀얼 열전 시스템은 서로 이격되어 형성되는 두 개의 절연기판, 상기 두 개의 절연기판 사이에 배치되며 복수의 열전소자들을 각각 포함하는 제1 열전모듈 및 제2 열전모듈, 상기 제1 열전모듈에 포함된 열전소자들을 전기적으로 연결시키는 복수의 제1 금속전극들 및 상기 제2 열전모듈에 포함된 열전소자들을 전기적으로 연결시키는 복수의 제2 금속전극들, 및 상기 제1 열전모듈과 상기 제2 열전모듈을 소정의 전원에 대해 선택적으로 직렬 또는 병렬로 연결시키는 회로부를 포함하며, 상기 회로부는 상기 듀얼 열전 시스템이 히팅(heating)모드일 때 상기 제1 열전소자 그룹과 상기 제2 열전소자 그룹을 상기 전원에 대해 병렬로 연결시키고, 상기 듀얼 열전 시스템이 쿨링(cooling)모드일 때 상기 제1 열전소자 그룹과 상기 제2 열전소자 그룹을 상기 전원에 대해 직렬로 연결시킨다.

Description

듀얼 열전 시스템{Dual thermalelectric system}

본 발명은 열전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두 개의 열전모듈 또는 두 개의 열전모듈 시스템을 소정의 전원에 대해 선택적으로 직렬 또는 병렬로 연결하여 열전 시스템이 히팅(heating)모드 또는 쿨링(coolimg)모드로 동작할 때 각각의 모드에 필요한 전압을 별도의 변압장치 없이 공급할 수 있는 열전 시스템에 관한 것이다.

열전모듈 시스템은 제백(Seeback) 효과를 이용하거나 펠티어(Peltier) 효과를 이용하여 발전 또는 발열/냉각을 위해 사용되고 있다.

열전모듈 시스템은 제백 효과를 통해 양단의 온도차가 날 때 기전력이 발생하는 현상으로 이를 이용하여 발전을 하거나, 이와는 반대로 양단에 전류를 흘리면 전하를 따라 열이 이동하여 한쪽은 냉각이 되고 다른 쪽은 가열이 되는 펠티어 효과를 통해 전류를 이용한 냉각장치 또는 발열장치를 만드는데 이용되고 있다.

특히 양단에 흘리는 전류의 극성을 반대로 바꾸면 냉각이 되는 쪽과 가열되는 쪽이 바뀌게 되어 하나의 열전모듈 시스템으로 필요에 따라 발열/냉각을 선택할 수 있으며, 기계적인 소음이나 진동이 거의 없고 정밀한 온도제어가 가능하며 친환경적이어서 사용분야가 점차 넓어지고 있다.

열전모듈 시스템은 쿨링(cooling)모드로 이용하는 경우와 히팅(heating)모드로 이용하는 경우 각각 높은 효율을 나타낼 수 있는 전압이 차이가 있다. 예를 들어, 히팅모드로 이용하는 경우 상기 열전모듈에 특정 전압(예컨대, DC 12V)을 인가했을 때 발열효과가 높은 효율을 나타낸다면, 쿨링모드로 이용하는 경우에는 상기 발열장치에 가해지는 전압의 약 절반(예컨대, DC 6V) 정도를 인가했을 때 높은 효율의 냉각효과를 나타낼 수 있다.

도 1은 종래의 열전 시스템의 개략적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 상기 종래의 열전 시스템은 소정의 열전모듈 시스템(10)을 구동하기 위해, 소정의 전원(30)으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 이때, 전술한 바와 같이 히팅모드 또는 쿨링모드로 작동시 상기 열전모듈 시스템(10)에 인가되는 전압을 변화할 필요가 있을 수 있다. 이를 위해 종래에는 별도의 변압장치(20)를 이용하여 상기 전원(30)으로부터 공급되는 전압을 조절하여 각각의 모드에 맞게 상기 열전모듈 시스템(10)으로 전압을 출력하였다.

상기 변압장치(20)는 예를 들어, PWM(Pulse Width Modulation) 제어 등을 이용하여 전압을 변화하여 출력할 수 있다. 그러나 이러한 상기 변압장치(20)를 별도로 구비하는데 자원의 낭비가 발생할 수 있으며 상기 열전 시스템을 포함하는 특정 장치의 부피가 커질 수 있는 문제점이 있다.

따라서, 상기 변압장치(20)를 별도로 구비하지 않고도 상기 열전모듈 시스템(10)에 필요한 전압을 선택적으로 공급할 수 있는 열전 시스템이 요구된다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 두 개의 열전모듈 또는 두 개의 열전모듈 시스템을 소정의 전원에 대해 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결할 수 있는 소정의 회로부를 구성하여 별도의 변압장치 없이 열전모듈 시스템의 동작모드에 따라 높은 효율을 나타내는데 필요한 전압을 선택적으로 공급할 수 있는 기술적 사상을 제공하는 것이다.

또한, 하나의 온도 스위치가 히팅모드 및 쿨링모드시에 모두 동작할 수 있도록 회로부를 구성하여 열전모듈 시스템을 안전하게 온도제어 할 수 있는 기술적 사상을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 듀얼 열전 시스템은 서로 이격되어 형성되는 두 개의 절연기판, 상기 두 개의 절연기판 사이에 배치되며 복수의 열전소자들을 각각 포함하는 제1열전모듈 및 제2열전모듈, 상기 제1열전모듈에 포함된 열전소자들을 전기적으로 연결시키는 복수의 제1금속전극들 및 상기 제2열전모듈에 포함된 열전소자들을 전기적으로 연결시키는 복수의 제2금속전극들, 및 상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈을 소정의 전원에 대해 선택적으로 직렬 또는 병렬로 연결시키는 회로부를 포함할 수 있다..

상기 회로부는 상기 듀얼 열전 시스템이 히팅(heating) 모드일 때 상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈을 상기 전원에 대해 병렬로 연결시킬 수 있고, 상기 듀얼 열전 시스템이 쿨링(cooling) 모드일 때 상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈을 상기 전원에 대해 직렬로 연결시킬 수 있다..

또한, 상기 듀얼 열전 시스템은 온도 스위치를 더 포함할 수 있으며, 상기 온도 스위치는 상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈이 상기 전원에 대해 병렬로 연결될 때, 상기 온도 스위치를 통해 상기 제1열전모듈에 포함된 복수의 열전소자들에 전류가 인가되고, 상기 온도 스위치를 통해 상기 제2열전모듈에 포함된 복수의 열전소자들에 전류가 인가되도록 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 온도 스위치는 상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈이 상기 전원에 대해 직렬로 연결될 때, 상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈을 전기적으로 직렬로 연결하도록 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 회로부는 상기 두 개의 절연기판 중 어느 하나의 제1절연기판 상에 형성되고, 상기 제1열전 모듈에 포함된 제1열전소자 및 제2열전소자 각각에 연결되는 제1노드 및 제2노드, 상기 제1절연기판 상에 형성되고, 상기 제2열전 모듈에 포함된 제3열전소자 및 제4열전소자 각각에 연결되는 제3노드 및 제4노드, 및 상기 제1절연기판 상에 형성된 제5노드를 포함할 수 있으며, 상기 제2노드와 상기 제5노드는 상기 온도 스위치를 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 회로부는 상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈이 상기 전원에 대해 병렬로 연결될 때, 상기 제1노드 및 상기 제5노드를 각각 상기 전원의 제1단자 및 제2단자와 연결할 수 있으며, 상기 제2노드와 상기 제4노드를 전기적으로 연결할 수 있고, 상기 제3노드는 상기 제1단자와 연결하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 회로부는 상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈이 상기 전원에 대해 직렬로 연결될 때, 상기 제1노드와 상기 제4노드를 상기 전원의 제1단자 및 제2단자와 연결할 수 있으며, 상기 제3노드와 상기 제5노드를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 할 수있다.

상기 온도 스위치는 바이메탈로 구현될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 듀얼 열전 시스템은 제1열전모듈 시스템 및 제2열전모듈 시스템, 및 상기 제1열전모듈 시스템과 상기 제2열전모듈 시스템을 소정의 전원에 대해 선택적으로 직렬 또는 병렬로 연결시키는 회로부를 포함할 수있다.

상기 회로부는 상기 듀얼 열전 시스템이 히팅(heating) 모드일 때 상기 제1열전소자 그룹과 상기 제2열전소자 그룹을 상기 전원에 대해 병렬로 연결시킬 수 있고, 상기 듀얼 열전 시스템이 쿨링(cooling) 모드일 때 상기 제1열전소자 그룹과 상기 제2열전소자 그룹을 상기 전원에 대해 직렬로 연결시킬 수 있다.

또한, 상기 회로부는 온도 스위치를 포함하며, 상기 온도 스위치는 상기 제1열전모듈 시스템과 상기 제2열전모듈 시스템이 상기 전원에 대해 병렬로 연결될 때, 상기 온도 스위치를 통해 상기 제1열전모듈 시스템에 포함된 복수의 열전소자들에 전류가 인가되고, 상기 온도 스위치를 통해 상기 제2열전모듈 시스템에 포함된 복수의 열전소자들에 전류가 인가되도록 배치되며, 상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈이 상기 전원에 대해 직렬로 연결될 때, 상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈을 전기적으로 직렬로 연결하도록 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 회로부는 상기 제1열전모듈 시스템에 포함된 제1열전소자 및 제2열전소자 각각에 연결되는 제1노드 및 제2노드, 상기 제2열전모듈 시스템에 포함된 제3열전소자 및 제4열전소자 각각에 연결되는 제3노드 및 제4노드, 및 제5노드를 포함하며, 상기 제2노드와 상기 제5노드는 상기 온도 스위치를 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 듀얼 열전 시스템은 제1열전모듈 시스템에 포함된 제1열전소자 및 제2열전소자 각각에 연결되는 제1노드 및 제2노드, 제2열전모듈 시스템에 포함된 제3열전소자 및 제4열전소자 각각에 연결되는 제3노드 및 제4노드, 및 제5노드를 포함하며, 상기 제2노드와 상기 제5노드는 온도 스위치를 통해 전기적으로 연결되며, 상기 제1노드 내지 상기 제5노드 각각과 소정의 전원과의 전기적 연결상태, 또는 상기 제1노드 내지 상기 제5노드 서로 간의 연결상태를 선택적으로 변경하여 상기 제1열전모듈 시스템과 상기 제2열전모듈 시스템을 소정의 전원에 대해 선택적으로 직렬 또는 병렬로 연결시키는 회로부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 듀얼 열전 시스템은 별도의 변압장치를 이용하지 않고도 열전모듈 시스템이 효율적으로 냉각 또는 발열하는데 필요한 전압을 선택적으로 공급할 수 있는 효과가 있다. 또한, 별도의 변압장치를 이용하지 않음으로써 자원의 낭비를 줄일 수 있으며, 열전모듈 시스템을 이용하는 소정의 장치의 소형화, 경량화에 유리한 효과가 있다.

또한, 하나의 온도 스위치가 히팅모드 및 쿨링모드시에 모두 동작할 수 있도록 회로부를 구성함으로써 열전모듈 시스템의 과열 또는 과냉각을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 종래의 열전모듈 시스템의 개략적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템에서 히팅모드인 경우 회로부의 개략적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템에서 쿨링모드인 경우 회로부의 개략적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템이 히팅모드로 작동하는 경우 회로부의 회로구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템이 쿨링모드로 작동하는 경우 회로부의 회로구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템의 히팅모드에서 셀렉팅 스위치를 통해 도 4에 도시된 회로를 등가회로로 구성한 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템의 쿨링모드에서 셀렉팅 스위치를 통해 도 5에 도시된 회로를 등가회로로 구성한 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템의 다른 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.

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.

본 명세서에서 열전모듈이라 함은, 서로 이격되어 형성되는 두 개의 절연기판 사이에 배치되는 복수의 열전소자 그룹을 의미하며, 열전모듈 시스템은 상기 열전모듈과 상기 절연기판 및 상기 열전모듈에 포함된 열전소자 그룹을 전기적으로 연결시키는 복수의 금속전극을 더 포함하여 히팅(heating)모드 또는 쿨링(cooling)모드로 동작할 수 있는 시스템을 의미할 수 있다.

상기 열전모듈 시스템은 공급하는 전원의 극성을 바꿔줌으로써 히팅모드 또는 쿨링모드로의 동작을 제어할 수 있다. 이때, 상기 히팅모드와 상기 쿨링모드에 따라 각각 높은 효율을 내기 위해 상기 열전모듈에 인가되는 전압은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 열전모듈에 특정 전압(예컨대, DC 12V)이 인가됐을 경우 상기 히팅모드에서 높은 효율 낼 수 있다면, 상기 쿨링모드에서는 상기 열전모듈에 상기 특정전압의 약 절반(예컨대, DC 6V) 정도의 전압이 인가됐을 때 높은 효율을 낼 수 있다.

이와 같은 특성으로 인해 하나의 열전모듈 시스템으로 상기 히팅모드 또는 상기 쿨링모드를 구현하고자 하는 경우, 종래에는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어기 등을 이용한 별도의 변압장치를 구비하여 상기 열전모듈 시스템에 인가되는 전압을 조절함으로써 추가적인 자원의 낭비가 발생하게 된다.

따라서, 이와 같은 자원의 낭비 없이 간편하게 상기 열전모듈 시스템에 인가되는 전압을 조절할 수 있는 시스템이 요구된다.

이를 위해, 본 발명에 따른 듀얼 열전 시스템은 두 개의 열전모듈 또는 두 개의 열전모듈 시스템을 소정의 전원에 대해 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결할 수 있다. 그러면 상기 듀얼 열전 시스템이 상기 히팅모드인 경우 또는 상기 쿨링모드로 동작하는 경우 각각 최대 효율을 나타내기 위해 필요한 전압을 상기 각 열전모듈에 인가할 수 있는 기술적 사상을 제공한다.

또한, 상기 듀얼 열전 시스템의 과열 또는 과냉각이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 온도 스위치를 이용하여 일정온도 범위 내에서 상기 듀얼 열전 시스템을 안전하게 사용할 수 있는 기술적 사상을 제공한다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템(1)은 절연기판(400)과 상기 절연기판(400)상에 배치된 제1 열전모듈(100), 제2 열전모듈(200), 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)에 포함된 열전소자들과 연결되는 복수의 금속전극(미도시)들, 및 상기 제1 열전모듈(100)과 상기 제2 열전모듈(200)을 소정의 전원과 연결하는 회로부(300)를 포함한다. 여기서 상기 절연기판(400)은 소정의 금속(예컨대, 구리)기판에 절연층이 형성된 기판 또는 세라믹 기판일 수 있다.

즉, 상기 듀얼 열전 시스템(1)은, 상기 두 개의 열전모듈(100, 200)과 절연기판(400) 및 금속전극을 포함하는 열전모듈 시스템 및 상기 회로부(300)를 포함하여 구현될 수 있다.

또한, 상기 제1 열전모듈(100)과 상기 제2 열전모듈(200)은 상기 절연기판(400)상에 배치될 수 있으며, 각각의 열전모듈(100, 200)에 포함된 열전소자들 중 각각 두 개의 열전소자는 상기 회로부(300)를 통해 소정의 전원(미도시)과 연결될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템(1)에서 히팅모드를 위한 회로부의 개략적인 구성을 나타내며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템(1)에서 쿨링모드를 위한 회로부의 개략적인 구성을 나타낸다.

먼저 도 2를 참조하면, 상기 회로부(300)는 상기 전원(미도시)의 제1단자(예컨대, +단자)가 상기 제1 열전모듈(100)의 제1열전소자(예컨대, P1) 및 상기 제2 열전모듈(200)의 제3열전소자(예컨대, P2)와 연결되며, 상기 전원(미도시)의 제2단자(예컨대, -단자)는 상기 제1 열전모듈(100)의 제2열전소자(예컨대, N1) 및 상기 제2 열전모듈(200)의 제4열전소자(예컨대, N2)와 연결되어 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)이 상기 전원(미도시)에 대해 병렬로 연결될 수 있다.

이와 같이 상기 회로부(300)가 병렬연결의 구조를 가짐으로써, 상기 듀얼 열전 시스템(1)에 특정 전압(예컨대, DC 12V)이 인가되는 경우 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200) 각각에 상기 특정 전압이 그대로 인가될 수 있다.

또한 도 3을 참조하면, 상기 회로부(300)는 상기 전원(미도시)의 제1단자(예컨대, -단자)는 상기 제1 열전모듈(100)의 제1열전소자(예컨대, P1)와 연결될 수 있다. 또한, 상기 전원(미도시)의 제2단자(예컨대, +단자)는 상기 제2 열전모듈(200)의 제4열전소자(예컨대, N2)와 연결되며, 상기 제1 열전모듈(100)의 제2열전소자(예컨대, N1)와 상기 제2 열전모듈(200)의 제3열전소자(예컨대, P2)가 연결되어 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)이 상기 전원(미도시)에 대해 직렬로 연결될 수 있다.

이와 같이 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)이 직렬연결됨으로써, 상기 듀얼 열전 시스템(1)에 상기 특정 전압(예컨대, DC 12V)을 그대로 인가하는 경우 상기 특정 전압은 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)에 나뉘어 상기 각각의 열전모듈에 상기 특정 전압의 약 절반(예컨대, DC 6V) 정도씩 인가될 수 있다. 물론, 이를 위해 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)은 각각 동일하거나 또는 유사한 값의 저항을 갖는 것이 바람직할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템(1)은 종래의 열전 시스템과 같이 별도의 변압장치(20)를 구비하지 않고, 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)을 상기 회로부(300)의 구성을 통해 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결할 수 있게 함으로써 상기 듀얼 열전 시스템(1)이 히팅모드 또는 쿨링모드로 동작하는데 각각의 모드별로 효율적인 전압을 공급할 수 있다.

도 4 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템(1)이 히팅모드/쿨링모드로 동작할 경우 회로부의 회로구성을 나타낸다.

도4 내지 도 5를 참조하면, 상기 회로부(300)는, 상기 듀얼 열전 시스템(1)에 포함되는 두 개의 절연기판 중 어느 하나의 제1절연기판상에 형성되며, 상기 제1 열전모듈(100)에 포함된 제1열전소자(110)와 제2열전소자(120) 각각에 연결되는 제1노드(310)와 제2노드(320)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1절연기판 상에 형성되고 상기 제2 열전모듈(200)에 포함된 제3열전소자(210)와 제4열전소자(220) 각각에 연결되는 제3노드(330)와 제4노드(340) 및 상기 제1절연기판 상에 형성된 제5노드(350)를 더 포함할 수 있다.

여기서 상기 제1노드(310) 내지 제5노드(350) 각각은 상기 절연기판(400)상에 형성된 소정의 금속전극을 의미할 수 있다.

이때 상기 듀얼 열전 시스템(1)은 상기 회로부(300)를 통해 소정의 전원(600)으로부터 필요한 전압을 공급받을 수 있다. 상기 전원(600)은 제1단자(610, 예컨대 +단자) 및 제2단자(620, 예컨대 -단자)를 포함한다.

또한, 상기 회로부(300)는 상기 제2노드(320)와 상기 제5노드(350)를 전기적으로 연결하는 소정의 온도 스위치(500)를 더 포함할 수 있다. 그러면 상기 열전모듈 시스템(1)이 히팅모드로 작동하는 경우 및 쿨링모드로 작동하는 경우 모두에 인가되는 전류는 공통적으로 상기 온도 스위치(500)를 통해 상기 듀얼 열전 시스템(1)으로 전송될 수 있다.

이때, 상기 온도 스위치(500)는 예컨대 바이메탈로 구현될 수 있다. 상기 바이메탈은 온도에 따라 휘는 성질을 이용하여 온도변화에 따라 스위치를 닫거나 열 수 있으며, 또는 상기 바이메탈 자체를 스위치로 하여 회로의 단락 여부를 조절할 수 있다. 따라서, 상기 듀얼 열전 시스템(1)이 일정온도 범위 이내에서 동작할 수 있게 할 수 있는 효과가 있다. 상기 바이메탈은 널리 알려져 있으므로 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템(1)이 히팅모드로 동작할 경우 회로부의 회로구성을 나타내며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템(1)이 쿨링모드로 동작할 경우 회로부의 회로구성을 나타낸다.

전술한 바와 같이, 상기 열전모듈(100, 200)은 히팅모드에서 특정 전압(예컨대, DC 12V)이 인가됐을 때 높은 효율을 나타낼 수 있다. 이를 위해 상기 전원(600)은 상기 특정 전압(예컨대, DC 12V)을 상기 열전모듈 시스템으로 공급할 수 있다.

그러면 상기 회로부(300)는 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)을 상기 전원(600)에 대해 병렬로 연결되게 하여 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)에 각각 상기 특정 전압이 인가될 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)이 병렬로 연결되기 위해, 상기 회로부(300)는 상기 제1노드(310) 및 상기 제5노드(350)를 각각 상기 전원(600)의 제1단자(610) 및 제2단자(620)와 연결할 수 있으며, 상기 제2노드(320)와 상기 제4노드(340)를 전기적으로 연결할 수 있다. 또한, 상기 제3노드(330)는 상기 제1단자(610)와 연결될 수 있다.

또한, 상기 제2노드(320)와 상기 제5노드(350)를 상기 온도 스위치(500)를 통해 연결함으로써, 온도제어가 가능하게 할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 상기 듀얼 열전 시스템(1)이 쿨링모드에서 최대 효율을 나타내기 위해서는 상기 각각의 열전모듈(100, 200)에 상기 특정 전압(예컨대, DC 12V)의 약 절반(예컨대, DC 6V) 정도가 공급될 필요가 있다. 그러나 상기 전원(600)은 상기 열전모듈 시스템에 상기 특정 전압(예컨대,DC 12V)을 공급하고 있으므로, 상기 회로부(300)는 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)을 상기 전원(600)에 대해 직렬로 연결되게 함으로써, 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)에 각각 상기 특정 전압의 약 절반(예컨대, DC 6V) 정도를 공급할 수 있다. 물론, 이때 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)은 동일하거나 또는 유사한 값의 저항을 갖는 것이 바람직 할 수 있다.

도 5를 참조하면, 상기 회로부(300)는 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)이 직렬로 연결되기 위해 상기 제1노드(310) 및 상기 제4노드(340)를 각각 상기 전원(600)의 상기 제1단자(610) 및 상기 제2단자(620)와 연결할 수 있으며, 상기 제3노드(330)와 상기 제5노드(350)를 전기적으로 연결할 수 있다..

또한, 상기 제2노드(320)와 상기 제5노드(350)를 상기 온도 스위치(500)를 통해 연결하여 온도제어가 가능하게 할 수 있다.

한편, 이와 같은 기능을 구현하기 위해 직렬 또는 병렬연결에 필요한 상기 회로부(300)를 별도로 구비하는 경우에는 상기 듀얼 열전 시스템(1)을 사용하는데 상당한 번거로움이 있을 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 듀얼 열전 시스템(1)은 하나의 회로부에서 직렬 또는 병렬연결을 선택할 수 있게 하는 셀렉팅 스위치를 포함할 수 있다. 이를 위한 상기 셀렉팅 스위치의 구현이 도 6 내지 도 7에 개시된다.

도 6 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템(1)의 히팅모드에서 셀렉팅 스위치를 통해 도 4 내지 도 5에 도시된 각 회로를 등가회로로 구성한 것을 나타낸다.

상기 셀렉팅 스위치는, 일 단은 상기 제3노드(330)와 연결되고 타 단은 단락되거나 또는 상기 제1노드(310)와 연결될 수 있는 제1스위치(360), 일 단은 상기 제4노드(340)와 연결되며 타 단은 상기 제1노드(310) 또는 상기 제2노드(320)에 선택적으로 연결될 수 있는 제2스위치(361), 일 단은 상기 전원(600)의 제1단자(610)와 연결되며 타 단은 상기 제5노드 또는 상기 제3노드(330)와 선택적으로 연결될 수 있는 제3스위치(362), 및 일 단은 상기 전원(600)의 제2단자(620)와 연결되며 타 단은 상기 제3노드(330) 또는 상기 제5노드(350)와 선택적으로 연결될 수 있는 제4스위치(363)를 포함할 수 있다.

상기 셀렉팅 스위치가 조작되면 상기 제1스위치(360) 내지 제4스위치(363) 각각은 정해진 노드 및/또는 단자로 연결 또는 단락되며, 전술한 바와 같은 상기 회로부(300)의 회로구성을 등가회로로 구현할 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 듀얼 열전 시스템(1)이 히팅모드로 동작하는 경우 상기 셀렉팅 스위치의 동작을 알 수 있다.

상기 셀렉팅 스위치를 히팅모드로 선택하면, 상기 회로부(300)는 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)을 병렬연결하기 위해 도 6에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다.

이때 상기 셀렉팅 스위치에 포함되는 상기 제1스위치(360)는 상기 제1노드(310)와 상기 제3노드(330)를 연결할 수 있다. 또한, 상기 제2스위치(361)는 상기 제2노드(32)와 상기 제4노드(340)를 연결할 수 있으며, 상기 제3스위치(362)는 상기 제3노드(330)와 상기 전원(600)의 제1단자(610)를 연결할 수 있고, 상기 제4스위치(363)는 상기 제5노드(350)와 상기 전원(600)의 제2단자(620)를 연결할 수 있다.

이와 같이 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)을 상기 전원(600)에 대해 병렬연결 함으로써, 상기 히팅모드에 적합한 전압이 상기 두 개의 열전모듈(100, 200)에 각각 인가될 수 있다.

또한, 도 7을 참조하여 상기 듀얼 열전 시스템(1)이 쿨링모드로 동작하는 경우 상기 셀렉팅 스위치의 동작을 설명한다.

상기 셀렉팅 스위치를 쿨링모드로 선택하게 되면 상기 회로부(300)는 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)의 직렬연결을 위해 도 7에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다.

이러한 경우 상기 셀렉팅 스위치에 포함되는 상기 제1스위치(360)는 단락될 수 있다. 또한, 상기 제2스위치(361)는 상기 제1노드(310)와 상기 제4노드(340)를 연결할 수 있으며, 상기 제3스위치(362)는 상기 제5노드(350)와 상기 전원(600)의 제1단자(10)를 연결할 수 있고, 상기 제4스위치(363)는 상기 제3노드(330)와 상기 전원(600)의 제2단자(620)를 연결할 수 있다.

이와 같이 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)을 상기 전원(600)에 대해 직렬연결 함으로써, 상기 쿨링모드에 적합한 전압이 상기 두 개의 열전모듈(100, 200)에 각각 인가될 수 있다. 물론, 이때 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)은 동일하거나 또는 유사한 값의 저항을 갖는 것이 바람직할 수 있다.

이처럼 상기 회로부(300)가 상기 셀렉팅 스위치를 포함하게 되면 상기 제1 열전모듈(100) 및 상기 제2 열전모듈(200)의 상기 전원(600)에 대한 병렬연결 또는 직렬연결의 선택을 상기 셀렉팅 스위치의 조작으로 편리하게 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 도 6 내지 도 7에서 설명한 회로구성에 있어서 상기 제2노드(320) 및 상기 제5노드(350)가 상기 온도 스위치(500)를 통해 연결되도록 하여 상기 히팅모드 및 상기 쿨링모드 모두에서 온도제어를 가능하게 할 수 있다.

한편, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템(1)의 다른 실시 예를 나타낸다.

도 8을 참조하면, 상기 듀얼 열전 시스템(1)은 열전모듈 시스템 및 상기 열전모듈 시스템과 연결되는 회로부(300)를 포함하며, 에어(Air)를 공급하기 위한 블로워(Blower, 700) 및 상기 듀얼 열전 시스템(1)의 작동 여부를 선택할 수 있는 소정의 스위칭 장치(800)를 더 포함할 수 있다.

상기 스위칭 장치(800)는 상기 회로부(300) 및 상기 블로워(700)와 연결되는 복수의 단자들 및 상기 복수의 단자들을 선택적으로 연결할 수 있는 슬라이딩 스위치를 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 8에 도시된대로 상기 슬라이딩 스위치가 0단에 위치하고 있는 경우, 소정의 전원으로부터 상기 듀얼 열전 시스템(1) 및 상기 블로워(700)로 향하는 회로는 모두 단절되어 상기 듀얼 열전 시스템(1)은 off상태로 아무 동작을 하지 않을 수 있다.

상기 슬라이딩 스위치가 1단으로 슬라이딩 되는 경우, 상기 회로부(300)로 향하는 회로는 단락상태로 유지되고 상기 블로워(700)로 향하는 회로는 상기 전원과 연결되어 상기 블로워(700)만 동작할 수 있다. 그러면 상기 듀얼 열전 시스템(1)은 상온상태 그대로의 바람을 내보낼 수 있다.

또한 슬라이딩 스위치가 2단으로 슬라이딩 되는 경우에는 상기 회로부(300) 및 상기 블로워(700)로 향하는 회로가 상기 전원과 모두 연결될 수 있다. 따라서, 상기 듀얼 열전 시스템(1)은 상기 열전모듈 시스템이 히팅모드로 설정된 경우 뜨거운 바람을 배출함으로써 난방기능을 수행할 수 있으며, 상기 열전모듈 시스템이 쿨링모드로 설정된 경우에는 냉방기능을 수행할 수도 있다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 열전 시스템(1)의 또 다른 실시 예를 나타낸다.

도 9를 참조하면, 상기 듀얼 열전 시스템(1)은 각각 독립된 제1 열전모듈 시스템(100-1)과 제2 열전모듈 시스템(200-1), 및 상기 각각의 열전모듈 시스템(100-1, 200-1)과 연결되는 회로부(300)를 포함할 수 있다. 이때 상기 회로부(300)는 상기 제1 열전모듈 시스템(100-1) 및 제2 열전모듈 시스템(200-1)을 소정의 전원에 대해 병렬 또는 직렬로 선택적으로 연결할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 듀얼 열전 시스템(1)은 전술한 바와 같이 하나의 절연기판(400) 상에 소정의 열전소자들의 그룹인 열전모듈(예컨대, 100, 200)을 두 개 배치하고 연결하여 구현될 수 있지만, 각각 독립된 제1 열전모듈 시스템(100-1) 및 제2 열전모듈 시스템(200-1)을 연결하여 구현될 수도 있다.

물론, 이러한 경우 상기 회로부(300)는 전술한 바와 동일한 구성을 가질 수 있다. 따라서, 상기 제1 열전모듈 시스템(100-1) 및 제2 열전모듈 시스템(200-1)은 상기 전원(600)에 대해 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결될 수 있으며, 이에 따른 효과는 앞서 기술한 바와 같을 수 있다. 또한 상기 제1 열전모듈 시스템(100-1) 및 상기 제2 열전모듈 시스템(200-1)은 동일하거나 또는 유사한 값의 저항을 갖는 것이 바람직할 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.

Claims (13)

1. 서로 이격되어 형성되는 두 개의 절연기판;
   상기 두 개의 절연기판 사이에 배치되며 복수의 열전소자들을 각각 포함하는 제1열전모듈 및 제2열전모듈;
   상기 제1열전모듈에 포함된 열전소자들을 전기적으로 연결시키는 복수의 제1금속전극들 및 상기 제2열전모듈에 포함된 열전소자들을 전기적으로 연결시키는 복수의 제2금속전극들; 및
   상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈을 소정의 전원에 대해 선택적으로 직렬 또는 병렬로 연결시키는 회로부를 포함하는 듀얼 열전 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 회로부는,
   상기 듀얼 열전 시스템이 히팅(heating) 모드일 때 상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈을 상기 전원에 대해 병렬로 연결시키고,
   상기 듀얼 열전 시스템이 쿨링(cooling) 모드일 때 상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈을 상기 전원에 대해 직렬로 연결시키는 듀얼 열전 시스템.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 듀얼 열전 시스템은,
   온도 스위치를 더 포함하며,
   상기 온도 스위치는,
   상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈이 상기 전원에 대해 병렬로 연결될 때,
   상기 온도 스위치를 통해 상기 제1열전모듈에 포함된 복수의 열전소자들에 전류가 인가되고, 상기 온도 스위치를 통해 상기 제2열전모듈에 포함된 복수의 열전소자들에 전류가 인가되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 듀얼 열전 시스템.
   
4. 제 3항에 있어서, 상기 온도 스위치는,
   상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈이 상기 전원에 대해 직렬로 연결될 때,
   상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈을 전기적으로 직렬로 연결하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 듀얼 열전 시스템.
   
5. 제 4항에 있어서, 상기 회로부는,
   상기 두 개의 절연기판 중 어느 하나의 제1절연기판 상에 형성되고, 상기 제1열전 모듈에 포함된 제1열전소자 및 제2열전소자 각각에 연결되는 제1노드 및 제2노드;
   상기 제1절연기판 상에 형성되고, 상기 제2열전 모듈에 포함된 제3열전소자 및 제4열전소자 각각에 연결되는 제3노드 및 제4노드; 및
   상기 제1절연기판 상에 형성된 제5노드를 포함하며,
   상기 제2노드와 상기 제5노드는 상기 온도 스위치를 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 듀얼 열전 시스템.
   
6. 제 5항에 있어서, 상기 회로부는,
   상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈이 상기 전원에 대해 병렬로 연결될 때,
   상기 제1노드 및 상기 제5노드를 각각 상기 전원의 제1단자 및 제2단자와 연결하며,
   상기 제2노드와 상기 제4노드를 전기적으로 연결하고,
   상기 제3노드는 상기 제1단자와 연결하는 것을 특징으로 하는 듀얼 열전 시스템.
   
7. 제 5항에 있어서, 상기 회로부는,
   상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈이 상기 전원에 대해 직렬로 연결될 때,
   상기 제1노드와 상기 제4노드를 상기 전원의 제1단자 및 제2단자와 연결하며,
   상기 제3노드와 상기 제5노드를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 듀얼 열전 시스템.
   
8. 제 3항에 있어서, 상기 온도 스위치는 바이메탈로 구현되는 듀얼 열전 시스템.
   
9. 제1열전모듈 시스템 및 제2열전모듈 시스템; 및
   상기 제1열전모듈 시스템과 상기 제2열전모듈 시스템을 소정의 전원에 대해 선택적으로 직렬 또는 병렬로 연결시키는 회로부를 포함하는 듀얼 열전 시스템.
   
10. 제 9항에 있어서, 상기 회로부는,
    상기 듀얼 열전 시스템이 히팅(heating) 모드일 때 상기 제1열전소자 그룹과 상기 제2열전소자 그룹을 상기 전원에 대해 병렬로 연결시키고,
    상기 듀얼 열전 시스템이 쿨링(cooling) 모드일 때 상기 제1열전소자 그룹과 상기 제2열전소자 그룹을 상기 전원에 대해 직렬로 연결시키는 듀얼 열전 시스템.
    
11. 제 9항에 있어서, 상기 회로부는,
    온도 스위치를 포함하며,
    상기 온도 스위치는,
    상기 제1열전모듈 시스템과 상기 제2열전모듈 시스템이 상기 전원에 대해 병렬로 연결될 때,
    상기 온도 스위치를 통해 상기 제1열전모듈 시스템에 포함된 복수의 열전소자들에 전류가 인가되고, 상기 온도 스위치를 통해 상기 제2열전모듈 시스템에 포함된 복수의 열전소자들에 전류가 인가되도록 배치되며,
    상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈이 상기 전원에 대해 직렬로 연결될 때,
    상기 제1열전모듈과 상기 제2열전모듈을 전기적으로 직렬로 연결하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 듀얼 열전 시스템.
    
12. 제 11항에 있어서, 상기 회로부는,
    상기 제1열전모듈 시스템에 포함된 제1열전소자 및 제2열전소자 각각에 연결되는 제1노드 및 제2노드;
    상기 제2열전모듈 시스템에 포함된 제3열전소자 및 제4열전소자 각각에 연결되는 제3노드 및 제4노드; 및
    제5노드를 포함하며,
    상기 제2노드와 상기 제5노드는 상기 온도 스위치를 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 듀얼 열전 시스템.
    
13. 제1열전모듈 시스템에 포함된 제1열전소자 및 제2열전소자 각각에 연결되는 제1노드 및 제2노드;
    제2열전모듈 시스템에 포함된 제3열전소자 및 제4열전소자 각각에 연결되는 제3노드 및 제4노드; 및
    제5노드를 포함하며,
    상기 제2노드와 상기 제5노드는 온도 스위치를 통해 전기적으로 연결되며,
    상기 제1노드 내지 상기 제5노드 각각과 소정의 전원과의 전기적 연결상태, 또는
    상기 제1노드 내지 상기 제5노드 서로 간의 연결상태를 선택적으로 변경하여 상기 제1열전모듈 시스템과 상기 제2열전모듈 시스템을 소정의 전원에 대해 선택적으로 직렬 또는 병렬로 연결시키는 회로부를 포함하는 듀얼 열전 시스템.

Images