KR20150137981A - 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법 - Google Patents

열전 소자를 이용한 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법 Download PDF

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KR20150137981A
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Abstract

본 발명은 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 열전 소자의 반작용면의 온도를 조절함으로서 열 매체와 열 교환을 하는 작용면의 효율을 증가시킬 수 있는 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법에 관한 것이다.

Description

열전 소자를 이용한 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법 {Temperature control device using a thermoelectric element and temperature control method using a thermoelectric element}
본 발명은 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전 소자의 동작 효율을 극대화할 수 있는 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법에 관한 것이다.
열전 소자는 펠티에 효과에 의한 흡열 또는 발열 현상을 이용한 소자이다. 이러한 열전 소자는 냉각 장치에서의 냉기 발생 수단이나 난방 장치에서의 온기 발생 수단으로 많이 사용되고 있다. 그리고, 이러한 열전 소자를 이용한 냉난방 장치 중의 하나로서 열전 소자를 이용한 매트리스 등이 있다.
그러나, 열전 소자는 전류가 인가되는 양에 비례하여 발열 면이나 흡열 면의 온도가 선형적으로 증가하거나 감소하지 않는다. 즉, 일정량의 전류 이상이 흐르면 포화 현상이 발생하게 되고, 열전 소자를 이용한 발열 성능 또는 냉각 성능이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 열전 소자를 이용한 난방 장치 또는 냉방 장치에서의 성능을 극대화할 수 있는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법을 제공하고자 한다.
또한, 열전 소자를 이용하여 냉난방 기능을 손쉽게 전환할 수 있는 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법을 제공하고자 한다.
또한, 이러한 열전 소자를 이용하여 냉온 기능을 갖는 매트리스를 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 열전 소자; 상기 열전 소자의 작용면측에 구비되는 내부 방열판; 상기 열전 소자의 반작용면에 구비되는 외부 방열판; 상기 외부 방열판에 열을 인가하는 발열수단; 상기 외부 방열판을 냉각하는 냉각수단; 냉방 모드 또는 난방 모드 중 어느 하나의 작동 모드를 선택받으며, 상기 작동 모드의 설정 온도를 입력받는 입력부; 상기 입력부가 입력받은 값을 기초로 상기 열전 소자에 공급되는 전류의 방향과 전류의 양을 조절하는 제어부; 상기 열전 소자의 내부 방열판의 온도를 측정하는 내부 방열판 온도 감지 센서; 상기 열전 소자의 외부 방열판의 온도를 측정하는 외부 방열판 온도 감지 센서;를 포함하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 입력부가 입력 받은 작동 모드가 난방 모드인 경우, 상기 제어부는 상기 열전 소자의 작용면이 열을 발생하는 방향으로 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 내부 방열판 온도 감지 센서가 측정한 온도와 상기 외부 방열판 온도 감지 센서가 측정한 온도의 차가 기설정된 일정 온도를 초과하는 경우, 상기 제어부는 상기 발열수단이 열을 발생하도록 제어하여, 상기 내부 방열판 온도 감지 센서가 측정한 온도와 상기 외부 방열판 온도 감지 센서가 측정한 온도의 차가 기설정된 온도 내가 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 입력부가 입력 받은 작동 모드가 냉방 모드인 경우, 상기 제어부는 상기 열전 소자의 작용면이 열을 흡수하는 방향으로 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 내부 방열판 온도 감지 센서가 측정한 온도와 외부 방열판 온도 감지 센서가 측정한 온도의 차가 기설정된 일정 온도를 초과하는 경우, 상기 제어부는 상기 냉각수단을 구동하여, 상기 내부 방열판 온도 감지 센서가 측정한 온도와 상기 외부 방열판 온도 감지 센서가 측정한 온도의 차가 기설정된 온도 내가 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 기설정된 일정 온도는 섭씨 40 내지 50도에서 선택되는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 내부 방열판을 일측에 수용하여 내부에 수용된 열 매체와의 열 교환 공간을 제공하는 열 교환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 열 매체의 온도를 측정하는 열 매체 온도 감지 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 입력부가 입력 받은 작동 모드가 난방 모드인 경우, 상기 제어부는 상기 열 매체 온도 감지 센서가 측정한 온도가 난방 모드의 설정온도가 될 때까지 상기 열전 소자의 작용면이 열을 발생하는 방향으로 공급되는 전류의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 입력부가 입력 받은 작동 모드가 냉방 모드인 경우, 상기 제어부는 상기 열 매체 온도 감지 센서가 측정한 온도가 냉방 모드의 설정온도가 될 때까지 상기 열전 소자의 반작용면이 열을 발생하는 방향으로 공급되는 전류의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 열전 소자의 작용면에서 열이 발생하도록 전류를 인가시키는 단계; 상기 열전 소자의 작용면과 반작용면 사이의 온도차가 측정되는 단계; 상기 열전 소자의 작용면과 반작용면 사이의 온도차가 기설정된 일정 온도 이상 차이가 나는 경우, 상기 열전 소자의 반작용면에 열을 인가시켜 기설정된 온도 내가 되도록 조절되는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법을 제공한다.
또한, 상기 열전 소자의 작용면과 반작용면 사이의 온도차가 기설정된 일정 온도 이상 차이가 나는 경우, 상기 열전 소자의 반작용면에 열이 인가되는 단계는 상기 열전 소자의 반작용면에 구비된 발열 장치를 이용하여 상기 열전 소자의 반작용면에 열을 인가시키는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 열전 소자의 반작용면에서 열이 발생하도록 전류를 인가시키는 단계; 상기 열전 소자의 작용면과 반작용면 사이의 온도차가 측정되는 단계; 상기 열전 소자의 작용면과 반작용면 사이의 온도차가 기설정된 일정 온도 이상 차이가 나는 경우, 상기 열전 소자의 반작용면을 냉각시켜 기설정된 온도 내가 되도록 조절되는 단계;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법을 제공한다.
또한, 상기 열전 소자의 작용면과 반작용면 사이의 온도차가 기설정된 일정 온도 이상 차이가 나는 경우, 상기 열전 소자의 반작용면을 냉각시키는 단계는 상기 열전 소자의 반작용면에 구비된 냉각팬을 이용하여 상기 열전 소자의 반작용면의 열을 외부로 방출시키는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법을 제공한다.
또한, 상기 기설정된 일정 온도는 섭씨 40 내지 50도에서 선택되는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 난방 모드로 동작하는 경우, 열전 소자의 흡열 면의 온도를 높임으로써, 발열 면의 온도를 더욱 향상시켜 그 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
둘째, 냉방 모드로 동작하는 경우, 열전 소자의 발열 면의 온도를 낮춤으로써, 흡열 면의 온도를 더욱 낮추어 그 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
셋째, 열전소자에 흐르는 전류의 방향을 바꿈으로써, 냉방 모드와 난방 모드간의 변환을 자유롭게 조작할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치를 보여주는 도면이다.
도면 2도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치의 제어부의 내부 구성을 보여주는 블럭도이다.
도면 3도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치에서 사용되는 열전소자를 확대하여 보여주는 도면이다.
도면 4도는 난방 모드에서의 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법을 보여주는 순서도이다.
도면 5도는 냉방 모드에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법이 동작하는 과정을 보여주는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들은 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
열전 소자(150)는 펠티에(Peltier) 효과에 의한 흡열 또는 발열 현상을 이용한 소자로서, 전류가 흐름에 따라 한쪽 면에서 발열 현상이 일어나고, 다른 쪽 면에서는 흡열 현상이 일어나는 소자이다. 그리고, 열전 소자(150)에 인가하던 전류의 이동 방향을 바뀌면, 열전 소자(150)의 발열 현상이 발생하던 면은 흡열 현상이 발생하고, 흡열 현상이 발생하던 면에서는 발열 현상이 발생하게 된다.
다음은 열전 소자(150)에 12 볼트의 전압을 인가하였을 때의 흡열 면과 발열 면에서의 온도 차이를 보여주는 그래프이다.
Figure pat00001
[그래프 1. 12V 전압 인가시 열전 소자 흡열 면과 발열 면의 온도 차이를
보여주는 그래프]
위의 그래프에서 'hot'은 열전 소자(150)에서 발열 현상이 발생하는 부분이고, 'cool'은 냉각 현상이 발생하는 부분이다.
위의 그래프를 통하여 알 수 있듯이, 열전 소자(150)에 일 방향으로 전류를 인가하면 발열 현상이 발생하는 면에서는 온도가 계속 증가하고, 흡열 현상이 일어나는 면에서는 온도가 떨어지게 된다.
그러나, 이러한 발열 현상과 흡열 현상은 선형적으로 일어나는 것이 아니다. 즉, 어느 시점부터는 인가되는 전류의 양이 증가하여도, 증가한 전류의 양에 비하여 발열 면에서의 온도 상승은 선형적으로 증가하지 않는다. 즉, 열전 소자(150)의 효율이 향상되지 않는다.
다음은 열전 소자(150)에 5 볼트의 전압을 인가하였을 때의 흡열 면과 발열 면의 온도 차이를 보여주는 그래프이다.
Figure pat00002
[그래프 2, 5V 전압 인가시의 열전 소자의 흡열 면과 발열 면의 온도 차이를 보여주는 그래프]
5 볼트의 전압을 인가하였을 때도, 열전 소자(150)의 발열 면의 온도가 선형적으로 증가하는 것이 아님을 확인할 수 있다. 또한, 열전 소자(150)의 흡열 면의 온도도 선형적으로 감소하는 것이 아님을 확인할 수 있다.
또한, 위의 그래프들을 통하여, 열전 소자(150)의 흡열 면과 발열 면의 온도 차이는 약 30도 내지 50도 사이에서 일정하게 유지하고 있음을 확인할 수 있다. 즉, 열전 소자(150)의 흡열 면과 발열 면의 온도 차이는 임의의 전압 값이나 전류 값을 인가하여도 약 30도 내지 50도 사이에서 포화 되는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 이러한 상황에서 열전 소자(150)의 발열 면의 온도를 높이기 위하여 더 높은 전압을 인가하거나, 더 많은 전류를 인가하는 것은 큰 효율이 없으며, 열전 소자(150)의 발열 면의 온도를 더욱 높이기 위해서나 냉각 면의 온도를 더욱 낮추기 위해서는 다른 접근 방법이 필요하다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법의 출원인은 열전 소자(150)의 흡열 면의 온도를 상승시키면, 발열 면의 온도를 상승시키는데 더욱 큰 효과가 있음을 확인하였다. 즉, 앞서 살펴본 바와 같이, 포화시에 열전 소자(150)의 흡열 면과 발열 면은 약 30도 내지 50도의 일정한 온도 차를 가지게 되는데, 흡열 면의 온도를 상승시키면 발열 면의 온도를 상승시키는데 효과가 있음을 확인하였다. 즉, 그래프 1에서 열전 소자(150)의 발열 면의 온도를 60도에서 80도로 상승시키기 위하여 인가되는 전류의 양을 증가시키는 것 보다는, 열전 소자(150)의 흡열 면의 온도를 20도에서 40도로 증가시키는 것이 열전 소자(150)의 온도 상승에 보다 효율적이라는 것을 확인하였다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법의 출원인은 또한, 흡열 면에서도 동일한 원리가 적용될 수 있음을 확인하였다. 즉, 그래프 1에서 열전 소자(150)의 흡열 면의 온도를 20도에서 -10도로 하강시키기 위하여 인가되는 전류의 양을 증가시키는 것보다는, 열전 소자(150)의 발열 면의 온도를 60도에서 40도로 하강시키는 것이 더 높은 효율이 있음을 관측하였다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치 및 온도 제어 장치의 출원인은 이러한 현상을 이용하여, 열전 소자(150)의 성능을 극대화한 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법을 제안하고자 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치를 보여주는 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치는 열전 소자(150), 내부 방열판(160), 외부 방열판(210), 발열 수단(220), 냉각 수단(260), 입력부(120), 제어부(240), 내부 방열판 온도 감지 센서(236), 외부 방열판 온도 감지 센서(238)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치는 전원 공급부(250), 열 교환기 (130), 펌프(140), 열 매체 온도 감지 센서(232, 234), 순환관(112), 냉난방 수용 시설(110)을 추가적으로 구비할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치의 설명에서 열 교환기(130) 내의 열 매체와의 열 교환을 위한 열전 소자(150)의 면을 작용면이라 지칭할 수 있으며, 작용면의 반대 면은 반작용면이라고 지칭할 수 있다.
그리고, 열전 소자(150)의 작용면 측에 부착되는 방열판은 내부 방열판(160)이라고 지칭할 수 있고, 열전 소자(150)의 반작용면에 부착되는 방열판은 외부 방열판(210)이라고 지칭할 수 있다. 이러한 방열판들은 열전 소자(150)로부터 발생되는 열기 또는 냉기를 외부로 전달하는 역할을 수행할 수 있으며, 이를 위하여 표면적이 넓히도록 다수의 핀(pin)들을 구비할 수 있다.
특히, 내부 방열판(160)은 열 교환기(130)의 일측에 구비되어 열 교환기(130) 내부의 열 매체와 열을 주고 받을 수 있다. 즉, 열기나 냉기를 필요로 하는 수용부위를 직접적으로 흐르는 열 매체와의 에너지 전달에 의하여 해당 수용 부위가 냉방 기능을 갖거나 난방 기능을 가지도록 조절할 수 있다.
열전 소자(150)의 반작용면 측에 위치하는 외부 방열판(210)에는 발열 수단(220)과 냉각 수단(260)이 구비될 수 있다. 그리고, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치는 이러한 발열 수단(220)과 냉각 수단(260)을 이용하여 반작용면의 온도를 제어하여 작용면의 온도 제어 성능을 극대화할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치의 입력부(120)는 사용자로부터 냉방 모드 또는 난방 모드 중의 어느 하나의 모드를 선택받는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 입력부(120)는 냉방 모드 또는 난방 모드에서의 목표로 하는 설정 온도를 입력받는 역할을 수행할 수 있다.
제어부(240)는 입력부(120)를 통하여 입력받은 작동 모드와 작동 모드에 따른 설정 온도 값을 기초로 열전 소자에 공급되는 전류의 방향과 전류의 양을 조절하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 난방 모드인 경우, 제어부(240)는 열전 소자(150)의 작용면이 발열 현상이 발생하는 방향으로 전류를 인가할 수 있으며, 냉방 모드인 경우에는 열전 소자(150)의 작용면이 흡열 현상이 발생하는 방향으로 전류를 인가할 수 있다. 또한, 제어부(240)는 내부 방열판(160) 측에 부착되어 있는 내부 방열판 온도 감지 센서(236), 외부 방열판(210) 측에 부착되어 있는 외부 방열판 온도 감지 센서(238), 열 교환기(130)와 순환관(112) 사이를 흐르는 열 매체의 온도를 측정하는 열 매체 온도 감지 센서(232, 234)가 측정한 온도를 입력받아 이를 기초로 전원 공급부(250)으로부터 열전 소자(150)에 인가하는 전류의 방향과 양을 조절할 수 있다.
열전 소자(150)에서 발생한 열기 또는 냉기는 내부 방열판(160)을 통하여 열 교환기(130) 내부의 열 매체로 전달되게 된다. 바람직하게는 이러한 열 매체는 물이 될 수 있으며, 에너지 교환을 한 열 매체는 펌프(140)의 압력에 의하여 순환관(112) 사이를 흐를 수 있다.
따라서, 열 매체가 순환관(112)을 따라 흐르면서 냉난방 수용 시설(110)의 온도를 조절할 수 있다. 그리고, 이러한 냉난방 수용 시설(110)은 바람직하게는 매트리스(mattless)가 될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치의 제어부(240)는 난방 모드로 동작 중에 열전 소자(150)의 작용면과 반작용면의 온도 차이가 기설정된 일정 온도 이상으로 차이가 나는 경우 발열 수단(220)을 작동시킬 수 있으며, 발열 수단(220)은 전기로 작동되는 열선과 같은 것으로 제작될 수 있다.
예를 들어, 열전 소자(150)의 작용면과 반작용면의 온도차가 섭씨 40도 이상 벌어지게 되면, 제어부(240)는 발열 수단(220)이 열기를 생산하도록 하여 열전 소자(150)의 반작용면의 온도를 상승시켜서 열전 소자(150)의 효율을 향상시킬 수 있다. 이를 위하여, 제어부(240)는 발열 수단(220)에 전기를 인가할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치의 제어부(240)는 냉방 모드로 동작 중에 열전 소자(150)의 작용면과 반작용면의 온도 차이가 기설정된 일정 온도 이상으로 차이가 나는 경우 냉각 수단(260)을 작동시켜 반작용면의 온도를 떨어뜨릴 수 있다. 즉, 앞서 살펴본 바와 같이 열전 소자(150)의 반작용면의 온도를 하강시킴으로써 열전 소자(150)의 작용면의 온도를 더욱 하강시켜 그 효율을 극대화시킬 수 있다. 그리고, 냉각 수단(260)으로는 냉각 팬이 채용될 수 있다.
제어부(240)는 열 매체 온도 감지 센서(232, 234)가 측정한 온도와 입력부(120)를 통하여 입력받은 작동 모드에 따른 설정 온도를 비교하여, 열전 소자(150)에 인가하여야 할 전류의 방향과 양을 조절할 수 있다. 즉, 열 매체 온도 감지 센서(232, 234)가 측정한 온도가 입력부(120)를 통하여 입력받은 설정 온도에 도달하도록 열전 소자(150)에 인가되는 전류의 양을 증가시킬 수 있다.
도면 2도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치의 제어부의 내부 구성을 보여주는 블럭도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치의 제어부(240)는 아날로그/디지털(analog/digital) 변환기, 마이크로프로세서(microprocessor) 및 정역전환회로를 포함할 수 있다.
제어부(240)의 아날로그/디지털 변환기는 열 매체 온도 감지 센서(232, 234), 내부 방열판 온도 감지 센서(236), 외부 방열판 온도 감지 센서(238)를 포함하는 온도감지수단(230)이 측정한 온도 값을 입력받아 마이크로프로세서가 이해할 수 있도록 디지털화하는 역할을 수행할 수 있다.
그리고, 제어부(240)의 마이크로프로세서는 이러한 아날로그/디지털 변환기로부터 입력받은 온도 값과 입력부(120)로부터 전달받은 값을 기초로, 정역전환회로를 제어하여 전원 공급부(250)로부터 열전 소자(150)로 인가되는 전류의 방향을 변환할 수 있다.
도면 3도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치에서 사용되는 열전 소자를 확대하여 보여주는 도면이다.
일 예로, 전류를 어떠한 한 방향으로 인가하면, 열전 소자(150)의 작용면(152)에 발열 현상이 발생할 수 있으며, 열전 소자(150)의 그 반대면은 흡열 현상이 발생할 수 있다.
그리고, 제어부(240)의 마이크로프로세서가 정역변환회로를 조작하여 전류의 인가 방향을 반대 방향으로 바꾸면, 열전 소자(150)의 작용면(152)은 흡열 현상이 발생하게 되고, 그 반대면은 발열 현상이 발생한다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치는 열전 소자(150)들에 흐르는 전류의 방향을 조작하여 간단하게 난방 또는 냉방 모드를 자유롭게 조작할 수 있는 효과가 있다.
도면 4도는 난방 모드에서의 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법을 보여주는 순서도이다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법은 열전 소자(150)의 작용면에서 발열 현상이 발생하는 방향으로 전류를 인가하는 과정을 거칠 수 있다.(S4-1)
전류가 인가됨에 따라, 열전 소자(150)의 작용면은 발열 현상이 발생하게 되고, 반작용면에서는 흡열 현상이 발생하게 된다.
다음으로, 열전 소자(150)의 작용면과 반작용면 사이의 온도차가 측정되는 과정을 거칠 수 있으며,(S4-2) 그 다음으로 열전 소자(150)의 작용면과 반작용면의 온도차가 기설정된 일정 온도를 초과하는지 여부를 판단하는 과정을 거칠 수 있다.(S4-3) 이 단계에서, 기설정된 일정 온도는 30도 내지 50도의 범위에서 적절한 값이 선택될 수 있다.
만일, 열전 소자(150)의 작용면과 반작용면 사이의 온도차가 기설정된 일정 온도를 초과하는 경우, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법은 열전 소자(150)의 반작용면에 열을 인가하여 온도를 높이는 과정을 수행할 수 있다.(S4-4)
그리고 그 다음으로, 열전 소자(150)의 작용면과 반작용면 사이의 온도가 일정하게 유지되도록 열전 소자(150)에 인가되는 전류의 양과 반작용면에 전달되는 열기를 조절하는 과정을 수행할 수 있다.(S4-5)
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법에 의하면, 열전 소자(150)의 작용면의 온도를 더욱 향상시킬 수 있어서 난방 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도면 5도는 냉방 모드에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법이 동작하는 과정을 보여주는 순서도이다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법은 열전 소자(150)의 반작용면에서 발열 현상이 발생되는 방향으로 전류를 인가할 수 있다.(S5-1) 이러한 과정은 제어부(240)의 정역변환회로를 통하여 이루어질 수 있으며, 구체적으로 작용면이 발열 현상이 발생되도록 인가되던 전류의 방향을 작용면이 흡열 현상이 발생되도록 인가되도록 전류의 방향을 반대로 조절함으로써 달성될 수 있다.
그 다음으로, 열전 소자(150)의 작용면과 반작용면 사이의 온도차가 측정되는 과정을 거칠 수 있다.(S5-2) 열전 소자(150)의 작용면과 반작용면의 온도차는 내부 방열판 온도 감지 센서(236)와 외부 방열판 온도 감지 센서(238)로부터 측정된 온도를 기초로 하여 측정될 수 있다.
다음으로, 열전 소자(150)의 작용면과 반작용면 사이의 온도차가 기설정된 일정온도를 초과하는지 여부를 판단하는 과정을 거칠 수 있다.(S5-3) 여기서, 기설정된 일정온도는 섭씨 30도 내지 50도 사이의 값들 중에서 적절한 값이 선택될 수 있다.
이 단계에서, 열전 소자(150)의 작용면과 반작용면 사이의 온도차가 기설정된 일정온도를 초과하는 경우, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법은 열전 소자(150)의 반작용면의 온도를 낮추기 위한 작업을 수행할 수 있다.(S5-4) 구체적으로, 이러한 과정은 열전 소자(150)의 반작용면측에 구비되는 냉각 수단(260)에 의하여 이루어질 수 있으며, 보다 자세히는 냉각 팬의 작동에 의하여 수행될 수 있다.
그 다음으로, 열전 소자(150)의 작용면과 반작용면 기설정된 일정 온도를 유지토록 조절되는 과정이 수행될 수 있다.(S5-5) 즉, 제어부(240)는 전원 공급부(250)로부터 열전 소자(150)로 인가되는 전류의 양과 냉각 수단(260)의 작동을 조절하여 열전 소자(150)의 작용면과 반작용면 사이의 온도가 일정하게 유지되도록 조절할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법에 의하면, 냉방기능을 수행하는 열전 소자(150)의 기능을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 냉난방 수용 시설
112 : 순환관
130 : 열 교환기
140 : 펌프
150 : 열전소자
152 : 작용면
160 : 내부 방열판
210 : 외부 방열판
220 : 발열 수단
230 : 온도감지수단
232, 234 : 열 매체 온도 감지 센서
236 : 내부 방열판 온도 감지 센서
238 : 외부 방열판 온도 감지 센서
240 : 제어부
250 : 전원 공급부
260 : 냉각 수단

Claims (15)

  1. 열전 소자;
    상기 열전 소자의 작용면측에 구비되는 내부 방열판;
    상기 열전 소자의 반작용면측에 구비되는 외부 방열판;
    상기 외부 방열판에 열을 인가하는 발열수단;
    상기 외부 방열판을 냉각하는 냉각수단;
    냉방 모드 또는 난방 모드 중 어느 하나의 작동 모드를 선택받으며, 상기 작동 모드의 설정 온도를 입력받는 입력부;
    상기 입력부가 입력받은 값을 기초로 상기 열전 소자에 공급되는 전류의 방향과 전류의 양을 조절하는 제어부;
    상기 열전 소자의 내부 방열판의 온도를 측정하는 내부 방열판 온도 감지 센서;
    상기 열전 소자의 외부 방열판의 온도를 측정하는 외부 방열판 온도 감지 센서;를 포함하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력부가 입력 받은 작동 모드가 난방 모드인 경우,
    상기 제어부는 상기 열전 소자의 작용면이 열을 발생하는 방향으로 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치.
  3. 제4항에 있어서,
    상기 내부 방열판 온도 감지 센서가 측정한 온도와 상기 외부 방열판 온도 감지 센서가 측정한 온도의 차가 기설정된 일정 온도를 초과하는 경우,
    상기 제어부는 상기 발열수단이 열을 발생하도록 제어하여, 상기 내부 방열판 온도 감지 센서가 측정한 온도와 상기 외부 방열판 온도 감지 센서가 측정한 온도의 차가 기설정된 온도 내가 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 입력부가 입력 받은 작동 모드가 냉방 모드인 경우,
    상기 제어부는 상기 열전 소자의 작용면이 열을 흡수하는 방향으로 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 내부 방열판 온도 감지 센서가 측정한 온도와 외부 방열판 온도 감지 센서가 측정한 온도의 차가 기설정된 일정 온도를 초과하는 경우,
    상기 제어부는 상기 냉각수단을 구동하여, 상기 내부 방열판 온도 감지 센서가 측정한 온도와 상기 외부 방열판 온도 감지 센서가 측정한 온도의 차가 기설정된 온도 내가 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치.
  6. 제3항 또는 제5항에 있어서,
    상기 기설정된 일정 온도는 섭씨 40 내지 50도에서 선택되는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 내부 방열판을 일측에 수용하여 내부에 수용된 열 매체와의 열 교환 공간을 제공하는 열 교환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열 매체의 온도를 측정하는 열 매체 온도 감지 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 입력부가 입력 받은 작동 모드가 난방 모드인 경우,
    상기 제어부는 상기 열 매체 온도 감지 센서가 측정한 온도가 난방 모드의 설정온도가 될 때까지 상기 열전 소자의 작용면이 열을 발생하는 방향으로 공급되는 전류의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 입력부가 입력 받은 작동 모드가 냉방 모드인 경우,
    상기 제어부는 상기 열 매체 온도 감지 센서가 측정한 온도가 냉방 모드의 설정온도가 될 때까지 상기 열전 소자의 반작용면이 열을 발생하는 방향으로 공급되는 전류의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 장치.
  11. 열전 소자의 작용면에서 열이 발생하도록 전류를 인가시키는 단계;
    상기 열전 소자의 작용면과 반작용면 사이의 온도차가 측정되는 단계;
    상기 열전 소자의 작용면과 반작용면 사이의 온도차가 기설정된 일정 온도 이상 차이가 나는 경우, 상기 열전 소자의 반작용면에 열을 인가시켜 기설정된 온도 내가 되도록 조절되는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 열전 소자의 작용면과 반작용면 사이의 온도차가 기설정된 일정 온도 이상 차이가 나는 경우, 상기 열전 소자의 반작용면에 열이 인가되는 단계는
    상기 열전 소자의 반작용면에 구비된 발열 장치를 이용하여 상기 열전 소자의 반작용면에 열을 인가시키는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법.
  13. 열전 소자의 반작용면에서 열이 발생하도록 전류를 인가시키는 단계;
    상기 열전 소자의 작용면과 반작용면 사이의 온도차가 측정되는 단계;
    상기 열전 소자의 작용면과 반작용면 사이의 온도차가 기설정된 일정 온도 이상 차이가 나는 경우, 상기 열전 소자의 반작용면을 냉각시켜 기설정된 온도 내가 되도록 조절되는 단계;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 열전 소자의 작용면과 반작용면 사이의 온도차가 기설정된 일정 온도 이상 차이가 나는 경우, 상기 열전 소자의 반작용면을 냉각시키는 단계는
    상기 열전 소자의 반작용면에 구비된 냉각팬을 이용하여 상기 열전 소자의 반작용면의 열을 외부로 방출시키는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법.
  15. 제11항 또는 제13항에 있어서,
    상기 기설정된 일정 온도는 섭씨 40 내지 50도에서 선택되는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 이용한 온도 제어 방법.







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