KR20170099685A - 펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용이 간편하며 컴팩트한 구성으로 이루어지는 컵 보온 및 냉각장치를 제공하고자 한 것이다. 이를 위해, 본 발명은 상부가 개구되며 내부 수용부가 구비된 케이스와, 상기 케이스 상부 개구부를 폐쇄하며 중앙부에 안착부가 구비된 커버부와, 상기 안착부에 설치되는 열전소자와, 상기 케이스 내부 수용부에 구비되는 회전팬부와, 상기 케이스 내부 수용부에 구비되며 상기 회전팬부를 작동시키는 작동모터부 및 상기 열전소자와 전기적으로 연결되는 컨트롤러부를 포함하는 펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치를 제공한다.

Description

펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치{Module for heating and cooling cup using Peltier thermoelectric element}

본 발명은 보온/보냉 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 콤팩트한 구성이 가능하며 사용이 편리하도록 구성된 펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치에 관한 것이다.

최근 종류가 다른 두 금속으로 구성된 소자(素子)에 직류 전원이 인가되면 양쪽 표면 사이에 열적 기울기가 형성 즉, 한 쪽 표면은 고온, 다른 쪽 표면은 저온을 띠게 되는 특성(펠티어 효과; Peltier effect)을 갖는 소위 열전 반도체 또는 열전소자(熱電素子, 일명, "펠티어소자" 라고도 한다)를 이용하여 저온 또는 고온 상태를 구현할 수 있는 냉온 장치가 구비된 제품들이 연구 개발되어 개시되고 있다.

즉, 상기 열전소자는 2종의 서로 다른 금속을 결합시키거나 또는 n형 반도체와 p형 반도체를 상호 접합시켜서 이루어진 소자로써, 이 열전소자에 직류 전류를 가하면 양 금속표면에서 흡열반응과 방열반응이 일어나는 특성을 가지게 된다.

여기서, 상기 열전소자(펠티어소자)에 대해서 좀 더 부연 설명하면, 열전소자는 펠티어 효과(전극의 양단에 온도차가 발생하면 에너지 준위의 변화로 전극을 통해 전류가 흐른다)를 이용하여 만들어진 소자로서, 흐르는 전류양에 따라서 양극간에 온도차를 발생시키는 소자이다. 이에 기준면을 세팅시키면(원하는 기준온도에 기준면을 부착시킨다)전류의 방향과 양에 따라 ㅁ△QC의 열량차가 양극(면) 사이에 발생하여 한편은 열을 빼앗고 반대편은 열을 발생하게 된다.

따라서, 열전소자의 흡열부위에 열교환기를 설치하게 되면 주위공간을 냉각시킬 수 있으며, 반대로 방열부위에 열교환기를 설치하게 되면 주위공간의 온도를 상승시킬 수 있는 것이다.

이 열전소자(펠티어소자)를 이용한 냉각방식의 특징은 기존의 냉동사이클에서 이용하는 프레온 등과 같은 냉매 가스를 사용하지 않고서도 주위를 냉각시킬 수 있게 되어 프레온과 같은 냉매가스 등의 누출에 따른 환경파괴를 발생시키지 않을 뿐만 아니라, 냉매가스를 압축하기 위한 압축기와 같은 구동장치가 필요 없게 되어 작동 소음이 발생하지 않게 된다.

또한, 일반적으로 열전소자의 크기가 작기 때문에 설치하기가 매우 용이하며, 제품을 콤팩트하게 구성할 수 있다는 특징이 있다.

따라서, 이러한 열전소자(펠티어소자)를 이용하여 소형 냉장고를 비롯한 각종 냉온 장치를 구현할 수 있는 제품들이 개발되고 있다.

한국등록특허 10-1347338 (2013.12.26) 한국등록실용신안 20-0298012 (2002.11.30)

본 발명은 상술한 종래의 문제점 및 제결점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 구조가 간단하여 소형화가 가능하고 적은 에너지를 소모하여 큰 냉각 또는 보온 효과를 얻을 수 있는 컵 보온/보냉모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 냉각 또는 보온 효과를 장시간 지속시킬 수 있도록 하는 컵 보온/보냉모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치는, 상부가 개구되며 내부 수용부가 구비된 케이스, 상기 케이스 상부 개구부를 폐쇄하며 중앙부에 안착부가 구비된 커버부, 상기 안착부에 설치되는 열전소자, 상기 케이스 내부 수용부에 구비되는 회전팬부, 상기 케이스 내부 수용부에 구비되며 상기 회전팬부를 작동시키는 작동모터부 및 상기 열전소자와 전기적으로 연결되는 컨트롤러부를 포함한다.

그리고 상기 커버부는, 상기 열전소자를 은폐시킬 수 있도록 상기 열전소자의 외부 둘레를 따라서 상하로 길이변형이 가능하게 설치되는 주름관부를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 주름관부 상부를 개폐하는 주름관커버부가 더 구비될 수 있다.

그리고 상기 커버부 상부에 설치되어 상기 열전소자의 열을 상부로 전달하며, 컵의 하부 형상에 대응되도록 형성되어 상기 컵이 안착되는 홈부가 적어도 한 개 이상 형성된 받침부를 더 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치의 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.

첫째, 열전소자를 사용하여 소모되는 에너지에 비하여 큰 냉각 또는 보온 효과를 얻을 수 있으므로, 그 효율성이 매우 뛰어나다는 장점이 있다.

둘째, 소형화가 가능하여 설치 자유도가 뛰어남은 물론, 구조가 간단하여 고장을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

셋째, 냉각 또는 보온 효과를 장시간 유지/지속시킬 수 있는 장점이 있다.

넷째, 컵이 기울어지지 않도록 안정적으로 고정시킬 수 있는 장점이 있다.

다섯째, 소모되는 에너지가 적어 배터리로 구동이 가능하며, 이에 따라 휴대성이 매우 뛰어나 장소에 구애되지 않고 사용 가능하다는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치의 각 구성요소를 분해하여 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치의 각 구성요소가 결합된 모습을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치의 단면을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치의 모습을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치에 있어서, 주름관부의 길이가 변형되는 모습을 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치의 모습을 나타낸 도면; 및
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치에 있어서, 받침부에 컵이 안착된 모습을 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다. 먼저, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치(100)의 각 구성요소를 분해하여 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치(100)의 각 구성요소가 결합된 모습을 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치(100)는, 케이스(150)와, 커버부(110)와, 열전소자(120)와, 회전팬부(130)과, 작동모터부(140)와, 컨트롤러부(200)를 포함한다.

상기 케이스(150)는 상부가 개구된 형태를 가지며, 내측에는 내부 수용부(155)가 형성된다. 상기 내부 수용부(155)에는 상기 회전팬부(130)와 상기 작동모터부(140)가 수용될 수 있다.

본 실시예에서 상기 케이스(150)는 횡단면이 사각형 형상으로 형성되어 전체적으로 상부가 개구된 육면체 형상을 가지며, 측면에는 복수 개의 배출홀(152)이 형성된다. 또한 측면 중 하나에는, 후술할 컨트롤러부(200)의 전기적 연결라인이 통과하는 통과홀(157)이 형성된다. 다만, 상기 케이스(150)는 본 실시예의 형태로 제한되는 것이 아님은 물론이다.

상기 커버부(110)는 상기 케이스(150)의 상부 개구부를 폐쇄하도록 상기 케이스(150) 상에 결합되며, 중앙부에는 안착부(115)가 구비된다. 이에 따라 상기 커버부(110)는 상기 케이스(150)의 상부 개구부에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.

그리고 본 실시예에서 상기 커버부(110)의 안착부(115)에는, 후술할 열전소자(120)가 설치될 수 있으며, 이에 따라 상기 안착부(115)는 상기 열전소자(120)의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 또한 상기 안착부(115)의 일측에는, 상기 열전소자(120)의 전기적 연결라인이 삽입될 수 있도록 삽입홀(118)이 형성될 수 있다.

상기 열전소자(120)는 상기한 바와 같이 안착부(115)에 설치되며, 본 실시예의 경우 상기 안착부(115)를 완전히 차폐하도록 설치되어 상기 커버부(110)와 함께 상기 케이스(150)의 상부 개구부를 차폐하는 형태를 가진다.

그리고 상기 열전소자(120)는 전기적 제어에 따라 일면이 열을 방출하고, 타면이 열을 흡수하거나, 또는 반대로 일면이 열을 흡수하고, 타면이 열을 방출할 수 있도록 하는 특성을 가진다. 즉 전압의 극성에 따라 냉각 및 발열이 일어나는 면이 서로 바뀌게 되므로, 상기 열전소자(120)는 어느 방향으로도 설치될 수 있을 것이다.

따라서 이후 상기 열전소자(120)가 설치된 안착부(115)에 컵이 안착되었을 경우, 상기 전압의 극성 제어에 따라 상기 컵의 내용물을 가열하거나, 냉각시킬 수 있다.

상기 회전팬부(130)는 상기 케이스(150)의 내부 수용부(155)에 수용된 상태로 구비되어, 상기 열전소자(120)의 하부에 위치된다. 그리고 상기 작동모터부(140) 역시 상기 케이스(150)의 내부 수용부(155)에 수용된 상태로 구비되며, 상기 회전팬부(130)와 결합된다.

이에 따라 상기 회전팬부(130)는 상기 작동모터부(140)에 의해 회전 구동되며, 상기 케이스(150) 내부의 공기를 상기 배출홀(152)을 통해 외부로 배출시키게 된다. 즉 상기 케이스(150) 내부의 공기가 상기 열전소자(120)에 의해 가열될 경우, 가열된 공기를 외부로 배출시켜 과열 현상을 방지하며, 또는 상기 케이스(150) 내부의 공기가 상기 열전소자(120)에 의해 냉각될 경우, 냉각된 공기를 외부로 배출시켜 성에, 결로 등의 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기 컨트롤러부(200)는 상기 열전소자와 전기적으로 연결되며, 상기 열전소자의 냉각/발열 상태를 전환시키거나, 세부적인 온도 등을 조절할 수 있다. 그리고 본 실시예에서 상기 컨트롤러부(200)는 상기 열전소자(120)의 동작 상태를 안내하는 디스플레이(210)와, 상기 열전소자(120)의 동작을 제어할 수 있는 버튼(220)을 포함한다.

이상과 같은 구성요소들을 포함하는 컵 보온/보냉 장치(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이 케이스(150)의 내부 수용부(155)에 회전팬부(130)와 작동모터부(140)가 구비되어 상기 커버부(110)에 설치된 열전소자(120)에 의해 가열 또는 냉각되는 상기 내부 수용부(155)의 공기를 외부로 배출시키며, 또한 상기 열전소자(120)의 상부에 컵이 안착될 경우 상기 컵의 내용물을 가열 또는 냉각시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명은 열전소자(120)를 사용하여 소모되는 에너지에 비하여 큰 냉각 또는 보온 효과를 얻을 수 있으므로 그 효율성이 매우 뛰어나며, 소형화가 가능하여 설치 자유도가 뛰어남은 물론, 구조가 간단하여 고장을 최소화시킬 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치의 모습을 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 본 발명의 제2실시예의 경우, 전술한 제1실시예와 같이 케이스(150)와, 커버부(110)를 포함하며, 또한 상기 커버부(110)에는 열전소자(120)가 설치된다. 또한 본 도면에서 나타나지는 않으나, 회전팬부(130), 작동모터부(140) 및 컨트롤러부(200)가 구비되는 점도 동일하다.

다만, 본 실시예의 경우 상기 커버부(110)는, 상기 열전소자(120)를 은폐시킬 수 있도록 상기 열전소자(120)의 외부 둘레를 따라서 상하로 길이 변형이 가능하게 설치되는 주름관부(180)를 더 포함한다는 점이 전술한 제1실시예와 다르다.

본 실시예에서 상기 주름관부(180)는 상기 열전소자(120)의 둘레 영역을 감싸도록 상기 커버부(110) 상에 구비되며, 복수 개의 주름에 의해 길이를 임의로 조절할 수 있도록 형성된다.

이에 따라 상기 주름관부(180)는 상기 열전소자(120)를 외부의 충격 등으로부터 안전하게 보호하는 것은 물론, 도 5와 같이 컵이 열전소자(120) 상에 안착된 경우 길게 확장하여 컵이 기울어지지 않도록 지지할 수 있다. 그리고 상기 컵의 내용물이 유출되었다고 하더라도, 컵의 내용물이 상기 주름관부(180)의 내부에서만 유동되도록 하여 외부의 오염을 방지할 수 있게 된다.

또한 이와 같은 경우 상기 주름관부(180)는 상기 컵을 감싸도록 형성되므로, 열 또는 냉기가 상기 주름관부(180)의 외부로 빠져나가지 않도록 보존시킬 수 있어 가열/냉각 효율을 증대시킬 수 있다. 특히 상기 주름관부(180)가 단열 성능이 우수한 재질로 형성될 경우, 가열/냉각 효율을 보다 증대시킬 수 있다. 더 나아가 상기 주름관부(180)에는 별도의 가열부가 더 구비되도록 할 수도 있음은 물론이다.

그리고 상기 주름관부(180)는 다양한 방법으로 상기 커버부(110)에 결합될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 주름관부(180)는 자력을 이용하여 상기 커버부(110)에 부착되는 형태를 가진다. 이와 같은 경우 상기 주름관부(180)의 탈착을 용이하게 할 수 있음은 물론, 부착 위치를 임의로 조절할 수 있어 설치의 자유도를 향상시킬 수 있다.

한편 도시되지는 않았으나, 상기 주름관부(180)는 상기 주름관부(180)의 개구된 상부를 개폐하는 주름관커버부를 포함할 수 있다. 상기 주름관커버부는 상기 주름관부(180)의 내부 공간을 차폐하는 역할을 수행하며, 이에 따라 상기 주름관부(180)의 개구된 상부를 차폐하여 상기 주름관부의 내부 공간으로 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.

특히 상기 열전소자(120)의 상부에 컵이 안착된 경우, 상기 주름관부(180)의 길이를 컵의 높이보다 길게 확장시킨 상태로 상기 주름관커버부를 결합하여 상기 컵의 보온/보냉 효과를 보다 증대시킬 수 있다. 그리고 상기 열전소자(120)의 상부에 컵이 안착되지 않은 상태에서는 상기 열전소자(120)가 이물질에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있다.

이때 상기 주름관커버부 역시 상기 주름관부(180)와 마찬가지로 자력을 이용하여 상기 주름관부(180)에 결합시킬 수 있을 것이다. 물론 상기 주름관커버부는 본 결합 방식 외에 다른 결합 방식으로 상기 주름관부(180)에 결합될 수 있음은 당연하다.

다음으로, 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치의 모습을 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 본 발명의 제3실시예의 경우 역시, 전술한 제1실시예와 같이 케이스(150)와, 커버부(110)를 포함하며, 또한 상기 커버부(110)에는 열전소자(120)가 설치된다. 또한 본 도면에서 나타나지는 않으나, 회전팬부(130), 작동모터부(140) 및 컨트롤러부(200)가 구비되는 점도 동일하다.

다만, 본 실시예의 경우 상기 커버부(110) 상부에 설치되어 상기 열전소자(120)의 열을 상부로 전달하며, 컵의 하부 형상에 대응되도록 형성되어 상기 컵이 안착되는 홈부(192)가 적어도 한 개 이상 형성된 받침부(190)를 더 포함하는 점이 전술한 제1실시예와 다르다.

즉 상기 받침부(190)는 상기 컵이 안착될 수 있도록 함몰된 홈부(192)를 가지며, 이에 따라 상기 컵의 하부를 상기 홈부(192)에 안착시킬 경우 상기 컵은 기울어지지 않게 안정적으로 고정될 수 있다.

또한 본 실시예에서 상기 받침부(190)는 상기 커버부(110)에 대응되는 형상을 가지며, 상기 홈부(192)는 원형으로 형성된다. 특히 상기 홈부(192)는, 서로 크기가 다른 복수 개의 동심원 형태로 형성되어, 도 7에 도시된 바와 같이 다양한 크기의 컵을 안착시킬 수 있도록 하였다.

이때 상기 홈부(192)는 상기 열전소자(120)의 위치에 대응되어 직접적으로 접촉될 수 있으며, 상기 받침부(190)는 적어도 상기 홈부(192)가 열전도성이 높은 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 열전소자(120)로부터 전달되는 열 또는 냉기를 컵에 효과적으로 전달할 수 있게 된다.

그리고 상기 받침부(190)는 다양한 방법으로 상기 커버부(110)에 결합될 수 있으며, 특히 전술한 제2실시예의 주름관부(180)와 마찬가지로 자력에 의한 결합 방식이 적용될 수 있을 것이다.

더불어 본 실시예에서는 제2실시예의 상기 주름관부(180)를 함께 적용하여, 상기 받침부(190) 상에 상기 주름관부(180)를 결합할 수도 있음은 물론이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 컵 보온/보냉 장치 110: 커버부
115: 안착부 118: 삽입홀
120: 열전소자 130: 회전팬부
140: 작동모터부 150: 케이스
152: 배출홀 155: 내부 수용부
157: 통과홀 180: 주름관부
190: 받침부 192: 홈부
200: 컨트롤러부 210: 디스플레이
220: 버튼

Claims (4)

1. 상부가 개구되며 내부 수용부가 구비된 케이스;
   상기 케이스 상부 개구부를 폐쇄하며 중앙부에 안착부가 구비된 커버부;
   상기 안착부에 설치되는 열전소자;
   상기 케이스 내부 수용부에 구비되는 회전팬부;
   상기 케이스 내부 수용부에 구비되며 상기 회전팬부를 작동시키는 작동모터부; 및
   상기 열전소자와 전기적으로 연결되는 컨트롤러부;
   를 포함하는,
   펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 커버부는,
   상기 열전소자를 은폐시킬 수 있도록 상기 열전소자의 외부 둘레를 따라서 상하로 길이변형이 가능하게 설치되는 주름관부를 더 포함하는,
   펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 주름관부 상부를 개폐하는 주름관커버부가 더 구비되는,
   펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 커버부 상부에 설치되어 상기 열전소자의 열을 상부로 전달하며, 컵의 하부 형상에 대응되도록 형성되어 상기 컵이 안착되는 홈부가 적어도 한 개 이상 형성된 받침부를 더 포함하는,
   펠티어 열전소자를 사용하는 컵 보온/보냉 장치.

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