KR20180013146A

KR20180013146A - 컵 홀더

Info

Publication number: KR20180013146A
Application number: KR1020160096390A
Authority: KR
Inventors: 강종현; 신종배
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2018-02-07

Abstract

컵 홀더가 개시된다. 상기 컵 홀더는 홀더본체; 상기 홀더본체의 외면에 배치되는 열전소자; 상기 열전소자에 부착되는 히트싱크; 상기 홀더본체 하부에 배치되고 외부로부터 공기를 유입하는 팬; 상기 팬이 유입한 공기가 이동하는 공기 유로를 형성하는 가이드부; 및 상기 공기가 유입되는 유입구를 포함하는 하우징;을 포함하고, 상기 하우징 유입구는,상기 팬의 하부에 배치된다.

Description

컵 홀더{CUP HOLDER}

본 발명은 컵 홀더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉온 컵 홀더에 관한 것이다.

차량 등의 특정 장소에 장착되는 컵 홀더는 움직임에 의해 컵에 담긴 내용물이 쏟아지는 것을 방지하기 위하여 컵을 고정시키는 역할만을 수행하고 있을 뿐, 컵 또는 캔 등에 담기는 내용물을 차갑게 하거나 뜨겁게 할 수 없다는 문제점이 있다.

이러한 컵 홀더의 문제점을 해결하기 위하여 냉·온방이 가능한 컵 홀더가 개발되고 있지만, 냉방모드와 온방모드가 모두 이루어질 수 없다는 문제점이 있다.

또한, 열전소자를 이용한 컵 홀더가 개발되었으나, 열전소자 및 열전소자에 부착된 히트싱크에 팬이 접촉되는 형태로, 컵 홀더의 부피가 크다는 문제점이 존재한다. 또한, 컵 홀더 하단에 고정 장치를 추가하여 컵 홀더가 컴팩트하게 제작되기 어려운 점이 존재한다.

뿐만 아니라, 냉온열 공기가 배출되는 장소에 컵 홀더 자체를 배치 및 거치하지 못하는 한계가 존재한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열전소자를 이용한 냉온 컵 홀더를 제공하는 데 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 컵 홀더는 홀더본체; 상기 홀더본체의 외면에 배치되는 열전소자; 상기 열전소자에 부착되는 히트싱크; 상기 홀더본체 하부에 배치되고 외부로부터 공기를 유입하는 팬; 상기 팬이 유입한 공기가 이동하는 공기 유로를 형성하는 가이드부; 및 상기 공기가 유입되는 유입구를 포함하는 하우징;을 포함하고, 상기 하우징 유입구는, 상기 팬의 하부에 배치된다.

상기 가이드부는 상기 홀더본체 하부에 배치되는 지지부; 및 상기 지지부를 덮는 커버;를 포함할 수 있다.

상기 지지부는, 상기 홀더본체를 하부에서 상기 홀더본체를 지지하는 제1 지지부재; 상기 제1 지지부재로부터 연장 형성된 격벽; 및 상기 제1 지지부재 상에 배치되고 상기 홀더본체의 외면 접하는 제2 지지부를 포함할 수 있다.

상기 팬은, 상기 지지부재와 상기 커버 사이에 배치될 수 있다.

상기 제2 지지부재는, 제1 홀을 포함하고, 상기 제1 홀에는 상기 열전소자가 배치될 수 있다.

상기 격벽은, 상기 제2 지지부재로부터 연장 형성될 수 있다.

상기 히트싱크는, 상기 격벽 사이에 배치될 수 있다.

상기 커버는, 상기 팬의 크기와 동일한 홀이 형성될 수 있다.

상기 공기유로는 히트싱크를 향해 형성될 수 있다.

상기 팬은 원심팬일 수 있다.

상기 하우징은, 상기 유입된 공기가 배출되는 배출구를 더 포함하고, 상기 배출구는, 상기 히트싱크 상부에 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 컵 홀더는 열전소자의 흡열 또는 발열 기능을 이용하여 음료를 수용하는 용기에 냉온 기능을 제공할 수 있다.

또한, 장소의 제약없이 전원을 쉽게 공급받을 수 있어 휴대성과 편의성이 증가한 컵 홀더를 제공할 수 있다.

뿐만 아니라, 팬을 통해 히트싱크에서 열교환이 효과적으로 일어나게 한다. 또한, 고정부재를 측면에 배치하여 슬림한 구조의 컵 홀더를 구현할 수 있고, 컵 홀더 내의 공간효율을 높일 수 있다.

또한, 에어컨과 같은 냉온열 장치 중 냉/온 공기가 배출되는 부분과 컵 홀더를 고정부재를 통해 결합시켜, 냉/온 공기가 컵 홀더의 팬을 통해 유입되어 더욱 효과적으로 히트싱크의 열교환이 일어나도록 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 컵 홀더를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 컵 홀더의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 컵 홀더의팬을 도시한 내부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 컵 홀더의히트싱크를 도시한 내부 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 컵 홀더의가이드부 및팬의 분해 사시도이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 컵 홀더의 가이드부 및 팬의 결합 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자의 사시도이다.
도 9 내지 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 히트싱크의 개념도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 컵 홀더를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 컵 홀더의 분해사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일실시예에 따른 컵 홀더(10)는 내부에 용기를 수용하며, 수용된 용기에 냉온열 기능을 제공할 수 있다. 컵 홀더(10)는 홀더본체(100), 열전소자(200), 히트싱크(300), 가이드부(400), 팬(500), 하우징(600)을 포함한다.

홀더본체(100)는 중심부가 중공의 형상을 가지며, 홀더본체(100) 내부에는 수용부가 마련될 수 있다. 그리고 수용부에는 사용자가 마시는 컵이나 음료 등의 액체를 수용하는 용기가 장착될 수 있다. 또한, 홀더본체(100) 내부에 장착된 컵이나 음료에 냉, 온열의 효과가 제공되도록 홀더본체(100)는 열전달 효율이 좋은 금속재, 합금재, 합성수지재를 포함할 수 있다.

또한, 홀더본체(100)는 곡률을 가진 원통형 구조일 수 있고, 일부 측면은 열전소자(200)가 장착되도록 평판형으로 이루어진 영역을 포함할 수 있다.

열전소자(200)는 홀더본체(100)의 외면에 배치될 수 있고, 열전소자(200)의 일면은 홀더본체(100)에 접촉할 수 있다. 또한, 열전소자(200)에 공급되는 전원의 극성에 따라 홀더본체(100)와 접하는 열전소자(200)의 면은 발열 또는 흡열 상태가 될 수 있다. 이로써, 홀더본체(100)에 수용된 용기에 냉각효과 또는 발열효과를 모두 제공할 수 있다.

또한, 홀더본체(100)는 열전소자(200)와의 접촉을 통해 홀더본체(100)로 제공되는 열전달의 효율이 향상되도록 열전소자(200)와 홀더본체(100) 사이에 열전도성 그리스(thermal grease)를 배치할 수 있다.

히트싱크(300)는 열전소자(200)의 방열효율을 향상시키기 위하여 열전소자(200)와 연결될 수 있다. 히트싱크(300)는 공기와 열교환이 일어나는 곳으로, 열전소자(200)의 일면이 부착되도록 안착홈을 포함할 수 있다. 열전소자(200)가 히트싱크(300)에 부착되면 컵 홀더(10) 내부의 구조적 안정감이 향상될 수 있다.

또한, 히트싱크(300)는 패턴이 형성될 수 있고, 형성된 패턴에 따라 공기가 흐르는 다양한 공기유로가 형성될 수 있다. 일실시예로, 공기유로는 제1 지지부재(412)에 수직한 방향일 수 있다. 이에 대해서는 이하 도 9 내지 11에서 자세히 설명하겠다.

가이드부(400)는 팬(500)이 유입한 공기가 히트싱크(300)를 통해 상부 하우징(610)의 배출구(O)로 배출되도록 형성된 공기유로를 포함할 수 있다. 구체적으로, 가이드부(400)는 지지부(410), 커버(420)를 포함한다.

지지부(410)는 홀더본체(100)의 하부에 배치되어 홀더본체(100)를 지지하며, 격벽(411), 제1 지지부재(412), 제2 지지부재(413)를 포함한다.

먼저, 격벽(411)은 팬(500)을 둘러싸도록 형성되며 제1 지지부재(412) 및 제2 지지부재(413)의 일면으로부터 연장된 형태일 수 있다.

제1 지지부재(412)에 연장된 격벽(411)의 내측에는 팬(500)이 배치될 수 있다. 그리고 제2 지지부재(413)에 형성된 격벽(411)은 히트싱크(300)가 제2 격벽(411)에 부착될 수 있도록 히트싱크(300)의 크기와 동일한 간격을 가질 수 있다. 이로써, 격벽(411)은 히트싱크(300)를 제2 지지부재(413)에 고정할 수 있다.

격벽(411)은 제1 지지부재(412) 하부에 배치된 팬(500)을 통해 유입된 공기가 히트싱크(300)를 통과하도록 공기 유로를 제공한다. 즉, 격벽(411)은 유입된 공기가 히트싱크(300) 외의 다른 곳으로 빠져나가는 것을 차단하여 히트싱크(300)에서 열전달이 원활히 일어나도록 한다.

또한, 공기가히트싱크(300)를 통해 유동 손실을 최소화 한 상태로 흐르도록, 가이드부(400)는 공기를 효율적으로 유입할 수 있다. 뿐만 아니라, 방열 과정에서 가열된 공기가 홀더본체(100)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.

제1 지지부재(412)는 홀더본체(100)의 하부에 배치되어 홀더본체(100)의 하부면과 접촉하며 홀더본체(100)를 지지한다. 그리고 제1 지지부재(412)는 단열 소재를 포함할 수 있다.

제2 지지부재(413)는 제1 지지부재(412)의 일부로부터 연장된 형태일 수 있다. 일실시예로, 제2 지지부재(413)는 제1 지지부재(412)의 단부에 수직으로 배치될 수 있다.

또한, 제2 지지부재(413)는 일면은 컵 홀더(10)의 측면과 연결되고, 타면은 히트싱크(300)와 연결된다.

그리고, 제2 지지부재(413)는 중심에 형성된 제1 홀(h)을 포함할 수 있다. 제1 홀(h)은 열전소자(200)가 배치되는 곳으로, 열전소자(200)의 외주면을 감싸도록 형성될 수 있다. 그리고 제1 홀(h)은 열전소자(200)의 외각 형상에 대응되도록 형성될 수 있다. 또한, 제2 지지부재(413)는 단열 소재를 포함할 수 있다.

커버(420)는 몸체부(422)와 개구부를 포함할 수 있다. 몸체부(422)는 격벽(411) 하부에 배치되고, 제1 지지부재(412)에 연결된 격벽(411)의 크기와 동일한 크기일 수 있다. 몸체부(422)는 유입된 공기가 제1 지지부재(412)에 부딪쳐 역류하여 외부로 빠져나가는 것을 방지한다. 즉, 공기류의 교란을 차단할 수 있다. 이로써, 커버(420)는 유입된 공기의 순환이 원활하도록 유입하여 히트싱크(300)의 열방출을 향상시킬 수 있다.

그리고 커버(420)는 제2 홀(421)을 포함한다. 제2 홀(421)은 격벽(411) 내측에 배치된 팬(500)이 공기를 유입할 수 있도록, 팬(500) 하부에서 팬(500)의 위치와 대응된 곳에 형성될 수 있다.

제2 홀(421)의 크기는 팬(500)의 외주면 크기일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 팬(500)의 크기에 따라 다양하게 형성될 수 있으며, 팬(500)의 모양에 따라 다양하게 모양을 가질 수 있다.

팬(500)은 원하는 방향으로부터 공기를 유입하여 공기의 흐름인 공기류를 발생시킬 수 있다. 그리고 발생한 공기류는 열을 방출하는 히트싱크(300)를 향해 보내질 수 있다. 그리고 히트싱크(300)를 통해 열교환이 일어난 공기가 외부로 배출되어 열순환이 발생하도록 공기류를 형성한다.

일실시예로, 팬(500)은 원심팬(500)일 수 있고, 하부 하우징(620)으로부터 유입된 공기의 방향을 수직으로 변경하여 히트싱크(300)를 향해 전달할 수 있다.

또한, 팬(500)은 컵 홀더(10)의 내부에 배치되어 제1 지지부재(412)와 커버(420)에 의해 둘러싸인다.

하우징(600)은 홀더본체(100), 열전소자(200), 히트싱크(300), 지지부 및 팬(500)을 감싸는 컵 홀더(10)의 외면이다. 하우징(600)은 상부 하우징(610), 하부 하우징(620)을 포함할 수 있다.

하우징(600)은 상면을 감싸는 상부 하우징(610)과 하면을 감싸는 하부 하우징(620)을 포함한다. 여기서, 하우징(600)은 다양한 모양 및 개수로 분리될 수 있다.

또한, 상부 하우징(610)과 하부 하우징(620)은 분리 및 결합이 가능하여, 세척이 용이하게 이루어질 수 있다.

그리고 상부 하우징(610)은 히트싱크(300)를 통해 열교환이 일어난 공기가 배출되는 배출구(O)를 포함한다. 배출구(O)는 열교환이 일어난 공기가 컵 홀더(10) 외부로 빠져나갈 수 있도록, 히트싱크(300)의 상부에 배치될 수 있다. 즉, 공기가 흐르는 방향에 배출구(O)가 위치할 수 있다. 그리고 배출구(O)는 히트싱크(300)에 형성된 패턴과 대응되는 위치에 배치될 수 있다.

이로써, 히트싱크(300)에서 열교환이 일어난 공기가 외부로 용이하게 배출되어, 히트싱크(300)를 통한 열교환 작업이 원할히 일어날 수 있다.

또한, 여름철에 사용자가 본 발명의 실시예에 따른 컵 홀더(10)를 사용하는 경우, 사용자를 향해 직접 열교환된 공기가 배출되지 않게된다.

하부 하우징(620)은 복수의 홀이 형성되어 공기가 유입하는 유입구(I)를 포함할 수 있고, 유입구(I)는 복수개일 수 있다. 일실시예로, 유입구(I)는 4곳으로, 하부 하우징(620) 외면 각각에 배치될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 컵 홀더의팬을 도시한 내부 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 컵 홀더의히트싱크를 도시한 내부 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 하부하우징(620)의 유입구(I)를 통해 팬(500)의 유입로인해 외부 공기가 컵 홀더 내부로 유입된다.

그리고 유입된 공기는 팬(500)에서 방향전환이 일어나고 히트싱크를 통해 상부 하우징(610)의 배출구(O)로 빠져나간다.

이 때, 히트싱크의패턴에 의해 형성된 공기유로와 가이드부에 의해 공기가 히트싱크에서 흐르는 방향은 동일하도록 대응된다.

또한, 가이드부의 격벽(411)은 공기가 외부로 전달되는 것을 방지하여 공기의 순환 효율을 향상시킨다.

그리고 히트싱크의 패턴에 의해 형성된 공기유로에 대응되는 위치에 배출구(O)가 형성되어 열교환이 일어난 공기가 외부로 원활히 빠져나갈 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 컵 홀더의가이드부 및 팬의 분해 사시도이고, 도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 컵 홀더의가이드부 및 팬의 결합 도시한 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 가이드부와 커버는 팬(500)을 둘러쌀 수 있다. 그리고 앞서 설명한 바와 같이, 커버의 몸체부(422)는 유입된 공기가 제1 지지부재(412)에 부딪쳐 역류하여 외부로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 즉, 커버는 공기류의 교란을 차단하여, 유입된 공기의 순환이 원활하도록 유입하여 히트싱크(300)의 열방출을효율을 향상시킬 수 있다.

지지부 및 팬(500)은 나사 결합에 의해 결합할 수 있으며, 커버의 제2 홀(421)의 크기는팬(500)의 크기에 대응하도록 형성될 수 있다. 또한, 팬(500)의 모양에 따라 제2 홀(421)의 모양도 다양하게 변경될 수 있다.

그리고 격벽(411)은 팬(500)을 통해 유입된 공기를 히트싱크(300)로 전달할 뿐만 아니라, 히트싱크(300)를 고정 및 지지할 수 있다.

도 7은 열전소자의 단면도이고, 도 8는 열전소자의 사시도이다.

도 7내지 8를 참조하면, 열전소자(200)는 하부 기판(210), 하부 전극(220), P형 열전 레그(230), N형 열전 레그(240), 상부 전극(250) 및 상부 기판(260)을 포함한다.

하부 전극(220)은 하부 기판(210)과 P형 열전 레그(230) 및 N형 열전 레그(240)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 상부 전극(250)은 상부 기판(260)과 P형 열전 레그(230) 및 N형 열전 레그(240)의 상부 바닥면 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(230) 및 복수의 N형 열전 레그(240)는 하부 전극(220) 및 상부 전극(250)에 의하여 전기적으로 연결된다. 하부 전극(220)과 상부 전극(250) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(230) 및 N형 열전 레그(240)는 단위 셀을 형성할 수 있다.

예를 들어, 리드선(281, 282)을 통하여 하부 전극(220) 및 상부 전극(250)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 열전 레그(230)로부터 N형 열전 레그(240)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 열전 레그(240)로부터 P형 열전 레그(230)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다.

여기서, P형 열전 레그(230) 및 N형 열전 레그(240)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Ti)를 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. P형 열전 레그(230)는 전체 중량 200wt%에 대하여 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Se-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다. N형 열전 레그(240)는 전체 중량 200wt%에 대하여 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Sb-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다.

P형 열전 레그(230) 및 N형 열전 레그(240)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(230) 또는 벌크형 N형 열전 레그(240)는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하고, 소결체를 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 적층형 P형 열전 레그(230) 또는 적층형 N형 열전 레그(240)는 시트 형상의 기재 상에 열전 소재를 포함하는 페이스트를 도포하여 단위 부재를 형성한 후, 단위 부재를 적층하고 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.

이때, 한 쌍의 P형 열전 레그(230) 및 N형 열전 레그(240)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(230)와 N형 열전 레그(240)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 열전 레그(240)의 높이 또는 단면적을 P형 열전 레그(230)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 성능은 제벡 지수로 나타낼 수 있다. 제백 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, α2σ는 파워 인자(Power Factor, [W/mK2])이다. 그리고, T는 온도이고, k는 열전도도[W/mK]이다. k는 a·cp·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm2/S]이고, cp 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm3]이다.

열전소자의 제백 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 제벡 지수(ZT)를 계산할 수 있다.

여기서, 하부 기판(210)과 P형 열전 레그(230) 및 N형 열전 레그(240) 사이에 배치되는 하부 전극(220), 그리고 상부 기판(260)과 P형 열전 레그(230) 및 N형 열전 레그(240) 사이에 배치되는 상부 전극(250)은 구리(Cu), 은(Ag) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하며, 0.01mm 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 하부 전극(220) 또는 상부 전극(250)의 두께가 0.01mm 미만인 경우, 전극으로서 기능이 떨어지게 되어 전기 전도 성능이 낮아질 수 있으며, 0.3mm를 초과하는 경우 저항의 증가로 인하여 전도 효율이 낮아질 수 있다.

그리고, 상호 대향하는 하부 기판(210)과 상부 기판(260)은 절연 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 절연 기판은 알루미나 기판 또는 유연성을 가지는 고분자 수지 기판일 수 있다. 유연성을 가지는 고분자 수지 기판은 폴리이미드(PI), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 레진(resin)과 같은고투과성 플라스틱 등의 다양한 절연성 수지재를 포함할 수 있다. 금속 기판은 Cu, Cu 합금 또는 Cu-Al 합금을 포함할 수 있으며, 그 두께는 0.1mm~0.5mm일 수 있다. 금속기판의 두께가 0.1mm 미만이거나, 0.5mm를 초과하는 경우, 방열 특성 또는 열전도율이 지나치게 높아질 수 있으므로, 열전소자의 신뢰성이 저하될 수 있다. 또한, 하부 기판(210)과 상부 기판(260)이 금속 기판인 경우, 하부 기판(210)과 하부 전극(220) 사이 및 상부 기판(260)과 상부 전극(250) 사이에는 각각 유전체층(270)이 더 형성될 수 있다. 유전체층(270)은 5~10W/K의 열전도도를 가지는 소재를 포함하며, 0.01mm~0.15mm의 두께로 형성될 수 있다. 유전체층(270)의 두께가 0.01mm 미만인 경우 절연효율 또는내전압 특성이 저하될 수 있고, 0.15mm를 초과하는 경우 열전전도도가 낮아져 방열효율이 떨어질 수 있다.

이때, 하부 기판(210)과 상부 기판(260)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 하부 기판(210)과 상부 기판(260) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 열전소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다.

또한, 하부 기판(210)과 상부 기판(260) 중 적어도 하나의 표면에는 방열 패턴, 예를 들어 요철 패턴이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 열전소자의 방열 성능을 높일 수 있다. 요철 패턴이 P형 열전 레그(230) 또는 N형 열전 레그(240)와 접촉하는 면에 형성되는 경우, 열전 레그와 기판 간의 접합 특성도 향상될 수 있다.

한편, P형 열전 레그(230) 또는 N형 열전 레그(240)는 원통형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, P형 열전 레그(230) 또는 N형 열전 레그(240)는 전극과 접합하는 부분의 폭이 넓게 형성될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 발전용 장치, 냉각용 장치, 온열용 장치 등에 작용될 수 있다. 구체적으로는, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 주로 광통신 모듈, 센서, 의료 기기, 측정 기기, 항공 우주 산업, 냉장고, 칠러(chiller), 자동차 통풍 시트, 컵 홀더, 세탁기, 건조기, 와인셀러, 정수기, 센서용 전원 공급 장치, 서모파일(thermopile) 등에 적용될 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 의료 기기에 적용되는 예로, PCR(Polymerase Chain Reaction) 기기가 있다. PCR 기기는 DNA를 증폭하여 DNA의 염기 서열을 결정하기 위한 장비이며, 정밀한 온도 제어가 요구되고, 열 순환(thermal cycle)이 필요한 기기이다. 이를 위하여, 펠티어 기반의 열전소자가 적용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 의료 기기에 적용되는 다른 예로, 광 검출기가 있다. 여기서, 광 검출기는 적외선/자외선 검출기, CCD(Charge Coupled Device) 센서, X-ray 검출기, TTRS(Thermoelectric Thermal Reference Source) 등이 있다. 광 검출기의 냉각(cooling)을 위하여 펠티어 기반의 열전소자가 적용될 수 있다. 이에 따라, 광 검출기 내부의 온도 상승으로 인한 파장 변화, 출력 저하 및 해상력 저하 등을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 의료 기기에 적용되는 또 다른 예로, 면역 분석(immunoassay) 분야, 인비트로 진단(In vitro Diagnostics) 분야, 온도 제어 및 냉각 시스템(general temperature control and cooling systems), 물리 치료 분야, 액상 칠러 시스템, 혈액/플라즈마 온도 제어 분야 등이 있다. 이에 따라, 정밀한 온도 제어가 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 의료 기기에 적용되는 또 다른 예로, 인공 심장이 있다. 이에 따라, 인공 심장으로 전원을 공급할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 항공 우주 산업에 적용되는 예로, 별 추적 시스템, 열 이미징 카메라, 적외선/자외선 검출기, CCD 센서, 허블 우주 망원경, TTRS 등이 있다. 이에 따라, 이미지 센서의 온도를 유지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 항공 우주 산업에 적용되는 다른 예로, 냉각 장치, 히터, 발전 장치 등이 있다.

이 외에도 본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 기타 산업 분야에 발전, 냉각 및 온열을 위하여 적용될 수 있다.

도 9 내지 11는 본 발명의 한 실시예에 따른 히트싱크의 개념도이다. 도 9 내지 11를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 히트싱크(300)는 제1평면(311) 및 제2평면(312)을 가지는 평판형상의 기재로, 공기 유로(C1)를 형성하는 적어도 하나의 유로패턴(312A)을 포함할 수 있다.

도 9 내지 11에서 도시한 바와 같이, 유로패턴(312A)은 일정한 피치(P1, P2)와 높이(T1)를 가지는 곡률 패턴이 형성되도록 기재를 폴딩(folding)하는 구조, 즉 접는 구조로 형성될 수 있다.

이와 같이, 히트싱크(300)의 제1 평면(311) 및 제2 평면(312)에는 공기가 면접촉하며, 유로패턴(312A)에 의하여 공기가 면접촉하는 면적이 최대화될 수 있다.

도 9을 참조하면, 공기가 유로 방향(C1)으로 유입되는 경우, 공기가 제1평면(311)과 제2평면(222)에 고르게 접촉하며 이동하여, 유로 방향(C2)으로 진행될 수 있다. 이에 따라, 단순한 평판 형상의 기재에 비하여 공기와의 접촉 면이 넓으므로, 흡열이나 발열의 효과가 증가하게 된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 공기의 접촉 면적을 더욱 증대하기 위하여, 기재의 표면에 돌출형 저항패턴(313)을 형성할 수도 있다.

나아가, 도 10에 도시된 바와 같이, 저항패턴(313)은 공기가 유입되는 방향으로 일정한 경사각(θ)을 가지도록 기울어진 돌출 구조물로 형성될 수도 있다. 이에 따라, 저항패턴(313)과 공기 간의 마찰을 극대화할 수 있으므로, 접촉면적 또는 접촉효율을 높일 수 있다. 또한, 저항패턴(313)의 앞 부분의 기재 면에 홈(314)을 형성할 수도 있다. 저항패턴(223)과 접촉하는 공기의 일부는 홈(314)을 통과하여 기재의 전면과 후면 사이를 이동하므로, 접촉면적 또는 접촉효율을 더욱 높일 수 있다.

저항패턴(313)이 제1평면(311)에 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 평면(312)에 형성될 수도 있다.

도 11를 참조하면, 유로패턴은 다양한 변형예를 가질 수 있다.

예를 들어, 도 11(a)와 같이 일정한 피치(P1)로 곡률을 가지는 패턴을 반복적으로 형성하거나, 도 11(b)와 같이 첨부를 가지는 패턴이 반복하여 형성되거나, 도 11(c) 및 도 11(d)에 도시된 바와 같이 단위패턴이 다각형 구조를 가질 수도 있다. 도시되지 않았으나, 패턴의 표면(B1, B2)에 저항패턴이 형성될 수 있음은 물론이다.

도 11에서는 유로패턴이 일정한 주기 및 높이를 가지고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 유로패턴의 주기 및 높이(T1)는 불균일하게 변형될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.

10: 컵 홀더
100: 홀더본체
200: 열전소자
300: 히트싱크
400: 가이드부
410: 지지부
411: 격벽
412: 제1 지지부재
413: 제2 지지부재
h: 제1 홀
420: 커버
421: 제2 홀
422: 몸체부
500: 팬
600: 하우징
610: 상부 하우징
620: 하부 하우징
I: 유입구
O: 배출구

Claims

홀더본체;
상기 홀더본체의 외면에 배치되는 열전소자;
상기 열전소자에 부착되는 히트싱크;
상기 홀더본체 하부에 배치되고 외부로부터 공기를 유입하는 팬;
상기 팬이 유입한 공기가 이동하는 공기 유로를 형성하는 가이드부; 및
상기 공기가 유입되는 유입구를 포함하는 하우징;을 포함하고
상기 하우징 유입구는,
상기 팬의 하부에 배치되는 컵 홀더.
제 1항에 있어서,
상기 가이드부는
상기 홀더본체 하부에 배치되는 지지부; 및
상기 지지부를 덮는 커버;를 포함하는 컵 홀더.
제 2항에 있어서,
상기 지지부는,
상기 홀더본체를 하부에서 상기 홀더본체를 지지하는 제1 지지부재;
상기 제1 지지부재로부터 연장 형성된 격벽; 및
상기 제1 지지부재 상에 배치되고 상기 홀더본체의 외면 접하는 제2 지지부를 포함하는 컵 홀더.
제 3에 있어서,
상기 팬은,
상기 지지부재와 상기 커버 사이에 배치되는 컵 홀더.
제 3항에 있어서,
상기 제2 지지부재는,
제1 홀을 포함하고, 상기 제1 홀에는 상기 열전소자가 배치되는 컵 홀더.
제 3항에 있어서,
상기 격벽은,
상기 제2 지지부재로부터 연장 형성된 컵 홀더.
제 6항에 잇어서,
상기 히트싱크는,
상기 격벽 사이에 배치되는 컵 홀더.
제 3항에 있어서,
상기 커버는,
상기 팬의 크기와 동일한 홀이 형성되는 컵 홀더.
제 1항에 있어서,
상기 공기유로는 히트싱크를 향해 형성되는 컵 홀더.
제 1항에 있어서,
상기 팬은 원심팬인 컵 홀더.
제 1항에 있어서,
상기 하우징은,
상기 유입된 공기가 배출되는 배출구를 더 포함하고,
상기 배출구는,
상기 히트싱크 상부에 배치되는 컵 홀더.