KR20180086941A - 열전소자를 포함한 휴대용 냉풍기 - Google Patents

열전소자를 포함한 휴대용 냉풍기 Download PDF

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Abstract

실시예에 따른 휴대용 선풍기는 회전 팬; 상기 회전 팬을 둘러싸는 팬 케이스부; 상기 팬 케이스와 연결되고, 중공부를 포함하는 지지부; 상기 중공부 내에 배치되고, 일면이 상기 지지부와 접촉하는 열전소자; 상기 일면과 반대되는 열전소자의 타면이 접촉하는 축냉소재; 및 상기 축냉소재에 의해 둘러싸이는 방열핀을 포함할 수 있다.

Description

열전소자를 포함한 휴대용 냉풍기{A PORTABLE COOLING FAN COMPRISING THERMOELECTRIC ELECMENT}
본 발명은 열전소자를 이용한 냉풍기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속판 및 축냉소재 사이에 배치되는 열전소자를 포함함에 따라, 금속판 및 축냉소재 사이의 온도차이에 의하여 발생된 전력을 이용할 수 있는 휴대용 냉풍기에 관한 것이다.
열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.
열전 소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다.
열전 소자는 전기저항의 온도 변화를 이용하는 소자, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과를 이용하는 소자, 전류에 의한 흡열 또는 발열이 발생하는 현상인 펠티에 효과를 이용하는 소자 등으로 구분될 수 있다.
열전 소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들어, 열전 소자는 냉각용 장치, 온열용 장치, 발전용 장치 등에 적용될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.
휴대용 선풍기는 대기 중의 공기를 흡기구와 송풍구를 통해 순환시키는 원리이다. 따라서, 휴대용 선풍기의 송풍구를 통해 사용자에게 전달되는 공기는 사용환경의 온도와 동일하다는 단점을 가진다.
한편, 일반적인 냉풍기는 아이스팩을 통과한 공기를 제공함에 따라, 사용환경의 공기의 온도보다 낮은 온도의 바람을 제공할 수 있다. 다만, 이러한 냉풍기는 휴대성이 떨어지며, 아이스팩의 반복적인 교체가 요구되는 제한성을 가진다.
따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 구조의 휴대용 선풍기가 요구된다.
본 발명에 따른 실시예에서는, 새로운 구조의 열전 소자를 이용한 휴대용 냉풍기를 제공할 수 있다.
실시예에 따른 휴대용 냉풍기는 휴대성이 우수함과 동시에, 사용환경 온도보다 시원한 바람을 제공할 수 있다.
실시예에 따른 휴대용 냉풍기는 축냉소재의 교체가 요구되지 않을 수 있어, 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 휴대용 냉풍기는 별도의 전력공급장치 또는 배터리 없이 사용할 수 있는 에너지 저감형 휴대용 냉풍기를 제공할 수 있다.
제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시예에 따른 휴대용 선풍기는 회전 팬; 상기 회전 팬을 둘러싸는 팬 케이스부; 상기 팬 케이스와 연결되고, 중공부를 포함하는 지지부; 상기 중공부 내에 배치되고, 일면이 상기 지지부와 접촉하는 열전소자; 상기 일면과 반대되는 열전소자의 타면이 접촉하는 축냉소재; 및 상기 축냉소재에 의해 둘러싸이는 방열핀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지부는, 열원 접촉영역에 배치되는 금속판; 및 열원 비접촉 영역에 배치되는 단열부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에 따른 휴대용 냉풍기는 금속판 및 축냉소재의 사이에 배치되는 열전소자를 포함함에 따라, 금속판 및 축냉소재 사이의 온도 차이에 의하여, 전력을 공급할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 휴대용 냉풍기는 별도의 전원공급 장치 내지 배터리 없이 구동할 수 있어, 에너지를 저감할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 휴대용 냉풍기는 무배터리로 작동할 수 있는 친환경적인 휴대용 냉풍기일 수 있다.
또한, 실시예에 따른 휴대용 냉풍기는 축냉소재 및 방열핀이 바람의 흡기구 및 송풍구를 향하여 배치될 수 있어, 사용환경의 온도보다 낮은 온도의 공기를 사용자에게 전달할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열전소자를 포함한 휴대용 냉풍기의 정면도이다.
도 4a는 실시예에 따른 열전소자를 포함한 휴대용 냉풍기의 사시도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 휴대용 냉풍기의 팬의 각도가 조절된 휴대용 냉풍기의 도면이다.
도 4c는 도 4a에 도시된 휴대용 냉풍기에 포함된 제 2 단열부재에 관한 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 휴대용 냉풍기의 분해 사시도이다.
도 6a는 도 5에 도시된 A-A' 영역의 단면도이다.
도 6b는 도 5에 도시된 B-B' 영역의 단면도이다.
도 7a는 도 5에 도시된 A-A' 영역의 다른 단면도이다.
도 7b는 도 5에 도시된 B-B' 영역의 다른 단면도이다.
도 8 및 도 9는 도 1에 도시된 지지부, 열전소자, 축냉소재 및 방열핀을 나타내는 횡단면도이다.
도 10은 도 2에 도시된 지지부, 열전소자, 축냉소재 및 방열핀을 나타내는 횡단면도이다.
도 11은 도 3에 도시된 지지부, 열전소자, 축냉소재 및 방열핀을 나타내는 횡단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자의 단면도를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자의 사시도를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 레그 및 전극의 단면도를 도시한 도면이다.
도 15 내지 도 17은 적층 구조의 열전 레그를 도시한 도면들이다.
도 18은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
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 1 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 열전소자를 포함한 휴대용 냉풍기에 관한 도면들이다.
도 1 내지 도 11을 참조하여, 열전소자를 포함한 휴대용 냉풍기를 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 휴대용 냉풍기는 팬 케이스부(200), 회전 팬(300), 지지부(400)를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 휴대용 선풍기는 상기 팬 케이스부(200) 및 상기 지지부(400)가 휴대용 선풍기의 몸체, 즉 외관을 형성할 수 있다.
상기 팬 케이스부(200)는 상기 회전 팬(300)을 수용할 수 있다. 상기 팬 케이스부(200)는 상기 회전 팬(300)를 둘러쌀 수 있다. 상기 팬 케이스부(200)는 상기 회전 팬(300)와 이격되어, 상기 회전 팬을 감쌀 수 있다. 상기 팬 케이스부(200)는 상기 회전 팬(300)의 전면 및 후면을 감쌀 수 있다. 상기 케이스부(200)는 상기 회전 팬(300)의 전면과 후면을 각각 감싸는 복수 개의 케이스를 포함할 수 있다. 또는, 상기 팬 케이스부(200)는 상기 회전 팬(200)의 전면과 후면을 동시에 감싸는 하나의 케이스를 포함할 수 있다.
상기 팬 케이스부(200)는 상기 회전 팬(300)에서 발생한 바람에 의해 전달되는 냉풍의 방출을 저해하지 않으면서 사용자의 안전을 확보하기 위한 다양한 형상일 수 있다. 예를 들어, 상기 팬 케이스부(200)는 방사형의 스트라이프 구조가 일정한 간격으로 이격된 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 팬 케이스부(200)는 방사형의 곡선 패턴이 일정한 간격으로 이격된 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 팬 케이스부(200)는 일정한 간격의 격자를 포함하는 그물망 형태일 수 있다. 다만, 실시예는 이에 제한되지 않고 다양한 형상을 포함할 수 있음은 물론이다.
상기 팬 케이스부(200)에 의하여, 사용자의 손가락 등이 상기 회전 팬(300)과 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 팬 케이스부(200)는 상기 회전 팬(300)이 작동하는 동안에 회전 팬에 의한 사용자의 부상을 방지할 수 있다.
상기 팬 케이스부(200)는 금속 및 플라스틱 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 팬 케이스부(200)는 상기 금속 및 상기 플라스틱 중 적어도 하나의 물질이 방사형 구조 또는 격자형 구조로 압출, 사출, 금형 등의 성형에 의해서 형성될 수 있다.
상기 팬 케이스부(200)는 금속 및 플라스틱 중 적어도 하나의 물질 상에 감온변색물질이 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 팬 케이스부(200)를 구성하는 금속 및 플라스틱 중 적어도 하나의 물질 상에 감온변색물질이 코팅 등의 방법으로 도포될 수 있다.
상기 감온변색물질은 상온 미만의 온도 환경에서 제 1색을 나타낼 수 있고, 상온 이상의 온도에서 제 1 색과 다른 제 2 색을 나타낼 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 감온변색물질은 -5℃ 내지 25℃ 사이에서 제 1색에서 상기 제 1색과 다른 제 2색으로 색변화를 나타낼 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 감온변색물질은 15℃ 미만의 온도에서 청색을 나타낼 수 있고, 25℃ 이상의 온도에서 적색을 나타낼 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 팬 케이스부(200)의 변색을 통해, 냉풍의 발생여부를 사용자가 시각적으로 확인할 수 있어, 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 팬 케이스부(200)의 변색을 통해, 제벡효과에 따른 전력 발생여부를 시각적으로 확인할 수 있어, 사용자가 휴대용 냉풍기의 잔여 작동시간을 시각적으로 확인할 수 있다.
상기 감온변색물질은 다양한 유기화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 감온변색물질은 다양한 컨쥬게이션 구조의 유기화합물을 포함할 수 있다.
상기 회전 팬(300)은 바람을 발생하여 공기를 순환시킬 수 있다. 상기 회전 팬(300)은 지지부(400)의 중공부를 통과한 냉풍을 사용자에게 전달할 수 있다.
상기 회전 팬(300)은 일반적인 선풍기에 배치되는 팬의 구조와 동일할 수 있으며, 이에 따라 적어도 2개 이상의 회전 날개를 가지는 구조일 수 있다. 즉, 도면에는 4개의 회전 날개를 도시하였으나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 복수 개의 회전 날개를 포함하는 회전 팬일 수 있다.
상기 적어도 2개 이상의 회전 날개의 형상은 서로 동일할 수 있다. 이에 따라, 상기 형상이 동일한 2개 이상의 회전 날개를 통해 배출되는 공기의 속도가 일정할 수 있으며, 이에 따른 공기의 송풍 면적이 동일하게 형성됨에 따라 외부로 일정한 세기의 냉풍 또는 온풍을 방출하도록 한다.
상기 회전 팬(300)은 구동모터(도시하지 않음)의 회전축에 의해 회전할 수 있다. 즉, 상기 회전 팬(300)은 상기 구동모터의 회전축에 연결되어 있으며, 이에 따라 상기 구동모터에 전원이 공급될 때, 상기 회전축은 회전하게 되며, 상기 회전축의 회전에 따라 상기 회전 팬(300) 역시 회전하여 전면을 향해 바람을 발생할 수 있다.
이때, 상기 구동모터의 전원 공급은 별도의 전력 공급원에 의해서 공급되지 않을 수 있다. 즉, 실시예에 따른 휴대용 냉풍기는 배터리를 포함하지 않을 수 있다. 즉, 실시예에 따른 휴대용 냉풍기는 열전소자의 제벡효과를 이용할 수 있어, 열전소자의 전위차에 의해 발생된 전력을 이용할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 휴대용 냉풍기는 주기적인 배터리 교환이 요구되지 않을 수 있어, 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
상기 회전 팬(300)은 금속 및 플라스틱 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 상기 회전 팬(300)은 상기 금속 및 상기 플라스틱 중 적어도 하나의 물질이 전면을 향해 기울어진 곡선형 구조로 압출, 사출, 금형 등의 성형에 의해서 형성될 수 있다.
상기 회전 팬(300)은 금속 및 플라스틱 중 적어도 하나의 물질 상에 감온변색물질이 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 회전 팬(300)을 구성하는 금속 및 플라스틱 중 적어도 하나의 물질 상에 감온변색물질이 코팅 등의 방법으로 도포될 수 있다.
상기 감온변색물질은 상온 미만의 온도 환경에서 제 1색을 나타낼 수 있고, 상온 이상의 온도에서 제 1 색과 다른 제 2 색을 나타낼 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 감온변색물질은 -5℃ 내지 25℃ 사이에서 제 1색에서 상기 제 1색과 다른 제 2색으로 색변화를 나타낼 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 감온변색물질은 15℃ 미만의 온도에서 청색을 나타낼 수 있고, 25℃ 이상의 온도에서 적색을 나타낼 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 회전 팬(300)의 변색을 통해, 냉풍의 발생여부를 사용자가 시각적으로 확인할 수 있어, 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 상기 회전 팬(300)의 변색을 통해, 제벡효과에 따른 전력 발생여부를 시각적으로 확인할 수 있어, 사용자가 휴대용 냉풍기의 잔여 작동시간을 시각적으로 확인할 수 있다.
상기 감온변색물질은 다양한 유기화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 감온변색물질은 다양한 컨쥬게이션 구조의 유기화합물을 포함할 수 있다.
지지부(400)는 상기 펜 케이스(200)와 연결될 수 있다. 지지부(400)는 상기 펜 케이스(200)와 직접 연결될 수 있다. 또는, 지지부(400)는 상기 펜 케이스(200)와 각도 조절부재를 사이에 두고 연결될 수 있다.
상기 지지부(400)는 열원 접촉영역에 배치되는 금속판(410); 및 열원 비접촉 영역에 배치되는 단열부재(420)를 포함할 수 있다.
상기 금속판(410)은 사람의 손이 접촉하는 영역에 배치될 수 있다. 즉, 상기 열원은 사람의 체온일 수 있다. 상기 금속판(410)은 상기 지지부(400)의 가운데 부분에 부분적으로 배치될 수 있다. 또는, 상기 금속판(410)은 상기 지지부(400)의 가운데 부분부터 하부를 향해 배치될 수 있다.
상기 금속판은 사람의 체온을 효과적으로 전달할 수 있는, 열 전달 효율이 우수한 금속 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속판(410)은 약 15℃ 내지 약 37℃ 사이의 온도 범위에서 열전도율이 우수함 금속 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속판(410)은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄의 합금일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속판(410)은 구리(Cu) 또는 구리의 합금일 수 있다. 이에 따라, 상기 금속판(410)은 상기 체온에 의한 열을 열전소자에 효과적으로 전달할 수 있다.
상기 금속판은 내부식성이 우수한 금속 물질일 수 있다. 이에 따라, 외부에 노출되는 금속판의 부식을 방지하여, 효과적인 열전달이 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속판은 알루미늄일 수 있어, 휴대용 냉풍기를 경량화할 수 있고, 내부식성이 강할 수 있다.
상기 단열 부재(420)는 사람의 손이 접촉하지 않는 영역에 배치될 수 있다. 즉, 상기 단열 부재(420)는 지지부(400)의 내부에 위치한 축냉소자에 축냉된 냉기가 방출되는 것을 차단하기 위한 것일 수 있다. 또한, 상기 단열 부재(420)는 사용자의 체온이 금속판(410)을 통해 전달될 때, 외부를 향해 열원이 방출되는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해, 상기 단열 부재(420)는 저전력으로 구동될 수 있는 휴대용 냉풍기를 제공할 수 있다.
상기 단열 부재(420)는 유기 고분자 화합물을 포함할 수 있다. 상기 단열 부재(420)는 플라스틱일 수 있다. 예를 들어, 상기 단열 부재(420)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리염화비닐(PVC), 멜라민 수지, 페놀 수지 등의 고분자 물질일 수 있다. 이에 따라, 상기 단열 부재(420)는 축열 소재의 냉기의 손실 및/또는 열원의 방출을 효과적으로 차단할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 휴대용 냉풍기는 에너지 효율이 우수할 수 있다. 또한, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 단열 부재(420)는 무기계 경량 단열재일 수 있다. 또는, 상기 단열 부재(420)는 세라믹일 수 있음은 물론이다.
상기 단열 부재(420)는 상기 금속판(410)이 배치되지 않는 영역에 배치될 수 있다. 상기 단열 부재(420)는 상기 금속판(410)의 상면 또는 하면에 배치될 수 있다. 상기 단열 부재(420)는 상기 금속판(410)의 상면 및 하면에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 단열 부재(420)는 상기 금속판(410)의 상, 하부를 둘러쌀 수 있다.
상기 단열 부재(420)는 상기 금속판(410)의 폭과 대응되거나, 서로 다를 수 있다.
도 1을 참조하면, 정면에서 관측한 상기 금속판(410)의 폭(a)은 상부 단열 부재(420)의 폭(b)과 대응될 수 있다. 또한, 정면에서 관측한 상기 금속판(410)의 폭(a)은 하부 단열 부재(420)의 폭(c)과 대응될 수 있다. 상부 단열 부재(420)의 폭(b)은 하부 단열 부재(420)의 폭(c)과 대응될 수 있다.
도 2를 참조하면, 정면에서 관측한 상기 금속판(410)의 폭(a)은 상부 단열 부재(420)의 폭(b)보다 작을 수 있다. 또한, 정면에서 관측한 상기 금속판(410)의 폭(a)은 하부 단열 부재(420)의 폭(c)보다 작을 수 있다. 상부 단열 부재(420)의 폭(b)은 하부 단열 부재(420)의 폭(c)보다 작을 수 있다. 즉, 지지부의 외면은 곡면을 가질 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 휴대용 냉풍기의 지지부는 사용자의 그립감을 향상시킬 수 있고, 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다. 또한, 하부 단열 부재(420)의 폭(c)은 상부 단열 부재(420)의 폭(b) 또는 상기 금속판(410)의 폭(a)보다 클 수 있어, 사용자가 손으로 들지 않고, 특정 공간 상에 올려 놓는 경우에도, 기울어지지 않을 수 있다.
도 3을 참조하면, 정면에서 관측한 상기 금속판(410)의 폭(a)은 상부 단열 부재(420)의 폭(b)보다 작을 수 있다. 또한, 정면에서 관측한 상기 금속판(410)의 폭(a)은 하부 단열 부재(420)의 폭(c)보다 작을 수 있다. 상부 단열 부재(420)의 폭(b)은 하부 단열 부재(420)의 폭(c)보다 작을 수 있다. 즉, 지지부의 외면은 골과 마루가 반복되는 곡면을 가질 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 휴대용 냉풍기의 지지부는 사용자의 그립감을 향상시킬 수 있고, 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다. 또한, 하부 단열 부재(420)의 폭(c)은 상부 단열 부재(420)의 폭(b) 또는 상기 금속판(410)의 폭(a)보다 클 수 있어, 사용자가 손으로 들지 않고, 특정 공간 상에 올려 놓는 경우에도, 기울어지지 않을 수 있다.
이하, 도 4a, 4b 및 도 4c를 참조하여, 휴대용 냉풍기의 각도 조절, 전원 스위치(S) 및 제 2 단열 부재(430)를 설명한다.
도 4a와 같이, 회전 팬(300)이 정면을 향한 경우에는, 회전 팬의 후면은 지지부 내의 공간부를 통과한 바람만을 배출시기기 위하여 폐쇄된 형상일 수 있다. 또는, 지지부 내의 공간부를 통과한 바람이 효과적으로 상기 회전 팬(300)을 통해 배출될 수 있도록 별도의 연결부재를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 휴대용 선풍기는 전원 스위치(S)는 포함할 수 있다.
상기 전원 스위치(S)는 기계식 버튼에 의하여 온/오프의 동작이 가능한 스위치일 수 있다. 상기 전원 스위치(S)는 실시예에 따른 휴대용 냉풍기를 냉장 또는 냉동고에서 꺼내었을 때, 회전 팬(300)이 회전하는 것을 방지하기 위한 것이다.
도 4b와 같이, 회전 팬(300)의 각도를 변화시키기 위하여, 상기 지지부 상에는 각도전환 부재가 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지부(400)와 상기 회전 팬 (300) 또는 상기 팬 케이스부(200)의 각도는 0도 내지 150도의 각도를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 지지부(400)와 상기 회전 팬 (300) 또는 상기 팬 케이스부(200)의 각도는 0도 내지 90도의 각도를 가질 수 있다. 이에 따라, 사용자의 사용환경에 적합한 각도로 전환할 수 있다.
도 4a 및 도 4c와 같이, 제 2 단열 부재(430)는 상기 열원 접촉영역과 대응되는 일 영역을 가로질러 배치될 수 있다.
상기 제 2 단열 부재(430)는 도 4a와 같이, 상기 제 2 단열 부재(430)를 사용하지 않는 환경에서는 삽입 또는 내장될 수 있다. 상기 제 2 단열 부재(430)는 상기 지지부와 연결되는 일체형 구조일 수 있다.
즉, 실시예에 따른 휴대용 냉풍기를 사용하기 위해서는 상기 금속판(410)에 손바닥이 접촉되어야 하므로, 이를 위해 상기 금속판(410)의 하부 공간부에는 상기 제 2 단열 부재(430)가 내장될 수 있다. 다만, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 제 2 단열 부재(430)는 상기 지지부(400)와 분리되는 탈착구조일 수 있다. 상기 제 2 단열 부재(430)는 금속판을 쉽게 감쌀 수 있는 플렉서블한 재질일 수 있다. 즉, 상기 제 2 단열 부재(430)는 롤러블 기재일 수 있다. 일례로, 상기 제 2 단열 부재(430)는 플렉서블한 플라스틱 재질일 수 있다. 한편, 상기 제 2 단열 부재(430)는 부분적으로 또는 전체적으로 자성물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 금속판 상에 탈착이 용이할 수 있다.
상기 제 2 단열 부재(430)는 도 4c와 같이, 상기 제 2 단열 부재(430)를 사용하는 환경에서는 사용자의 당김 등에 의한 동작에 의하여, 돌출될 수 있다. 즉, 실시예에 따른 휴대용 냉풍기는 사용자가 냉장 또는 냉동고에서 꺼낸 즉시 사용하지 않을 수 있다. 이러한 경우에, 상기 제 2 단열 부재(430)는 상기 지지부의 금속판(410)이 배치되는 영역을 감쌀 수 있다. 즉, 상기 제 2 단열 부재(430)는 상기 금속판(410)을 롤링함에 따라, 상기 금속판(410)을 통해 축냉소재의 냉기가 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 장시간 휴대용 냉풍기를 휴대한 후에, 냉풍기를 사용하는 경우에도 사용자에게 냉풍을 전달할 수 있다.
도 5, 도 6a, 도 6b, 도 7a 및 도 7b를 참조하여, 위치에 따른 상기 지지부의 내부 단면 구조를 상세하게 설명한다.
상기 지지부(400)는 내부에 열전소자(100), 축냉소재(500) 및 방열핀(600)을 수용할 수 있다.
상기 회전 팬(300)의 후면에는, 중공부를 가지는 지지부(400)가 배치될 수 있다. 즉, 상기 지지부(400)는 중공부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 중공부를 가지는 상기 지지부(400)의 내에는 열전소자(100), 축냉소재(500) 및 방열핀(600)이 배치될 수 있다.
상기 지지부(400)는 금속판(410)을 포함할 수 있고, 상기 금속판(410)의 내부에는 열전소자(100)가 배치될 수 있고, 상기 열전소자(100)의 내부에는 축냉소재(500)가 배치될 수 있다. 상기 축냉소재(500)가 둘러싸는 공간부(H)에는 방열핀(600)이 배치될 수 있다. 상기 회전 팬(300)은 상기 공간부(H)를 통해, 하부 흡기구부터 상부 송풍구로 공기를 이동시킬 수 있다. 상기 공간부(H)의 내부에서, 이동하는 공기는 상기 축냉소재(500) 및 방열핀(600)와 접촉될 수 있어, 사용자에게 사용환경 온도보다 시원한 냉풍을 전달할 수 있다.
상기 금속판(410)은 중공부를 가지는 원형 형상일 수 있다. 즉, 상기 금속판(410)은 도넛 모양의 원형 링의 구조일 수 있다.
상기 열전소자(100)의 일면은 상기 지지부(400)와 접촉될 수 있다. 상기 일면과 반대되는 상기 열전소자(410)의 타면은 축냉소재(500)와 접촉할 수 있다. 상기 축냉소재(500)에 의한 공간부(H)에는 방열핀(600)이 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 방열핀(600)은 상기 축냉소재(500)에 의해서 둘러싸일 수 있다.
상기 축냉소재(500)는 공간부(H)를 가지는 원형 형상일 수 있다. 즉, 상기 금속판(410)은 도넛 모양의 원형 링의 구조일 수 있다.
열원 접촉영역과 열원 비접촉영역은 서로 다른 내부 구조를 가질 수 있다.
도 6a를 참조하여, 열원접촉 영역의 내부 단면도를 설명한다.
상기 열전소자(100)는 상기 금속판(410)이 배치되는 영역과 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 즉, 상기 열전소자(100)는 상기 열원접촉 영역과 대응되는 영역에 전체적으로 배치될 수 있다.
상기 열전소자(100)는 상기 지지부(400)의 상기 중공부를 둘러싸고, 상기 중공부와 대응되는 곡면 형상을 포함할 수 있다. 즉, 상기 열전소자(100)는 중공부를 가지는 원형 형상일 수 있다. 즉, 상기 금속판(410)은 도넛 모양의 원형 링의 구조일 수 있다.
상기 금속판(410) 및 상기 축냉소재(500)의 사이에는 열전소자(100)가 배치될 수 있다. 이때, 상기 금속판 및 상기 축냉소재의 온도차이는 20℃ 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속판 및 상기 축냉소재의 온도차이는 20℃ 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속판 및 상기 축냉소재의 온도차이는 25℃ 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속판 및 상기 축냉소재의 온도차이는 30℃ 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속판 및 상기 축냉소재의 온도차이는 35℃ 이상일 수 있다. 상기 금속판 및 상기 축냉소재의 온도차이가 20℃ 이상일 때, 상기 열전소자에 전위차가 발생하여, 상기 회전 팬(300)을 회전시킬 수 있는 전력이 발생할 수 있다. 바람직하게, 상기 금속판 및 상기 축냉소재의 온도차이는 28℃ 이상 내지 43℃ 미만일 수 있다. 상기 금속판 및 상기 축냉소재의 온도차이가 클 수록 전위차이가 커질 수 있고, 이에 따른 전력량이 커질 수 있다.
상기 금속판(410)을 통해 전달되는 온도는 30℃ 내지 40℃일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속판(410)을 통해 전달되는 온도는 34℃ 내지 38℃일 수 있다. 즉, 상기 금속판(410)은 손바닥이 접촉함에 따라, 체온과 유사한 온도를 열전소자를 향하여 전달 할 수 있다.
상기 축냉소재(500)는 냉장 또는 냉동의 조건에서 냉기를 저장할 수 있다.
상기 축냉소재(500)는 냉기를 저장할 수 있는 상변화물질(PCM, Phase change material)일 수 있다. 상기 축냉소재(500)는 유기 계열 및 무기 계열일 수 있다.
상기 유기계열의 상변화 물질은 파라핀(Paraffin)계 또는 기타 유기계열일 수 있다. 유기물질의 예로는 탄소와 수소로 이루어진 하이드로카본 계열의 테트라데칸, 옥타데칸, 노나데칸 등의 물질이 있다.
상기 무기계열의 상변화 물질은 이온화합물계 또는 메탈계일 수 있으며, 무기물질의 예로는 수화물형태의 염화칼슘등이 있다.
상기 축냉소재(500)는 고체상에서 액체상의 상 변화가 -10℃ 내지 10℃에서 일어나는 상변화물질(PCM, Phase change material)일 수 있다. 이에 따라, 상기 축냉소재(500)는 -10℃ 내지 10℃에서 잠열을 축적할 수 있고, -10℃ 내지 10℃ 범위의 온도를 유지할 수 있다. 예를 들어, 상기 축냉소재(500)는 -5℃ 내지 5℃ 에서 상변태 온도를 가지는 상변화물질일 수 있다. 이에 따라, 상기 축냉소재(500)는 -5℃ 내지 5℃에서 잠열을 축적할 수 있고, -5℃ 내지 5℃ 범위의 온도를 유지할 수 있다. 이때, 상기 상변화물질은 파우치 형태로 배치될 수 있다.
자세하게, 상기 금속판(410)은 약 35℃ 내지 약 37℃ 범위의 체온과 유사한 온도를 손바닥이 접촉하는 일면과 반대되는 타면에 위치한 상기 열전소자(100)를 향하여 전달할 수 있다. 냉장 또는 냉동의 조건에서 보관된 축냉소재(500)는 약 -5℃ 내지 약 5℃의 범위의 냉기를 저장할 수 있고, 열전소자(100)를 향하여 냉기를 전달할 수 있다. 이에 따라, 사용자의 체온은 고온을 제공할 수 있고, 축냉소재는 저온을 제공할 수 있어, 열전소자(100)는 이러한 온도차이에 의해 전력을 발생시킬 수 있다. 즉, 실시예에 따른 휴대용 냉풍기는 별도의 전원공급 장치 내지 배터리 없이 구동할 수 있어, 에너지를 저감할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 휴대용 냉풍기는 무배터리로 작동할 수 있는 친환경적인 휴대용 냉풍기일 수 있다.
일례로, 습도 75%, 온도 35℃의 외기가 투입되고, 회전 팬을 돌리기 위해 약 35℃ 내지 약 37℃ 범위의 체온이 금속판 및 열전소자를 통해 지속적으로 전달되었을 때, 약 120분의 사용시간을 확보할 수 있다.
일례로, 열전소자는 체온과 유사한 범위의 금속판의 온도와 냉장 또는 냉동고의 온도와 유사한 범위의 금속판의 온도차이에 의해서 약 200RPM 내지 약 250RPM의 회전이 가능한 휴대용 냉풍기를 제공할 수 있다.
열원 접촉영역에서, 축냉소재(500)의 두께(w1)는 열전소자(100)의 두께(w2)와 서로 대응되거나 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 도 6a와 같이, 축냉소재의 두께(w1)는 열전소자(100)의 두께(w2)보다 클 수 있다. 다만, 실시예는 이에 제한되지 않고, 축냉소재의 두께(w1)보다 열전소자(100)의 두께(w2)가 클 수 있다.
상기 방열핀(600)은 상기 공간부(H) 내에 배치될 수 있다. 상기 방열핀(600)은 상기 축냉소재(500)에 의해 둘러싸여서 형성된 상기 공간부(H)를 가로질러 배치될 수 있다.
상기 방열핀(600)은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 방열핀(610) 및 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 연장되는 제 2 방열핀(620)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 방열핀(610) 및 상기 제 2 방열핀(620)은 서로 연결될 수 있는 네트워크 구조를 포함할 수 있다. 또는, 상기 제 1 방열핀(610) 및 상기 제 2 방열핀(620)은 서로 이격하여 교차하는 구조를 포함할 수 있다. 상기 방열핀(600)은 서로 다른 방향으로 연장되는 제 1 방열핀(610) 및 제 2 방열핀(620)을 포함할 수 있어, 흡기구로부터 전달되는 외기의 방열핀과의 접촉면적을 향상시킬 수 있다. 이와 동시에, 상기 제 1 방열핀(610) 및 상기 제 2 방열핀(620)은 플레이트 형상이 아니므로, 얇은 두께로 배치될 수 있어, 공기의 흐름성을 향상시킬 수 있어, 저전력으로 구동될 수 있는 휴대용 냉풍기를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 방열핀(610) 및 상기 제 2 방열핀(620)은 각각 2㎜ 이하의 두께일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 방열핀(610) 및 상기 제 2 방열핀(620)은 각각 1㎜ 이하의 두께일 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 휴대용 냉풍기는 제 1 방열핀(610) 및 상기 제 2 방열핀(620)이 공간부 내에 배치되는 경우에도 경량화될 수 있어, 휴대성을 향상시킬 수 있다.
상기 제 1 방열핀(610) 및 상기 제 2 방열핀(620)은 서로 다른 방향으로 연장됨에 따라, 복수 개의 교차지점을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 방열핀(600)은 그물망과 같은 메쉬 형상을 포함할 수 있다.
도 6b를 참조하여, 열원 비접촉 영역의 내부 단면도를 설명한다.
상기 축냉소재(500)는 상기 금속판(410)이 배치되는 영역과 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 상기 축냉소재(500)는 상기 열전소자(100)는 상기 열원접촉 영역과 대응되는 영역에 전체적으로 배치될 수 있고, 상기 열원 비접촉영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 축냉소재(500)는 상기 금속판이 배치되는 영역으로부터 상기 단열부재가 배치되는 영역과 대응되는 영역까지 연장하여 배치될 수 있다. 즉, 상기 금속판(410)이 배치되는 평면적보다 상기 축냉소재(500)가 배치되는 평면적이 클 수 있다. 상기 금속판(410)이 배치되는 단면적보다 상기 축냉소재(500)가 배치되는 단면적이 클 수 있다. 이에 따라, 지지부의 하부에 위치한 흡입구로부터 지지부의 상부에 위치한 송풍구의 상기 축냉소재(500)와의 접촉면적을 넓힐 수 있어, 냉풍을 효과적으로 전달할 수 있다.
열원 접촉영역에서의 축냉소재의 두께(w1) 및 열전소자(100)의 두께(w2)의 합은 열원 비접촉 영역에서의 축냉소재의 두께(w3)와 서로 대응되거나 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 열원 접촉영역에서의 축냉소재의 두께(w1) 및 열전소자(100)의 두께(w2)의 합은 열원 비접촉 영역에서의 축냉소재의 두께(w3)와 동일할 수 있다. 또는, 열원 접촉영역에서의 축냉소재의 두께(w1)는 열원 비접촉영역에서의 축냉소재의 두께(w3)와 동일할 수 있다.
도 7a를 참조하여, 열원접촉 영역의 다른 내부 단면도를 설명한다.
도 7a를 참조하면, 상기 열전소자(100)는 상기 금속판(410)이 배치되는 영역과 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 즉, 상기 열전소자(100)는 상기 열원접촉 영역과 대응되는 영역에 전체적으로 배치될 수 있다.
상기 열전소자(100)는 상기 지지부의 상기 중공부를 둘러싸고, 복수 개의 플레이트 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열전소자(100)는 제 1 열전소자(100a), 제 2 열전소자(100b), 제 3 열전소자(100c) 및 제 4 열전소자(100d)를 포함할 수 있다. 자세하게, 복수 개의 플레이트 형상은 서로 이격하여 배치되거나, 양 끝단이 서로 접촉될 수 있다. 도 7a에서는 4개의 플레이트 형상의 열전소자가 포함된 것을 도시하였으나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 4개 이상의 열전소자를 더 포함할 수 있음은 물론이다.
도 7b를 참조하여, 열원 비접촉 영역의 다른 내부 단면도를 설명한다.
도 7b를 참조하면, 상기 축냉소재(500)는 상기 금속판(410)이 배치되는 영역과 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 상기 축냉소재(500)는 상기 열전소자(100)는 상기 열원접촉 영역과 대응되는 영역에 전체적으로 배치될 수 있고, 상기 열원 비접촉영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 축냉소재(500)는 상기 금속판이 배치되는 영역으로부터 상기 단열부재가 배치되는 영역과 대응되는 영역까지 연장하여 배치될 수 있다. 즉, 상기 금속판(410)이 배치되는 평면적보다 상기 축냉소재(500)가 배치되는 평면적이 클 수 있다. 상기 금속판(410)이 배치되는 단면적보다 상기 축냉소재(500)가 배치되는 단면적이 클 수 있다. 이에 따라, 지지부의 하부에 위치한 흡입구로부터 지지부의 상부에 위치한 송풍구의 상기 축냉소재(500)와의 접촉면적을 넓힐 수 있어, 냉풍을 효과적으로 전달할 수 있다.
도 8 내지 도 11을 참조하여, 지지부, 열전소자, 축냉소재 및 방열핀을 나타내는 단면도를 설명한다.
열전소자(100)의 일면은 전체적으로 상기 금속판(410)과 접촉할 수 있고, 상기 일면과 반대되는 열전소자(100)의 타면은 전체적으로 상기 축냉소재(500)와 접촉할 수 있어, 실시예에 따른 휴대용 냉풍기는 전력을 효과적으로 생성할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 금속판(410)의 폭(d1)은 상기 열전소자(100)의 폭(d2)과 대응될 수 있다. 이에 따라, 금속판(410)으로부터 전달되는 고온이 상기 열전소자(100)에 전달될 수 있다. 또한, 상기 금속판(410) 주위의 상기 단열부재(420)는 외부로의 열 방출에 의한 에너지 손실을 방지할 수 있다.
상기 축냉소재(500)의 폭(d3)은 상기 금속판(410)의 폭(d1)보다 클 수 있다. 상기 축냉소재(500)의 폭(d3)은 상기 열전소자(100)의 폭(d2)보다 클 수 있다. 자세하게, 상기 축냉소재(500)는 상기 금속판(410) 또는 상기 열전소자(100)보다 넓은 면적에 배치될 수 있다. 이에 따라, 외부의 공기는 상기 축냉소재(500)를 통과함에 따라, 상기 축냉소재(500)와의 접촉면적이 확대될 수 있어, 사용자에게 냉풍을 전달할 수 있다.
이때, 상기 금속판(410) 및 상기 열전소재(100)의 두께는 상기 단열부재(420)의 두께와 대응될 수 있다. 이에 따라, 상기 지지부의 중공부 내에 배치되는 상기 축냉소재(500)는 단차 없이 배치될 수 있다.
상기 방열핀(600)은 복 수개의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 방열핀(610)은 복 수개의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 방열핀(620)은 복 수개의 층을 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 흡기구(WI)를 통해 공간부로 이동하는 외기는 상기 방열핀(600)과의 접촉면적이 넓을 수 있고, 이를 통해 송풍구(WO)로 배출되는 공기는 사용환경온도보다 5℃ 이상 낮은 온도일 수 있다. 예를 들어, 상기 흡기구(WI)를 통해 공간부로 이동하는 외기는 상기 축냉소재(500) 및 상기 방열핀(600)과 접촉할 수 있다. 이에 따라, 상기 송풍구(WO)로 배출되는 공기는 사용환경온도보다 7℃ 이상 낮은 온도를 제공할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 금속판(410)의 일면은 사용자의 손바닥이 접촉할 수 있다. 상기 금속판(410)의 일면의 폭(d1)은 상기 열전소자(100)의 폭(d2)보다 작을 수 있다. 상기 금속판(410)의 상기 일면과 반대되는 타면의 폭(d1)은 상기 열전소자(100)의 폭(d2)과 대응될 수 있다. 이에 따라, 금속판(410), 열전소자(100) 및 축냉소재(500)의 접촉면적을 넓힐 수 있다. 이에 따라, 열전소자를 통해서 생성되는 전력량을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 금속판(410)의 일면은 상기 단열부재(420)보다 돌출될 수 있어, 사용자에게 열원 접촉영역을 쉽게 인지하도록할 수 있다.
상기 축냉소재(500)의 폭(d3)은 상기 금속판(410)의 폭(d1)보다 클 수 있다. 상기 축냉소재(500)의 폭(d3)은 상기 열전소자(100)의 폭(d2)보다 클 수 있다. 자세하게, 상기 축냉소재(500)는 상기 금속판(410) 또는 상기 열전소자(100)보다 넓은 면적에 배치될 수 있다. 이에 따라, 외부의 공기는 상기 축냉소재(500)를 통과함에 따라, 상기 축냉소재(500)와의 접촉면적이 확대될 수 있어, 사용자에게 냉풍을 전달할 수 있다.
이때, 상기 금속판(410) 및 상기 열전소재(100)의 두께는 상기 단열부재(420)의 두께와 대응될 수 있다. 이에 따라, 상기 지지부의 중공부 내에 배치되는 상기 축냉소재(500)는 단차 없이 배치될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 금속판(410)의 폭(d1)은 상기 열전소자(100)의 폭(d2)과 대응될 수 있다. 이에 따라, 금속판(410)으로부터 전달되는 고온이 상기 열전소자(100)에 전달될 수 있다. 또한, 상기 금속판(410) 주위의 상기 단열부재(420)는 외부로의 열 방출에 의한 에너지 손실을 방지할 수 있다.
상기 축냉소재(500)의 폭(d3)은 상기 금속판(410)의 폭(d1)보다 클 수 있다. 상기 축냉소재(500)의 폭(d3)은 상기 열전소자(100)의 폭(d2)보다 클 수 있다. 자세하게, 상기 축냉소재(500)는 상기 금속판(410) 또는 상기 열전소자(100)보다 넓은 면적에 배치될 수 있다. 이에 따라, 외부의 공기는 상기 축냉소재(500)를 통과함에 따라, 상기 축냉소재(500)와의 접촉면적이 확대될 수 있어, 사용자에게 냉풍을 전달할 수 있다.
이때, 상기 금속판(410)의 두께는 상기 단열부재(420)의 두께와 대응될 수 있다. 상기 상기 금속판(410)과 대응되는 영역에는 상기 열전소자(100)가 배치될 수 있다.
상기 축냉소재(500)는 상기 열전소자(100)의 상면, 하면 및 내측면을 동시에 감싸면서 송풍구와 인접한 지지부의 상면으로부터 흡기구와 인접한 지지부의 하면까지 연장될 수 있다. 상기 축냉소재(500)는 상기 열전소자(100)가 배치되는 영역에서 단차를 가질 수 있다. 상기 축냉소재(500)는 상기 열전소자(100)를 감싸는 영역에서 공간부의 폭이 작을 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 금속판(410)의 폭(d1)은 상기 열전소자(100)의 폭(d2)과 대응될 수 있다. 이에 따라, 금속판(410)으로부터 전달되는 고온이 상기 열전소자(100)에 전달될 수 있다. 또한, 상기 금속판(410) 주위의 상기 단열부재(420)는 외부로의 열 방출에 의한 에너지 손실을 방지할 수 있다.
상기 축냉소재(500)의 폭(d3)은 상기 금속판(410)의 폭(d1)보다 클 수 있다. 상기 축냉소재(500)의 폭(d3)은 상기 열전소자(100)의 폭(d2)보다 클 수 있다. 자세하게, 상기 축냉소재(500)는 상기 금속판(410) 또는 상기 열전소자(100)보다 넓은 면적에 배치될 수 있다. 이에 따라, 외부의 공기는 상기 축냉소재(500)를 통과함에 따라, 상기 축냉소재(500)와의 접촉면적이 확대될 수 있어, 사용자에게 냉풍을 전달할 수 있다.
이때, 상기 금속판(410) 및 상기 열전소재(100)의 두께는 상기 단열부재(420)의 두께와 대응될 수 있다. 이에 따라, 상기 지지부의 중공부 내에 배치되는 상기 축냉소재(500)는 단차 없이 배치될 수 있다.
한편, 상기 금속판(410)의 사용자와 접촉하는 일면은 굴곡부를 가질 수 있고, 상기 금속판(410)의 일면과 반대되는 타면은 평면부를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 금속판(410)의 일면은 그립감을 향상시키는 동시에, 손가락과의 접촉면적을 확대하기 위해서 골과 마루가 반족되는 굴곡부를 포함할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 회전 팬(300)과 상기 구동모터(도시하지 않음)는 상기 공간부(H) 내에 배치될 수 있다. 즉, 상기 회전 팬(300)은 상기 공간부(H)보다 작을 수 있다. 따라서, 상기 휴대용 냉풍기는 상기 팬 케이스부(200) 없이 슬림화될 수 있다.
도 12은 열전소자의 단면도이고, 도 13은 열전소자의 사시도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 열전소자(100)는 하부 기판(110), 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)을 포함한다.
하부 전극(120)은 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 상부 전극(150)은 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 상부 바닥면 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 의하여 전기적으로 연결된다. 하부 전극(120)과 상부 전극(150) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 단위 셀을 형성할 수 있다.
예를 들어, 리드선(181, 182)을 통하여 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 열전 레그(130)로부터 N형 열전 레그(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 열전 레그(140)로부터 P형 열전 레그(130)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다.
여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)를 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. P형 열전 레그(130)는 전체 중량 100wt%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-Sb-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다.
N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%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-Se-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다.
P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(130) 또는 벌크형 N형 열전 레그(140)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(130) 또는 적층형 N형 열전 레그(140)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(130) 및 N형 열전 레그(140)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 열전 레그(140)의 높이 또는 단면적을 P형 열전 레그(130)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 성능은 제벡 지수로 나타낼 수 있다. 제백 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
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.
열전 소자의 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(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 하부 전극(120), 그리고 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 상부 전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하며, 0.01mm 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 하부 전극(120) 또는 상부 전극(150)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(110)과 상부 기판(160)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), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 레진(resin)과 같은 고투과성 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. 금속 기판의 두께가 0.1mm 미만이거나, 0.5mm를 초과하는 경우, 방열 특성 또는 열전도율이 지나치게 높아질 수 있으므로, 열전 소자의 신뢰성이 저하될 수 있다. 또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)이 금속 기판인 경우, 하부 기판(110)과 하부 전극(120) 사이 및 상부 기판(160)과 상부 전극(150) 사이에는 각각 유전체층(170)이 더 형성될 수 있다. 유전체층(170)은 5~10W/K의 열전도도를 가지는 소재를 포함하며, 0.01mm~0.15mm의 두께로 형성될 수 있다. 유전체층(170)의 두께가 0.01mm 미만인 경우 절연 효율 또는 내전압 특성이 저하될 수 있고, 0.15mm를 초과하는 경우 열전전도도가 낮아져 방열효율이 떨어질 수 있다.
이때, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다.
또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 적어도 하나의 표면에는 방열 패턴, 예를 들어 요철 패턴이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 열전 소자의 방열 성능을 높일 수 있다. 요철 패턴이 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 접촉하는 면에 형성되는 경우, 열전 레그와 기판 간의 접합 특성도 향상될 수 있다.
한편, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 전극과 접합하는 부분의 폭이 넓게 형성될 수도 있다.
도 14는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그 및 전극의 단면도를 나타낸다.
도 14를 참조하면, 열전 레그(130)는 제1단면적을 가지는 제1소자부(132), 제1소자부(132)와 대향하는 위치에 배치되며 제2단면적을 가지는 제2소자부(136), 그리고 제1소자부(132) 및 제2소자부(136)를 연결하며 제3단면적을 가지는 연결부(134)를 포함할 수 있다. 이때, 연결부(134)의 수평방향의 임의의 영역에서의 단면적이 제1단면적 또는 제2단면적보다 작게 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1 소자부(132) 및 제2 소자부(136)의 단면적을 연결부(134)의 단면적보다 크게 형성하면, 동일한 양의 재료를 이용하여 제1소자부(132)와 제2소자부(136) 간의 온도차(T)를 크게 형성할 수 있다. 이에 따라, 발열측(Hot side)와 냉각측(Cold side) 사이에 이동하는 자유전자의 양이 많아지므로, 발전량이 증가하게 되며, 발열 효율 또는 냉각 효율이 높아지게 된다.
이때, 연결부(134)의 수평 단면 중 가장 긴 폭을 가지는 단면의 폭(B)과, 제1소자부(132) 및 제2소자부(136)의 수평 단면 중 더 큰 단면의 폭(A or C) 간의 비가 1:(1.5~4)일 수 있다. 이에 따라, 발전 효율, 발열 효율 또는 냉각 효율을 높일 수 있다.
여기서, 제1소자부(132), 제2소자부(136) 및 연결부(134)는 동일한 재료를 이용하여 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그는 적층형 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, P형 열전 레그 또는 N형 열전 레그는 시트 형상의 기재에 반도체 물질이 도포된 복수의 구조물을 적층한 후, 이를 절단하는 방법으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 재료의 손실을 막고 전기 전도 특성을 향상시킬 수 있다.
도 15는 적층형 구조의 열전 레그를 제조하는 방법을 나타낸다.
도 15를 참조하면, 반도체 물질을 포함하는 재료를 페이스트 형태로 제작한 후, 시트, 필름 등의 기재(1110) 상에 도포하여 반도체층(1120)을 형성한다. 이에 따라, 하나의 단위부재(1100)가 형성될 수 있다.
복수의 단위부재(1100a, 1100b, 1100c)를 적층하여 적층 구조물(1200)을 형성하고, 이를 절단하면 단위 열전 레그(1300)를 얻을 수 있다.
이와 같이, 단위 열전 레그(1300)는 기재(1110) 상에 반도체층(1120)이 형성된 단위부재(1100)가 복수로 적층된 구조물에 의하여 형성될 수 있다.
여기서, 기재(1110) 상에 페이스트를 도포하는 공정은 다양한 방법으로 행해질 수 있다. 예를 들어, 테이프캐스팅(Tape casting) 방법으로 행해질 수 있다. 테이프캐스팅 방법은 미세한 반도체 물질의 분말을 수계 또는 비수계 용매(solvent), 결합제(binder), 가소제(plasticizer), 분산제(dispersant), 소포제(defoamer) 및 계면활성제 중 선택되는 적어도 하나와 혼합하여 슬러리(slurry) 형태로 제조한 후, 움직이는 칼날(blade) 또는 움직이는 기재 상에서 성형하는 방법이다. 이때, 기재(1110)는 10um~100um 두께의 필름, 시트 등일 수 있으며, 도포되는 반도체 물질로는 상술한 벌크형 소자를 제조하는 P 형 열전 재료 또는 N 형 열전 재료가 그대로 적용될 수 있다.
단위부재(1100)를 복수의 층으로 어라인하여 적층하는 공정은 50~250℃의 온도에서 압착하는 방법으로 행해질 수 있으며, 적층되는 단위부재(110)의 수는, 예를 들어 2~50개일 수 있다. 이후, 원하는 형태와 사이즈로 절단될 수 있으며, 소결공정이 추가될 수 있다.
이와 같이 제조되는 단위 열전 레그(1300)는 두께, 형상 및 크기의 균일성을 확보할 수 있으며, 박형화가 유리하고, 재료의 손실을 줄일 수 있다.
단위 열전 레그(1300)는 원기둥 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등일 수 있으며, 도 15(d)에서 예시한 바와 같은 형상으로 절단될 수도 있다.
한편, 적층형 구조의 열전 레그를 제조하기 위하여, 단위 부재(1100)의 한 표면에 전도성층을 더 형상할 수도 있다.
도 16은 도 15의 적층 구조물 내 단위 부재 사이에 형성되는 전도성층을 예시한다.
도 16을 참조하면, 전도성층(C)은 반도체층(1120)이 형성되는 기재(1110)의 반대 면에 형성될 수 있으며, 기재(1110)의 표면의 일부가 노출되도록 패턴화될 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 전도성층(C)의 다양한 변형예를 나타낸다. 도 16(a) 및 도 16(b)에 도시된 바와 같이, 폐쇄형 개구패턴(c1, c2)을 포함하는 메쉬타입 구조 또는 도 16(c) 및 도 16(d)에 도시된 바와 같이, 개방형 개구패턴(c3, c4)을 포함하는 라인타입 구조 등으로 다양하게 변형될 수 있다.
이러한 전도성층(C)은 단위부재의 적층형 구조로 형성되는 단위 열전 레그 내 단위부재 간의 접착력을 높일 수 있으며, 단위부재간 열전도도를 낮추고, 전기전도도는 향상시킬 수 있다. 전도성층(C)은 금속물질, 예를 들어 Cu, Ag, Ni 등이 적용될 수 있다.
한편, 단위 열전 레그(1300)는 도 17에 도시한 바와 같은 방향으로 절단될 수도 있다. 이러한 구조에 따르면, 수직방향의 열전도 효율을 낮추는 동시에 전기전도특성을 향상할 수 있어 냉각효율을 높일 수 있다.
도 18은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 18을 참조하면, 열전 소재를 열처리하여, 잉곳(ingot)을 제조한다(S100). 열전 소재는 Bi, Te 및 Se를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열전 소재는 Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4)를 포함할 수 있다. 한편, Bi의 증기 압력은 768℃에서 10Pa이고, Te의 증기 압력은 769℃에서 104Pa이고, Se의 증기 압력은 685℃에서 105Pa이다. 따라서, 일반적인 용융 온도(600~800℃)에서 Te와 Se의 증기 압력이 높아, 휘발성이 크다. 따라서, 열전 레그 제작 시, Te 및 Se 중 적어도 하나의 휘발을 고려하여 칭량할 수 있다. 즉, Te 및 Se 중 적어도 하나를 1 내지 10 중량부로 더 포함시킬 수 있다. 예를 들어, N형 레그 제작 시, Bi2Te3 - ySey(0.1<y<0.4) 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부의 Te 및 Se를 더 포함시킬 수도 있다.
다음으로, 잉곳을 분쇄한다(S110). 이때, 잉곳은 멜트 스피닝(melt spinning) 기법에 따라 분쇄될 수 있다. 이에 따라, 판상 플레이크의 열전 소재가 얻어질 수 있다.
다음으로, 판상 플레이크의 열전 소재를 도핑용 첨가제와 함께 밀링(milling)한다(S120). 이를 위하여, 예를 들면 슈퍼 믹서(Super Mixer), 볼밀(ball mill), 어트리션 밀(attrition mill), 3롤 밀(3roll mill) 등이 이용될 수 있다. 여기서, 도핑용 첨가제는, 예를 들어 Cu 및 Bi2O3를 포함할 수 있다. 이때, Bi, Te 및 Se를 포함하는 열전 소재는 99.4 내지 99.98wt%, Cu는 0.01 내지 0.1wt%, 그리고 Bi2O3는0.01 내지 0.5wt%의 조성 비, 바람직하게는 Bi, Te 및 Se를 포함하는 열전 소재는 99.48 내지 99.98wt%, Cu는 0.01 내지 0.07wt%, 그리고 Bi2O3는 0.01 내지 0.45wt%의 조성비, 더욱 바람직하게는 Bi, Te 및 Se를 포함하는 열전 소재는 99.67 내지 99.98wt%, Cu는 0.01 내지 0.03wt%, 그리고 Bi2O3는 0.01 내지 0.30wt%의 조성비로 첨가된 후 밀링될 수 있다.
다음으로, 체거름(sieving)을 통하여 열전 레그용 분말을 얻는다(S130). 다만, 체거름 공정은 필요에 따라 추가되는 것으로, 본 발명의 실시예에서 필수적인 공정이 아니다. 이때, 열전 레그용 분말은, 예를 들면 마이크로 단위의 입자 크기를 가질 수 있다.
다음으로, 열전 레그용 분말을 소결한다(S140). 소결 과정을 얻어진 소결체를 커팅하여 열전 레그를 제작할 수 있다. 소결은, 예를 들면 스파크 플라즈마 소결(SPS, Spark Plasma Sintering) 장비를 이용하여 400 내지 550℃, 35 내지 60MPa 조건에서 1 내지 30분간 진행되거나, 핫 프레스(Hot-press) 장비를 이용하여 400 내지 550℃, 180 내지 250MPa 조건에서 1 내지 60분간 진행될 수 있다.
이때, 열전 레그용 분말은 비정질 리본과 함께 소결될 수 있다. 열전 레그용 분말이 비정질 리본과 함께 소결되면 전기 전도도가 높아지므로, 높은 열전 성능을 얻을 수 있다. 이때, 비정질 리본은 Fe 계 비정질 리본일 수 있다.
한 예로, 비정질 리본은 열전 레그가 상부 전극과 접합하기 위한 면 및 하부 전극과 접합하기 위한 면에 배치된 후 소결될 수 있다. 이에 따라, 상부 전극 또는 하부 전극 방향으로 전기 전도도가 높아질 수 있다. 이를 위하여, 하부 비정질 리본, 열전 레그용 분말 및 상부 비정질 리본이 몰드 내에 순차적으로 배치된 후 소결될 수 있다. 이때, 하부 비정질 리본 및 상부 비정질 리본 상에는 각각 표면 처리층이 형성될 수도 있다. 표면 처리층은 도금법, 스퍼터링법, 증착법 등에 의하여 형성되는 박막으로, 반도체 재료인 열전 레그용 분말과 반응하더라도 성능 변화가 거의 없는 니켈 등이 사용될 수 있다.
다른 예로, 비정질 리본은 열전 레그의 측면에 배치된 후 소결될 수도 있다. 이에 따라, 열전 레그의 측면을 따라 전기 전도도가 높아질 수 있다. 이를 위하여, 비정질 리본이 몰드의 벽면을 둘러싸도록 배치된 후, 열전 레그용 분말을 채우고, 소결할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 발전용 장치, 냉각용 장치, 온열용 장치 등에 작용될 수 있다. 구체적으로는, 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 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 열전 소자가 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 열전 소자가 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 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 열전 소자가 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 열전 소자가 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 열전 소자가 의료 기기에 적용되는 또 다른 예로, 인공 심장이 있다. 이에 따라, 인공 심장으로 전원을 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 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 열전 소자가 항공 우주 산업에 적용되는 다른 예로, 냉각 장치, 히터, 발전 장치 등이 있다.
이 외에도 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 기타 산업 분야에 발전, 냉각 및 온열을 위하여 적용될 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.
100: 열전소자
110: 하부 기판
120: 하부 전극
130: P형 열전 레그
140: N형 열전 레그
150: 상부 전극
160: 상부 기판
200: 팬 케이스부
300: 회전 팬
400: 지지부
410: 금속판
420: 단열부재
500: 축냉소재
600: 방열핀
610: 제 1 방열핀
620: 제 2 방열핀

Claims (10)

  1. 회전 팬;
    상기 회전 팬을 둘러싸는 팬 케이스부;
    상기 팬 케이스와 연결되고, 중공부를 포함하는 지지부;
    상기 중공부 내에 배치되고, 일면이 상기 지지부와 접촉하는 열전소자;
    상기 일면과 반대되는 열전소자의 타면이 접촉하는 축냉소재; 및
    상기 축냉소재에 의해 둘러싸이는 방열핀을 포함하는 휴대용 냉풍기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지지부는, 열원 접촉영역에 배치되는 금속판; 및 열원 비접촉 영역에 배치되는 단열부재를 포함하는 휴대용 냉풍기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 열전소자는 상기 금속판이 배치되는 영역과 대응되는 영역에 배치되는 것을 포함하는 휴대용 냉풍기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 축냉소재는 상기 금속판이 배치되는 영역으로부터 상기 단열부재가 배치되는 영역과 대응되는 영역까지 연장하여 배치되는 것을 포함하는 휴대용 냉풍기.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 방열핀은 상기 금속판이 배치되는 영역으로부터 상기 단열부재가 배치되는 영역과 대응되는 영역까지 연장하여 배치되는 것을 포함하는 휴대용 냉풍기.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 금속판 및 상기 축냉소재의 사이에는 열전소자가 배치되고,
    상기 금속판 및 상기 축냉소재의 온도차이는 20℃ 이상인 것을 포함하는 휴대용 냉풍기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 방열핀은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 방열핀 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 방열핀을 포함하는 휴대용 냉풍기.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 방열핀 및 상기 제 2 방열핀은 교차지점을 포함하고,
    상기 제 1 방열핀은 복수 개의 층을 포함하고,
    상기 제 2 방열핀은 복수 개의 층을 포함하는 휴대용 냉풍기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 열전소자는 상기 지지부의 상기 중공부를 둘러싸고,
    상기 중공부와 대응되는 곡면 형상을 포함하는 휴대용 냉풍기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 축냉소재는 상변화 물질을 포함하는 휴대용 냉풍기.
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