KR20180122882A

KR20180122882A - 자가발전형 보온용기

Info

Publication number: KR20180122882A
Application number: KR1020170057083A
Authority: KR
Inventors: 가호정
Original assignee: 가호정
Priority date: 2017-05-04
Filing date: 2017-05-04
Publication date: 2018-11-14

Abstract

본 발명은 자가발전형 보온용기에 관한 것으로서, 고온의 음료가 수용되며 수용된 음료에 의해 가열되는 내통부(111)와, 상기 내통부를 감싸는 외통부(112)로 이루어진 용기(110); 상기 용기의 하단에 결합되며, 열전도성이 높은 금속재질로 제작되는 냉각판(120,120`); 상기 내통부의 하단 및 냉각판의 상단에 양단이 각각 접촉되도록 설치되며, 상기 내통부와 냉각판 간의 온도차에 따라 열기전력을 발생시키는 열전소자모듈(130); 및 상기 열전소자모듈로부터 발생된 열기전력을 전달받아 열을 발산하여 상기 내통부를 가열하는 발열부재(140);를 포함하며, 상기 열전소자모듈 및 발열부재는 상기 용기 내부에 구비되고, 상기 냉각판은 상기 용기의 하단에 결합되어 외부로 노출됨으로써 상기 열전소자모듈의 양단에 전달되는 온도차가 증가된다.

Description

자가발전형 보온용기{SELF-ELECTRIC GENERATION TYPE VACUUM BOTTLE}

본 발명은 보온용기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용기에 수용되는 고온의 음료를 활용한 제벡효과(Seebeck effect)를 이용하여 보온용기 내에서 자체전력을 생산함으로써 별도의 외부 전력 없이도 보온용기 내의 음료를 지속적으로 가열시켜 줄 수 있는 자가발전형 보온용기에 관한 것이다.

일반적으로 가정이나 사무실 등에서 물이나 커피, 차(이하, ‘음료’라 통칭함)를 수용하여 마실 수 있도록 컵이 사용된다. 이러한 컵은 주로 합성수지나 사기(도자기) 등으로 제작되어 널리 사용되고 있으나, 종래에 사용되는 대부분의 컵은 음료를 담을 수 있는 용기로서의 기능만 담당하기 때문에 가열된 상태의 음료를 담고 난 후, 소정의 시간이 경과 되면 음료는 서서히 식어 원래의 온도를 유지하지 못하게 된다. 특히 겨울철에는 다른 계절에 비해 따뜻한 음료를 더 많이 마시게 되지만 추운 날씨로 인하여 음료가 더욱 빨리 식어버리게 된다.

이와 같이 액체의 온도를 지속적으로 유지하지 못하게 되면, 시음하는 음료의 본연의 맛을 제대로 느낄 수 없게 된다. 예를 들어, 사람이 최상의 커피맛을 느끼는 상태는 80~85℃인데 반해, 적정온도의 커피를 컵에 수용시킨 후 시간이 경과 되면 커피의 온도가 80℃ 이하로 점차 떨어지게 되므로 커피 본연의 맛을 오랫동안 즐길 수 없게 되는 문제점이 발생한다.

이에 따라, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 음료가 수용되는 용기를 가열해주는 다수의 컵이 국내 특허공보에 개시되어 있다.

먼저, 국내등록특허 10-0392262에는 “전기 보온컵”이 도시되어 있다. 상기 발명은 외부로부터 공급되는 전력을 이용하여 음료를 가열하는 구조로, 음료를 가열하기 위해서는 반드시 외부 전력이 필요하므로 휴대성이 떨어진다는 단점이 있다.

국내등록특허 10-1139339에는 “자가 발열장치를 가진 휴대용 머그컵”이 개시되어 있다. 상기 발명은 손의 악력을 이용하여 운동하는 구동부가 구비되며, 이 구동부의 운동에 의해 생성된 전력을 이용하여 머그컵의 발열부를 가열하는 구성을 가진다. 그러나 구동부의 구성이 복잡하여 부피가 커짐에 따라 휴대성이 떨어지게 되며, 발열부를 가열하기 위한 전력을 생산하기 위해서는 반드시 손의 악력을 이용하여 구동부를 운동시켜야 하므로 사용에 있어 번거로움이 발생하는 문제점이 있다.

국내등록특허 10-0575269호에는 “자체 발열식 휴대용 컵”이 도시되어 있다. 상기 발명은 산소 및 가스연료를 공급하는 연소수단 및 불꽃을 일으키는 점화수단을 이용하여 컵 본체를 가열하는 방법이 사용된다. 그러나 상기 발명은 컵 본체를 가열하기 위한 불꽃을 점화하기 위해서는 가스연료가 지속적으로 필요하게 되므로 영구적으로 사용할 수 없다는 단점이 있으며, 폭발의 위험성이 있는 가스를 음료용기에 사용하여 위생적이지 못할 뿐만 아니라 사용자에게 불쾌감을 줄 수 있는 문제점이 있다.

국내등록특허 제10-0392262호, “전기 보온컵” 국내등록특허 제10-1139339호, “자가 발열장치를 가진 휴대용 머그컵” 국내등록특허 제10-0575269호, “자체 발열식 휴대용 컵”

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 용기에 수용된 음료의 온도와 용기 외부의 온도차에 따른 제백효과(Seebeck effect)를 이용하여 전력을 생성하며, 생성된 전력을 이용하여 보온용기 안의 음료를 지속적으로 가열할 수 있는 자가발전형 보온용기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제백효과에 따른 효율적인 전력의 생성을 위하여 열전소자모듈의 양단에 전달되는 온도차를 증가시켜 줄 수 있도록 구성된 자가발전형 보온용기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 자가발전형 보온용기는, 고온의 음료가 수용되며 수용된 음료에 의해 가열되는 내통부(111)와, 상기 내통부를 감싸는 외통부(112)로 이루어진 용기(110); 상기 용기의 하단에 결합되며, 열전도성이 높은 금속재질로 제작되는 냉각판(120,120`); 상기 내통부의 하단 및 냉각판의 상단에 양단이 각각 접촉되도록 설치되며, 상기 내통부와 냉각판 간의 온도차에 따라 열기전력을 발생시키는 열전소자모듈(130); 및 상기 열전소자모듈로부터 발생된 열기전력을 전달받아 열을 발산하여 상기 내통부를 가열하는 발열부재(140);를 포함하며, 상기 열전소자모듈 및 발열부재는 상기 용기 내부에 구비되고, 상기 냉각판은 상기 용기의 하단에 결합되어 외부로 노출됨으로써 상기 열전소자모듈의 양단에 전달되는 온도차가 증가된다.

상기 용기의 하단부에는 상기 용기의 내부와 상기 냉각판을 분리하는 차단판(113)이 구비되며, 상기 차단판에는 상기 열전소자모듈의 하단부가 삽입되거나 통과됨으로써 상기 열전소자모듈의 하단부와 상기 냉각판의 상단이 접촉된다. 아울러, 상기 냉각판과 상기 열전소자모듈의 접촉부위에는 열전도테이프 또는 서멀구리스가 사용되어 두 접촉 대상 간의 열전도 효율을 높여주게 된다.

상기 냉각판(120,120`)은 소정의 높이를 가지며, 내부가 비어 있는 형태의 냉각판(120)일 수 있으며, 다수의 금속판(122a)이 방사형으로 퍼져있는 냉각판(120`)의 형태일 수 있다.

본 발명에 따른 자가발전형 보온용기는, 용기의 내통부과 냉각판에 양단이 각각 접촉되어 있는 열전소자모듈을 통하여 열기전력을 생산하며, 생성된 전력을 이용하여 발열부재가 내통부를 다시 가열시켜줌으로써 내통부에 수용된 음료의 온도를 장시간 동안 지속적으로 유지시켜줄 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 자가발전형 보온용기는 차단판에 의하여 용기의 내부와 외부가 분리되며, 냉각판이 용기의 하단에 체결되어 외부에 노출됨으로써 열전소자모듈에 전달되는 내통부와 냉각판의 온도차가 더욱 크게 나타나게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 보온용기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 보온용기의 용기 및 냉각판이 서로 분리되어 있는 모습을 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 보온용기의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 보온용기에서 외통부만 분리되어 있는 모습을 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예 따른 자가발전형 보온용기의 차단판에 열전소자모듈의 하단부가 삽입되어 있는 모습을 보여주는 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자가발전형 보온용기의 사시도이다.
도 7의 도 6에 도시된 냉각판의 전체적인 모습을 보여주는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자가발전형 보온용기의 차단판에 열전소자모듈의 하단부가 통과되어 있는 모습을 보여주는 부분 단면도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결', "결합", "접촉" 또는 "접속" 된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "연결", "결합", "접촉" 또는 "접속"될 수 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 보온용기의 구성을 상세히 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 보온용기(100)는 용기(110) 및 냉각판(120), 열전소자모듈(130), 발열부재(140)를 포함하여 구성된다. 지금부터는 이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 보온용기(100)의 구성요소를 각각 하나씩 설명하되, 구성요소들 간에 연동되는 부분에 있어서는 일부 구성요소가 먼저 기술될 수도 있다.

도 3과 도 4를 참조하여 살펴보면, 용기(110)는 음료를 담을 수 있는 컵의 형태로 내통부(111)와 외통부(112)로 구성된 이중 구조로 제작된다. 용기(110)는 내부에 소정의 공간(110a, 110b)이 형성되도록 외통부(112)가 내통부(111)를 감싸고 있는 이중 구조로 제작된다. 내통부(111)는 대략 ‘∪’자 형태로 안쪽에 음료를 담을 수 있는 수용공간(111a)이 형성된다. 외통부(112)는 전술한 바와 같이 내통부(110)의 외측을 감싸줌으로써 용기(110)의 내부에 소정의 하단공간(110a)과 측면공간(110b)이 마련된다. 용기(110)의 하단공간(110a)에는 열전소자모듈(130)이 배치되며, 측면공간(110b)에는 내통부(111)의 측면을 감싸고 있는 발열부재(140)가 위치한다. 이때, 발열부재(140)는 내통부(111)의 측면뿐만 아니라 하단에도 부착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 보온용기(100)는 용기(110)의 내통부(111)에 담기는 고온의 음료와, 냉각판(120)의 작용에 의하여 열전소자모듈(130)의 양단에 전달되는 온도차에 따른 제백(Seebeck)효과를 이용하여 열전소자모듈(130)로부터 열기전력을 생산한다. 이를 위하여 음료가 수용되는 내통부(111)는 내부(수용공간:111a)에 고온의 음료가 수용될 경우 음료의 열기가 열전소자모듈(130)의 상단에 용이하게 전달될 수 있도록 열전도성이 좋은 재질이 사용된다. 내통부(111)는 음료에 의한 부식도 적으면서 열전도성이 좋은 스테인레스 또는 알루미늄과 같은 금속재질로 제작되는 것이 바람직하나 이를 한정하지는 않으며, 열전도성이 좋은 다른 금속재료가 사용될 수도 있다. 아울러, 열전소자모듈(130)의 상단과 내통부(111)의 접촉부위에는 두 접촉 대상 간의 열전도 효율을 높여주는 열전도테이프(미도시) 또는 서멀구리스(미도시)가 사용될 수 있으며, 열전도테이프의 사용시에는 접착력을 갖는 열전도테이프로 인해 내통부(111)와 열전소자모듈(130)이 고정된다.

외통부(112)는 내통부(111)의 외측에 구비된다. 외통부(112)는 용기(110)의 외면에 해당하는 부분으로 사용자가 파지하는 부분이 된다. 외통부(112)의 상단부는 내통부(111)의 상단부가 결합될 수 있도록 개방되어 있으며, 외통부(112)의 하단부에는 차단판(113)이 구비된다. 외통부(112)는 내통부(111)와 같은 금속 재질로 제작될 수 있으나, 용기(110)를 사용자가 파지하였을 경우, 사용자가 파지하는 외통부(112)에 내통부(111) 및 발열부재(140)의 열이 잘 전달되지 않도록 외통부(112)는 열전도성이 낮은 소재를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 외통부(112)는 합성수지재 또는 목재를 이용하여 제작될 수 있다. 또한, 외통부(112)의 하단에 구비되어 있는 차단판(113) 또한 열이 잘 전달되지 않도록 열전도성이 낮은 합성수지재 또는 목재를 이용하여 제작되는 것이 바람직할 것이다.

차단판(113)은 외통부(112)의 하단에 구비됨으로써 대체적으로는 용기(110)의 바닥면에 해당하는 부분이 된다. 또한, 본 실시예에서는 차단판(113)이 외통부(112)의 하단으로부터 소정의 높이를 갖도록 구비되어 있는 것으로 도시되어 있지만 이를 한정하지는 않으며, 차단판(113)은 도 5와 같이 외통부(112)의 최하단에 구비될 수도 있다. 차단판(113)은 열전소자모듈(130)의 양단(상부기판:131, 하부기판:133)의 온도차를 크게 하기 위해서, 용기(110)의 하단에 마련되어 열전소자모듈(130)의 상부기판(131)이 구비되어 있는 용기(110)의 내부와 열전소자모듈(130)의 하부기판(133)이 접촉되어 있는 냉각판(120)을 분리시켜준다. 즉, 차단판(113)은 내부의 뜨거운 열이 냉각판(120)에 전달되지 않도록 용기(110)의 내부와 냉각판(120)을 분리시켜줌으로써, 내통부(111) 및 냉각판(120)으로부터 열전소자모듈(130)의 상부기판(131)과 하부기판(133)에 각각 전달되는 온도차가 더욱 커지게 된다. 차단판(113)에는 열전소자모듈(130)의 하단부가 삽입되거나 통과되는 체결홀(114)이 구비된다.

체결홀(114)은 차단판(113)의 일부분이 천공되어 형성된다. 체결홀(114)은 열전소자모듈(130)의 하부기판(133)과 냉각판(120)의 상단이 접촉되도록 하부기판(133)이 삽입되거나 통과되는 공간이다. 열전소자모듈(130)의 하부기판(133)은 차단판(113)의 체결홀(114)에 삽입되거나 통과되어 용기(110)의 외부에 노출됨으로써 차단판(113)의 하측에 구비되어 있는 냉각판(120)의 상단과 접촉된다. 도 3을 참조하여 살펴보면, 차단판(113)의 체결홀(114)에 하부기판(133)이 통과됨으로써 상부기판(131)은 용기(110)의 내부에 위치하고 하부기판(133)은 용기(110)의 외부에 위치하게 된다. 용기(110)의 외부로 돌출되어 있는 하부기판(133)은 냉각판(120)의 상단과 접촉된다. 이와 같이, 차단판(113)을 통하여 열전소자모듈(130)의 상부기판(131)과 하부기판(133)이 용기(110)의 내부와 외부에 각각 분리되어 위치하게 되면, 용기(110) 내부의 열기가 차단판(113)에 막혀 하부기판(133) 및 냉각판(120)에 잘 전달되지 않게 됨으로써 열전소자모듈(130)의 양단부의 온도차가 더욱 증가하게 된다.

아울러, 도 5를 참조하여 살펴보면, 하부기판(133)은 차단판(113)의 체결홀(114)에 삽입된 상태에서 냉각판(120)의 상단과 접촉되는 하부기판(133)의 하단만 용기(110)의 외부에 노출될 수 있다. 이와 같이 하부기판(133)을 감쌀 수 있도록 소정의 높이를 갖는 체결홀(114)에 하부기판(133)이 삽입됨으로써 용기(110) 내부와 하부기판(133)이 직접적으로 연결되어 있지 않은 상태라면 용기(110) 내부의 열기가 차단판(113)에 막혀 하부기판(133) 및 냉각판(120)에 전달되지 않게 되므로 열전소자모듈(130)의 양단부의 온도차가 증가하게 된다. 즉, 하부기판(133)은 차단판(113)의 체결홀(114)을 통과하여 하부기판(133)의 전체가 용기(110)의 외부로 돌출되어 있는 형태일 수도 있으며, 차단판(113)의 체결홀(114)에 하부기판(133)의 일부 또는 전체가 감싸지도록 삽입되어 냉각판(120)의 상단과 접촉되는 하단만 외부로 노출되어 있는 형태일 수도 있다.

도 4를 참조하여 살펴보면, 차단판(113)은 외통부(112)와 일체형으로 제작될수도 있으며, 용기(110)의 하단 즉, 외통부(112)의 하단으로부터 분리 가능하게 결합되는 형태일 수 있다. 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 보온용기(100)의 제작 시, 내통부(110)의 온도와 냉각판(120)의 온도를 열전소자모듈(130)의 양단부(131,133)에 용이하게 전달하기 위해서는 열전소자모듈(130)의 양단부에 내통부(111) 및 냉각판(120)이 먼저 고착된 상태여야 하므로, 서로 고착되어 있는 열전소자모듈(130) 및 내통부(111), 냉각판(120), 발열부재(140)를 외통부(112)에 용이하게 결합하기 위해서는 차단판(113)이 외통부(112)로부터 분리 가능하게 결합되는 구조로 제작되는 것이 바람직하기 때문이다.

덧붙여, 본 실시예에서는 내통부(111)와 외통부(112)로 이루어진 용기(110)가 텀블러의 형태로 도시되어 있지만 이를 한정하는 것은 아니며, 머그컵이나 보온병의 형태로도 제작될 수 있다. 즉, 용기(110)는 내부에 음료를 담을 수 있으며, 내부에 소정의 공간이 마련되어 있는 이중 구조의 형태라면 모두 포함되는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한, 도 3을 살펴보면, 본 실시예에서는 내통부(111)와 외통부(112)의 연결부위가 (A)에 위치하는 것으로 도시되어 있지만, 이는 하나의 실시예로 이를 한정하지 않으며, 내통부(111)와 외통부(112)의 연결부위는 용기(110)의 상단(B) 또는 외측 일부분(C)에 위치할 수도 있으며, 연결부위 없이 일체형으로 제작될 수도 있다. 즉, 내통부(111)는 음료가 수용되는 형태이며, 외통부(112)는 내통부(111)를 감싸는 형태라면 내통부(111)와 외통부(112)의 연결부위에 상관없이 모두 포함되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

다시, 도 1 내지 도 4를 참조하여 살펴보면, 냉각판(120)은 외통부(112)의 하단에 결합됨으로써 용기(110) 하단에 구비된다. 용기(110)의 하단에 구비된 냉각판(120)은 외부에 노출된다. 이와 같은 냉각판(120)은 소정이 높이를 갖는 원통형의 모양으로 최하단부에는 라운드(곡률) 또는 각이 진 형태로 구비될 수 있다. 또한, 냉각판(120)은 무게 및 공기의 원활한 흐름을 위하여 내부가 비어 있는 것이 바람직하다. 아울러, 본 실시예에서는 냉각판(120)의 상, 하 및 측면이 모두 막혀 있는 것으로 도시되어 있으나 이는 하나의 실시예로 이를 한정하지는 않으며, 냉각판(120)은 다양한 형태로 제작될 수 있다. 예를 들어, 냉각판(120)은 세척이 용이하며 열의 방출이 용이하고 외부의 공기가 냉각판(120)의 상단에 원활히 전달될 수 있도록 하단이 개방되어 있는 형태로 제작될 수 있다. 덧붙여, 냉각판(120)의 하단이 개방되어 있는 상태에서 냉각판(120)의 측면에 다수의 구멍이 타공될 수도 있다.

도 3을 참조하여 살펴보면, 냉각판(120)은 차단판(113)의 하측에 위치하도록 용기(110)의 하단에 결합된다. 용기(110)의 하단에 결합되어 외부에 노출되어 있는 냉각판(120)은 접촉되어있는 열전소자모듈(130)의 하부기판(133)에 외부의 온도를 전달하기도 하기도 하며 하부기판(133)의 열을 외부로 방출시키기도 한다. 상대적으로 용기(110) 내부의 온도보다 용기(110) 외부의 온도가 낮은 것은 자명한 일이므로 외부에 노출되어 있는 냉각판(120)에 의하여 열전소자모듈(130)의 양단부에 전달되는 온도차가 더욱 증가하게 될 것이며, 이와 같은 온도차는 외부의 온도가 급격히 낮아지는 겨울철에 더욱 높게 나타날 것이다. 이와 같은 냉각판(120)은 외부의 온도를 열전소자모듈(130)의 하부기판(133)에 효율적으로 전달하거나 하부기판(133)의 열을 외부로 용이하게 방출시키기 위하여 열전도성이 좋은 알루미늄 또는 스테인레스, 구리와 같은 금속재질로 제작되는 것이 바람직하나, 이를 한정하지 않으며 열전도성이 좋은 다른 금속재질이 사용될 수 있다. 아울러, 열전소자모듈(130)의 하부기판(133)과 냉각판(120) 상단의 접촉부위에는 두 접촉 대상 간의 열전도 효율을 높여주는 열전도테이프(미도시) 또는 서멀구리스(미도시)가 사용될 수 있으며, 열전도테이프의 사용시에는 접착력을 갖는 열전도테이프로 인해 냉각판(120)과 열전소자모듈(130)이 고정된다.

덧붙여, 상기에서는 냉각판(120)이 외부의 온도를 전달하여 열전소자모듈(130)의 하부기판(133)의 온도를 낮추는 것을 주로 설명하였으나, 냉각판(120)은 하부기판(133)의 열기를 흡수하여 방출함으로써 하부기판(133)의 온도를 낮추는 역할을 하기도 한다. 이때에도 외부에 노출되어 있는 냉각판(120)에 의해 하부기판(133)의 열이 더욱 용이하게 방출되는 것은 자명한 일일 것이다. 또한, 이하에서 냉각판(120,120`)을 설명함에 있어서, 냉각판(120,120`)의 열 방출기능을 굳이 기술하지 않아도 냉각판(120,120`)의 기능 및 효과적인 측면에서 당연히 포함되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

도 3과 도 4를 참조하면, 열전소자모듈(130)은 제백효과(Seebeck effect)를 이용한 열전발전으로 열기전력을 생성한다. 여기서 열전발전이란, 열에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 것을 폭넓게 지칭한다. 이와 같은 열전소자모듈(130)을 이용한 전력 생성의 원리는 당업자에는 일반적인 기술이므로 구조 및 구성에 관해서만 간단히 설명하기로 한다.

또한, 본 명세서에서 설명하는 열전소자모듈(130)의 구성요소들은 상황에 따라 조금씩 상이해질 수 있으며, 구성요소들의 명칭이 반드시 그 재질을 의미하는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 보온용기(100)에 사용되는 열전소자모듈(130)은 내통부(111)와 냉각판(120)으로부터 양단부에 전달되는 온도차를 이용하여 열기전력을 생성하는 구성이라면 모두 포함되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

열전소자모듈(130)은 용기(110)의 내부에 마련된다. 열전소자모듈(130)의 양단은 각각 내통부(111)의 하단과 냉각판(120)의 상단에 접촉된다. 열전소자모듈(130)은 상부기판(131) 및 양극 반도체(132), 하부기판(133)을 포함하여 구성된다. 상부기판(131)과 하부기판(133)은 열전소자모듈(130)의 양단에 위치하는 구성으로 각각 내통부(111)의 하단과 냉각판(120)의 상단에 접촉된다. 상부기판(131)은 내통부(111)의 저면과 접촉되어 내통부(111)로부터 열을 전달받는다. 하부기판(133)은 차단판(113)의 체결홀(114)에 삽입되거나 통과되어 냉각판(120)의 상단과 접촉된다. 상부기판(131)과 하부기판(133) 사이에는 P형과 N형의 양극 반도체(132)가 배치된다. 상부기판(131)과 하부기판(133)은 내통부(111)와 냉각판(120)의 온도를 전달받는 구성요소로 세라믹기판으로 구성될 수 있으나 이를 한정하지는 않으며, 더욱 넓은 개념으로는 열전소자모듈(130)의 양단부를 지칭하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

상기와 같이 내통부(111)와 냉각판(120)에 양단 즉, 상부기판(131)과 하부기판(133)이 각각 접촉되어 있는 열전소자모듈(130)은 내통부(111)와 냉각판(120)의 온도차에 따라 열기전력이 생성된다. 그리고 이와 같이 형성된 열기전력은 발열부재(140)로 전달된다.

발열부재(140)는 열을 발산하는 장치로서, 열전소자모듈(130)로부터 생성된 열기전력을 이용하여 작동한다. 이때, 열전소자모듈(130)로부터 생성된 열기전력을 발열부재(140)가 작동하기 위한 정격전압의 정전류로 변환시켜주는 컨버터(미도시)가 열전소자모듈(130)과 발열부재(140) 사이에 구비될 수 있다.

발열부재(140)는 내통부(111)를 감싸도록 내통부(111)의 외측에 부착된다. 본 실시예에서는 발열부재(140)가 코일(니크롬선 등)의 형태로 내통부(111)의 외측을 둘러 감싸고 있는 것으로 도시되어 있으나, 이를 한정하는 것은 아니며, 내통부(111)의 측면 또는 저면의 일부분에 부착되는 얇은 판(면상발열체 등)의 형태로 구비될 수도 있다. 즉, 발열부재(140)는 열전소자모듈(130)로부터 열기전력을 전달받아 열을 발산하는 장치로써 내통부(111)의 측면 또는 저면에 부착되어 내통부(111)에 열을 전달하는 구조 및 형태라면 모두 포함되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

이와 같이 내통부(111)에 연결되어 있는 발열부재(140)의 발열에 따라 내통부(111)가 가열되는 것은 당연할 것이며, 이에 따라 내통부(111) 안에 수용된 음료가 가열되는 것 또한 당연하게 이해되는 부분일 것이다. 즉, 내통부(111)에 담긴 고온의 음료에 의해 열전소자모듈(130)이 열기전력을 생성하면, 이 열기전력을 이용하여 발열부재(140)가 발열하게 되고, 발열부재(140)의 발열은 발열부재(140)가 감싸고 있는 내통부(111)에 전달되어 내통부(111)를 다시 가열함에 따라 내통부(111) 안에 수용된 음료가 식지 않고 지속적으로 고온을 유지할 수 있게 된다. 이와 더불어, 가열된 내통부(111)의 열은 다시 열전소자모듈(130)의 상부기판(131)으로 전해지게 된다.

지금부터는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 보온용기의 작용을 상세히 설명한다.

먼저, 내통부(111)에 시음하고자 하는 고온의 음료를 담는다. 내통부(111)에 담긴 음료의 열에 의해 내통부(111)가 가열되며, 내통부(111)의 열기는 열전소자모듈(130)의 상부기판(131)에 전달된다. 또한, 열전소자모듈(130)의 하부기판(133)은 용기(110) 하단에 결합되어 외부에 노출되어 있는 냉각판(120)으로 인하여 온도가 낮아지게 된다. 만약, 외부의 온도가 낮은 겨울철이라면 냉각판(120)에 의해 하부기판(133)의 온도는 더욱 낮아질 것이다. 이와 같이, 열전소자모듈(130)의 상부기판(131)과 하부기판(133)에 각각 전달된 고온과 저온의 온도차로 인하여 열전소자모듈(130)은 열기전력을 생성하게 된다. 덧붙여, 열전소자모듈(130)의 양단부(131,133)에 전달되는 내통부(111) 및 냉각판(120)의 온도차는 차단판(113)에 의해 냉각판(120)이 용기(110)의 내부와 분리됨에 따라 더욱 크게 형성되게 되며, 이와 같은 온도차의 상승에 따라 열전소자모듈(130)로부터 생성되는 열기전력의 양이 증가하는 것은 당연할 것이다.

열전소자모듈(130)로부터 생성된 열기전력은 발열부재(140)로 전달됨에 따라 발열부재(140)는 열이 발산되도록 작동된다. 이때, 발열부재(140)로부터 발산되는 열은 발열부재(140)가 감싸고 있는 내통부(111)에 직접 전달되어 내통부(111) 및 내통부(111)에 수용된 음료를 가열시켜준다. 즉, 종래의 컵들에 담긴 음료는 시간이 지남에 따라 온도가 내려가게 되나, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 보온용기(110)는 발열부재(140)로 인하여 내통부(111) 및 내통부(111)에 수용된 음료가 고온을 유지할 수 있게 된다. 그리고 발열부재(140)로 인하여 가열된 내통부(111)의 열은 다시 열전소자모듈(130)의 상부기판(131)으로 전해지게 되므로 열전소자모듈(130)로부터 열기전력이 지속적으로 생성된다.

지금부터는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자가발전형 보온용기(100`)의 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자가발전형 보온용기(100`)를 설명함에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 보온용기(100)와 중첩되는, 용기(110) 및 열전소자모듈(130), 발열부재(140)에 대한 설명은 생략하기로 하며, 냉각판(120`)의 구성에 대해서만 기술하기로 한다.

도 6 내지 도 8을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자가발전형 보호용기(100`)의 냉각판(120`)은 다수의 금속판(122a)이 방사형으로 퍼져 있는 냉각부(122)와, 냉각부(122)의 상단에 구비되어 있는 접속부(124)를 포함하여 구성된다.

냉각부(122)는 다수의 금속판(122a)이 방사형으로 퍼져 있는 형태를 갖는다. 본 실시예에서는 냉각부(122)의 금속판(122a)이 방사형으로 구비되는 것으로 도시되어 있지만 이를 한정하지는 않으며, 냉각부(122)는 좌우 또는 상하 방향으로 다수의 금속판(122a)이 나란히 배치되어 있는 형태를 가질 수도 있다. 이와 같은 형태의 냉각부(122)는 외부로 노출되어 있는 부분으로 외부의 공기가 다수의 금속판(122a)에 원활히 전달되어 온도가 빠르게 하강하며, 냉각부(122)의 낮은 온도는 냉각부(122)와 연결되어 있는 접속부(124)를 타고 열전소자모듈(130)의 하부기판(133)에 용이하게 전달되어 하부기판(133)의 온도를 낮춰주게 된다.

접속부(124)는 냉각부(122)의 상단에 구비된다. 접속부(124)는 상단이 평평하며 소정의 높이를 갖는 판의 형태로 구비된다. 이와 같은 접속부(124)는 열전소자모듈(130)의 하부기판(133)과 접촉된다. 열전소자모듈(130)의 하부기판(133)과 냉각판(120`)의 접속부(124) 사이에는 두 대상 간의 열 전도 효율을 상승시켜주는 열전도테이프(미도시) 또는 서멀구리스(미도시)가 사용될 수 있으며, 열전도테이프의 사용시에는 접착력을 갖는 열전도테이프로 인해 방열판(120`)과 열전소자모듈(130)이 고정된다.

냉각판(120`)의 하단에는 받침대(150)가 더 구비될 수 있다. 받침대(150)는 냉각판(120`)으로부터 분리 가능하게 결합될 수 있다. 이와 같이, 냉각판(120`)에 결합되는 받침대(150)는 내부에 물과 같은 차가운 액체를 수용시켜 냉각판(120`)을 더욱 낮은 온도로 냉각시켜주는 역할을 할 수 있다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100,100`:보온용기 110:용기
111:내통부 112:외통부
113:차단판 114:체결홀
120,120`:냉각판 122:냉각부
124:접속부 130:열전소자모듈
131:상부기판 132:양극 반도체
133:하부기판 140:발열부재

Claims

고온의 음료가 수용되며 수용된 음료에 의해 가열되는 내통부(111)와, 상기 내통부를 감싸는 외통부(112)로 이루어진 용기(110);
상기 용기의 하단에 결합되며, 열전도성이 높은 금속재질로 제작되는 냉각판(120,120`);
상기 내통부의 하단 및 냉각판의 상단에 양단이 각각 접촉되도록 설치되며, 상기 내통부와 냉각판 간의 온도차에 따라 열기전력을 발생시키는 열전소자모듈(130); 및
상기 열전소자모듈로부터 발생된 열기전력을 전달받아 열을 발산하여 상기 내통부를 가열하는 발열부재(140);를 포함하며,
상기 열전소자모듈 및 발열부재는 상기 용기 내부에 구비되고, 상기 냉각판은 상기 용기의 하단에 결합되어 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 자가발전형 보온용기.
제 1항에 있어서,
상기 용기의 하단부에는 상기 용기의 내부와 상기 냉각판을 분리시켜주는 차단판(113)이 구비되는 것을 특징으로 하는 자가발전형 보온용기.
제 2항에 있어서,
상기 열전소자모듈의 하단부는 상기 차단판에 삽입되거나 통과되어 상기 냉각판의 상단과 접촉되는 것을 특징으로 하는 자가발전형 보온용기.
제 1항에 있어서,
상기 냉각판과 상기 열전소자모듈의 접촉부위에는 두 접촉 대상 간의 열전도 효율을 높여주는 열전도테이프 또는 서멀구리스가 사용되는 것을 특징으로 하는 자가발전형 보온용기.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각판(120)은 소정의 높이를 가지며, 내부가 비어 있는 것을 특징으로 하는 자가발전형 보온용기.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각판(120`)은 다수의 금속판(122a)이 방사형으로 퍼져 있는 것을 특징으로 하는 자가발전형 보온용기.