KR20200022799A - Apparatus for controlling temperature using thermoelectric element - Google Patents
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Abstract
Description
아래의 실시예들은 열전소자를 이용한 온도 제어 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 복사 방식으로 대상영역의 온도를 제어하기 위하여 열전소자를 이용하는 온도 제어 장치에 관한 것이다. The following embodiments relate to a temperature control apparatus using a thermoelectric element, and more particularly, to a temperature control apparatus using a thermoelectric element to control a temperature of a target region by a radiation method.
열전소자는 인가되는 전류에 의해 일측은 냉각되고 타측은 발열되는 펠티에(Peltier) 효과에 의해 온도제어장치로서 이용될 수 있다.The thermoelectric element may be used as a temperature controller by a Peltier effect in which one side is cooled by the applied current and the other side generates heat.
상변화물질(PCM)은 고체상태와 액체상태 사이의 상변화과정을 통하여 열을 흡수하였다가, 온도가 내려가면 열을 방출시키는 것을 특징으로 한다. 상변화물질은 상변화온도에서만 열을 저장하고 방출하는 것을 이용하여, 열저장매체로 이용될 수 있다. 상변화물질은 대체 열저장물질보다 열저장용량이 높아, 상대적으로 경량이면서 설치 면적을 작게 차지하여 매우 유용하다.The phase change material (PCM) absorbs heat through a phase change process between a solid state and a liquid state, and then releases heat when the temperature decreases. The phase change material may be used as a heat storage medium by storing and releasing heat only at a phase change temperature. Phase change materials have a higher heat storage capacity than alternative heat storage materials, and are very useful because they are relatively lightweight and occupy a small installation area.
종래의 열전소자를 이용한 온도 제어 장치는 유체가 필요하며, 효율을 높이기 위해 적절한 간격으로 유체 라인이 배치되어야 하고, 유체의 배관의 연결이 안정적이어야 한다. 이로 인해 종래의 온도제어 장치에서는 설계가 복잡하고 정교하여야 했으며, 설계가 잘못되거나 유체 배관의 설치가 잘못되는 경우 누수가 발생하고 온도 제어 효율이 낮아진다는 문제점이 있었다.Conventional thermoelectric devices require fluid, fluid lines must be arranged at appropriate intervals to increase efficiency, and fluid connections must be stable. For this reason, in the conventional temperature control device, the design has to be complicated and sophisticated, and there is a problem that leakage occurs and the temperature control efficiency is lowered when the design is incorrect or the installation of the fluid pipe is wrong.
최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위해 열전소자를 이용하되 복사 방식으로 온도를 제어하기 위한 연구가 계속되고 있다.Recently, studies have been conducted to control temperature by using a thermoelectric device to solve this problem, but using a radiation method.
일 과제는, 기존의 냉방에 필요한 냉매의 사용 없이 대상영역에 냉방을 제공하는 온도 제어 장치에 관한 것이다.One problem relates to a temperature control device that provides cooling to a target region without using a refrigerant required for existing cooling.
일 과제는, 복사방식으로 대상영역의 온도를 제어함으로써 인체와 직접적으로 복사열교환이 이루어져, 열적 쾌적성과 에너지 측면에서 효율적인 온도 제어 장치에 관한 것이다.One object is to radiate heat exchange directly with a human body by controlling the temperature of a target region by a radiation method, and to a temperature control device that is efficient in terms of thermal comfort and energy.
일 과제는 열전소자를 이용함으로써 단독으로 냉방 또는 난방을 제공할 수 있고, 추가적인 열원 장치가 필요 없는 것이다. 또한 상변화물질을 이용함으로써 열전소자에서 제공된 열을 열저장부에 최대한 흡수하였다가, 열전소자의 작동이 중단된 후에도, 열저장부에 흡수된 열을 방출하면서 대상영역에 일정시간 동안 열을 제공할 수 있는 온도 제어 장치에 관한 것이다. One problem is that by using a thermoelectric element alone can provide cooling or heating, no additional heat source device is required. In addition, by using a phase change material, the heat provided from the thermoelectric element is absorbed to the heat storage unit as much as possible, and even after the operation of the thermoelectric element is stopped, the heat absorbed from the heat storage unit is released to provide heat to the target area for a predetermined time. It relates to a temperature control device that can be.
또 다른 일 과제는, 전기 사용이 적은 심야시간에 전력을 사용하여 열전소자를 작동시켜 열전소자에서 제공된 열을 열저장부에 저장한 후, 열전소자를 중단시킨 후, 낮에 온도 제어장치를 가동함으로써 에너지부하를 줄이고, 에너지 소비를 절감하는 대상영역의 온도를 제어하는 장치에 관한 것이다. Another task is to operate the thermoelectric element using electric power at night time when the electricity usage is low, store the heat provided by the thermoelectric element in the heat storage unit, stop the thermoelectric element, and then operate the temperature control device during the day. The present invention relates to an apparatus for controlling a temperature of a target area that reduces energy load and reduces energy consumption.
해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved is not limited to the above-described problem, and the problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the present specification and the accompanying drawings.
일 실시예에 따르면, 복사 방식으로 대상영역의 온도를 제어하는 온도 제어 장치에 있어서, 제1면 및 제2면을 포함하고, 상기 제2면은 대상영역과 열적으로 연결되고, 상기 제1면과 상기 제2면 사이에 열저장부를 포함하는 열전달부; 및 인가되는 전류를 기초로 상기 제1면과 접촉된 면을 통하여 온열을 제공하는 발열 동작 또는 상기 제1면과 접촉된 면을 통하여 냉열을 제공하는 흡열 동작을 수행하고, 상기 제1면과 접촉된 면을 통하여 상기 열저장부와 열교환이 이루어지도록 구성되는 열전소자;를 포함하고, 상기 열전소자에서 상기 발열 동작 및 상기 흡열 동작이 수행되지 않은 경우에도, 상기 열저장부는 상기 제2면의 온도가 미리 정해진 온도 범위로 유지되도록 구성되는 온도 제어 장치가 제공 될 수 있다. According to one embodiment, the temperature control device for controlling the temperature of the target region by a radiation method, comprising a first surface and a second surface, the second surface is thermally connected to the target region, the first surface A heat transfer part including a heat storage part between the second surface and the second surface; And an exothermic operation of providing heat through the surface in contact with the first surface or an endothermic operation of providing cooling heat through the surface in contact with the first surface based on the applied current, and contacting the first surface. And a thermoelectric element configured to exchange heat with the heat storage part through a predetermined surface. Even when the heat generating operation and the endothermic operation are not performed in the thermoelectric element, the heat storage part has a temperature of the second surface. A temperature control device may be provided, wherein the temperature control device is configured to maintain the predetermined temperature range.
과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들을 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. Means for solving the problems are not limited to the above-described solutions, and solutions that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the present specification and the accompanying drawings. .
일 실시예에 의하면, 기존의 냉방에 필요한 냉매의 사용 없이 대상영역에 냉방을 제공하는 온도 제어 장치를 제공할 수 있다.According to one embodiment, it is possible to provide a temperature control device for providing cooling to a target region without using a conventional refrigerant required for cooling.
일 실시예에 의하면, 복사방식으로 대상영역의 온도를 제어함으로써 인체와 직접적으로 복사열교환이 이루어져, 열적 쾌적성과 에너지 측면에서 효율적인 온도 제어 장치를 제공할 수 있다.According to one embodiment, the radiant heat exchange is performed directly with the human body by controlling the temperature of the target region by the radiation method, thereby providing an efficient temperature control device in terms of thermal comfort and energy.
일 실시예에 의하면, 열전소자를 이용함으로써 단독으로 냉방 또는 난방을 제공할 수 있고, 추가적인 열원 장치가 필요 없는 것이다. 또한 상변화물질을 이용함으로써 열전소자에서 제공된 열을 열저장부에 최대한 흡수하였다가, 열전소자의 작동이 중단된 후에도, 열저장부에 흡수된 열을 방출하면서 대상영역에 일정시간 동안 열을 제공할 수 있는 온도 제어 장치를 제공할 수 있다. According to one embodiment, by using a thermoelectric element alone can provide cooling or heating, no additional heat source device is required. In addition, by using a phase change material, the heat provided from the thermoelectric element is absorbed to the heat storage unit as much as possible, and even after the operation of the thermoelectric element is stopped, the heat absorbed from the heat storage unit is released to provide heat to the target area for a predetermined time. A temperature control device capable of doing so can be provided.
일 실시예에 의하면, 전기 사용이 적은 심야시간에 전력을 사용하여 열전소자를 작동시켜 열전소자에서 제공된 열을 열저장부에 저장한 후, 열전소자를 중단시킨 후, 낮에 온도 제어장치를 가동함으로써 에너지부하를 줄이고, 에너지 소비를 절감하는 대상영역의 온도를 제어하는 장치를 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the thermoelectric element is operated using electric power at a low-night time when electricity is not used to store heat provided by the thermoelectric element in the heat storage unit, the thermoelectric element is stopped, and the temperature control device is operated during the day. As a result, it is possible to provide an apparatus for controlling the temperature of the target area to reduce the energy load and reduce the energy consumption.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다. The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the present specification and the accompanying drawings.
도 1은 일 실시예에 따른 복사 방식으로 대상영역의 온도를 제어하기 위하여 열전소자를 이용하는 온도 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 다른 일 실시예에 따른 복사 방식으로 대상영역의 온도를 제어하기 위하여 열전소자를 이용하는 온도 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 복사 방식으로 대상영역의 온도를 제어하기 위하여 열전소자를 이용하는 온도 제어 장치의 대상영역에 대한 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다른 일 실시예에 따른 복사 방식으로 대상영역의 온도를 제어하기 위하여 열전소자를 이용하는 온도 제어 장치의 대상영역에 대한 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 온도 제어 장치(50)를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 대상영역에 난방을 제공하는 경우, 온도 제어 장치의 동작을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 대상영역에 냉방을 제공하는 경우, 온도 제어 장치의 동작을 나타낸 동작 흐름도이다.1 is a view for explaining a temperature control apparatus using a thermoelectric element to control a temperature of a target region by a radiation method according to an embodiment.
2 is a view for explaining a temperature control apparatus using a thermoelectric element to control a temperature of a target region by a radiation method according to another exemplary embodiment.
3 is a diagram for describing an operation of a target region of a temperature control apparatus using a thermoelectric element to control the temperature of the target region by a radiation method according to an exemplary embodiment.
4 is a diagram for describing an operation of a target region of a temperature control apparatus using a thermoelectric device to control the temperature of the target region by a radiation method according to another exemplary embodiment.
5 is a block diagram illustrating a
6 is a flowchart illustrating an operation of a temperature control device when heating is provided to a target area according to an exemplary embodiment.
7 is a flowchart illustrating an operation of a temperature control device when cooling is provided to a target area according to an exemplary embodiment.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described in detail a specific embodiment of the present invention. However, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention may further degenerate other inventions or the present invention by adding, changing, or deleting other elements within the scope of the same idea. Other embodiments that fall within the scope of the inventive concept may be easily proposed, but they will also be included within the scope of the inventive concept.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.In addition, the components with the same functions within the scope of the same idea shown in the drawings of each embodiment will be described using the same reference numerals.
일 실시예에 따르면, 복사 방식으로 대상영역의 온도를 제어하는 온도 제어 장치에 있어서, 제1면 및 제2면을 포함하고, 상기 제2면은 대상영역과 열적으로 연결되고, 상기 제1면과 상기 제2면 사이에 열저장부를 포함하는 열전달부; 및 인가되는 전류를 기초로 상기 제1면과 접촉된 면을 통하여 온열을 제공하는 발열 동작 또는 상기 제1면과 접촉된 면을 통하여 냉열을 제공하는 흡열 동작을 수행하고, 상기 제1면과 접촉된 면을 통하여 상기 열저장부와 열교환이 이루어지도록 구성되는 열전소자;를 포함하고, 상기 열전소자에서 상기 발열 동작 및 상기 흡열 동작이 수행되지 않은 경우에도, 상기 열저장부는 상기 제2면의 온도가 미리 정해진 온도 범위로 유지되도록 구성되는 온도 제어 장치가 제공 될 수 있다.According to one embodiment, the temperature control device for controlling the temperature of the target region by a radiation method, comprising a first surface and a second surface, the second surface is thermally connected to the target region, the first surface A heat transfer part including a heat storage part between the second surface and the second surface; And an exothermic operation of providing heat through the surface in contact with the first surface or an endothermic operation of providing cooling heat through the surface in contact with the first surface based on the applied current, and contacting the first surface. And a thermoelectric element configured to exchange heat with the heat storage part through a predetermined surface. Even when the heat generating operation and the endothermic operation are not performed in the thermoelectric element, the heat storage part has a temperature of the second surface. A temperature control device may be provided, wherein the temperature control device is configured to maintain the predetermined temperature range.
일 실시예에 따르면, 상기 온도 제어 장치는 상기 열전소자에 인가되는 전류의 방향 및 전류의 양을 제어하는 제어부;를 더 포함하고, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 열전소자는, 상기 발열 동작 및 상기 흡열 동작을 수행하지 않은 오프모드, 상기 발열 동작을 수행하는 온열모드 또는 상기 흡열 동작을 수행하는 냉열모드 중 어느 하나의 모드로 제어되는 온도 제어 장치가 제공 될 수 있다.According to one embodiment, the temperature control device further comprises a control unit for controlling the direction of the current and the amount of current applied to the thermoelectric element, the thermoelectric element, under the control of the control unit, the heating operation and the A temperature control device may be provided that is controlled in any one of an off mode that does not perform an endothermic operation, a heat mode that performs the exothermic operation, or a cold heat mode that performs the endothermic operation.
일 실시예에 따르면, 상기 열전소자가 상기 온열모드로 수행되는 경우, 상기 열저장부는 상기 제1면을 통하여 제공되는 온열을 기초로 상기 제2면의 온도가 상기 미리 정해진 온도 범위 중 제1 세부 온도 범위로 유지되도록 구성되는 온도 제어 장치가 제공 될 수 있다.According to one embodiment, when the thermoelectric element is performed in the warm mode, the temperature of the second surface of the heat storage unit based on the heat provided through the first surface is the first detail of the predetermined temperature range A temperature control device may be provided that is configured to maintain the temperature range.
일 실시예에 따르면, 상기 열전소자가 상기 오프모드로 수행되는 경우, 상기 열저장부는 상기 열전소자로부터 온열을 제공받지 못하는 동안에도 이전까지 상기 열전소자로부터 제공받은 온열을 기초로 상기 제2면의 온도가 상기 미리 정해진 온도 범위 중 제1 세부 온도 범위로 유지되도록 구성되는 온도 제어 장치가 제공 될 수 있다.According to one embodiment, when the thermoelectric element is performed in the off mode, the heat storage unit of the second surface on the basis of the heat received from the thermoelectric element even before the heat is not received from the thermoelectric element A temperature control device may be provided that is configured such that the temperature is maintained within a first detailed temperature range of the predetermined temperature range.
일 실시예에 따르면, 상기 열전소자가 상기 냉열모드로 수행되는 경우, 상기 열저장부는 상기 제1면을 통하여 제공되는 냉열을 기초로 상기 제2면의 온도가 상기 미리 정해진 온도 범위 중 제2 세부 온도 범위로 유지되도록 구성되는 온도 제어 장치가 제공 될 수 있다.According to one embodiment, when the thermoelectric element is performed in the cold heat mode, the temperature of the second surface is based on the cold heat provided through the first surface is a second detail of the predetermined temperature range A temperature control device may be provided that is configured to maintain the temperature range.
일 실시예에 따르면, 상기 열전소자가 상기 오프모드로 수행되는 경우, 상기 열저장부는 상기 열전소자로부터 냉열을 제공받지 못하는 동안에도 이전까지 상기 열전소자로부터 제공받은 냉열을 기초로 상기 제2면의 온도가 상기 미리 정해진 온도 범위 중 제2 세부 온도 범위로 유지되도록 구성되는 온도 제어 장치가 제공 될 수 있다.According to one embodiment, when the thermoelectric element is performed in the off mode, the heat storage portion of the second surface on the basis of the cold heat provided from the thermoelectric element even before the cold heat is not received from the thermoelectric element A temperature control device may be provided that is configured such that the temperature is maintained in a second detailed temperature range of the predetermined temperature range.
일 실시예에 따르면, 상기 열저장부는 상변화물질을 포함하는 온도 제어 장치가 제공 될 수 있다.According to one embodiment, the heat storage unit may be provided with a temperature control device including a phase change material.
일 실시예에 따르면, 상기 열전달부는 상기 열전소자로부터 제공받은 열을 상기 열저장부 내부에 균일하게 전달하는 전열부;를 더 포함하는 온도 제어장치가 제공 될 수 있다.According to one embodiment, the heat transfer unit may be provided with a temperature control device further comprising; a heat transfer unit for uniformly transferring the heat provided from the thermoelectric element inside the heat storage unit.
일 실시예에 따르면, 상기 전열부는 상기 열전달부 내부에 일정한 간격으로 이격되는 복수의 전열판;을 포함하는 온도 제어 장치가 제공 될 수 있다.According to one embodiment, the heat transfer unit may be provided with a temperature control device comprising a; a plurality of heat transfer plates spaced at regular intervals inside the heat transfer unit.
일 실시예에 따르면, 상기 열전소자와 상기 제1면이 접촉한 면의 타측에 위치하고, 상기 열전소자와 접촉하는 방열부를 더 포함하는 온도 제어 장치가 제공 될 수 있다.According to one embodiment, the thermoelectric device may be provided on the other side of the surface in contact with the first surface, the temperature control device further comprising a heat dissipation unit in contact with the thermoelectric element.
일 실시예에 따르면, 상기 방열부는 공기유입구 및 공기유출구가 배치된 공간에 위치하고, 상기 공기유입구 및 상기 공기유출구를 연결하는 공기 유동 공간을 갖는 공기유동부;를 포함하는 온도 제어 장치가 제공 될 수 있다.According to an embodiment, the heat dissipation unit may be provided in a space in which an air inlet and an air outlet are disposed, and an air flow unit having an air flow space connecting the air inlet and the air outlet. have.
일 실시예에 따르면, 상기 공기유동부는 상기 공기유입구로 유입되는 공기를 상기 공기유출구로 유출시키도록 송풍 하는 팬;을 포함하는 온도 제어 장치가 제공 될 수 있다.According to one embodiment, the air flow unit may be provided with a temperature control device including a; fan for blowing the air flowing into the air inlet to the air inlet outlet.
이하에서는 도면을 참조하여 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, specific embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 일 실시예에 따른 복사 방식으로 대상영역의 온도를 제어하기 위하여 열전소자를 이용하는 온도 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a temperature control apparatus using a thermoelectric element to control a temperature of a target region by a radiation method according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 복사 방식으로 대상영역의 온도를 제어하기 위하여 열전소자를 이용하는 온도 제어 장치(10)는 열전소자(100), 열전달부(110), 제1면(111), 제2면(112), 열저장부(120)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a
열전소자 (ThermoElectric Module, TEM)란 저온의 열원으로부터 열을 흡수하여 고온의 열원에 열을 주는 장치로서, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 (SeeBeck) 효과가 구현되거나, 전류에 의해 흡열 또는 발열이 생기는 현상인 펠티에 (Peltier) 효과가 구현될 수 있다.Thermoelectric Module (TEM) is a device that absorbs heat from a low-temperature heat source and heats it to a high-temperature heat source. The thermoelectric module (TEM) realizes a SeeBeck effect, a phenomenon in which electromotive force is generated by a temperature difference, or is absorbed by an electric current. Alternatively, a Peltier effect, which is a phenomenon in which heat is generated, may be implemented.
구체적으로, 열전소자의 내부는 전자(음전하)를 많이 보유한 N형 반도체와 정공(양전하)를 많이 보유한 P형 반도체로 이루어진 장치이다. 열전소자는 인가되는 전류의 방향에 따라, 열전소자의 일측은 열전소자 내부의 전하가 많아지게 되어 가열되는 발열 동작을 수행하고, 타측은 상대적으로 전하가 적어지게 되어 냉각되는 흡열 동작을 수행하게 된다. Specifically, the inside of the thermoelectric element is a device consisting of an N-type semiconductor containing a lot of electrons (negative charge) and a P-type semiconductor containing a lot of holes (positive charge). According to the direction of the current applied to the thermoelectric element, one side of the thermoelectric element performs an exothermic operation in which the electric charge inside the thermoelectric element is increased and is heated, and the other side performs the endothermic operation in which the electric charge is relatively reduced. .
이를 이용하여, 온도 제어 장치(10)는 열전소자(100)가 제1면(111)과 접촉된 면에서 흡열 동작이 수행되도록 전류를 인가하면, 열전소자(100)와 접촉된 제1면(111)은 냉열을 제공할 수 있다. 열전소자(100)가 제1면(111)과 접촉된 면에서 발열 동작이 수행되도록 전류를 인가하면, 열전소자(100)와 접촉된 제1면(111)은 온열을 제공할 수 있다. 여기서, 열은 양의 스칼라 형태로 표현되는 물리량이므로 ‘냉열을 제공한다’ 또는 ‘냉열을 전달한다’는 표현이 물리적 관점에서 엄밀한 표현은 아닐 수 있지만, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 열이 인가되거나 전달되는 현상에 대해서 온열이 제공되거나 전달되는 것으로 표현하고, 그 역이 되는 현상, 즉 열을 흡수하는 현상에 대해서는 냉열이 제공되거나 전달되는 것으로 표현하기로 한다.Using this, if the
일 실시예에 따른 상기 열저장부(120)는 상변화물질 (PCM)을 포함할 수 있다. 상변화물질 (PCM)은 고체에서 액체로 물질의 상변화과정을 통하여 상변화 온도에 도달하면, 많은 양의 열에너지를 축적하거나, 저장된 열에너지를 방출할 수 있다. 이 때의 열을 잠열이라고 하는데, 상변화물질은 일반적인 물질보다 잠열의 양이 많은 물질을 의미할 수 있다. 이로 인해, 상변화물질은 일반적인 물질보다 많은 양의 열을 흡수하더라도, 상변화가 완료되기 전까지 표면의 온도가 상변화 온도로 지속적으로 유지될 수 있다. 즉, 일반적인 물질에 비하여, 상변화물질은 열의 흡수 및 방출에도 불구하고 표면의 온도가 일정 온도 범위로 유지하는 특성을 가진 물질로 이해될 수 있다. The
상변화물질의 종류에는 유기물질로는 파라핀계 혼합물과 비 파라핀계 혼합물이 있고, 무기물질로는 염수화물과 금속형태가 있다.Types of phase change materials include paraffinic mixtures and non-paraffinic mixtures as organic materials, and salts and metals as inorganic materials.
미리 정해진 온도 범위는 제1 세부 온도 범위 및 제2 세부 온도 범위를 포함하는 온도 범위이고, 난방 및 냉방을 위해 적합한 온도 범위를 의미한다. The predetermined temperature range is a temperature range including the first detailed temperature range and the second detailed temperature range, and means a temperature range suitable for heating and cooling.
제1 세부 온도 범위는 대상영역에 난방을 적용하기 위하여 적합한 열저장부의 온도 범위를 의미하고, 제2 세부 온도 범위는 대상영역에 냉방을 적용하기 위하여 적합한 열저장부의 온도 범위를 의미한다.The first sub-temperature range means a temperature range of a heat storage unit suitable for applying heating to the target region, and the second sub-temperature range means a temperature range of a heat storage unit suitable for applying cooling to the target region.
구체적으로, 상기 열저장부(120)에 제공된 열이 냉열인 경우, 냉열로 인하여 상기 열저장부(120)에 저장된 열이 방출되면서, 열저장부(120) 내부의 열이 적어질 수 있다. 열저장부(120)의 저장된 열이 방출되더라도, 잠열량이 많은 열저장부(120)의 특성으로 인하여, 열저장부(120)는 상변화 온도로 유지될 수 있고, 제2면(112)의 온도도 상기 미리 정해진 온도 범위로 유지될 수 있다.Specifically, when the heat provided to the
이 후, 상기 열전소자(100)의 흡열 동작이 수행되지 않는 오프모드인 경우, 상기 열저장부(120)에 냉열이 제공되지 않음으로써, 열저장부(120)는 외부로부터 열을 흡수할 수 있다. 그러나, 열저장부(120)는 많은 양의 열이 흡수되더라도 열저장부(120)의 표면의 온도가 일정하게 유지되는 특성을 가지므로, 열저장부(120)의 표면의 온도가 유지됨에 따라, 상기 제2면(112)의 온도가 미리 정해진 온도 범위로 유지될 수 있다. Subsequently, in the off mode in which the endothermic operation of the
일 실시예에 따른 온도 제어 장치(10)는 열전소자(100)가 제1면(111)과 접촉된 면에서 흡열 동작이 수행되도록 전류를 인가하면, 열전소자(100)와 접촉된 제1면(111)은 열저장부(120)에 냉열을 제공할 수 있다. 이 때, 열 저장부(120)의 상변화 온도는 미리 정해진 온도 범위(ex.16℃)에 대응될 수 있고, 상기 제1면(111)으로부터 열저장부(120)에 냉열이 제공될 경우, 열저장부(120)의 저장된 열이 방출될 수 있다. 잠열량이 많은 열저장부(120)의 특성으로 인하여, 열저장부(120)가 상변화 온도로 유지됨으로써, 제2면(112)이 상기 미리 정해진 온도 범위로 유지될 수 있다. 물론, 열저장부(120)에 저장된 열이 방출됨에 따라 열저장부(120)의 저장된 열량이 미리 정해진 열량 이하가 되는 경우, 열저장부(120)의 온도는 상변화 온도보다 낮아질 수 있다. 이 경우, 제2면(112)의 온도는 미리 정해진 온도 범위(ex.16℃) 이하로 낮아질 수 있다.The
또한, 상기 열전소자(100)에서 상기 흡열 동작이 수행되지 않는 오프모드인 경우, 상기 열저장부(120)에 냉열이 제공되지 않음으로써, 열저장부(120)는 외부로부터 열을 흡수할 수 있다. 그러나 열저장부(120)는 많은 양의 열이 흡수되더라도 잠열량이 많은 열저장부(120)의 표면의 온도가 일정하게 유지되는 특성으로 인하여, 열저장부(120)는 상변화 온도로 유지될 수 있고, 제2면(112)의 온도도 상기 미리 정해진 온도 범위(ex.16℃) 로 유지될 수 있다. In addition, in the off mode in which the endothermic operation is not performed in the
여름철 냉방을 위해 사용가능한 상변화물질로는 예를 들어, n-pentadecane (상변화 온도: 10℃), n-hexadecane (상변화 온도: 18℃), n-heptadecane (상변화 온도: 22℃), KF4H₂O (상변화 온도: 18.5℃), Paraffin 16-Carbons (상변화 온도 : 16.7℃) 등을 사용할 수 있다. 상기 상변화물질은 예시일 뿐이고, 상기 상변화물질로 제한되지 않으며, 상황에 따라 다양하게 변경 될 수 있다.Phase change materials usable for cooling in summer are, for example, n-pentadecane (phase change temperature: 10 ° C), n-hexadecane (phase change temperature: 18 ° C), n-heptadecane (phase change temperature: 22 ° C) , KF4H₂O (phase change temperature: 18.5 ℃), Paraffin 16-Carbons (phase change temperature: 16.7 ℃), and the like can be used. The phase change material is only an example and is not limited to the phase change material, and may be variously changed according to a situation.
여름철에는 대상영역의 온도가 온도 제어 장치의 제2면(112)의 온도보다 높으므로 상기 상변화물질은 액체 상태일 수 있다. 이 때, 열전소자(100)를 작동함으로써, 열전소자(100)가 제1면(111)과 접촉된 면에서 흡열 동작이 수행되도록 전류를 인가하면, 열전소자(100)와 접촉된 제1면(111)은 냉각되면서, 열저장부(120)에 냉열을 제공할 수 있고, 상기 상변화물질은 상변화 온도보다 낮은 온도가 될 때까지 냉열을 제공 받을 수 있다. In summer, since the temperature of the target region is higher than the temperature of the
상기 열저장부(120)에 제공된 열이 온열인 경우, 온열로 인하여 상기 열저장부(120)에 저장된 열이 많아질 수 있다. 즉, 열저장부(120)는 열전소자로부터 제공된 열을 흡수하여 열저장부(120)에 열을 저장하게 된다. 잠열량이 많은 열저장부(120)의 특성으로 인하여, 열저장부(120)는 상변화 온도로 유지될 수 있고, 제2면의 온도도 미리 정해진 온도 범위로 유지될 수 있다.When the heat provided to the
이 후, 상기 열전소자(100)의 발열 동작이 수행되지 않는 오프모드인 경우, 상기 열저장부에 온열이 제공되지 않음으로써, 열저장부는 외부로 열을 방출할 수 있다. 그러나 열저장부는 많은 양의 열이 방출되더라도, 열저장부의 표면의 온도가 일정하게 유지되는 특성을 가지므로, 열저장부의 표면의 온도가 유지됨에 따라, 상기 제2면의 온도가 미리 정해진 온도 범위로 유지될 수 있다. Subsequently, in the off mode in which the heat generating operation of the
일 실시예에 따른 온도 제어 장치(10)는 열전소자(100)가 제1면(111)과 접촉된 면에서 발열 동작이 수행되도록 전류를 인가하면, 열전소자(100)와 접촉된 제1면(111)은 열저장부(120)에 온열을 제공할 수 있다, 이 때, 열 저장부(120)의 상변화 온도는 미리 정해진 온도 범위(ex.25℃)에 대응될 수 있고, 상기 제1면으로부터 열저장부(120)에 온열이 제공될 경우, 열저장부(120)는 열을 흡수할 수 있다. 잠열량이 많은 열저장부(120)의 특성으로 인하여, 열 저장부(120)가 상변화 온도로 유지됨으로써, 제2면(112)이 상기 미리 정해진 온도 범위로 유지될 수 있다. 물론, 열저장부(120)가 열을 흡수함으로써, 열저장부(120)의 저장된 열량이 미리 정해진 열량 이상이 되는 경우, 열저장부(120)의 온도는 상변화 온도보다 높아질 수 있다. 이 경우, 제2면(112)의 온도는 미리 정해진 온도 범위(ex.25℃) 이상으로 높아질 수 있다.The
또한, 상기 열전소자(100)에서 상기 발열 동작이 수행되지 않는 오프모드인 경우, 온열이 상기 열저장부(120)에 제공되지 않음으로써, 열저장부(120)는 열이 외부로 방출될 수 있다. 그러나 열저장부(120)는 많은 양의 열이 방출되더라도 잠열량이 많은 열저장부(120)의 표면의 온도가 일정하게 유지되는 특성으로 인하여, 열저장부(120)는 상변화 온도로 유지될 수 있고, 제2면(112)이 상기 미리 정해진 온도 범위(ex.25℃)로 유지될 수 있다.In addition, in the off mode in which the heating operation is not performed in the
겨울철 난방을 위해 사용 가능한 상변화물질로는 예를 들어, Paraffin 21-Carbons (상변화 온도 : 40.2℃), Paraffin 22-Carbons (상변화 온도 : 44℃), 2-Heptadecanone (상변화 온도 : 48℃), O-Nitroaniline (상변화 온도 :50℃) 등을 사용할 수 있다. 상기 상변화물질은 예시일 뿐이고, 상기 상변화물질로 제한되지 않으며, 상황에 따라 다양하게 변경 될 수 있다.Phase change materials that can be used for winter heating are, for example, Paraffin 21-Carbons (phase change temperature: 40.2 ° C), Paraffin 22-Carbons (phase change temperature: 44 ° C), 2-Heptadecanone (phase change temperature: 48) ℃), O-Nitroaniline (phase change temperature: 50 ℃) and the like can be used. The phase change material is only an example and is not limited to the phase change material, and may be variously changed according to a situation.
겨울철에는 대상영역의 온도가 온도 제어 장치의 제2면의 온도보다 낮으므로 상기 상변화물질은 고체 상태일 수 있다. 이 때, 열전소자를 작동함으로써, 열전소자가 제1면과 접촉된 면에서 발열 동작이 수행되도록 전류를 인가하면, 열전소자와 접촉된 제1면은 가열되면서, 열저장부에 온열을 제공할 수 있고, 상기 상변화물질은 상변화 온도보다 높은 온도가 될 때까지 온열을 제공 받을 수 있다. In winter, since the temperature of the target region is lower than the temperature of the second surface of the temperature control device, the phase change material may be in a solid state. At this time, by operating the thermoelectric element, when a current is applied such that the thermoelectric element performs a heating operation on the surface in contact with the first surface, the first surface in contact with the thermoelectric element is heated to provide heat to the heat storage unit. And, the phase change material may be provided with heat until the temperature is higher than the phase change temperature.
도 2는 다른 일 실시예에 따른 복사 방식으로 대상영역의 온도를 제어하기 위하여 열전소자를 이용하는 온도 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a temperature control apparatus using a thermoelectric element to control the temperature of a target region by a radiation method according to another embodiment.
도 2를 참조하면, (a)는 온도 제어 장치를 나타낸 정면도로서, 온도 제어 장치(20)는 열전소자(200), 열전달부(210), 제1면(211), 제2면(212), 열저장부(220), 전열부(230), 방열부(240), 단열부(250)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, (a) is a front view of a temperature control device, and the
도 1에 표현된 온도 제어 장치에 비하여 도2 에 표현된 온도 제어 장치는 전열부(230) 및 방열부(240)가 더 포함된 것으로, 열전소자(200), 열전달부(210), 제1면(211), 제2면(212)에 대한 설명은 도1에서 설명된 사항이 그대로 적용될 수 있다.Compared with the temperature control device shown in FIG. 1, the temperature control device shown in FIG. 2 further includes a
전열부(230)는 열전소자(200)로부터 제공된 열을 열전달부(210) 내부에 고르게 분포시키는 역할을 한다. 전열부(230)가 없다면, 열전소자(200)로부터 제공된 열이 열전소자(200)와 접한 제1면(211) 주변에만 집중되어 열이 전달 되고, 제2면(212)까지 열이 전달되지 않을 수 있다. 열전소자(200)로부터 제공된 열이 일부에만 많이 제공되고 상대적으로 다른 부분에는 적게 제공된다면, 온도 제어 장치(20)가 효율적으로 작동할 수 없다. The
겨울철에는 열전소자(200)로부터 제1면(211)을 통하여 열저장부(220)에 열이 전달됨으로써, 열저장부(220) 내에서도 제1면(211)과 접한 주변만이 열을 많이 흡수하게 되고, 그 외 다른 부분은 열을 흡수하지 못하기 때문에, 제2면(212)에는 어떠한 열도 전달되지 못할 수 있다. 여름철에는 열전소자(200)로부터 제1면(211)을 통하여 열저장부(220)에 냉열이 전달됨으로써, 열저장부(220) 내에서도 제1면(211)과 접한 주변만이 방출되고, 그 외 다른 부분은 열을 방출하지 못하기 때문에, 제2면(212)에는 어떠한 냉열도 전달되지 못할 수 있다. In winter, heat is transferred from the
전열부(230)는 열전달부(210) 내부에 일정한 간격으로 이격되는 복수의 전열판을 포함할 수 있다. 일정한 간격으로 이격되어야 열전소자(200)로부터 제공된 열이 열전달부(210) 내부에 고르게 전달될 수 있기 때문이다.The
즉 전열부(230)는 열전소자(200)로부터 제공된 열을 한 곳에 집중되는 것을 방지하고, 온도 제어 장치(20)를 효율적으로 작동시켜, 대상영역에 온도를 제어할 수 있다. That is, the
방열부(240)는 열전소자(200)와 제1면(211)이 접촉한 면의 타측에 위치하고, 열전소자(200)와 접촉할 수 있다.The
온도 제어 장치(20)에서 열전소자(200)가 제1면(211)과 접촉된 면에서 흡열 동작이 수행되도록 전류를 인가하면, 열전소자(200)와 접촉된 제1면(211)은 냉열을 제공할 수 있고, 제1면(211)은 냉각된다. 상기 설명한 펠티에 효과에 의하여, 제1면(211)이 냉각 되면 열전소자(200)와 제1면(211)이 접촉된 면의 타측은 가열되는 발열 동작이 수행되는데, 제1면(211)에서 냉각이 지속되면, 열전소자(200)와 제1면(211)이 접촉된 면의 타측에서 발생되는 열은 제1면(211)이 냉각되는 것에 영향을 줄 수 있는 폐열이 된다. 상기 폐열을 제거하지 못하면, 폐열이 제1면(211)의 냉각되는 부분에 열을 전달하여 제1면(211)의 냉각 효율을 저하시킬 수 있다. 즉 상기 폐열로 인하여 제1면(211)의 냉각 효율이 저하되는 문제점이 있어, 방열부(240)는 타측에서 발생되는 폐열을 효과적으로 배출할 수 있다. When the
방열부(240)는 열전소자(200)의 타측에서 발생하는 폐열을 제거함으로써, 열전소자(200)의 효율을 증가시키고, 열전소자(200)의 열 역전 현상을 방지할 수 있다. The
단열부(250)는 열이 외부로부터 흡수되거나 외부로 방출되는 것을 방지하는 역할을 한다. 즉, 겨울철에는 온도 제어 장치(20)의 열저장부(220)로부터 외부로 열이 방출되는 것을 감소시키고, 여름철에는 온도 제어 장치의 열저장부(220)가 외부로부터 열을 흡수 하는 것을 감소시킬 수 있다. The
또한, 단열부(250)는 열전달부(210)를 둘러싸고 있는 구조를 가질 수 있다. 단, 열전소자(200)와 제1면(211)이 열적으로 연결되어야 하므로, 열전소자(200)와 제1면(211) 사이에는 배치되지 않는다. 또한, 열저장부(220)와 제2면(212)이 열적으로 연결되어야 하므로, 열저장부(220)와 제2면(212) 사이에는 배치되지 않는다. 즉 단열부(250)는 열전달부(210)를 둘러싸되, 열전소자(200)와 제1면(211)이 접한 부분과 열저장부(220)와 제2면(212)이 접한 부분은 제외한다. In addition, the
이에 따라, 단열부(250)는 열전달부(210)의 내부에 위치한 열저장부(220)가 외부로부터 열적으로 차단되게 함으로써, 열손실을 최소화하여 보다 적은 양의 전력으로도 대상영역에 온도를 제어할 수 있다.Accordingly, the
(b)는 온도 제어 장치를 나타낸 입체도로서, (a)에 표현된 온도 제어 장치를 다르게 표현한 것이다. (b) is a three-dimensional view showing the temperature control device, which is a different representation of the temperature control device expressed in (a).
상기 방열부(240)는 일반적으로 사각형 구조의 판이 다층으로 이루어져 있고, 각 판이 열전소자(200)와 연결되는 구조를 가지고 있다. 하지만, 사각형 구조로 한정되지 않고, 삼각형, 원형 등 다각형의 구조로도 가질 수 있다.The
방열부(240)의 다층 구조는 표면적을 넓혀서 방열부(240)로 배출되는 폐열을 효과적으로 제거할 수 있다. The multi-layered structure of the
상기 전열부(230)는 열전달부(210) 내부에 일정한 간격으로 이격되는 복수의 전열판 또는 전열핀을 포함할 수 있다. 전열판의 경우 격자모양의 판을 이룰 수 있고, 전열핀의 경우 격자모양의 선을 이룰 수 있다. The
도 3 및 도 4는 복사 방식으로 대상영역의 온도를 제어하기 위하여 열전소자를 이용하는 온도 제어 장치의 대상영역에 대한 동작을 설명하기 위한 도면이다. 3 and 4 are views for explaining the operation of the target region of the temperature control device using the thermoelectric element to control the temperature of the target region by the radiation method.
도 3을 참조하면, 온도 제어 장치(30)는 열전소자(300), 열전달부(310), 제1면(311), 제2면(312), 열저장부(320), 전열부(330), 방열부(340), 단열부(350), 공기유동부(360), 공기유입구(370), 공기유출구(380)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the
도 2에서 표현된 온도 제어 장치에 비하여, 공기유동부(360), 공기유입구(370), 공기유출구(380)가 더 포함된 것으로, 열전소자(300), 열전달부(310), 제1면(311), 제2면(312), 열저장부(320), 전열부(330), 방열부(340), 단열부(350)에 대한 설명은 도2에서 설명된 사항이 그대로 적용될 수 있다. Compared with the temperature control device represented in FIG. 2, the
방열부(340)는 공기유입구(370) 및 공기유출구(380)가 배치된 공간에 위치할 수 있다. 또한 공기유입구(370) 및 공기유출구(380)를 연결하고, 공기 유동 공간을 갖는 공기유동부(360)를 포함할 수 있다. The
방열부(340)가 폐쇄된 공간에 배치되거나, 방열부(340) 주변의 열원이 해소되지 않는다면, 폐열을 제거하는 방열부(340)의 역할 및 효과가 낮아진다. If the
따라서, 온도 제어 장치는 공기유동부(360), 공기유입구(370) 및 공기 유출구(380)를 포함할 수 있다. 공기유입구(370)에서 차가운 공기가 들어오면, 방열부(340)가 배출하는 열은 상기 공기유입구로 들어오는 차가운 공기에 의해 열이 제거되고, 방열부를 거쳐 뜨거워진 공기는 공기유출구(380)로 배출된다. 그래서 방열부(340)의 효율이 향상되고 결국 열전소자(300)의 효율도 향상된다. Accordingly, the temperature control device may include an
즉 공기유동부(360)는 방열부(340)로 배출되는 열을 효과적으로 제거하는 역할을 한다. That is, the
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 온도 제어 장치(40)는 열전소자(400), 열전달부(410), 제1면(411), 제2면(412), 열저장부(420), 전열부(430), 방열부(440), 단열부(450), 공기유동부(460), 공기유입구(470), 공기유출구(480), 송풍팬(490)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the
도 3에서 표현된 온도 제어 장치에 비하여, 송풍팬(490)이 더 포함된 것으로, 열전소자(400), 열전달부(410), 제1면(411), 제2면(412), 열저장부(420), 전열부(430), 방열부(440), 단열부(450), 공기유동부(460), 공기유입구(470), 공기유출구(480)에 대한 설명은 도2 및 도3에서 설명된 사항이 그대로 적용될 수 있다. Compared with the temperature control device represented in FIG. 3, a
일 실시예에 따른 온도 제어 장치(40)는 외기의 흐름을 더 효과적으로 하고, 방열부(440)가 배출하는 폐열을 효과적으로 제거하기 위하여 공기유입구 (470)및 공기유출구(480)에 각각 송풍하는 팬(490)을 설치할 수 있고, 공기유입구(470)로 유입되는 공기를 공기유동부(460)를 통하여 공기유출구(480)로 유출시킬 수 있다. The
송풍팬(490)은 열전소자(410)의 타측에서 발생하는 폐열이 방열부를 (440)통하여 배출되고, 상기 방열부(440)로 배출된 폐열을 효과적으로 제거하기 위하여, 공기유입구(470)로 차가운 공기를 유입시키고, 방열부(440)의 폐열을 제거하면서 뜨거워진 공기를 공기유출구(480)로 유출시키는데 효과적이다. Blowing
공기유입구(470)에 설치된 송풍팬(490)은 공기가 유입되는 방향으로만 팬이 돌아가서, 더 효과적으로 공기를 유입시킬 수 있고, 공기유출구(480)에 설치된 송풍팬(490)은 공기가 유출되는 방향으로만 팬이 돌아가서, 더 효과적으로 공기를 유출시킬 수 있다. The
열전소자(400)와 제1면(411)이 접촉된 면에서 흡열 동작이 수행되는 경우, 열전소자(400)와 접촉된 제1면(411)은 냉열을 제공할 수 있다. 이 때, 열전소자(400)와 제1면(411)이 접촉되지 않은 타측은 상기 설명한 펠티어 효과에 의하여, 가열되는 발열 동작을 수행하게 된다. 발열 동작이 수행되는 열전소자(400)의 타측에서 발생하는 폐열을 제거해주는데, 공기유동부(460)의 공기의 흐름이 원활하다면 더 효과적으로 폐열을 제거할 수 있다.When the heat absorbing operation is performed on the surface in which the thermoelectric element 400 and the first surface 411 contact, the first surface 411 in contact with the thermoelectric element 400 may provide cooling heat. At this time, the other side where the thermoelectric element 400 and the first surface 411 are not in contact with each other performs the heating operation that is heated by the Peltier effect described above. The waste heat generated on the other side of the thermoelectric element 400 in which the heat generation operation is performed may be removed. If the air flows smoothly in the air flow unit 460, the waste heat may be more effectively removed.
열전소자(400)와 제1면(411)이 접촉된 면에서 발열 동작이 수행되는 경우에는 폐열이 발생하지 않으므로, 송풍팬(490)은 열전소자(400)와 제1면(411)이 접촉된 면에서 흡열 동작이 수행되는 경우에만, 돌리는 것이 전력 사용에 효율적이다. Since heat is not generated when the heat generating operation is performed on the surface in which the thermoelectric element 400 and the first surface 411 are in contact, the
도 5는 일 실시예에 따른 온도 제어 장치(50)를 설명하기 위한 블록도이다.5 is a block diagram illustrating a
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따르는 온도 제어 장치(50)는 제어부(500). 열전소자(510), 열전달부(520), 열저장부(530)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the
제어부(500)는 열전소자에 인가되는 전류의 방향 및 전류의 양을 제어할 수 있다. 제어부(500)의 제어에 따라 열전소자는 3가지 모드, 즉 온열모드, 냉열모드, 오프모드로 동작될 수 있다. The
온열모드는 인가되는 전류를 기초로 열전소자와 제1면이 접촉된 면을 통하여 온열을 제공하는 발열 동작을 수행하는 모드이고, 냉열모드는 인가되는 전류를 기초로 열전소자와 제1면이 접촉된 면을 통하여 냉열을 제공하는 흡열 동작을 수행하는 모드이고, 오프모드는 인가되는 전류를 기초로 열전소자와 제1면이 접촉된 면을 통하여 상기 발열 동작 및 상기 흡열 동작을 수행하지 않는 모드이다. The warm mode is a mode in which a heating operation is performed to provide heat through a surface in which the thermoelectric element and the first surface are in contact with each other based on the applied current, and the cold heat mode is in contact with the thermoelectric element and the first surface in accordance with the applied current. The end mode is a mode in which an endothermic operation is provided to provide cooling heat through the surface, and the off mode is a mode in which the heat generating operation and the endothermic operation are not performed through the surface in which the thermoelectric element and the first surface are in contact with each other. .
제어부(500)의 제어에 따라 열전소자가 온열모드로 동작되는 경우, 열전소자와 제1면이 접촉된 면을 통하여 열전달부에는 온열이 제공될 수 있다.When the thermoelectric element is operated in the thermal mode under the control of the
열전달부(520)를 거쳐 열저장부(530)에 제공된 열이 온열인 경우, 온열로 인하여 상기 열저장부(530)에 저장된 열이 많아질 수 있다. 이후, 상기 열전소자(510)의 발열 동작이 수행되지 않는 오프모드인 경우, 온열이 상기 열저장부(530)에 제공되지 않음으로써, 상기 열저장부(530)의 열은 외부로 방출될 수 있다. 그러나 열저장부(530)는 많은 양의 열이 저장되더라도 열저장부(530)의 표면의 온도가 일정하게 유지되는 특성을 가질 수 있고, 이러한 특성에 의하여, 상기 열전소자(510)가 오프 모드인 경우 열저장부(530)가 열을 외부로 방출하더라도, 열저장부(530)의 표면의 온도가 유지될 수 있다. When the heat provided to the
또한, 제어부(500)의 제어에 따라 열전소자가 냉열모드로 동작되는 경우, 열전소자와 제1면이 접촉된 면을 통하여 열전달부(520)에는 냉열이 제공될 수 있다.In addition, when the thermoelectric element is operated in the cold heat mode under the control of the
열전달부(520)를 거쳐 열저장부(530)에 제공된 열이 냉열인 경우, 냉열로 인하여 상기 열저장부(530)에 저장된 열이 적어질 수 있다. 이후, 상기 열전소자의 흡열 동작이 수행되지 않는 오프모드인 경우, 냉열이 상기 열저장부(530)에 제공되지 않음으로써, 상기 열저장부(530)는 외부로부터 열이 흡수될 수 있다. 그러나 열저장부(530)는 많은 양의 열이 저장되더라도 열저장부(530)의 표면의 온도가 일정하게 유지되는 특성을 가질 수 있고, 이러한 특성에 의하여, 상기 열전소자가 오프 모드인 경우 열저장부(530)가 외부로부터 열을 흡수하더라도, 열저장부(530)의 표면의 온도가 유지될 수 있다. When the heat provided to the
즉 오프모드로 동작되는 경우에도, 열저장부(530)의 특성에 의해, 열저장부(530)의 표면온도가 유지될 수 있다. That is, even when operated in the off mode, the surface temperature of the
도 6은 일 실시예에 따른 대상영역에 난방을 제공하는 경우, 온도 제어 장치의 동작을 나타낸 동작 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating an operation of a temperature control device when heating is provided to a target area according to an exemplary embodiment.
도 6을 참조하면, 온도 제어 장치(20)는 열전소자의 작동을 시작함으로써, 열전소자와 제1면이 접촉된 면에서 발열 동작이 수행되는 온열모드로 제어할 수 있다(S110). 구체적으로, 단계(S110)에서 온도 제어 장치(60)는 심야시간에 열전소자를 온열모드로 제어할 수 있다. 이 때, 열전소자는 전기 사용량이 적고, 일반 전기요금보다 저렴한 요금이 적용되는 심야 전력 (예를 들어, 오후10시~오전8시)을 사용하여 열전소자를 작동시킬 수 있다. 온열모드로 제어함에 따라, 열전소자와 접촉된 제1면은 열저장부에 온열을 제공할 수 있다. Referring to FIG. 6, the
이 후, 열저장부의 온도와 미리 정해진 온도 범위를 비교하여 판단하는 단계(S120)를 포함할 수 있다. 온도 제어 장치(20)는 열저장부의 온도가 미리 정해진 온도 범위보다 크거나 같아지면, 열전소자의 작동을 중지 시킬 수 있고(S130), 열저장부의 온도가 미리 정해진 온도 범위보다 작다면, 계속적으로 열전소자를 작동시켜 온열모드(S110)로 제어할 수 있다.Thereafter, the method may include determining the temperature by comparing the temperature of the heat storage unit with a predetermined temperature range (S120). If the temperature of the heat storage unit is greater than or equal to the predetermined temperature range, the
또한, 온도 제어 장치(20)는 열전소자와 제1면이 접촉된 면에서 발열 동작이 수행되지 않는 오프모드로 제어할 수 있다(S130). 즉, 열전소자의 작동이 중지될 수 있다. 오프모드시 열전소자로부터 온열이 열저장부에 제공되지 않지만, 상변화 과정에서 큰 잠열량을 가지는 열저장부의 특성으로 인하여, 상기 온열모드시 열전소자로부터 제공된 온열이 열저장부에 저장될 수 있고, 오프모드시 열저장부는 외부로 열을 방출하더라도 상변화를 통해 상변화 온도로 유지됨으로써, 제2면의 온도가 미리 정해진 온도 범위로 유지될 수 있다.In addition, the
제2면의 온도가 미리 정해진 온도 범위로 유지됨에 따라, 열전소자 작동이 중지되었더라도 복사 방식으로 대상영역의 온도를 제어할 수 있다. As the temperature of the second surface is maintained in a predetermined temperature range, the temperature of the target region may be controlled by a radiation method even when the thermoelectric element is stopped.
구체적으로, 전기 사용량이 많은 주간 시간 (예를 들어, 오전9시~오후6시)에는 전기를 사용하는 열전소자의 작동을 중지하고, 상기 제2면의 온도가 미리 정해진 온도 범위로 유지됨을 이용하여 복사 방식으로 대상영역의 온도를 제어할 수 있다. 즉 주간 시간에 전력을 사용하지 않으므로 에너지 부하를 줄이고, 에너지 소비를 절감 시킬 수 있다. Specifically, during the weekly time when the electricity consumption is high (for example, 9 am to 6 pm), the operation of the thermoelectric element using electricity is stopped, and the temperature of the second surface is maintained in a predetermined temperature range. The temperature of the target area can be controlled by the radiation method. In other words, since no power is used during the day, it can reduce energy load and reduce energy consumption.
도 7은 일 실시예에 따른 대상영역에 냉방을 제공하는 경우, 온도 제어 장치의 동작을 나타낸 동작 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating an operation of a temperature control apparatus when cooling is provided to a target area according to an exemplary embodiment.
도 7을 참조하면, 온도 제어 장치(20)는 열전소자의 작동을 시작함으로써, 열전소자와 제1면이 접촉된 면에서 흡열 동작이 수행되는 냉열모드로 제어할 수 있다(S210). 구체적으로, 단계(S210)에서 온도 제어 장치(70)는 심야시간에 열전소자를 냉열모드로 제어할 수 있다. 이 때, 열전소자는 전기 사용량이 적고, 일반 전기요금보다 저렴한 요금이 적용되는 심야 전력 (예를 들어, 오후10시~오전8시)을 사용하여 열전소자를 작동시킬 수 있다. 냉열모드로 제어함에 따라, 열전소자와 접촉된 제1면은 열저장부에 냉열을 제공할 수 있다. Referring to FIG. 7, the
이 후, 열저장부의 온도와 미리 정해진 온도 범위를 비교하여 판단하는 단계(S220)를 포함할 수 있다. 온도 제어 장치(20)는 열저장부의 온도가 미리 정해진 온도 범위보다 작거나 같아지면, 열전소자의 작동을 중지 시킬 수 있고(S230), 열저장부의 온도가 미리 정해진 온도 범위보다 크다면, 계속적으로 열전소자를 작동시켜 냉열모드(S210)로 제어할 수 있다.Thereafter, comparing the temperature of the heat storage unit with a predetermined temperature range may include determining (S220). If the temperature of the heat storage unit is less than or equal to the predetermined temperature range, the
또한, 온도 제어 장치(20)는 열전소자와 제1면이 접촉된 면에서 흡열 동작이 수행되지 않는 오프모드로 제어할 수 있다(S230). 즉, 열전소자의 작동이 중지될 수 있다. In addition, the
오프모드시 열저장부에 냉열이 제공되지 않음으로써, 열저장부는 외부로부터 열을 흡수할 수 있다. 그러나 열저장부가 외부로부터 열을 흡수하더라도, 상변화 과정에서 큰 잠열량을 가지는 열저장부의 특성으로 인하여, 상변화를 통해 열저장부는 상변화 온도로 유지됨으로써, 제2면의 온도가 미리 정해진 온도 범위로 유지될 수 있다.Since no heat is provided to the heat storage unit in the off mode, the heat storage unit may absorb heat from the outside. However, even if the heat storage unit absorbs heat from the outside, due to the characteristics of the heat storage unit having a large latent heat during the phase change process, the heat storage unit is maintained at the phase change temperature through the phase change, so that the temperature of the second surface is a predetermined temperature. It can be kept in range.
이에 따라, 열전소자 작동이 중지되었더라도, 복사 방식으로 대상영역의 온도를 제어할 수 있다. Accordingly, even if the thermoelectric element is stopped, the temperature of the target region can be controlled by the radiation method.
구체적으로, 전기 사용량이 많은 주간 시간 (예를 들어, 오전9시~오후6시)에는 전기를 사용하는 열전소자의 작동을 중지하고, 상기 제2면의 온도가 미리 정해진 온도 범위로 유지됨을 이용하여 복사 방식으로 대상영역의 온도를 제어할 수 있다. 즉 주간 시간에 전력을 사용하지 않으므로 에너지 부하를 줄이고, 에너지 소비를 절감 시킬 수 있다.Specifically, during the weekly hours of high electricity consumption (eg, 9 am to 6 pm), the operation of the thermoelectric element using electricity is stopped and the temperature of the second surface is maintained in a predetermined temperature range. The temperature of the target area can be controlled by the radiation method. In other words, since no power is used during the day, it can reduce energy load and reduce energy consumption.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or, even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.
200 열전소자
360 공기유동부
210 열전달부
370 공기유입구
211 제1면
380 공기유출구
212 제2면
490 송풍팬
220 열저장부
230 전열부
240 방열부
250 단열부200 Thermoelectric 360 Air Flow
210
211
212 page 2 490 Blower fan
220 heat storage
230 electric heating parts
240 heat sink
250 insulation
Claims (12)
제1면 및 제2면을 포함하고, 상기 제2면은 대상영역과 열적으로 연결되고, 상기 제1면과 상기 제2면 사이에 열저장부를 포함하는 열전달부; 및
인가되는 전류를 기초로 상기 제1면과 접촉된 면을 통하여 온열을 제공하는 발열 동작 또는 상기 제1면과 접촉된 면을 통하여 냉열을 제공하는 흡열 동작을 수행하고, 상기 제1면과 접촉된 면을 통하여 상기 열저장부와 열교환이 이루어지도록 구성되는 열전소자;를 포함하고,
상기 열전소자에서 상기 발열 동작 및 상기 흡열 동작이 수행되지 않은 경우에도, 상기 열저장부는 상기 제2면의 온도가 미리 정해진 온도 범위로 유지되도록 구성되는,
온도 제어 장치.
In the temperature control device for controlling the temperature of the target area by the radiation method,
A heat transfer part including a first surface and a second surface, wherein the second surface is thermally connected to the target region and includes a heat storage unit between the first surface and the second surface; And
An exothermic operation of providing heat through the surface in contact with the first surface or an endothermic operation of providing cooling heat through the surface in contact with the first surface based on an applied current, and contacting with the first surface And a thermoelectric element configured to exchange heat with the heat storage part through a surface.
Even when the heat generating operation and the endothermic operation are not performed in the thermoelectric element, the heat storage unit is configured to maintain the temperature of the second surface in a predetermined temperature range.
Temperature control device.
상기 열전소자에 인가되는 전류의 방향 및 전류의 양을 제어하는 제어부;를 더 포함하고,
상기 제어부의 제어에 따라 상기 열전소자는, 상기 발열 동작 및 상기 흡열 동작을 수행하지 않은 오프모드, 상기 발열 동작을 수행하는 온열모드 또는 상기 흡열 동작을 수행하는 냉열모드 중 어느 하나의 모드로 제어되는,
온도 제어 장치.The method of claim 1,
And a controller for controlling the direction of the current and the amount of current applied to the thermoelectric element.
Under the control of the controller, the thermoelectric element is controlled to any one of the heating mode, an off mode in which the endothermic operation is not performed, a heating mode in which the heating operation is performed, or a cold heat mode in which the endothermic operation is performed. ,
Temperature control device.
상기 열전소자가 상기 온열모드로 수행되는 경우,
상기 열저장부는 상기 제1면을 통하여 제공되는 온열을 기초로 상기 제2면의 온도가 상기 미리 정해진 온도 범위 중 제1 세부 온도 범위로 유지되도록 구성되는,
온도 제어 장치.The method of claim 2,
When the thermoelectric element is performed in the warm mode,
The heat storage unit is configured to maintain the temperature of the second surface in the first detailed temperature range of the predetermined temperature range based on the heat provided through the first surface,
Temperature control device.
상기 열전소자가 상기 오프모드로 수행되는 경우,
상기 열저장부는 상기 열전소자로부터 온열을 제공받지 못하는 동안에도 이전까지 상기 열전소자로부터 제공받은 온열을 기초로 상기 제2면의 온도가 상기 미리 정해진 온도 범위 중 제1 세부 온도 범위로 유지되도록 구성되는,
온도 제어 장치.The method of claim 3,
When the thermoelectric element is performed in the off mode,
The heat storage unit is configured to maintain the temperature of the second surface in the first detailed temperature range of the predetermined temperature range based on the heat provided from the thermoelectric element until the heat storage is not received from the thermoelectric element. ,
Temperature control device.
상기 열전소자가 상기 냉열모드로 수행되는 경우,
상기 열저장부는 상기 제1면을 통하여 제공되는 냉열을 기초로 상기 제2면의 온도가 상기 미리 정해진 온도 범위 중 제2 세부 온도 범위로 유지되도록 구성되는,
온도 제어 장치.The method of claim 2,
When the thermoelectric element is performed in the cold heat mode,
The heat storage unit is configured to maintain the temperature of the second surface in a second detailed temperature range of the predetermined temperature range based on the cold heat provided through the first surface.
Temperature control device.
상기 열전소자가 상기 오프모드로 수행되는 경우,
상기 열저장부는 상기 열전소자로부터 냉열을 제공받지 못하는 동안에도 이전까지 상기 열전소자로부터 제공받은 냉열을 기초로 상기 제2면의 온도가 상기 미리 정해진 온도 범위 중 제2 세부 온도 범위로 유지되도록 구성되는,
온도 제어 장치.The method of claim 5,
When the thermoelectric element is performed in the off mode,
The heat storage unit is configured such that the temperature of the second surface is maintained in the second detailed temperature range of the predetermined temperature range based on the cold heat provided from the thermoelectric element until the cold storage is not received from the thermoelectric element. ,
Temperature control device.
상기 열저장부는 상변화물질을 포함하는,
온도 제어 장치.
The method of claim 1,
The heat storage unit includes a phase change material,
Temperature control device.
상기 열전달부는,
상기 열전소자로부터 제공받은 열을 상기 열저장부 내부에 균일하게 전달하는 전열부;를 더 포함하는
온도 제어장치
The method of claim 1,
The heat transfer unit,
And a heat transfer part configured to uniformly transfer heat provided from the thermoelectric element into the heat storage part.
Temperature controller
상기 전열부는 상기 열전달부 내부에 일정한 간격으로 이격되는 복수의 전열판;을 포함하는
온도제어장치.The method of claim 8,
And a plurality of heat transfer plates spaced at regular intervals in the heat transfer unit.
Temperature controller.
상기 열전소자와 상기 제1면이 접촉한 면의 타측에 위치하고, 상기 열전소자와 접촉하는 방열부;를 더 포함하는
온도제어장치
The method of claim 1,
A heat dissipation part disposed on the other side of the surface where the thermoelectric element is in contact with the first surface and in contact with the thermoelectric element;
Temperature controller
상기 방열부는 공기유입구 및 공기유출구가 배치된 공간에 위치하고, 상기 공기유입구 및 상기 공기유출구를 연결하는 공기 유동 공간을 갖는 공기유동부;를 포함하는
온도제어장치.The method of claim 10,
The heat dissipation unit is located in a space where an air inlet and an air outlet are disposed, and an air flow unit having an air flow space connecting the air inlet and the air outlet;
Temperature controller.
상기 공기유동부는 상기 공기유입구로 유입되는 공기를 상기 공기유출구로 유출시키도록 송풍 하는 팬;을 포함하는
온도제어장치.
The method of claim 11,
And a fan for blowing the air flowing into the air inlet to the air inlet.
Temperature controller.
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