KR20220086877A - 초소형 냉난방장치 - Google Patents

Abstract

개시된 본 발명에 따른 초소형 냉난방장치는, 물이 담겨지는 물 수용부(110)와 부품 수용부(120)로 구획되며 부품 수용부(120) 외면에 유입구(122)와 유출구(124)가 형성되는 본체(100)와, 열전모듈(140)과, 열전모듈(140)의 일측면에 부착되며, 유입구와 유출구의 공기 이동경로 상에 돌출되게 설치되는 열교환핀을 구비하는 제1 히트싱크(150), 및 열전모듈(140)의 타측면에 부착되며, 물 수용부(110)를 향해 돌출되게 설치되어 물 수용부에 수용된 물과 접촉하는 방열핀을 구비하는 제2 히트싱크(160)를 포함한다. 본 발명에 의하면 초소형으로 구현되어 즉, 개인이 소지하면서 휴대 및 이동이 가능하도록 구현되어 어느 곳에서도 사용할 수 있는 편의성이 있다.

Description

초소형 냉난방장치{A Subminiature Air Conditioner Without Outdoor Unit}

본 발명은 초소형 냉난방장치에 관한 것이다.

일반적인 냉동사이클 방식의 에어컨은 특정 영역내의 공간에 있는 공기를 냉각하여 순환하게 하고 특정 영역내의 공간에서 흡수된 열을 다른 공간(실외기 공간)으로 배출하는 구조로 되어 있다. 즉 공간의 구분이 있어야 에어컨을 구동시켜서 특정 영역내의 공간에 차가운 공기를 공급하게 할 수 있다. 따라서 소형(휴대용) 에어컨 역시 그 크기만 소형화될 뿐 냉매가스를 응축하는 과정에서 발생하는 열을 별도의 덕트를 사용하여 외부로 빼내야 하는 구조를 가지므로 실내 공간에서 자유롭게 사용하기에 불편함이 있다.

한편, 열전소자를 이용한 냉난방장치는 압축기나 증발기 및 냉매가 필요하지 않으므로 소형의 에어컨이나 휴대용 냉장고, 자동차시트 냉난방장치 등에 많이 적용된다. 열전소자를 이용한 냉난방장치는 흡열부에서 열을 흡수하고 방열부에서 상기 흡열부에서 흡수된 열을 잘 방열하여야 냉온작용이 효과적으로 잘 이루어진다. 여기서 종래 열전소자를 이용한 냉난방장치는 상기 방열부를 냉각시키기 위해 대기의 흐름에 의한 공랭방식이 주로 적용되는데, 이 경우 상기 냉동사이클 방식의 에어컨과 같은 문제, 즉 같은 공간에 흡열부와 방열부가 있는 경우 냉방에 효과적이지 않다. 또한, 방열효과를 위해서는 방열팬을 구비하는 것이 일반적인데 이 경우 소음문제가 발생하게 된다.

이와 같은 문제를 감안하여 방열부를 물을 이용하여 냉각시키는 수냉방식으로 적용하는 기술이 하기의 선행기술문헌과 같이 소개된다. 그러나, 선행문헌과 같은 종래기술의 경우 방열부를 냉각시키기 위한 물을 순환시키기 위한 구조가 복잡하고 또한 물을 순환시키기 위한 펌프와 같은 장치가 필요하므로 초소형 냉난방장치를 구현하기에는 무리가 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2004-0080688호(2004.09.20. 공개)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로써, 구조가 간단하며 부피가 작은 초소형 냉난방장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초소형 냉난방장치는, 물이 담겨지는 물 수용부와 부품 수용부로 구획되며, 상기 부품 수용부 외면에 유입구와 유출구가 형성되는 본체; 열전모듈; 상기 열전모듈의 일측면에 부착되며, 상기 유입구와 유출구의 공기 이동경로 상에 돌출되게 설치되는 열교환핀을 구비하는 제1 히트싱크; 및, 상기 열전모듈의 타측면에 부착되며, 상기 물 수용부를 향해 돌출되게 설치되어 상기 물 수용부에 수용된 물과 접촉하는 방열핀을 구비하는 제2 히트싱크;를 포함한다.

또한 본 발명에 따른 초소형 냉난방장치는, 상기 물 수용부의 개방된 상단을 덮는 커버; 상기 부품 수용부 내의 상기 유입구와 유출구의 공기 이동경로 상에 설치되어, 상기 유입구를 통해 공기를 유입시켜 상기 제1 히트싱크의 방열핀을 통해 열교환된 후 상기 유출구를 통해 빠져나가도록 하는 송풍팬; 및, 상기 열전모듈에 전원을 공급하고 또한 상기 송풍팬의 구동을 제어하는 제어부;를 더 포함한다.

한편 상기 부품 수용부의 외면에는 상기 제어부와 신호교환 가능하게 연결되는 온(on)/오프(off) 스위치와, 상기 제어부와 신호교환 가능하게 연결되어 상기 열전모듈의 극성을 변환시키도록 하는 냉방(cold)/난방(hot) 스위치를 구비한다.

또한 상기 제2 히트싱크에는 상기 제어부와 신호교환 가능하게 연결되는 온도센서가 설치되고, 상기 제어부는 상기 온도센서의 온도정보를 수신하여 설정된 온도범위를 벗어나는 경우 자동으로 전원을 차단한다.

한편, 상기 물 수용부는 본체의 상부에, 상기 부품 수용부는 본체의 하부에 위치하되, 상기 물 수용부와 부품 수용부는 구획판에 의해 구획되며, 상기 제2 히트싱크는 상기 구획판에 게재되어 물 수용부의 하단에 위치한다.

본 발명에 의하면 물 수용부에 물을 넣어 물과 직접 접촉하도록 하여 물의 비열을 이용해 열전모듈의 방열을 효율적으로 수행하므로, 종래의 열전모듈을 이용한 냉난방장치에서 공랭식 방열을 위해 사용되는 방열팬이 없기 때문에 구동소음이 없고, 또한 종래의 수냉식 방열을 위해 사용되는 복잡한 물의 배관, 펌프 등을 사용하지 않아 그 구조가 간단하며 부피가 작은 이점이 있다.

따라서 본 발명에 의하면 초소형으로 구현되어 즉, 개인이 소지하면서 휴대 및 이동이 가능하도록 구현되어 어느 곳에서도 사용할 수 있는 편의성이 있다.

또한 냉방장치로 사용시 차가운 냉수나 얼음물을 넣는 경우 매우 신속하게 보다 시원한 바람을 만들 수 있고, 난방장치로 사용시 온수를 넣는 경우 매우 신속하게 보다 따뜻한 바람을 만들 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초소형 냉난방 장치의 외관 사시도,
도 2는 도 1의 초소형 냉난방 장치의 횡단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초소형 냉난방 장치의 블럭 구성도이다.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 초소형 냉난방장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1과 같이 본 발명에 따른 초소형 냉난방장치는 텀블러 형태의 외관을 가질 수 있으며, 초소형으로 구현되어 즉, 개인이 소지하면서 휴대 및 이동이 가능하도록 구현되어 어느 곳에서도 사용할 수 있다.

도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초소형 냉난방장치는, 물이 담겨지는 물 수용부(110)와 부품 수용부(120)로 구획되는 본체(100)와, 열전모듈(140)과, 열전모듈(140)의 일측면에 부착되어 부품 수용부(120)에 대면하는 제1 히트싱크(150)와, 열전모듈(140)의 타측면에 부착되어 물 수용부(110)에 대면하는 제2 히트싱크(160)와, 물 수용부의 개방된 상단을 덮는 커버(130)와, 송풍팬(170) 및 제어부(180)를 포함한다.

본체(100)는 구획판(101)에 의해 물 수용부(110)와 부품 수용부(120)로 구획된다. 도시된 바와 같이 물 수용부(110)는 본체의 상부에, 부품 수용부(120)는 본체의 하부에 위치하게 된다. 본체(100)의 물 수용부(110) 상단은 사용자가 물을 담고 빼기 위해 개방되는데, 물이 담겨질 경우 이를 밀폐하기 위한 커버(130)가 장착된다.

한편, 본체(100)의 부품 수용부(120)의 외측면에는 외부의 공기가 본체 내부로 유입되기 위한 유입구(122)와, 본체 내부의 공기가 외부로 배출되기 위한 유출구(124)가 형성된다. 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않으나 상기 유입구(122)와 유출구(124)는 본체(100)의 부품 수용부(120)의 대면하는 면(즉, 서로 마주보는 면)에 배치되는 것이 바람직하다.

열전모듈(140)은 공지의 기술과 같이 펠티어 효과에 의해 흡열면(냉각)과 발열면(가열)이 생기고 또한 극성을 바꾸어주면 흡열면과 발열면이 서로 바뀌게 된다.

열전모듈의 일측면에는 제1 히트싱크(150)가 부품 수용부(120)에 대면하도록 부착되고, 열전모듈의 타측면에는 제2 히트싱크(160)가 물 수용부(110)에 대면하도록 부착된다. 열전모듈(140)과 제1 히트싱크(150) 및 제2 히트싱크(160)는 본 발명에 장착시 하나의 모듈 형태로 일체로 제조되어 본 발명에 장착될 수 있다.

도시된 바와 같이 열교환 효율을 높이기 위해, 제1 히트싱크(150)의 열교환핀은 본체의 유입구(122)와 유출구(124)의 공기 이동경로 상에 돌출되게 설치된다. 열교환핀의 형상 및 갯수는 열교환 효율을 극대화하기 위해 필요에 따라 적절한 형상과 갯수를 가질 수 있다. 또한, 열교환핀의 돌출 높이는 도시된 바와 같이 유입구(122)의 상하높이에 대응되는 높이를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 유입구(122)를 통해 유입된 외부의 공기는 대부분 제1 히트싱크(150)의 열교환핀과 접촉하게 되어 열교환효율이 극대화될 수 있다.

또한, 도시된 바와 같이 방열 효율을 높이기 위해, 제2 히트싱크(160)의 방열핀은 물 수용부(110)를 향해 돌출되게 설치된다. 방열핀의 형상 및 갯수는 방열 효율을 극대화가기 위해 즉, 물 수용부에 수용된 물과 많이 접촉하여 방열을 잘 하기 위해 필요에 따라 적절한 형상과 갯수를 가질 수 있다.

본 발명에 의하면, 물 수용부(110)에 수용되는 물의 온도를 임의로 조절하면 유출구(124)를 통해 배출되는 공기의 온도를 더 차갑거나 더 뜨겁게 할 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 장치가 냉방 기능을 수행하기 위해 제1 히트싱크(150)를 흡열면으로 사용하는 경우, 방열면인 제2 히트싱크(160)를 더 잘 냉각시킬수록 제1 히트싱크(150)의 냉각효율(흡열효율)이 좋아지게 된다. 따라서, 물 수용부(110)에 수용되는 물의 온도가 낮을수록 냉방효율이 좋아지며, 따라서 사용자는 본 발명의 장치가 더 차가운 바람을 만들어내기 위해 물 수용부(110)에 냉수나 또는 얼음물을 넣어 사용할 수 있다.

한편, 반대로 본 발명의 장치가 난방 기능을 수행하기 위해서 제1 히트싱크(150)을 발열면으로 사용하는 경우, 상기 냉방 기능과 반대 개념으로 물 수용부(110)에 수용되는 물의 온도가 높을수록 난방효율이 좋아지며, 따라서 사용자는 본 발명의 장치가 더 뜨거운 바람을 만들어내기 위해 물 수용부(110)에 온수를 넣어 사용할 수 있다.

한편, 제 히트싱크(160)은 본체(100)의 물 수용부(110)의 하단부에 형성될 수 있다. 이 경우 제2 히트싱크(160)는 본체(100)를 물 수용부(110)와 부품 수용부(120)로 구획하는 구획판(101)에 게재될 수 있으며, 도시된 바와 같이 방수를 위해 오링(165)이 설치될 수 있다.

송풍팬(170)은 본체의 부품 수용부(120) 내의 유입구(122)와 유출구(124)의 공기 이동경로 상에 설치되어, 외부의 공기를 유입구(122)를 통해 본체 내부로 유입시키게 된다. 송풍팬(170)에 의해 유입된 공기는 제1 히트싱크(150)의 열교환핀을 통해 열교환된 후 유출구(124)를 통해 본체 외부로 빠져나가게 된다. 도시되지 않았으나 유입구(122)에는 유입되는 공기의 이물질을 거를 수 있도록 필터를 구비할 수 있다.

따라서, 냉방모드인 경우 제1 히트싱크(150)와 접하는 열전모듈(140)의 일측면은 흡열면이 되어 제1 히트싱크(150)는 냉각되어, 유입구(122)를 통해 유입된 공기는 제1 히트싱크(150)와 열교환되어 냉각된 후 유출구(124)를 통해 빠져나가게 된다. 그리고, 난방모드인 경우 제1 히트싱크(150)와 접하는 열전모듈(140)의 일측면은 발열면이 되어 제1 히트싱크(150)는 발열되어, 유입구(122)를 통해 유입된 공기는 제1 히트싱크(150)와 열교환되어 가열된 후 유출구(124)를 통해 빠져나간다.

본체(100)의 부품 수용부(120)의 외면에는 온(on)/오프(off)스위치(126)와, 열전모듈의 극성을 변환시키도록 하는 냉방(cold)/난방(hot)스위치(128)를 구비한다.

제어부(180)는 열전모듈(140), 송풍팬(170), 스위치(126, 128) 전기적으로 연결되어, 온 스위치 작동시 열전모듈(140)에 전원을 공급하고 또한 송풍팬(170)의 구동을 제어한다. 그리고, 제어부(180)는 냉방/난방 스위치 작동시 열전모듈(140)의 전원의 극성을 전환시켜 열전모듈의 흡열부의 발열부의 위치를 바꾸게 된다.

또한, 본체(100) 내부 특히 제2 히트싱크(160)에는 온도센서(164)가 구비되고 본체(100)의 외면에는 표시부(129)가 구비될 수 있다.

온도센서(164)는 제2 히트싱크(160)의 온도를 감지하여 제어부(180)로 온도정보를 보내고, 제어부(180)는 온도정보를 수신하여 설정된 온도범위를 넘어서는 경우 자동으로 전원을 차단하도록 한다. 또한 제어부(180)는 감지된 온도가 설정된 온도범위를 넘어서는 경우 전원 차단 전에 표시부(129)를 통해 냉수 채움 등의 표시(문자 또는 색깔 표시)등을 할 수 있어 사용자가 적절한 조취를 취하도록 할 수 있다.

본 발명은 초소형으로 구현되므로 전술한 바와 같이 냉방장치로 사용될 경우 물 수용부(110)에 얼음물과 같은 냉수를 넣으면 훨씬 차갑고 시원한 바람을 즉각적으로 더욱 오래 사용할 수 있게 된다. 그런데 물 수용부에 담겨진 물의 온도가 올라가는 경우 열교환 효율이 떨어지고 결국 냉방효과가 떨어지게 된다. 또한 본 발명은 초소형으로 구현되므로 본체(100)의 물 수용부(110)에 수용되는 물의 양이 한정되어 있다. 따라서, 상기 온도센서의 온도 정보에 의해 냉각효율이 떨어지는 상황을 인식하여 사용자에게 알람을 주고, 자동으로 전원을 차단할 수 있도록 한다.

한편, 본 발명은 전원공급부(190)를 구비하는데, 전원공급부(190)는 본체의 부품 수용부(120) 하부에 전원을 공급하기 위한 케이블(192)이 연결되는 전원단자(194)를 포함할 수 있고, 또한 부품 수용부(120) 하부에 수용되는 충전지(196)를 포함할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100. 본체 110. 물 수용부
120. 부품 수용부 122. 유입구
124. 유출구 130. 커버
140. 열전모듈 150. 제1 히트싱크
160. 제2 히트싱크 164. 온도센서
170. 송풍팬 180. 제어부

Claims (5)

1. 물이 담겨지는 물 수용부와 부품 수용부로 구획되며, 상기 부품 수용부 외면에 유입구와 유출구가 형성되는 본체;
   열전모듈;
   상기 열전모듈의 일측면에 부착되며, 상기 유입구와 유출구의 공기 이동경로 상에 돌출되게 설치되는 열교환핀을 구비하는 제1 히트싱크; 및,
   상기 열전모듈의 타측면에 부착되며, 상기 물 수용부를 향해 돌출되게 설치되어 상기 물 수용부에 수용된 물과 접촉하는 방열핀을 구비하는 제2 히트싱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 냉난방장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 물 수용부의 개방된 상단을 덮는 커버;
   상기 부품 수용부 내의 상기 유입구와 유출구의 공기 이동경로 상에 설치되어, 상기 유입구를 통해 공기를 유입시켜 상기 제1 히트싱크의 방열핀을 통해 열교환된 후 상기 유출구를 통해 빠져나가도록 하는 송풍팬; 및,
   상기 열전모듈에 전원을 공급하고 또한 상기 송풍팬의 구동을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 냉난방장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 부품 수용부의 외면에는 상기 제어부와 신호교환 가능하게 연결되는 온(on)/오프(off) 스위치와, 상기 제어부와 신호교환 가능하게 연결되어 상기 열전모듈의 극성을 변환시키도록 하는 냉방(cold)/난방(hot) 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 초소형 냉난방장치.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제2 히트싱크에는 상기 제어부와 신호교환 가능하게 연결되는 온도센서가 설치되고, 상기 제어부는 상기 온도센서의 온도정보를 수신하여 설정된 온도범위를 벗어나는 경우 자동으로 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 초소형 냉난방장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 물 수용부는 본체의 상부에, 상기 부품 수용부는 본체의 하부에 위치하되, 상기 물 수용부와 부품 수용부는 구획판에 의해 구획되며,
   상기 제2 히트싱크는 상기 구획판에 게재되어 물 수용부의 하단에 위치하는 것을 특징으로 하는 초소형 냉난방 장치.

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