WO2021251769A1 - 열전 냉각장치 및 이를 구비하는 냉수생성장치 - Google Patents

열전 냉각장치 및 이를 구비하는 냉수생성장치 Download PDF

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thermoelectric module
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이정환
김재만
용민철
김청래
장진혁
최영광
최진우
박성민
이영재
윤상진
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Definitions

  • the present invention relates to a thermoelectric cooling device having a thermoelectric module and a cold water generating device having the same, and more particularly, to a thermoelectric cooling device having excellent heat dissipation and cooling efficiency, and a cold water generating device having the same.
  • a cooling device used for cooling an object uses a conventional cooling cycle including a compressor, a condenser, and an evaporator, but recently, a cooling device using a thermoelectric module is also widely used for small-scale cooling.
  • thermoelectric cooling device is also used to generate cold water in a water purifier or chiller.
  • thermoelectric cooling device uses a phenomenon in which heat absorption and heat generation occur at the same time on both sides of the thermoelectric module by the Peltier effect. will do A plurality of heat dissipation fins are formed in the heat sink to promote heat dissipation by increasing the contact area with air. In addition, a cooling fan is installed in the heat sink to promote heat dissipation of the heat sink by blowing air to the heat sink.
  • the heat sink is configured to have a larger area than that of the thermoelectric module for smooth heat dissipation.
  • the heat sink is formed of a metal material with excellent thermal conductivity (eg, stainless steel, etc.) There was a limit to heat dissipation through the entire sink area.
  • Patent Document 1 KR2018-0119251 A
  • Patent Document 2 KR2014-0055418 A
  • the present invention has been devised to solve at least some of the problems of the prior art as described above, and a thermoelectric cooling device capable of improving the heat dissipation efficiency of a heat sink through a heat pipe and thus cooling efficiency through a thermoelectric module, and the same
  • An object of the present invention is to provide a chilled water generating device having.
  • Another object of the present invention is to provide a thermoelectric cooling device capable of sufficiently dissipating heat even through a peripheral portion including a corner area of a heat sink as an aspect, and a cold water generating device having the same.
  • Another object of the present invention is to provide a thermoelectric cooling device having a simple coupling structure between a heat pipe and a heat sink, and a cold water generating device having the same.
  • the present invention provides a thermoelectric module for performing cooling by applying electricity; a heat sink having a body having a contact surface on one side of the thermoelectric module and a plurality of heat dissipation fins formed on the other side of the body, the heat sink dissipating heat transferred from the heat generating side of the thermoelectric module; a heat pipe coupled to a seating groove formed on the contact surface of the heat sink and performing heat transfer through a working fluid accommodated therein; and a cooling fan for forming air flow to the heat sink, wherein the heat pipe has a plurality of corner extensions having a shape extending from a central portion of the heat sink where the thermoelectric module is installed to a corner area of the heat sink It provides a thermoelectric cooling device comprising a type heat pipe, wherein the seating groove has a shape corresponding to the shape of the corner extension type heat pipe.
  • each of the corner-extended heat pipes may extend from both sides of the central portion so that the ends of each of the corner-extended heat pipes reach the two corner regions of the heat sink.
  • the heat sink has a rectangular shape
  • the heat pipe includes at least two corner extension heat pipes so that the ends of the corner extension heat pipes are located in all four corner regions of the heat sink.
  • the corner area may correspond to the outermost four areas when the contact surface of the heat sink is divided into four horizontally and vertically respectively on a plane.
  • the heat pipe may further include a central heat pipe positioned between the two corner-extended heat pipes.
  • the width of the thermoelectric module may have a greater value than a center interval between the two corner-extended heat pipes.
  • the heat pipe may be configured such that a portion exposed to the outside of the heat sink in a state coupled to the seating groove has the same height as the contact surface.
  • the heat pipe may have a central portion corresponding to the central portion of the heat sink disposed in a direction perpendicular to the direction of gravity.
  • the present invention provides the above-described thermoelectric cooling device; and a tank body having a space for accommodating water therein and cooling the water accommodated therein by a cooling side of the thermoelectric module.
  • the tank body may include a first body made of synthetic resin and a second body made of metal, and the cooling side of the thermoelectric module may be configured to absorb heat from the second body.
  • the heat of the central portion of the heat sink in which the thermoelectric module is installed can be moved to the corner area of the heat sink through the heat pipe and the heat transferred to the corner area of the heat sink can be discharged. It is possible to obtain the effect that sufficient heat can be dissipated not only in the central part of the heat sink but also in the peripheral part including the corner area. Accordingly, it is possible to not only improve the heat dissipation efficiency of the heat sink, but also to lower the temperature of the heat generating side of the thermoelectric module, so that the cooling efficiency through the cooling side of the thermoelectric module can be improved.
  • the coupling structure between the heat pipe and the heat sink is simple and manufacturing is easy.
  • FIG. 1 is a perspective view of a cold water generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the cold water generator shown in FIG. 1 and a thermoelectric cooling device provided therein;
  • FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a heat pipe and a heat sink constituting the heat sink assembly of the thermoelectric cooling device shown in FIG. 2 ;
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a state in which the heat pipe shown in FIG. 3 is seated in a seating groove of the heat sink and coupled thereto.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 4;
  • Fig. 6 is a front view of the heat sink assembly shown in Fig. 4;
  • thermoelectric cooling device 7 is a front view showing a modified example of the heat sink assembly provided in the thermoelectric cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric cooling device 8 is a front view illustrating another modified example of a heat sink assembly provided in a thermoelectric cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a real photograph prepared for testing the heat sink assembly according to an embodiment of the present invention, (a) is a real photograph of the heat sink assembly shown in FIG. 7, (b) is FIGS. 3 to 6 A real photo of the heat sink assembly shown in .
  • FIG. 10 is a graph measuring the temperature change according to heat dissipation in the heat sink assembly (first embodiment) shown in FIG. 9 (a) and the heat sink in which a heat pipe is not installed (comparative example).
  • Second body 132 Fastening hole
  • Thermoelectric cooling unit 210 Thermoelectric module
  • thermoelectric cooling device 200 provided therein according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8 .
  • FIG. 1 is a perspective view of a cold water generating device 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the cold water generating device 100 shown in FIG. 1 and a thermoelectric cooling device 200 provided thereto
  • 3 is an exploded perspective view showing the heat pipe 240 and the heat sink 230 constituting the heat sink assembly 220 of the thermoelectric cooling device 200 shown in FIG. 2,
  • FIG. 4 is shown in FIG.
  • the heat pipe 240 is a perspective view showing a state in which the heat pipe 240 is seated and coupled to the seating grooves 235 and 237 of the heat sink 230
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA' of FIG. 4
  • FIG. 4 is a front view of the heat sink assembly 220 shown.
  • 7 and 8 are front views illustrating a modified example of the heat sink assembly 220 provided in the thermoelectric cooling device 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the cold water generating device 100 includes a tank body 110 for accommodating water therein, and a thermoelectric for cooling the water accommodated in the tank body 110 . It is configured to include a cooling device (200).
  • the tank body 110 has a space for storing water therein, and water filtered through a filter unit (not shown) can be accommodated in the inside of the tank body 110 .
  • the tank body 110 may have various shapes, but as an example, as shown in FIGS. 1 and 2 , the first body 120 and the first body 120 are combined with the first body 120 . It may be configured to include a second body 130 that forms an inner space together with.
  • the first body 120 may have an inlet port 121 through which water is introduced and an outlet port 122 through which cooled cold water is discharged, and the water introduced through the water inlet 121 and the tank body 110 inside.
  • a diaphragm 125 may be provided to prevent rapid mixing of the water accommodated in the .
  • the first body 120 may have a relatively larger volume than the second body 130 and may be formed of a synthetic resin material.
  • the second body 130 is connected to the cooling side of the thermoelectric module 210 to be described later so as to transfer heat so as to absorb heat from the second body 130 on the cooling side of the thermoelectric module 210, such as stainless steel. It may be formed of a metal material.
  • the first body 120 made of a synthetic resin material having a relatively large volume and the second body 130 made of a metal material having a relatively small volume, heat transfer between the cold water and the outside air is minimized to reduce the temperature of the cold water.
  • the configuration of the tank body 110 is not limited to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 , and may have various structures and shapes if cold water can be generated through the thermoelectric cooling device 200 .
  • the tank body 110 may have a known structure in which a heat conducting member thermally connected to the cooling side of the thermoelectric module 210 extends from the outside of the tank body 110 to the inside, and the upper part of the tank body It may have a known structure that the tank cover covers.
  • thermoelectric cooling device 200 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 8 .
  • the thermoelectric cooling device 200 may include a thermoelectric module 210 , a heat sink 230 , a heat pipe 240 , and a cooling fan 250 .
  • the thermoelectric module 210 , the heat sink 230 , and the cooling fan 250 have a configuration similar to that of the conventional thermoelectric cooling device 200 .
  • thermoelectric module (thermoelectric element) 210 performs cooling by applying electricity, and heat absorption and heat generation occur simultaneously on both sides of the thermoelectric module 210 by the Peltier effect, and the cooling side of the thermoelectric module 210 absorbs the heat of the object to be cooled in the heat dissipation through the heat generating side of the thermoelectric module (210).
  • the cooling side of the thermoelectric module 210 may be configured to be directly thermally connected to the second body 130 of the tank body 110 described above, but cooling for heat conduction between the cooling side of the thermoelectric module 210 and the object to be cooled
  • the block 260 may be disposed so that the second body 130 and the cooling side of the thermoelectric module 210 may be indirectly thermally connected by the cooling block 260 .
  • the bolt/nut coupling is achieved through the fastening hole 262 of the cooling block 260 and the fastening hole 132 of the second body 130 .
  • the structure in which the cooling side of the thermoelectric module 210 cools the water contained in the tank body 110 is not limited to the structures of FIGS. 1 and 2 , and as described above, the cooling side of the thermoelectric module 210 Various modifications are possible, such as a structure in which the heat-conducting member that is overheated is extended from the outside to the inside of the tank body 110 .
  • the heat sink 230 includes a body 231 having a contact surface 234 in contact with the heat generating side of the thermoelectric module 210 on one side, and a body 231 in order to improve heat dissipation performance by expanding the contact area with air.
  • a plurality of heat dissipation fins 233 formed on the other side of the may be provided.
  • the contact surface 234 of the heat sink 230 may be formed as a flat surface so as to be in close contact with the heating side of the thermoelectric module 210 .
  • the heat sink 230 is configured to have a larger area than that of the thermoelectric module 210 for smooth heat dissipation.
  • cooling fan 250 forms an air flow to the heat sink 230 , and may be installed on the heat radiation fin 233 to supply air to the heat radiation fin 233 of the heat sink 230 .
  • a plurality of cooling fans 250 may be installed on the heat dissipation fins 233 as shown in FIGS. 1 and 2 to blow air over a large area of the heat sink 230 .
  • the heat pipe 240 is coupled to the seating grooves 235 and 237 formed in the contact surface 234 of the heat sink 230 to configure the heat sink assembly 220 .
  • the heat pipe 240 is formed of a material such as aluminum having excellent thermal conductivity and has a tube shape with both ends closed.
  • the heat pipe 240 is composed of an evaporation unit and a condensing unit to transfer heat by using the latent heat of the working fluid accommodated therein. Since the heat pipe 240 is a known configuration, a detailed description thereof will be omitted.
  • the heat pipe 240 has a plurality of corner extensions having a shape extending from the central portion of the heat sink 230 where the thermoelectric module 210 is installed to the corner areas A1 , A2 , A3 and A4 of the heat sink 230 .
  • a type heat pipe 241 may be included. That is, the corner extension heat pipe 241 transfers heat from the central portion of the heat sink 230 to the corner regions A1, A2, A3, and A4 to lower the temperature of the central portion of the heat sink 230 and lower the corner region.
  • the temperature difference between the central portion of the heat sink 230 and the corner regions A1, A2, A3, and A4 may be reduced by increasing the temperatures of A1, A2, A3, and A4.
  • the heat sink 230 is formed of a metal material having excellent heat conduction (eg, aluminum, etc.), according to the prior art, the temperature of the central portion of the heat sink 230 in contact with the heat generating side of the thermoelectric module 210 is Very high and the temperature around the heat sink 230 is relatively low, so there is a limit to heat dissipation through the entire area of the heat sink 230, but in the case of an embodiment of the present invention, the corner area ( By allowing heat to be transferred to A1, A2, A3, and A4, sufficient heat can be dissipated not only through the central portion of the heat sink 230 but also through the corner areas A1, A2, A3, and A4.
  • a metal material having excellent heat conduction eg, aluminum, etc.
  • corner extended seating groove 235 in which the corner extended heat pipe 241 is installed may have a shape corresponding to the shape of the corner extended heat pipe 241 .
  • each of the corner extension heat pipes 241 may have a shape extending from one side of the central portion to the corner areas A1, A2, A3, A4, but through one corner extension heat pipe 241
  • Each of the corner extension heat pipes 241 extends from both sides of the central portion so as to transfer heat to the plurality of corner areas A1, A2, A3, and A4.
  • Both sides of one corner extension heat pipe 241 Each end HE may have a shape reaching the corner areas A1 , A2 , A3 , and A4 of the heat sink 230 . That is, one corner-extended heat pipe 241 may have a shape in which the end HE reaches two corner areas A1 , A2 , A3 , and A4 .
  • the heat pipe 240 has at least two corner extensions so that the end HE of the corner extension type heat pipe 241 is located in all four corner areas A1 , A2 , A3 , A4 of the heat sink 230 . It may be configured to include a type heat pipe (241). In this case, the corner-extended heat pipe 241 may have a symmetrical shape with respect to the center of the heat sink 230 .
  • the heat sink 230 may have a rectangular shape as shown in FIGS. 2 to 8 , and the corner areas A1 , A2 , A3 , and A4 of the heat sink 230 are shown in FIGS. 6 to 8 .
  • the contact surface 234 of the heat sink 230 when divided into quarters horizontally and vertically on a plane, it may be configured to correspond to the outermost four regions. Accordingly, the corner-extended heat pipe 241 transfers heat from the central portion of the heat sink 230 to a wide area corresponding to the periphery of the heat sink 230 to efficiently dissipate heat over the entire area of the heat sink 230 . can make it happen
  • the heat pipe 240 may further include a central heat pipe 242 positioned between the two corner-extended heat pipes 241 .
  • the central part heat pipe 242 may be installed to be seated in the central part seating groove 237 .
  • the central heat pipe 242 extends between the two corner extended heat pipes 241 from the central part of the heat sink 230 to transfer heat to an area where heat is not transmitted through the corner extended heat pipe 241 . can Therefore, in the case of additionally installing the central heat pipe 242 in the heat sink 230 portion between the two corner extension heat pipes 241, as shown in FIGS. 7 and 8 , the two corner extension type heat pipes 241 .
  • the heat dissipation effect of the heat sink 230 may be further improved.
  • a central portion corresponding to the central portion of the heat sink 230 may be disposed in a direction perpendicular to the direction of gravity.
  • gravity acts on the working fluid in the heat pipe 240 to easily move in the vertical direction, heat transfer efficiency can be increased compared to the case where the heat pipe 240 is installed in the horizontal direction.
  • the width W of the thermoelectric module 210 as shown in FIGS. 6 to 8 . may have a greater value than the center distance (D) between the two corner-extended heat pipes 241 .
  • the center distance D between the two corner-extended heat pipes 241 is within a range having a value smaller than the width W of the thermoelectric module 210. It may be configured to have a narrow interval as shown in 7 or may be configured to have a relatively wide interval compared to FIG. 7 as shown in FIG. 8 . In this case, the position of the fastening hole 232 for fixing the heat sink 230 may be adjusted so as not to overlap the corner extension type heat pipe 241 .
  • the heat pipe 240 may be formed of a pipe having a circular cross-section with both ends closed, and when installed in the seating grooves 235 and 237 in this state, the heat pipe 240 is the heat sink 230 ) of the contact surface 234 may protrude outward. In this way, when the heat pipe 240 protrudes, the contact between the heat generating side of the thermoelectric module 210 and the heat sink 230 is not made, so that heat is transferred from the heat generating side of the thermoelectric module 210 to the heat sink 230 . This will not be done Accordingly, the heat pipe 240 may be formed by pressing with a press so that the portion exposed to the outside of the heat sink 230 in the state coupled to the seating grooves 235 and 237 has the same height as the contact surface 234 .
  • seating grooves 235 and 237 corresponding to the shape of the heat pipe 240 are formed in the heat sink 230 through machining, and the heat pipe 240 of a circular cross section is formed.
  • the cross section of the heat pipe 240 can have a flat shape as shown in FIG. have.
  • the coupling structure of the heat pipe 240 and the heat sink 230 is simple, and the heat sink 230 and the heat pipe 240 are integrated by a pressing force, so that the heat sink assembly 220 can be easily manufactured. .
  • thermoelectric module 210 since the heat pipe 240 can directly contact the heat generating side of the thermoelectric module 210 , heat generated from the thermoelectric module 210 can be more easily transferred to the peripheral portion of the heat sink 230 . In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to significantly improve the heat dissipation efficiency of the heat sink 230 while maintaining the shape of the conventional heat sink 230 .
  • thermoelectric cooling device 200 Next, the cooling performance of the cold water generator 100 and the thermoelectric cooling device 200 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10 .
  • FIG. 9 is a real photograph produced for testing the heat sink assembly 220 according to an embodiment of the present invention, (a) is provided with two corner-extended heat pipes 241 as shown in FIG. 7 . is a real photograph of the heat sink assembly 220, (b) is a heat in which the central heat pipe 242 is installed between the two corner-extended heat pipes 241 as shown in FIGS. 3 to 6 It is a real photograph of the sink assembly 220, and FIG. 10 is a comparison of the heat sink assembly 220 (first embodiment) shown in FIG. 9 (a) and the heat sink 230 in which the heat pipe 240 is not installed.
  • Example) is a graph measuring the temperature change according to heat dissipation.
  • a test was performed using the cold water generator (purifier) 100, a mass-produced product of the present applicant, under the same conditions for the rest of the configuration.
  • a heat sink assembly 220 having two corner-extended heat pipes 241 in the heat sink 230 was used as shown in FIG. 9( a ).
  • thermoelectric module 210 is operated to change the temperature of each area of the heat sink 230 was measured.
  • the maximum temperature of the central portion of the heat sink 230 was 57.9° C., but in the case of the first embodiment in which the heat pipe 240 was installed, the heat pipe 240 .
  • the maximum temperature of the central portion of the heat sink 230 was reduced by approximately 4 °C to 54.0 °C.
  • the maximum temperature of the upper left, upper right, lower left, and lower right corner regions A1, A2, A3, and A4 of the heat sink 230 is 45.4° C., respectively. , 44.8 °C, 44.9 °C, 45.0 °C, but in the case of the first embodiment in which the heat pipe 240 is installed, the highest temperature of the upper left, upper right, lower left, and lower right corner areas (A1, A2, A3, A4) is The temperature rose to 47.1 °C, 47.0 °C, 45.7 °C, and 45.7 °C, respectively.
  • the upper temperature of the heat sink 230 is increased by about 2°C and the lower temperature is about 1°C compared to the comparative example in which the heat pipe 240 is not installed. somewhat increased.
  • the temperature of the central portion of the heat sink 230 in which the thermoelectric module 210 is installed is decreased and the temperature of the corner regions A1, A2, A3, and A4 is increased. Therefore, it was confirmed that an efficient heat dissipation effect could be implemented over the entire area of the heat sink 230 .
  • the 'first cooling cycle start time (completion time)' which is the time the thermoelectric module 210 was additionally operated for 30 minutes after reaching the cold water temperature of 6.5° C.
  • the first cooling cycle after 220 minutes was completed
  • the first cooling cycle was completed after 173 minutes which was faster than the first embodiment, but in the case of the comparative example in which the heat pipe 240 was not installed, the heat dissipation of the heat sink 230 was not sufficient.
  • the cold water temperature did not reach 6.5° C. until 220 minutes elapsed, which is the completion time of the first cooling cycle of the example.
  • the number of remaining extracts of 10 ° C or less cold water is 5 cups
  • the first and second examples in which the heat pipe 240 is installed It can be seen that the number is smaller than 6 cups and the average temperature is higher (for reference, the cold water temperature of the first cup has a higher value than the second cup due to the remaining water in the cold water extraction path).
  • the first cycle start time was faster than that of the first embodiment, so that the heat dissipation performance of the heat sink 230 was superior to that of the first embodiment.
  • the number of remaining extracts of 10 ° C or less cold water was the same as 6 cups, and the average temperature of 10 ° C or less cold water was also similar, so it was confirmed that the cooling performance during continuous extraction was also similar.

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Abstract

전기인가에 의해 냉각을 수행하는 열전모듈; 상기 열전모듈의 발열측에 접촉하는 접촉면을 일측에 갖는 몸체와, 상기 몸체의 타측에 형성된 복수의 방열핀을 구비하며, 상기 열전모듈의 발열측으로부터 전달된 열을 방출하는 히트싱크; 상기 히트싱크의 상기 접촉면에 형성된 안착홈에 결합되며, 내부에 수용된 작동유체를 통해 열전달을 수행하는 히트파이프; 및 상기 히트싱크로의 공기유동을 형성하는 냉각팬;을 포함하며, 상기 히트파이프는 상기 열전모듈이 설치되는 상기 히트싱크의 중앙부분으로부터 상기 히트싱크의 코너 영역로 연장되는 형상을 갖는 복수의 코너연장형 히트파이프를 포함하고, 상기 안착홈은 상기 코너연장형 히트파이프의 형상에 대응하는 형상을 갖는 열전 냉각장치가 제공된다.

Description

열전 냉각장치 및 이를 구비하는 냉수생성장치
본 발명은 열전모듈을 구비하는 열전 냉각장치 및 이를 구비하는 냉수생성장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방열 및 냉각효율이 우수한 열전 냉각장치 및 이를 구비하는 냉수생성장치에 관한 것이다.
물체의 냉각을 위하여 사용되는 냉각장치는 압축기, 응축기 및 증발기를 포함하는 전통적인 냉각사이클을 사용하기도 하지만, 최근에는 소규모의 냉각을 위하여 열전모듈을 이용한 냉각장치도 많이 사용하고 있다.
이러한 열전 냉각장치는 정수기나 냉수기에서 냉수 생성을 위해 사용되기도 한다.
통상적인 열전 냉각장치는 펠티에 효과에 의해 열전모듈의 양측에서 흡열과 발열이 동시에 일어나는 현상을 이용하여 열전모듈의 냉각측에 냉각대상물을 배치하고 발열측에 방열을 위한 히트싱크(방열부재)를 설치하게 된다. 히트싱크에는 공기와의 접촉면적을 증가시켜 방열을 촉진하기 위하여 다수의 방열핀이 형성된다. 또한, 히트싱크에는 냉각팬이 설치되어 히트싱크로의 송풍을 통하여 히트싱크의 방열을 촉진하도록 구성된다.
이때, 히트싱크는 원활한 방열을 위하여 열전모듈의 면적에 비해 큰 면적을 갖도록 구성된다. 히트싱크는 열전도가 우수한 금속재질(예를 들어, 스테인레스 스틸 등)로 형성되기는 하지만, 열전모듈의 발열측과 접촉하는 히트싱크 중앙부분의 온도가 매우 높고 히트싱크 외곽부분의 온도는 상대적으로 낮아 히트싱크 전체 면적을 통한 방열에는 한계가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 특허공개 제2018-0119251호나 본 출원인이 출원한 특허공개 제2014-0055418호 등에서는 히트파이프를 이용한 방열구조가 제안된 바 있다. 히트파이프는 증발부와 응축부로 구성되어 작동유체의 잠열을 이용하여 열을 전달하게 된다.
그러나, 상기한 종래기술의 경우에는 히트파이프를 이용하여 방열효율을 개선하고자 하지만, 히트파이프 설치 구조가 매우 복잡하고 제조가 용이하지 않다는 문제점이 있다. 더욱이, 종래기술의 경우에는 통상의 열전 냉각장치에 구비되는 히트 싱크의 구조를 상당 부분 변경할 필요가 있다.
(특허문헌 1) KR2018-0119251 A
(특허문헌 2) KR2014-0055418 A
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 히트파이프를 통하여 히트싱크의 방열효율을 개선하고 이에 따라 열전모듈을 통한 냉각효율을 개선할 수 있는 열전 냉각장치 및 이를 구비하는 냉수생성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 일 측면으로서 히트싱크의 코너 영역을 포함한 주변부를 통해서도 충분한 방열이 이루어질 수 있는 열전 냉각장치 및 이를 구비하는 냉수생성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 일 측면으로서, 히트파이프와 히트싱크의 결합구조가 간단한 열전 냉각장치 및 이를 구비하는 냉수생성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은, 전기인가에 의해 냉각을 수행하는 열전모듈; 상기 열전모듈의 발열측에 접촉하는 접촉면을 일측에 갖는 몸체와, 상기 몸체의 타측에 형성된 복수의 방열핀을 구비하며, 상기 열전모듈의 발열측으로부터 전달된 열을 방출하는 히트싱크; 상기 히트싱크의 상기 접촉면에 형성된 안착홈에 결합되며, 내부에 수용된 작동유체를 통해 열전달을 수행하는 히트파이프; 및 상기 히트싱크로의 공기유동을 형성하는 냉각팬;을 포함하며, 상기 히트파이프는 상기 열전모듈이 설치되는 상기 히트싱크의 중앙부분으로부터 상기 히트싱크의 코너 영역로 연장되는 형상을 갖는 복수의 코너연장형 히트파이프를 포함하고, 상기 안착홈은 상기 코너연장형 히트파이프의 형상에 대응하는 형상을 갖는 열전 냉각장치를 제공한다.
이때, 각각의 상기 코너연장형 히트파이프는 중앙부분의 양측으로부터 각각 연장되어 각각의 상기 코너연장형 히트파이프의 단부가 상기 히트싱크의 2개의 코너 영역에 도달하는 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 히트싱크는 사각 형상으로 이루어지며, 상기 히트파이프는 상기 코너연장형 히트파이프의 단부가 상기 히트싱크의 4개의 코너 영역에 모두 위치하도록 적어도 2개의 상기 코너연장형 히트파이프를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 코너 영역은 상기 히트싱크의 상기 접촉면을 평면 상에서 가로와 세로로 각각 4등분하였을 때 최외곽 4개의 영역에 대응할 수 있다.
또한, 상기 히트파이프는 2개의 상기 코너연장형 히트파이프 사이에 위치하는 중앙부 히트파이프를 추가로 구비할 수 있다.
그리고, 상기 열전모듈의 폭은 2개의 상기 코너연장형 히트파이프 사이의 중심부 간격보다 큰 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 히트파이프는 상기 안착홈에 결합된 상태에서 상기 히트싱크의 외부에 노출되는 부분이 상기 접촉면과 동일한 높이를 갖도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 히트파이프는 상기 히트싱크의 중앙부분에 대응하는 중앙부가 중력방향에 대해 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
다른 측면으로서, 본 발명은 전술한 열전 냉각장치; 및 내부에 물을 수용하는 공간이 형성되며, 상기 열전모듈의 냉각측에 의해 내부에 수용된 물의 냉각이 이루어지는 탱크본체;를 포함하는 냉수생성장치를 제공한다.
이때, 상기 탱크본체는 합성수지 재질의 제1 몸체와 금속 재질의 제2 몸체를 구비하며, 상기 열전모듈의 냉각측은 상기 제2 몸체로부터 열을 흡수하도록 구성될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 히트파이프를 통하여 열전모듈이 설치된 히트싱크 중앙부분의 열을 히트싱크의 코너 영역으로 이동시키고 히트싱크의 코너 영역으로 전달된 열을 방출할 수 있으므로 히트싱크의 중앙부분뿐만 아니라 코너 영역을 포함한 주변부에서도 충분한 방열이 이루어질 수 있다는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 히트싱크의 방열효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 열전모듈의 발열측의 온도를 낮출 수 있어서 열전모듈의 냉각측을 통한 냉각효율을 향상시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 히트싱크에 안착홈을 형성하고 안착홈에 히트파이프를 설치함으로써 히트파이프와 히트싱크의 결합구조가 간단하고 제조가 용이하다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 냉수생성장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 냉수생성장치 및 이에 구비되는 열전 냉각장치의 분해 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 열전 냉각장치의 히트싱크 조립체를 구성하는 히트파이프와 히트싱크를 분해하여 도시한 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 히트파이프가 히트싱크의 안착홈에 안착되어 결합된 상태를 도시한 사시도.
도 5는 도 4의 A-A' 선에 따른 단면도.
도 6은 도 4에 도시된 히트싱크 조립체의 정면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 냉각장치에 구비되는 히트싱크 조립체의 변형예를 도시한 정면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 냉각장치에 구비되는 히트싱크 조립체의 다른 변형예를 도시한 정면도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 히트싱크 조립체의 시험을 위하여 제작한 실물사진으로서, (a)는 도 7에 도시된 히트싱크 조립체의 실물사진이고, (b)는 도 3 내지 도 6에 도시된 히트싱크 조립체의 실물사진.
도 10은 도 9(a)에 도시된 히트싱크 조립체(제1 실시예)와 히트파이프가 설치되지 않은 히트싱크(비교예)에서의 방열에 따른 온도변화를 측정한 그래프.
* 부호의 설명 *
100... 냉수생성장치 110... 탱크본체
120... 제1 몸체 121... 입수구
122... 출수구 125... 격판
130... 제2 몸체 132... 체결홀
200... 열전 냉각장치 210... 열전모듈
220... 히트싱크 조립체 230... 히트싱크
231... 몸체 232... 체결홀
233... 방열핀 234... 접촉면
235... 코너연장형 안착홈 237... 중앙부 안착홈
240... 히트파이프 241... 코너연장형 히트파이프
242... 중앙부 히트파이프 250... 냉각팬
260... 냉각블록 262... 체결홀
A1, A2, A3, A4... 코너 영역 D... 히트파이프 사이의 간격
HE... 히트파이프 단부 W... 열전모듈 폭
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소 또는 대응하는 구성요소를 지칭하는 것으로 한다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 냉수생성장치(100) 및 이에 구비되는 열전 냉각장치(200)에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 냉수생성장치(100)의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 냉수생성장치(100) 및 이에 구비되는 열전 냉각장치(200)의 분해 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 열전 냉각장치(200)의 히트싱크 조립체(220)를 구성하는 히트파이프(240)와 히트싱크(230)를 분해하여 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 히트파이프(240)가 히트싱크(230)의 안착홈(235, 237)에 안착되어 결합된 상태를 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 A-A' 선에 따른 단면도이며, 도 6은 도 4에 도시된 히트싱크 조립체(220)의 정면도이다. 또한, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 냉각장치(200)에 구비되는 히트싱크 조립체(220)의 변형예를 도시한 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 냉수생성장치(100)는 내부에 물을 수용하는 탱크본체(110)와, 탱크본체(110)에 수용된 물을 냉각하기 위한 열전 냉각장치(200)를 포함하여 구성된다.
탱크본체(110)는 내부에 물을 저장하는 공간이 형성되며, 탱크본체(110)의 내부에는 필터부(미도시)를 통하여 여과된 물이 수용될 수 있다.
이러한 탱크본체(110)는 다양한 형태를 이룰 수 있으나, 일 예로서 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 제1 몸체(120)와, 제1 몸체(120)에 합형되어 제1 몸체(120)와 함께 내부공간을 형성하는 제2 몸체(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 제1 몸체(120)는 물이 유입되는 입수구(121)와 냉각된 냉수가 배출되는 출수구(122)를 구비할 수 있으며, 입수구(121)를 통해 유입되는 물과 탱크본체(110) 내부에 수용된 물의 급격한 혼합을 방지하기 위한 격판(125)이 구비될 수 있다.
또한, 제1 몸체(120)는 제2 몸체(130)보다 상대적으로 큰 부피를 갖고 합성수지 재질로 형성될 수 있다. 또한, 제2 몸체(130)는 후술하는 열전모듈(210)의 냉각측과 열전달 가능하도록 연결되어 열전모듈(210)의 냉각측에서 제2 몸체(130)로부터 열을 흡수하도록 있도록 스테인레스 스틸과 같은 금속재질로 형성될 수 있다. 이 경우 상대적으로 큰 부피를 갖는 합성수지 재질의 제1 몸체(120)와 상대적으로 작은 부피를 갖는 금속재질의 제2 몸체(130)를 통해 냉수가 저장된 동안에 냉수와 외기 사이의 열전달을 최소화하여 냉수 온도의 상승을 감소시킴과 동시에, 금속재질의 제2 몸체(130)를 통해 탱크본체(110)의 내부에 수용된 물을 직접 냉각할 수 있게 된다.
다만, 탱크본체(110)의 구성은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에로 한정되는 것은 아니며, 열전 냉각장치(200)를 통해 냉수 생성이 가능하다면 다양한 구조와 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 탱크본체(110)는 열전모듈(210)의 냉각측과 열적으로 연결된 열전도부재가 탱크본체(110)의 외부에서 내부로 연장되는 공지의 구조를 가질 수도 있으며, 탱크몸체의 상부를 탱크커버가 덮는 공지의 구조를 가질 수도 있다.
다음으로 도 2 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 냉각장치(200)에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 열전 냉각장치(200)는 열전모듈(210), 히트싱크(230), 히트파이프(240) 및 냉각팬(250)을 포함하여 구성될 수 있다. 이 중에서 열전모듈(210), 히트싱크(230) 및 냉각팬(250)은 통상적인 열전 냉각장치(200)와 유사한 구성을 갖는다.
열전모듈(열전소자, thermoelectric element)(210)은 전기 인가에 의해 냉각을 수행하게 되며, 펠티에 효과에 의해 열전모듈(210)의 양측에 흡열과 발열이 동시에 일어나며, 열전모듈(210)의 냉각측에서 냉각대상물의 열을 흡수하여 열전모듈(210)의 발열측으로 통해 열을 방출하게 된다.
열전모듈(210)의 냉각측에는 전술한 탱크본체(110)의 제2 몸체(130)가 직접 열적으로 연결되도록 구성될 수 있으나, 열전모듈(210)의 냉각측과 냉각대상물 사이에 열전도를 위한 냉각블록(260)이 배치되어 제2 몸체(130)와 열전모듈(210)의 냉각측이 냉각블록(260)에 의해 간접적으로 열적으로 연결될 수도 있다. 이때, 냉각블록(260)을 제2 몸체(130)에 연결하기 위하여 냉각블록(260)의 체결홀(262)과 제2 몸체(130)의 체결홀(132)를 통해 볼트/너트 결합이 이루질 수 있다. 한편, 열전모듈(210)의 냉각측이 탱크본체(110) 내부에 수용된 물을 냉각하는 구조는 도 1 및 도 2의 구조로 한정되는 것은 아니며, 전술한 바와 같이 열전모듈(210)의 냉각측과 열적으로 연결된 열전도부재가 탱크본체(110)의 외부에서 내부로 연장되는 구조 등 다양한 변경이 가능하다.
히트싱크(230)는 열전모듈(210)의 발열측에 접촉하는 접촉면(234)을 일측에 갖는 몸체(231)와, 공기와의 접촉면적 확장을 통한 방열성능 향상을 구현하기 위하여 몸체(231)의 타측에 형성된 복수의 방열핀(233)을 구비할 수 있다. 히트싱크(230)의 접촉면(234)은 열전모듈(210)의 발열측과 긴밀하게 접촉할 수 있도록 평면으로 이루어질 수 있다. 또한, 히트싱크(230)는 원활한 방열을 위하여 열전모듈(210)의 면적에 비해 큰 면적을 갖도록 구성된다.
그리고, 냉각팬(250)은 히트싱크(230)로의 공기유동을 형성하게 되며, 히트싱크(230)의 방열핀(233)에 공기를 공급하도록 방열핀(233) 상에 설치될 수 있다. 또한, 히트싱크(230)의 넓은 면적에 송풍이 이루어질 수 있도록 냉각팬(250)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 방열핀(233) 상에 복수개 설치될 수 있다.
히트파이프(240)는 히트싱크(230)의 접촉면(234)에 형성된 안착홈(235, 237)에 결합되어 히트싱크 조립체(220)를 구성하게 된다. 히트파이프(240)는 열전도 성능이 우수한 알루미늄 등의 재질로 형성되며 양단이 폐쇄된 튜브 형상을 갖는다. 히트파이프(240)는 증발부와 응축부로 구성되어 내부에 수용된 작동유체의 잠열을 이용하여 열을 전달하게 된다. 이러한 히트파이프(240)는 공지된 구성이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
히트파이프(240)는 열전모듈(210)이 설치되는 히트싱크(230)의 중앙부분으로부터 히트싱크(230)의 코너 영역(A1, A2, A3, A4)로 연장되는 형상을 갖는 복수의 코너연장형 히트파이프(241)를 포함할 수 있다. 즉, 코너연장형 히트파이프(241)는 히트싱크(230)의 중앙부분으로부터 코너 영역(A1, A2, A3, A4)으로 열을 전달하여 히트싱크(230)의 중앙부분의 온도를 낮추고 코너 영역(A1, A2, A3, A4)의 온도를 높여 히트싱크(230)의 중앙부분과 코너 영역(A1, A2, A3, A4) 사이의 온도 차이를 줄일 수 있다.
히트싱크(230)는 열전도가 우수한 금속재질(예를 들어, 알루미늄 등)로 형성되기는 하지만, 종래기술에 의한 경우 열전모듈(210)의 발열측과 접촉하는 히트싱크(230) 중앙부분의 온도가 매우 높고 히트싱크(230) 주변부의 온도는 상대적으로 낮아 히트싱크(230) 전체 면적을 통한 방열에는 한계가 있었지만, 본 발명의 일 실시예에 의한 경우 코너연장형 히트파이프(241)로 코너 영역(A1, A2, A3, A4)으로 열전달이 이루어지도록 함으로써 히트싱크(230)의 중앙부분뿐만 아니라 코너 영역(A1, A2, A3, A4)을 통해서도 충분한 방열이 이루어질 수 있게 된다.
또한, 코너연장형 히트파이프(241)가 설치되는 코너연장형 안착홈(235)은 코너연장형 히트파이프(241)의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다.
그리고, 각각의 코너연장형 히트파이프(241)는 중앙부분의 일측에서 코너 영역(A1, A2, A3, A4)까지 연장되는 형태를 가질 수 있으나, 하나의 코너연장형 히트파이프(241)를 통해 복수의 코너 영역(A1, A2, A3, A4)으로 열을 전달할 수 있도록 각각의 코너연장형 히트파이프(241)는 중앙부분의 양측으로부터 각각 연장되어 하나의 코너연장형 히트파이프(241)의 양측 단부(HE)가 각각 히트싱크(230)의 코너 영역(A1, A2, A3, A4)에 도달하는 형상을 가질 수 있다. 즉, 하나의 코너연장형 히트파이프(241)는 그 단부(HE)가 2개의 코너 영역(A1, A2, A3, A4)에 도달하는 형상을 가질 수 있다.
또한, 히트파이프(240)는 코너연장형 히트파이프(241)의 단부(HE)가 히트싱크(230)의 4개의 코너 영역(A1, A2, A3, A4)에 모두 위치하도록 적어도 2개의 코너연장형 히트파이프(241)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 코너연장형 히트파이프(241)는 히트싱크(230)의 중앙을 기준으로 대칭되는 형상을 가질 수 있다.
한편, 히트싱크(230)는 도 2 내지 도 8에 도시된 바와 같이 사각 형상으로 이루어질 수 있으며, 히트싱크(230)의 코너 영역(A1, A2, A3, A4)은 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 히트싱크(230)의 접촉면(234)을 평면 상에서 가로와 세로로 각각 4등분하였을 때 최외곽 4개의 영역에 대응하도록 구성될 수 있다. 따라서, 코너연장형 히트파이프(241)는 히트싱크(230)의 중앙부분의 열을 히트싱크(230)의 주변부에 해당하는 넓은 영역으로 전달하여 히트싱크(230)의 전체영역에 걸쳐 효율적인 방열이 이루어지도록 할 수 있다.
그리고, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 히트파이프(240)는 2개의 코너연장형 히트파이프(241) 사이에 위치하는 중앙부 히트파이프(242)를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 중앙부 히트파이프(242)는 중앙부 안착홈(237)에 안착되도록 설치될 수 있다. 중앙부 히트파이프(242)는 히트싱크(230)의 중앙부분으로부터 2개의 코너연장형 히트파이프(241) 사이에서 연장되어 코너연장형 히트파이프(241)를 통하여 열이 전달되지 않는 영역에 열을 전달할 수 있다. 따라서, 2개의 코너연장형 히트파이프(241) 사이의 히트싱크(230) 부분에 중앙부 히트파이프(242)를 추가로 설치하는 경우에는, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 2개의 코너연장형 히트파이프(241)만을 설치한 경우에 비해 히트싱크(230)의 방열효과가 더욱 개선될 수 있다.
이때, 도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 히트파이프(240)는 히트싱크(230)의 중앙부분에 대응하는 중앙부가 중력방향에 대해 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 이 경우 히트파이프(240) 내의 작동유체에 중력이 작용하여 수직방향으로 쉽게 이동할 수 있으므로, 히트파이프(240)가 수평방향으로 설치되는 경우에 비해 열전달 효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 열전모듈(210)의 발열측에서 발생한 열을 히트싱크(230)의 주변부로 효율적으로 전달할 수 있도록 하기 위하여, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 열전모듈(210)의 폭(W)은 2개의 코너연장형 히트파이프(241) 사이의 중심부 간격(D)보다 큰 값을 가질 수 있다.
한편, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 2개의 코너연장형 히트파이프(241) 사이의 중심부 간격(D)은 열전모듈(210)의 폭(W)보다 작은 값을 갖는 범위 내에서 도 7에 도시된 바와 같이 좁은 간격을 갖도록 구성될 수도 있고 도 8에 도시된 바와 같이 도 7에 비해 상대적으로 넓은 간격을 갖도록 구성될 수도 있다. 이때, 히트싱크(230)의 고정을 위한 체결홀(232)은 코너연장형 히트파이프(241)와 중첩되지 않도록 위치가 조정될 수 있다.
도 3을 참조하면, 히트파이프(240)는 양단이 폐쇄된 원형단면의 파이프로 이루어질 수 있으며, 이 상태에서 안착홈(235, 237)에 설치되는 경우에는 히트파이프(240)가 히트싱크(230)의 접촉면(234) 외측으로 돌출될 수 있다. 이와 같이, 히트파이프(240)가 돌출되는 경우에는 열전모듈(210)의 발열측과 히트싱크(230) 사이의 접촉이 이루어지지 않아 열전모듈(210)의 발열측으로부터 히트싱크(230)로의 열전달이 이루어지지 않게 된다. 따라서, 히트파이프(240)는 안착홈(235, 237)에 결합된 상태에서 히트싱크(230)의 외부에 노출되는 부분이 접촉면(234)과 동일한 높이를 갖도록 프레스로 가압되어 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기계가공을 통하여 히트싱크(230)에 히트파이프(240)의 형상에 대응하는 안착홈(235, 237)을 형성하고, 원형단면의 히트파이프(240)를 히트싱크(230)의 안착홈(235, 237)에 안착시킨 상태에서 프레스에 가압하는 간단한 작업을 통하여, 도 5에 도시된 바와 같이 히트파이프(240)의 단면이 평평한 형상을 갖게 할 수 있다. 또한, 히트파이프(240)와 히트싱크(230)의 결합구조가 간단하고 가압력에 의해 히트싱크(230)와 히트파이프(240)의 일체화가 이루어져 히트싱크 조립체(220)를 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 히트파이프(240)가 열전모듈(210)의 발열측과 직접 접촉할 수 있으므로 열전모듈(210)에서 발생한 열을 히트싱크(230)의 주변부로 보다 용이하게 전달할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 종래의 히트싱크(230)의 형상을 유지하면서도 히트싱크(230)의 방열효율을 크게 개선할 수 있게 된다.
다음으로, 도 9 및 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 냉수생성장치(100) 및 열전 냉각장치(200)의 냉각성능에 대해 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 히트싱크 조립체(220)의 시험을 위하여 제작한 실물사진으로서, (a)는 도 7에 도시된 바와 같이 2개의 코너연장형 히트파이프(241)를 구비하는 히트싱크 조립체(220)의 실물사진이고, (b)는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 2개의 코너연장형 히트파이프(241)와 그 사이에 중앙부 히트파이프(242)가 설치되는 히트싱크 조립체(220)의 실물사진이며, 도 10은 도 9(a)에 도시된 히트싱크 조립체(220)(제1 실시예)와 히트파이프(240)가 설치되지 않은 히트싱크(230)(비교예)에서의 방열에 따른 온도변화를 측정한 그래프이다.
히트싱크(230)에 히트파이프(240)를 설치하지 않은 경우(비교예)와 히트싱크(230)에 히트파이프(240)를 설치하는 경우(제1 실시예)의 히트싱크(230)의 방열성능을 비교하기 위하여 나머지 구성을 동일한 조건으로 하여 본 출원인의 양산제품인 냉수생성장치(정수기)(100)를 이용하여 테스트를 수행하였다. 제1 실시예의 경우 도 9(a)에 도시된 바와 같이 히트싱크(230)에 2개의 코너연장형 히트파이프(241)를 구비하는 히트싱크 조립체(220)를 사용하였다.
양자에 대하여 외기온도 35℃, 상대습도 65%의 조건에서 30℃의 물을 탱크본체(110)에 동일한 양을 주입한 후 열전모듈(210)을 작동시켜 히트싱크(230)의 영역별 온도변화를 측정하였다.
도 10을 참조하면, 히트파이프(240)를 설치하지 않은 비교예의 경우 히트싱크(230) 중앙부의 최고온도가 57.9℃이었으나, 히트파이프(240)를 설치한 제1 실시예의 경우 히트파이프(240)를 설치하지 않은 비교예와 비교할 때 히트싱크(230) 중앙부의 최고온도가 54.0℃로 대략 4℃ 정도 감소하였다.
반면에, 히트파이프(240)를 설치하지 않은 비교예의 경우 히트싱크(230)의 좌상측, 우상측, 좌하측, 우하측 코너 영역(A1, A2, A3, A4)의 최고 온도는 각각 45.4℃, 44.8℃, 44.9℃, 45.0℃였으나, 히트파이프(240)를 설치한 제1 실시예의 경우 좌상측, 우상측, 좌하측, 우하측 코너 영역(A1, A2, A3, A4)의 최고 온도는 각각 47.1℃, 47.0℃, 45.7℃, 45.7℃로 상승하였다. 즉, 히트파이프(240)를 설치한 제1 실시예의 경우 히트파이프(240)를 설치하지 않은 비교예와 비교할 때 히트싱크(230)의 상측 온도가 대략 2℃ 정도 상승하였고 하측 온도가 대략 1℃ 정도 상승하였다.
이와 같이, 히트파이프(240)를 설치한 제1 실시예의 경우 열전모듈(210)이 설치된 히트싱크(230) 중앙부분의 온도가 하강하고 코너 영역(A1, A2, A3, A4)의 온도가 상승하였으며, 따라서 히트싱크(230)의 전체 영역에 걸쳐 효율적인 방열효과를 구현할 수 있음을 확인할 수 있었다.
한편, 히트파이프(240)를 설치하지 않은 비교예와, 도 9(a)에 도시된 바와 같이 히트싱크(230)에 2개의 코너연장형 히트파이프(241)를 설치한 히트싱크 조립체(220)를 사용한 제1 실시예와, 도 9(b)에 도시된 바와 같이 히트싱크(230)에 2개의 코너연장형 히트파이프(241)와 1개의 중앙부 히트파이프(242)를 설치한 히트싱크 조립체(220)를 사용한 제2 실시예에 대하여 냉수 추출성능에 대해 테스트를 수행하였다.
본 출원인의 양산제품인 냉수생성장치(100)(정수기)를 이용하여 히트파이프(240)를 제외한 다른 구성을 동일한 조건으로 하고 매우 더운 지역에서의 냉수생성장치(100)의 냉각성능을 확인하기 위하여 도 10의 테스트보다 극한 조건인 외기온도 40℃의 조건에서 35℃의 물을 탱크본체(110)에 동일한 양을 주입하고 냉각을 수행하였다. 냉수온도 6.5℃ 도달 후 30분 동안 추가로 열전모듈(210)을 가동한 시간인 '첫 냉각사이클 기동시간(완료시간)'을 측정한 결과, 제1 실시예는 220분 경과 후 첫 냉각사이클이 완료되었고, 제2 실시예의 경우 제1 실시예보다 빠른 173분 경과 후 첫 냉각사이클이 완료되었으나, 히트파이프(240)를 설치하지 않은 비교예의 경우 히트싱크(230)의 방열이 충분하지 않아 제1 실시예의 첫 냉각사이클 완료시점인 220분 경과시점까지 냉수온도 6.5℃에 도달하지 못하였다.
또한, 비교예, 제1 실시예 및 제2 실시예에 대하여 120ml의 냉수를 연속 추출한 경우 10℃ 이하의 냉수의 추출이 가능한 잔의 수와 각 잔의 온도를 측정한 결과 하기의 대비표와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 이때, 비교예와 제1 실시예에 대해서는 제1 실시예의 첫 냉각사이클이 완료시점인 220분 경과 시점에서, 그리고 제2 실시예에 대해서는 제2 실시예의 첫 냉각사이클이 완료시점인 173분 경과시점에서 120ml의 냉수를 연속 추출하였다.
하기 대비표에서 확인할 수 있는 바와 같이, 히트파이프(240)를 설치하지 않은 비교예의 경우 10℃ 이하 냉수의 추출 잔 수는 5잔으로서, 히트파이프(240)를 설치한 제1 및 제2 실시예의 6잔보다 그 수가 작고, 평균온도도 높음을 확인할 수 있다(참고로, 첫번째 잔의 냉수온도는 냉수추출유로에 잔류하는 물로 인해 두번째 잔보다 높은 값을 가짐).
또한, 제2 실시예의 경우 첫 사이클 기동시간이 제1 실시예보다 빨라 제1 실시예에 비해 히트싱크(230)의 방열성능이 우수함을 확인할 수 있었다. 또한, 제1 실시예와 제2 실시예의 경우 10℃ 이하 냉수의 추출 잔 수가 6잔으로 동일하며, 10℃ 이하 냉수의 평균온도도 유사하므로 연속추출시의 냉각 성능도 유사함을 확인할 수 있었다.
[방열성능 및 냉각성능의 대비표]
구분 비교예 제1실시예 제2실시예
첫 사이클 가동시간 -(6.5℃ 도달 않음) 220분 173분
120ml 추출 시 각 잔의 냉수온도(℃) 8.2, 6.8, 7.0, 7.8, 9.3, 11.7 7.3, 5.5, 5.4, 6.0, 7.0, 9.2, 11.8 7.8, 5.9, 5.9, 6.4, 7.1, 9.6, 12.2
10℃이하 냉수 평균온도(℃) 7.8℃ 6.7℃ 7.1℃
10℃이하 냉수의 추출 잔수 5잔 6잔 6잔
첫 잔 온도(℃) 8.2℃ 7.3℃ 7.8℃
냉수의 최저 온도(℃) 6.8℃ 5.4℃ 5.9℃
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (10)

  1. 전기인가에 의해 냉각을 수행하는 열전모듈;
    상기 열전모듈의 발열측에 접촉하는 접촉면을 일측에 갖는 몸체와, 상기 몸체의 타측에 형성된 복수의 방열핀을 구비하며, 상기 열전모듈의 발열측으로부터 전달된 열을 방출하는 히트싱크;
    상기 히트싱크의 상기 접촉면에 형성된 안착홈에 결합되며, 내부에 수용된 작동유체를 통해 열전달을 수행하는 히트파이프; 및
    상기 히트싱크로의 공기유동을 형성하는 냉각팬;
    을 포함하며,
    상기 히트파이프는 상기 열전모듈이 설치되는 상기 히트싱크의 중앙부분으로부터 상기 히트싱크의 코너 영역로 연장되는 형상을 갖는 복수의 코너연장형 히트파이프를 포함하고,
    상기 안착홈은 상기 코너연장형 히트파이프의 형상에 대응하는 형상을 갖는 열전 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 코너연장형 히트파이프는 중앙부분의 양측으로부터 각각 연장되어 각각의 상기 코너연장형 히트파이프의 단부가 상기 히트싱크의 2개의 코너 영역에 도달하는 형상을 갖는 열전 냉각장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 히트싱크는 사각 형상으로 이루어지며,
    상기 히트파이프는 상기 코너연장형 히트파이프의 단부가 상기 히트싱크의 4개의 코너 영역에 모두 위치하도록 적어도 2개의 상기 코너연장형 히트파이프를 포함하여 구성되는 열전 냉각장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 히트싱크는 사각 형상으로 이루어지며,
    상기 코너 영역은 상기 히트싱크의 상기 접촉면을 평면 상에서 가로와 세로로 각각 4등분하였을 때 최외곽 4개의 영역에 대응하는 열전 냉각장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 히트파이프는 2개의 상기 코너연장형 히트파이프 사이에 위치하는 중앙부 히트파이프를 추가로 구비하는 열전 냉각장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 열전모듈의 폭은 2개의 상기 코너연장형 히트파이프 사이의 중심부 간격보다 큰 값을 갖는 열전 냉각장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히트파이프는 상기 안착홈에 결합된 상태에서 상기 히트싱크의 외부에 노출되는 부분이 상기 접촉면과 동일한 높이를 갖도록 구성되는 열전 냉각장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히트파이프는 상기 히트싱크의 중앙부분에 대응하는 중앙부가 중력방향에 대해 수직한 방향으로 배치되는 열전 냉각장치.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 열전 냉각장치; 및
    내부에 물을 수용하는 공간이 형성되며, 상기 열전모듈의 냉각측에 의해 내부에 수용된 물의 냉각이 이루어지는 탱크본체;
    를 포함하는 냉수생성장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탱크본체는 합성수지 재질의 제1 몸체와 금속 재질의 제2 몸체를 구비하며,
    상기 열전모듈의 냉각측은 상기 제2 몸체로부터 열을 흡수하도록 구성되는 냉수생성장치.
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