KR100298131B1 - 열전소자를사용한냉방기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컴프레서의 압축방식을 이용하지 않고 공기 또는 물을 냉매로 하여 건물의 실내에 냉기를 공급할 수 있도록 한 냉방기(통칭 에어컨)에 관한 것이다.

본 발명은 흡열코어(40)와, 제1열교환기(50)와, 보조덕트(60)와, 방열코어(70)와, 제2열교환기(80)와, 수조(90)와, 냉열면은 상기 제1열교환기(50)의 외면에 부착하고 발열면은 상기 제2열교환기(80)의 외면에 부착하여 컨트롤러(110)에 의해 전기적으로 제어되는 열전소자(100)로 구성되어 있는 것으로, 상술한 바와같이, 본 발명은 콤프레서와 응축기 등을 구비하지 않으므로 소형으로 가볍게 제작할 수 있으며 사후수리가 용이하며, 고가의 부품을 사용하지 않으므로 제작원가를 줄일 수 있고 저렴하게 공급할 수 있는 등의 장점이 있다.

Description

열전소자를 사용한 냉방기

본 발명은 열전소자의 펠티어효과를 이용한 냉방기에 관한 것으로, 더 상세히는 컴프레서의 압축방식을 이용하지 않고 공기 또는 물을 냉매로 하여 건물의 실내에 냉기를 공급할 수 있도록 한 냉방기(통칭 에어컨)에 관한 것이다.

일반적으로 냉방기에는 증발기, 응축기, 콤프레서, 팽창밸브 등을 구비하고 이들을 파이프로 연결하고 냉매가 순환되도록 함으로서 열교환에 의하여 실내공기를 냉각시키고 있다.

도 1에 도시한 바와같이, 종래의 냉방기의 원리는 다음과 같이 콤프레서의 구동으로 냉매(R-12 등)를 압축하는 방식으로 되어 있다.

우선 냉매가스가 콤프레서(1)에서 흡입, 압축되어 고온, 고압(약 70℃, 15kgf/㎠)의 가스상태로 응축기(2)에 보내진다.

콤프레서(1)에서 보낸 냉매는 강제 냉각되어 액화되고, 액화된 냉매는 팽창밸브(3)로 흘러간다. 팽창밸브(3)에서 고압 액상냉매는 급격히 팽창되고 저온저압의 안개상태의 냉매가 되어 증발기(4)로 들어간다. 그리고 증발기(4)의 냉매는 주위의 공기에서 열을 빼앗아 가스상태의 냉매가 되어 다시 콤프레서(1)로 들어간다. 이와같이 냉매는 냉매사이클을 반복하면서 순환되고 냉방작용을 하게 되는 것이다.

그러나, 이러한 종래의 냉방기는 콤프레서와 사용하여야 함으로 제조원가를 상승시키고 전력(kw/day)소모가 매우 큰 단점이 있다.

특히, 용량이 큰 이른바 스탠드형 냉방기는 응축기를 건물외부에 설치하고 건물 내에 설치된 본체와 배관작업을 하여야 함으로 설치하는데 따른 작업과 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 이동이 불편한 폐단이 있으며, 기체상태로 된 특정한 냉매를 사용함으로 냉매의 보충에 따른 번거로움과 경제적이 부담이 큰 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 콤프레서를 사용하지 않으면서 주위에서 흔히 구할 수 있는 공기 또는 물을 냉매로 사용하고 펠티어효과를 갖는 열전소자를 사용하여 일련의 냉방사이클을 갖도록 함으로써 전력(kw/day)소모가 매우 적고 냉매의 보충이 용이하며 저렴하게 공급할 수 있는 냉방기를 제공하고자 한다.

도 1은 일반적인 냉방사이클을 위한 냉방기의 구성도.

도 2는 본 발명의 구성을 보인 수직 측단면도.

도 3은 본 발명의 회로 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10; 본체 11; 차폐막 12;노즐

20; 덕트 21; 공기유입구 22; 공기배출구

30; 블로어 40; 흡열코어 50; 제1열교환기

51; 제1펌프 60; 보조덕트 61; 공기유입구

62; 공기배출구 70; 방열코어 71; 냉각팬

80; 제2열교환기 90; 수조 91; 제2펌프

100; 열전소자

본 발명은 이러한 종래의 단점들을 감안하여 안출한 것으로, 공기유입구(21)와 공기배출구(22)가 본체(10)의 하측과 상측에 각각 배치되도록 본체(10)에 내설한 덕트(20)와, 상기 덕트(20)의 공기유입구(21)측에 설치하여 외기를 공기유입구(21)측에서 공기배출구(22)측으로 송풍시키는 블로어(30)를 포함하는 냉방기에 있어서, 상기 공기유입구(21)에 설치된 흡열코어(40)와, 제1펌프(51)에 의하여 물이 일방향으로 순환하도록 상기 흡열코어(40)와 파이프로 연결하여 본체(10)의 하부에 설치한 제1열교환기(50), 공기유입구(61)를 상기 흡열코어(40)의 후방에 위치하도록 상기 덕트(20)와 연통시키고 공기배출구(62)를 상기 본체(10)의 후방과 연통시킨 보조덕트(60)와, 상기 보조덕트(60) 내에 냉각팬(71)을 구비하여 설치한 방열코어(70)와, 상기 본체(10)의 하부에 설치한 제2열교환기(80)와, 제2펌프(91)에 의하여 공기 또는 물이 일정방향으로 순환하도록 상기 방열코어(70)와 상기 제2열교환기(80)를 파이프로 연결하여 본체(10)의 하부에 설치하며 공기 또는 물을 저장 및 보충시키기 위한 수조(90)와, 냉열면은 상기 제1열교환기(50)의 외면에 부착하고 발열면은 상기 제2열교환기(80)의 외면에부착하여 컨트롤러(110)에 의해 전기적으로 제어되는 열전소자(100)로 구성되어 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 구성을 보인 수직 측단면도이고, 도 3은 본 발명의 회로 구성도이다.

도 2 및 도 3에서, 덕트(20)는 본체(10)에 내장되며 본체(10)와 덕트(20) 사이의 공간에는 차폐막(11)으로 채워져 있다. 이 덕트(20)의 공기유입구(21)는 본체(10) 전면의 하측에 위치되고 공기배출구(22)는 본체(10) 전면의 상측에 위치되어 있다.

공기배출구(22)의 앞쪽에는 통상적으로 노즐(12)이 설치되며, 이 노즐(12)은 자동 또는 수동으로 송풍공기의 방향을 조절할 수 있도록 하고 있다.

블로어(30)는 덕트(20)의 공기유입구(21)측에 위치하도록 본체(10) 내부에 설치된다.

흡열코어(40)는 블로어(30)의 앞쪽이나 뒤쪽에 위치하도록 공기유입구(21)에 설치되며, 내부로는 물이 흐르며 공기가 통과하면서 열교환하는 구조로 되어 있다.

제1열교환기(50)는 본체(10)의 하부에 설치되며, 흡열코어(40)와 파이프로 연결하고 이 파이프에는 제1펌프(51)를 설치하여 일정방향으로 공기 또는 물이 순환하는 구조로 되어 있다.

보조덕트(60)는 공기유입구(61)와 공기배출구(62)를 가지며, 이 공기유입구(61)는 흡열코어(40)의 후방에 위치하도록 덕트(20)와 연통되게 연결되며 이 공기배출구(62)는 본체(10)의 후방과 연통하는 구조로 되어 있다. 이 보조덕트(60)의 단면적은 덕트(20)의 단면적에 대해 1/10정도의 크기로 형성된다.

방열코어(70)는 보조덕트(60) 내에 설치되며, 내부로는 물이 흐르며 공기가 통과하면서 열교환하는 구조로 되어 있다. 이 방열코어(70)에는 냉각팬(71)이 구비되어 있어 덕트(20)를 통과하는 공기중의 일부를 보조덕트(60)의 공기유입구(61)측으로부터 공기배출구(62)방향으로 송풍하게 된다. 즉, 덕트(20)를 통과하는 냉기의 일부를 보조덕트(60)로 회수하여 방열코어(70)를 냉각시키는데 이용하게 된다.

제2열교환기(80)는 본체(10)의 하부에 설치되며, 흡열코어(40)와 파이프로 연결하고 제2펌프(91)의 구동에 따라 물이 내부를 통과하는 구조로 되어 있다.

수조(90)는 본체(10)의 하부에 설치되며 방열코어(70)와 제2열교환기(80)에 차례로 파이프로 연결하여 제2펌프(91)에 의해 일정방향으로 물이 순환하도록 한 것으로, 이 수조(90)에는 물을 저장하고 필요에 따라 물을 보충할 수 있다.

열전소자(100)는 전류의 인가에 따라 펠티어효과를 발휘하는 것으로, 열전소자(100)의 냉열면은 제1열교환기(50)의 외면에 부착하고 열전소자(100)의 발열면은 제2열교환기(80)의 외면에 부착됨과 동시에 컨트롤러(110)와 전기적으로 접속되어 있다.

한편, 제1열교환기(50)와 제2열교환기(80)는 케이스에 내장시키고 이들의 틈새에는 차폐막(12)을 충진하여 열을 차폐하도록 하는 것이 바람직하다.

상기한 컨트롤러(110)는 마이콤이나 직접회로를 사용하여 본체(10)의 전면에 장착되며 전원스위치, 풍량조절스위치, 온도조절스위치 등 기능부를 조절하기 위한각종 스위치가 구비된다.

미설명부호 120은 온습도센서(120)로서 덕트(20)의 공기배출구(22)측에 설치되어 있어 덕트(20)에서 배출되는 공기의 온도 및 습도를 검출하여 저항값에 따른 전압을 컨트롤러(110)로 출력하고, 컨트롤러(110)는 입력된 신호와 프로그램에 따라 각 기능부를 제어하여 설정된 온도를 유지할 수 있도록 한다.

이러한 구성으로 된 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와같이, 전원스위치를 온시킨 후, 풍량조절스위치와 온도조절스위치를 조작하면, 전기회로로 연결된 블로어(30)를 비롯하여 제1펌프(51)와 제2펌프(91)와 냉각팬(71)이 구동한다. 그리하여 더운 실내공기가 덕트(20)의 공기유입구(21)로 유입되었다가 공기배출구(22)로 배출되며, 덕트(20)를 통과하는 공기의 일부는 보조덕트(60)를 통하여 본체(10)의 후방으로 방출된다. 또한, 흡열코어(40)와 제1열교환기(50)에 물이 순환하는 것과는 별도로 방열코어(70)와 제2열교환기(80)에서도 물이 순환하게 되고, 열전소자(100)에서는 인가되는 전류와 전압의 크기에 따라 각각 냉기와 열기가 발생하여 다음과 같이 냉방작용을 하게 된다.

우선, 제1열교환기(50)를 통과하는 물은 열전소자(100)의 냉열면에서 발생되는 냉기에 의하여 저온으로 냉각되고, 제1열교환기(50)에서 나온 물이 흡열코어(40)를 지나는 동안에 는 공기유입구(21)로 들어온 실내공기의 열기를 흡수하여 온도가 상승되고 상승된 온도 물은 다시 제1열교환기(50)에 유입되어 냉방사이클을 반복하게 된다. 그리고 흡열코어(40)를 통과한 실내공기는 차가워져서 공기배출구(22)로 배출됨에 따라 실내를 냉방하게 된다.

그리고 수조(90)에서 배출된 물은 방열코어(70)를 지나서 제2열교환기(80)로 유입되었다가 다시 수조(90)로 회수되는데, 물이 제2열교환기(80)를 통과하는 동안에는 열전소자(100)의 방열면에서 발생된 열기를 흡수하고, 물이 방열코어(70)를 지나는 동안에는 보조덕트(60)를 통과하는 일부 공기에 의하여 미열을 빼앗긴다. 결국, 제2열교환기(80)는 열전소자(100)의 방열면에서 발산되는 열을 빠르게 흡수하여 펠티어효과를 높여줌으로 결과적으로 냉방효율을 증대시켜주는 역할을 하게 된다.

도 3에서, 컨트롤러(110)는 풍량조절스위치의 조작에 따라 블로어(30)의 회전속도가 다단으로 설정되어 덕트(20)로 유입,배출되는 공기의 풍량이 조절되고, 온도조절스위치의 조작에 따라 열전반도체에 인가되는 전류,전압제어로 펠티어효과를 발휘하여 제1열교환기(50)를 통과하는 물에 냉열을 공급하게 된다. 이때, 온습도센서(120)에서 검출된 공기의 온도에 대응하는 저항값이 컨트롤러(110)로 입력됨에 따라 적절한 전압으로 제1펌프(51)의 구동속도와 타이밍을 제어하여 덕트(20)를 통하여 실내로 배출되는 공기의 온도를 보상하여 설정온도를 유지시켜주게 된다. 예를들어, 덕트(20)로부터 실내로 배출되는 공기가 설정온도로 이하일 때는 제1펌프(51)의 구동시킴과 동시에 열전소자(100)의 냉열을 공급하고, 배출되는 공기가 설정온도에 도달하면 제1펌프(51)와 열전소자(100)에 인가되는 전류를 차단하여 실내에 공급되는 공기의 온도를 일정하게 유지시켜 준다.

부언하여, 본 발명은 물을 냉매로 사용하여 설명하였으나 공기를 냉매로 하여 사용할 수 도 있으며, 필요에 따라 온방기로도 사용할 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 콤프레서와 응축기 등을 구비하지 않으므로 소형으로 가볍게 제작할 수 있으며, 고가의 부품을 사용하지 않으므로 제작원가를 줄일 수 있고 저렴하게 공급할 수 있는 장점이 있다. 그리고, 본 발명은 열전소자(100)를 사용하여 냉매의 냉각작용을 함으로 열전소자(100)의 전압 및 전류제어에 따라 냉방온도를 세밀하게 조정할 수 있을 뿐만 아니라 열전소자(100)에 의해 냉매가 급속히 냉각되므로 설정온도로 냉방시키는 시간이 단축되는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 구조가 간단하므로 고장발생이 거의 없으며 사후 수리가 용이하며, 물 또는 공기를 냉매로 사용하므로 냉매의 보충과 교환이 용이한 장점이 있다. 또한, 본 발명은 콤프레서를 사용하지 않으므로 전력소모가 매우 절감되고 제2열교환기(80)를 적용하여 펠티어효과를 높여줌으로 열효율이 한층 향상되는 장점도 있다.

Claims (1)

1. 공기 유입구(21)와, 공기배출구(22)가 본체(10)의 하측과 상측에 각각 배치되도록 내설된 덕트(20)와, 상기 공기 유입구(21)측에 설치되어 외기를 공기배출구(22)측으로 송풍시키는 블로어(30)를 포함하는 냉방기에 있어서,

   상기 공기 유입구(21)에 설치된 흡열코어(40)와,

   제 1펌프(51)에 의하여 물이 일방향으로 순환하도록 상기 흡열코어(40)와 파이프로 연결하여 본체(10)의 하부에 설치한 제 1열교환기(50)와,

   상기 공기 유입구(61)를 상기 흡열코어(40)의 후방에 위치하도록 상기 덕트(20)와 연통시키고 공기배출구(62)를 상기 본체(10)의 후방과 연통시킨 보조덕트(60)와,

   상기 보조덕트(60) 내에 냉각팬(71)을 구비하여 설치한 방열코어(70)와,

   상기 본체(10)의 하부에 설치되고, 상기 제 1열교환기와 대응되도록 설치된 제 2열교환기(80)와,

   제 2펌프(91)에 의하여 물이 일정방향으로 순환하도록 상기 방열코어(70)와 상기 제 2열교환기(80)를 파이프로 연결하고 본체(10)의 하부에 설치하며 물을 저장 및 보충시키기 위한 수조(90)와,

   냉열면은 상기 제 1열교환기(50)의 외면에 부착하고 발열면은 상기 제 2열교환기(80)의 외면에 부착하여 컨트롤러(110)에 의해 전기적으로 제어되는 열전소자(100)로 구성된 것을 특징으로 하는 열전소자를 사용한 냉방기.