KR102228042B1 - 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치 - Google Patents

열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치는, 온도 조절이 필요한 목적물의 내부 또는 목적 공간의 목적물에 접촉되도록 설치되며, 열전소자에 의한 발열 및 흡열 작용과 열전달 매체에 의한 열전달이 이루어지는 열전소자/워터자켓 모듈과; 열전소자/워터자켓 모듈로부터 유입되는 따뜻한(또는 차가운) 열전달 매체를 열교환 수단에 의해 열교환하여 차갑게(또는 따뜻하게) 변화시켜 열전소자/워터자켓 모듈 측으로 유출하는 열교환 장치와; 내부에는 열전소자/워터자켓 모듈과 열교환 장치 사이를 순환 이동하며 열을 전달하는 열전달 매체가 충전되어 있고, 열전소자/워터자켓 모듈과 열교환 장치를 전기적으로 연결하는 전선이 설치되어 있는 열전달 매체 이동관; 및 열교환 장치로부터 유출된 열전달 매체를 유입받아 복수의 열전소자/워터자켓 모듈로 각각 분배해주고, 복수의 열전소자/워터자켓 모듈 각각으로부터 유출된 열전달 매체를 유입받아 열교환 장치로 보내주는 다지점 분배기를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 공간을 작게 차지하고 높은 온도 조절 효율을 얻을 수 있다.

Description

열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치{Multi-contact type cooling and heating apparatus using thermoelectric element}
본 발명은 냉각 및 가열 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 열전소자를 이용한 모듈로 복수의 지점을 접촉함으로써, 공간을 작게 차지하고 높은 온도 조절 효율을 얻을 수 있으며, 냉각 또는 가열을 해야 하는 공간이 작고 좁은 경우에도 사용할 수 있는 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치에 관한 것이다.
배전반은 전기 또는 통신을 위한 케이블이 접속되고, 각종 스위치와 계기 및 릴레이가 설치되어 있는 전기 설비이다. 이와 같은 배전반은 건물(빌딩)이나 공장발전소, 변전소 등 전력 및 통신 장치를 사용하는 장소에서는 필수적으로 사용되고 있으며, 최근 전력을 사용하는 장비 및 통신장비의 사용이 증가하고 있어 배전반의 사용도 증가되고 있다.
이상과 같은 배전반은 내부에 대용량의 전력 및 신호가 흐르기 때문에 열이 발생하는데, 이러한 열을 방치하면 과열로 인한 기기 오작동 및 화재가 발생할 위험이 있다. 따라서 배전반에는 배전반 내부의 기기나 설비에서 발생하는 열을 냉각시켜주기 위한 냉각 수단이 필요하다. 또한, 경우에 따라서는 전자 기기의 과냉을 방지하거나 배전반 내부의 습기를 제거하기 위한 난방 수단이 필요할 수도 있다.
기계나 공장의 제어배전반, 전기자동차, 산업로보트, 대용량컴퓨터, 고성능 특수 의료장비 등 전기, 전자제품이나 장치 또는 회로 설비는 날로 용량이 커지고, 내부의 회로 부품들의 성능은 고도화하면서 대용량의 전력 및 신호가 흐르기 때문에 특정 전기 전자 부품에 과도한 열이 발생한다.
특히 이러한 전기 전자 회로 장치는 집적화 하고 배열과 구성이 복잡해지며 공간을 줄이는 경향으로 공기가 통할 수 없는 밀폐계가 되거나 기존의 통풍 구조로 내부의 발열하는 발열 부품의 방열을 효율적으로 처리할 수 없는 경우가 많다. 그리고 열전소자를 이용하여 생활에 필요한 냉온기능의 응용 상품(미용기 및 건강의료기 등)에서도 밀폐된 좁은 공간에서 냉온 기능을 구분 또는 연속적으로 수행해야 할 경우가 발생하고 있으나 기존의 공냉식 히터싱크 방식으로는 방열기구의 부품이 차지하는 공간과 효율 문제 때문에 이러한 제품의 냉온 기술을 실현하기 어렵다.
도 1은 종래 열전소자를 이용한 배전반 냉각장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 열전소자를 이용한 배전반 냉각장치(100)는 냉각 공기를 불어주는 방열팬(110)과, 열전소자(130)로부터 전달받은 열을 상기 방열팬 (110)에서 불어주는 냉각 공기와 열교환을 통해 식혀주는 히터 싱크(120)와, 냉각을 필요로 하는 대상물(또는 공간)(150)과 상기 히터 싱크(120) 사이에 개재되어 대상물(또는 공간)(150)로부터의 열을 흡수하여(흡열) 히터 싱크(120)로 열을 방출하는(방열) 열전소자(130)와, 상기 대상물(또는 공간)(150)과 상기 히터 싱크(120) 사이에 개재되어 대상물(또는 공간)(150)과 히터 싱크(120) 간의 열의 이동을 차단하는 단열재(140)를 포함하여 구성된다.
그런데, 이상과 같은 종래 배전반 냉각장치(100)는 열전소자(130)의 지지체가 깨지기 쉬운 세라믹 재질로 되어 있어 열전소자(130)의 파손 불량이 많이 발생하고, 열전소자(130)의 온도 차이 효율이 낮으며, 계속 공기가 유통되어야 하기 때문에 밀폐된 공간에는 사용할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 냉각(혹은 가열)이 필요한 대상물(또는 공간)(150)에 히터 싱크(120)와 방열팬(110)을 설치해야 하기 때문에 공간을 크게 차지하는 단점이 있다. 또한, 서로 가까운 두 지점 이상의 여러 지점에 대해서는 방열팬(110)에서 불어내는 공기의 흐름과 냉각 공기의 흐름 간에 상호 간섭으로 사용할 수 없으며, 냉각/가열을 필요로 하는 공간이 작고 좁은 경우에도 사용할 수 없는 문제점이 있다.
한편, 한국 공개특허공보 제10-2015-0027588호(특허문헌 1)에는 "배전반 냉각장치 및 그 제어방법"이 개시되어 있는 바, 이에 따른 배전반 냉각장치는 복수개의 케이블 또는 전선이 접속되는 배전반의 캐비닛 내의 서로 다른 지점의 복수개소에 각각 구비되어 각 지점의 온도를 측정하는 온도센서; 상기 배전반 캐비닛 내에 배치되어, 바람을 생성하며 풍속과 풍향의 조절이 가능한 냉각부; 및 상기 각 온도센서에서 측정된 온도에 따라 상기 냉각부의 풍속 및 풍향을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 특허문헌 1의 경우, 국부적으로 과열되는 지점에 대한 집중냉각을 실시할 수 있어 배전반 내부 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있고, 과열된 부품을 집중적으로 냉각할 수 있어 부품의 열손상을 방지할 수 있는 효과가 있기는 하나, 배전반 캐비닛 내에 배치되는 냉각부로서 팬(제1 모터)이 설치되어야 하고, 팬으로부터 발생하는 바람의 풍속과 풍향을 제어하기 위해 제2 모터가 설치되는 등 냉각부를 구현하기 위한 하드웨어적 구성이 복잡하고, 냉각 방식이 팬의 회전에 의해 배전반 캐비닛 외부의 공기를 내부로 흡입하고, 내부의 공기를 외부로 배출하는 강제 통풍에 의한 공냉식에 의존하고 있어 배전반 캐비닛 외부의 공기 온도가 높을 경우(여름철의 경우), 냉각 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2015-0027588호(2015.03.12. 공개)
본 발명은 상기와 같은 사항을 종합적으로 감안하여 창출된 것으로서, 외부에 한 개의 열교환 장치를 두고 단수 또는 복수의 목적물에 열전소자를 접촉시켜 목적물의 온도를 조절할 수 있도록 구성됨으로써 공간을 작게 차지하고 높은 온도 조절 효율을 얻을 수 있으며, 열전소자가 탄성소재에 의해 지지됨으로써 열전소자의 파손 불량이 발생하지 않고, 액체를 열전달 매체로 이용함으로써 냉각 또는 가열 부분에 별도의 팬을 설치할 필요가 없으며, 냉각 또는 가열을 해야 하는 공간이 작고 좁은 경우에도 사용할 수 있는 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치는,
온도 조절이 필요한 목적물의 내부 또는 목적 공간의 목적물에 접촉되도록 설치되며, 열전소자에 의한 발열 및 흡열 작용과 열전달 매체에 의한 열전달이 이루어지는 열전소자/워터자켓 모듈과;
목적물에서 소정 거리 떨어진 외부에 상기 열전소자/워터자켓 모듈과 기계적 및 전기적으로 연결되도록 설치되며, 상기 열전소자/워터자켓 모듈로부터 유입되는따뜻한(또는 차가운) 열전달 매체를 열교환 수단에 의해 열교환하여 차갑게(또는 따뜻하게) 변화시켜 상기 열전소자/워터자켓 모듈 측으로 유출하는 열교환 장치와;
그 일단은 상기 열전소자/워터자켓 모듈에 연결되고, 타단은 상기 열교환 장치에 연결되며, 그 내부에는 상기 열전소자/워터자켓 모듈과 열교환 장치 사이를 순환 이동하며 열을 전달하는 매개체 역할을 하는 열전달 매체가 충전되어 있는 한편 상기 열전소자/워터자켓 모듈과 열교환 장치를 전기적으로 연결하는 전선이 설치되어 있는 열전달 매체 이동관; 및
상기 열전달 매체 이동관의 주행 경로 상의 임의의 지점에 설치되며, 상기 열교환 장치로부터 유출되어 이동하는 열전달 매체를 유입받아 복수의 열전소자/워터자켓 모듈로 각각 분배해주고, 상기 복수의 열전소자/워터자켓 모듈 각각으로부터 유출되어 이동하는 열전달 매체를 유입받아 상기 열교환 장치로 보내주는 다지점 분배기를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 열전소자/워터자켓 모듈은,
목적물의 표면에 접촉되어 목적물로부터 발생하는 열을 흡수하여 열전소자로전달하거나 열전소자로부터 냉기를 전달받아 목적물에 전달해주는 열전소자 열전달 커버와;
상기 열전소자 열전달 커버 내에 일측면이 밀착되도록 안착되며, 냉각 모드의 경우 목적물로부터의 열을 상기 열전소자 열전달 커버를 통해 전달받아 워터자켓으로 전달하고, 가열 모드의 경우 워터자켓을 통해 열을 흡수하여 상기 열전소자 열전달 커버로 전달하는 열전소자와;
상기 열전소자의 타측면에 밀착되도록 설치되며, 상기 열전소자로부터 열을 전달받아 그 내부에 흐르는 열전달 매체에 의해 열을 흡수하여 상기 열전달 매체 이동관을 통해 상기 열교환 장치로 전달하는 워터자켓과;
상기 열전소자 및 워터자켓을 그 내부에 수납하며, 열전소자 및 워터자켓과 주변 환경과의 열이동을 차단하는 주변 단열재와;
상기 워터자켓의 일측면을 커버하여 워터자켓을 보호하는 워터자켓 커버와;
상기 열전소자 열전달 커버, 열전소자, 워터자켓, 주변 단열재를 포함하는 조립체를 내부에 안착시켜 지지하는 모듈 지지체; 및
상기 모듈 지지체와 결합 및 해제 가능하게 모듈 지지체와 체결되어 내부의 조립체를 지지 및 고정하는 동시에 조립구조체 전체를 목적물에 고정시킬 수 있도록 하는 고정 수단을 제공하는 클램프 플레이트를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 바람직하게는 상기 워터자켓과 워터자켓 커버 사이에는 워터자켓에서의 열전달 작용에 따른 열이 외부로 누출되는 것을 방지하기 위해 내부의 기밀을 유지하기 위한 기밀용 고무 플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 워터자켓 커버와 상기 클램프 플레이트 사이에는 외부와의 열이동을 차단하기 위한 단열 플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 열전소자 열전달 커버는 구리 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 클램프 플레이트는,
지지 대상물을 지지하는 평판형 몸체부와;
상기 평판형 몸체부에서 방사상으로 연장되어 형성되며, 상기 모듈 지지체와의 체결을 위한 복수의 체결부재; 및
상기 평판형 몸체부에서 방사상으로 연장되어 형성되며, 목적물에의 나사체결식 고정을 위한 복수의 고정부재를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 클램프 플레이트는 바람직하게는 탄성 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 열교환 장치는,
하우징 내부의 열을 외부로 방출하는 방열 및 하우징 외부의 열을 흡수하여 내부로 전달하는 흡열을 위한 열교환 라디에이터와;
상기 열전소자/워터자켓 모듈의 냉각 모드 시 열전소자/워터자켓 모듈로부터 상기 열교환 라디에이터로 전달된 열을 하우징 외부로 불어내고, 상기 열전소자/워터자켓 모듈의 가열 모드 시 하우징 외부의 열을 흡수하여 열교환 라디에이터쪽으로 불어주는 방열/흡열 팬과;
상기 열전소자/워터자켓 모듈과 상기 열교환 장치 간을 열전달 매체 이동관을 통해 순환 이동하면서 열전달 가교 역할을 하는 열전달 매체가 채워져 있는 열전달 매체 저장탱크와;
상기 열전달 매체가 상기 열전소자/워터자켓 모듈과 상기 열교환 라디에이터 간을 열전달 매체 이동관을 통해 순환 이동하도록 펌핑 작동하는 펌프; 및
상기 열교환 라디에이터, 방열/흡열 팬, 열전달 매체 저장탱크 및 펌프를 내부에 수납하여 외부 환경으로부터 보호하기 위한 하우징을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 하우징의 소정 부위에는 열교환 장치 및 상기 열전소자/워터자켓모듈로의 전원 공급 및 차단을 위한 전원 온/오프(ON/OFF) 스위치와, 상기 열전소자/워터자켓 모듈의 냉각 모드 또는 가열 모드 구동의 선택을 위한 냉각/가열 선택 스위치가 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 열전달 매체로는 순수한 물 또는 조제된 특정 용액이 사용될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 외부에 한 개의 열교환 장치를 두고 단수 또는 복수의 목적물에 열전소자를 접촉시켜 목적물의 온도를 조절할 수 있도록 구성됨으로써 공간을 작게 차지하고 높은 온도 조절 효율을 얻을 수 있으며, 열전소자가 탄성소재에 의해 지지됨으로써 열전소자의 파손 불량이 발생하지 않고, 액체를 열전달 매체로 이용함으로써 냉각 또는 가열 부분에 별도의 팬을 설치할 필요가 없으며, 냉각 또는 가열을 해야 하는 공간이 작고 좁은 경우에도 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 열전소자를 이용한 배전반 냉각장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 발명에 따른 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치의 열전소자/워터자켓 모듈의 평면 및 저면 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치의 열전소자/워터자켓 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치의 열전소자/워터자켓 모듈의 반단면 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치의 열전소자/워터자켓 모듈의 반단면 정면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치의 열교환 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 발명의 실시예에 따른 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치(200)는 열전소자/워터자켓 모듈(210), 열교환 장치(220), 열전달 매체 이동관(230), 다지점 분배기(240)를 포함하여 구성된다.
열전소자/워터자켓 모듈(210)은 온도 조절이 필요한 목적물(650)(도 6 참조)의 내부 또는 목적 공간의 목적물에 접촉되도록 설치되며, 열전소자(217)(도 4 참조)에 의한 발열 및 흡열 작용과 열전달 매체에 의한 열전달이 이루어진다. 이와 같은 열전소자/워터자켓 모듈(210)에 대해서는 뒤에서 다시 설명한다. 여기서, 상기 열전달 매체로는 순수한 물 또는 조제된 특정 용액이 사용될 수 있다.
열교환 장치(220)는 목적물에서 소정 거리 떨어진 외부에 상기 열전소자/워터자켓 모듈(210)과 기계적 및 전기적으로 연결되도록 설치되며, 상기 열전소자/워터자켓 모듈(210)로부터 유입되는 따뜻한(또는 차가운) 열전달 매체를 열교환 수단에 의해 열교환하여 차갑게(또는 따뜻하게) 변화시켜 상기 열전소자/워터자켓 모듈(210) 측으로 유출한다. 이와 같은 열교환 장치(220)에 대해서도 뒤에서 다시 설명한다.
열전달 매체 이동관(230)은 그 일단이 상기 열전소자/워터자켓 모듈(210)에 연결되고, 타단은 상기 열교환 장치(220)에 연결되며, 그 내부에는 상기 열전소자/워터자켓 모듈(210)과 열교환 장치(220) 사이를 순환 이동하며 열을 전달하는 매개체 역할을 하는 열전달 매체가 충전되어 있다. 또한, 이와 같은 열전달 매체 이동관(230)의 내부에는 상기 열전소자/워터자켓 모듈(210)과 열교환 장치(220)를 전기적으로 연결하는 전선이 설치되어 있다. 여기서, 이와 같은 열전달 매체 이동관 (230)으로는 금속재질 또는 합성수지 재질의 유연관(flexible pipe)이 사용될 수 있다.
다지점 분배기(240)는 상기 열전달 매체 이동관(230)의 주행 경로 상의 임의의 지점에 설치되며, 상기 열교환 장치(220)로부터 유출되어 이동하는 열전달 매체를 유입받아 복수의(본 실시예에서는 4개의) 열전소자/워터자켓 모듈(210)로 각각 분배해주고, 상기 복수의 열전소자/워터자켓 모듈(210) 각각으로부터 유출되어 이동하는 열전달 매체를 유입받아 상기 열교환 장치(220)로 보내주는 역할을 한다. 이와 같은 다지점 분배기(240)는 도시된 바와 같이, 상기 열교환 장치(220)와 연결되는 부분이 열전달 매체가 열교환 장치(220)쪽으로 흘러나가는 하나의 유출관과, 열전달 매체가 열교환 장치(220)쪽으로부터 흘러들어오는 하나의 유입관으로 이루어지는 한 쌍의 분배관으로 구성되고, 상기 복수의 열전소자/워터자켓 모듈(210)과 연결되는 부분은 상기와 같은 유입관 및 유출관으로 이루어지는 다수의 쌍(본 실시예에서는 4개의 쌍)의 분배관으로 구성된다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치의 열전소자/워터자켓 모듈을 나타낸 것으로서, 도 3은 열전소자/워터자켓 모듈의 평면 및 저면 사시도이고, 도 4는 열전소자/워터자켓 모듈의 분해 사시도이며, 도 5는 열전소자/워터자켓 모듈의 반단면 사시도이고, 도 6은 열전소자/워터자켓 모듈의 반단면 정면도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 열전소자/워터자켓 모듈(210)은, 목적물(650)(도 6 참조)의 표면에 접촉되어 목적물(650)로부터 발생하는 열을 흡수하여 열전소자 (217)로 전달하거나 열전소자(217)로부터 냉기를 전달받아 목적물(650)에 전달해주는 열전소자 열전달 커버(218)와; 그 열전소자 열전달 커버(218) 내에 일측면이 밀착되도록 안착되며, 냉각 모드의 경우 목적물(650)로부터의 열을 상기 열전소자 열전달 커버(218)를 통해 전달받아 워터자켓(215)으로 전달하고, 가열 모드의 경우 워터자켓(215)을 통해 열을 흡수하여 상기 열전소자 열전달 커버(218)로 전달하는 열전소자(217)와; 열전소자(217)의 타측면에 밀착되도록 설치되며, 상기 열전소자(217)로부터 열을 전달받아 그 내부에 흐르는 열전달 매체에 의해 열을 흡수하여 상기 열전달 매체 이동관(230)을 통해 상기 열교환 장치(220)로 전달하는 워터자켓(215)과; 상기 열전소자(217) 및 워터자켓(215)을 그 내부에 수납하며, 열전소자(217) 및 워터자켓(215)과 주변 환경과의 열이동(열전도)을 차단하는 주변 단열재(216)와; 상기 워터자켓(215)의 일측면을 커버하여 워터자켓(215)을 보호하는 워터자켓 커버(213)와; 상기 열전소자 열전달 커버(218), 열전소자(217), 워터자켓(215), 주변 단열재(216)를 포함하는 조립체를 내부에 안착시켜 지지하는 모듈 지지체(219); 및 그 모듈 지지체(219)와 결합 및 해제 가능하게 모듈 지지체(219)와 체결되어 내부의 조립체를 지지 및 고정하는 동시에 조립구조체 전체를 목적물 (650)에 고정시킬 수 있도록 하는 고정 수단을 제공하는 클램프 플레이트(211)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 바람직하게는 상기 워터자켓(215)과 워터자켓 커버(213) 사이에는 워터자켓(215)에서의 열전달 작용에 따른 열이 외부로 누출되는 것을 방지하기 위해 내부의 기밀을 유지하기 위한 기밀용 고무 플레이트(214)를 더 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 워터자켓 커버(213)와 상기 클램프 플레이트(211) 사이에는 외부와의 열이동을 차단하기 위한 단열 플레이트(212)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 열전소자 열전달 커버(218)는 구리 재질로 구성될 수 있다. 이는 구리재질이 가격 대비 열전달 효율이 비교적 우수하기 때문이다.
또한, 상기 클램프 플레이트(211)는, 도 3의 (A)에 도시된 바와 같이, 지지 대상물(여기에서는 단열 플레이트(112), 워터자켓 커버(213), 기밀용 고무 플레이트(214), 워터자켓(215), 주변 단열재(216), 열전소자(217) 및 열전소자 열전달 커버(218)의 조립 구조체)을 지지하는 평판형 몸체부(211a)와; 그 평판형 몸체부(211a)에서 방사상으로(예컨대, 십자형으로) 연장되어 형성되며, 상기 모듈 지지체(219)와의 체결을 위한 복수의(본 실시예에서는 4개의) 체결부재(211b); 및 상기 평판형 몸체부(211a)에서 방사상으로(예컨대, 십자형으로) 상기 체결부재(211b)보다 상대적으로 더 길게 연장되어 형성되며, 목적물(650)에의 나사체결식 고정을 위한 복수의(본 실시예에서는 4개의) 고정부재(211c)를 포함하여 구성될 수 있다.
이상과 같은 상기 클램프 플레이트(211)는 바람직하게는 탄성 재질로 구성될 수 있다. 이는 상기 모듈 지지체(219)와의 체결 및 해제를 쉽게 하고, 외부로부터의 충격을 흡수함으로써 열전소자/워터자켓 모듈(210)에 가해지는 충격력을 완화시키기 위한 것이다.
한편, 도 7은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치의 열교환 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 열교환 장치(220)는, 하우징(220h)(도 2 참조) 내부의 열을 외부로 방출하는 방열 및 하우징(220h) 외부의 열을 흡수하여 내부로 전달하는 흡열을 위한 열교환 라디에이터(221)와; 상기 열전소자/워터자켓 모듈(210)의 냉각 (cooling) 모드 시 열전소자/워터자켓 모듈(210)로부터 상기 열교환 라디에이터(221)로 전달된 열을 하우징(220h) 외부로 불어내고, 상기 열전소자/워터자켓 모듈(210)의 가열(warming) 모드 시 하우징(220h) 외부의 열을 흡수하여 열교환 라디에이터(221)쪽으로 불어주는 방열/흡열 팬(222)과; 상기 열전소자/워터자켓 모듈 (210)과 상기 열교환 장치(220) 간을 열전달 매체 이동관(230)을 통해 순환 이동하면서 열전달 가교 역할을 하는 열전달 매체가 채워져 있는 열전달 매체 저장탱크 (223)와; 상기 열전달 매체가 상기 열전소자/워터자켓 모듈(210)과 상기 열교환 라디에이터(221) 간을 열전달 매체 이동관(230)을 통해 순환 이동하도록 펌핑 작동하는 펌프(224); 및 상기 열교환 라디에이터(221), 방열/흡열 팬(222), 열전달 매체 저장탱크(223) 및 펌프(224)를 내부에 수납하여 외부 환경으로부터 보호하기 위한 하우징(220h)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 하우징(220h)의 소정 부위에는 열교환 장치(220) 및 상기 열전소자/워터자켓 모듈(210)로의 전원의 공급 및 차단을 위한 전원 온/오프(ON/OFF) 스위치(220p)와, 상기 열전소자/워터자켓 모듈 (210)의 냉각 모드 또는 가열 모드 구동의 선택을 위한 냉각/가열 선택 스위치 (220s)가 더 구비될 수 있다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치는 열전소자(217)의 열전달 기능에 의해 목적물(650)의 열을 워터자켓(215)으로 전달하고, 워터자켓(215) 속으로 유동하는 열전달 매체(예컨대, 물)가 열을 외부의 열교환 장치(220)의 열교환 라디에이터(221)로 전달하거나, 외부로부터 흡수한 열을 열교환 라디에이터(221)로부터 열전달 매체에 의해 워터자켓(215)으로 전달하고, 워터자켓(215)으로부터 열전소자(217)를 거쳐 목적물(650)로 열을 전달하는 과정을 반복적으로 수행하게 된다. 이에 따라 온도 조절이 필요한 전기설비의 배전반이나 컴퓨터 시스템의 CPU 등의 특정 발열부를 냉각하거나, 밀폐된 공간 내부의 습기를 제거하기 위해 또는 추운 공간의 공기를 따뜻하게 하기 위해 필요한 열기를 제공할 수 있게 된다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치는 외부에 한 개의 열교환 장치를 두고 단수 또는 복수의 목적물에 열전소자를 접촉시켜 목적물의 온도를 조절할 수 있도록 구성됨으로써 공간을 작게 차지하고 높은 온도 조절 효율을 얻을 수 있는 장점이 있다.
또한, 열전소자가 탄성소재에 의해 지지됨으로써 열전소자의 파손 불량이 발생하지 않고, 액체를 열전달 매체로 이용함으로써 냉각 또는 가열 부분에 별도의 팬을 설치할 필요가 없으며, 냉각 또는 가열을 해야 하는 공간이 작고 좁은 경우에도 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 배전반 및 특수 제어반, 대용량 컴퓨터 등의 통풍이 되지 않는 밀폐된 곳이나 좁은 공간의 방열장치, 눈피로 해소기, 졸음 방지기, 냉온 맛사지 뷰티케어 장치(시스템), 냉온 국소부 온도조절 건강의료기, 애완동물용 냉온보드 등의 분야에 다양하게 적용될 수 있는 장점이 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
210: 열전소자/워터자켓 모듈 211: 클램프 플레이트
211a: 평판형 몸체부 211b: 체결부재
211c: 고정부재 212: 단열 플레이트
213: 워터자켓 커버 214: 기밀용 고무 플레이트
215: 워터자켓 216: 주변 단열재
217: 열전소자 218: 열전달 커버
219: 모듈 지지체 220: 열교환 장치
220h: 하우징 220p: 전원 온/오프 스위치
220s: 냉각/가열 선택 스위치 221: 열교환 라디에이터
222: 방열/흡열 팬 223: 열전달 매체 저장 탱크
224: 펌프 230: 열전달 매체 이동관
240: 다지점 분배기 650: 목적물

Claims (10)

  1. 온도 조절이 필요한 목적물의 내부 또는 목적 공간의 목적물에 접촉되도록 설치되며, 열전소자에 의한 발열 및 흡열 작용과 열전달 매체에 의한 열전달이 이루어지는 열전소자/워터자켓 모듈과;
    목적물에서 소정 거리 떨어진 외부에 상기 열전소자/워터자켓 모듈과 기계적 및 전기적으로 연결되도록 설치되며, 상기 열전소자/워터자켓 모듈로부터 유입되는따뜻한(또는 차가운) 열전달 매체를 열교환 수단에 의해 열교환하여 차갑게(또는 따뜻하게) 변화시켜 상기 열전소자/워터자켓 모듈 측으로 유출하는 열교환 장치와;
    그 일단은 상기 열전소자/워터자켓 모듈에 연결되고, 타단은 상기 열교환 장치에 연결되며, 그 내부에는 상기 열전소자/워터자켓 모듈과 열교환 장치 사이를 순환 이동하며 열을 전달하는 매개체 역할을 하는 열전달 매체가 충전되어 있는 한편 상기 열전소자/워터자켓 모듈과 열교환 장치를 전기적으로 연결하는 전선이 설치되어 있는 열전달 매체 이동관; 및
    상기 열전달 매체 이동관의 주행 경로 상의 임의의 지점에 설치되며, 상기 열교환 장치로부터 유출되어 이동하는 열전달 매체를 유입받아 복수의 열전소자/워터자켓 모듈로 각각 분배해주고, 상기 복수의 열전소자/워터자켓 모듈 각각으로부터 유출되어 이동하는 열전달 매체를 유입받아 상기 열교환 장치로 보내주는 다지점 분배기를 포함하고,
    상기 열전소자/워터자켓 모듈은,
    목적물의 표면에 접촉되어 목적물로부터 발생하는 열을 흡수하여 열전소자로전달하거나 열전소자로부터 냉기를 전달받아 목적물에 전달해주는 열전소자 열전달 커버와;
    상기 열전소자 열전달 커버 내에 일측면이 밀착되도록 안착되며, 냉각 모드의 경우 목적물로부터의 열을 상기 열전소자 열전달 커버를 통해 전달받아 워터자켓으로 전달하고, 가열 모드의 경우 워터자켓을 통해 열을 흡수하여 상기 열전소자 열전달 커버로 전달하는 열전소자와;
    상기 열전소자의 타측면에 밀착되도록 설치되며, 상기 열전소자로부터 열을 전달받아 그 내부에 흐르는 열전달 매체에 의해 열을 흡수하여 상기 열전달 매체 이동관을 통해 상기 열교환 장치로 전달하는 워터자켓과;
    상기 열전소자 및 워터자켓을 그 내부에 수납하며, 열전소자 및 워터자켓과 주변 환경과의 열이동을 차단하는 주변 단열재와;
    상기 워터자켓의 일측면을 커버하여 워터자켓을 보호하는 워터자켓 커버와;
    상기 열전소자 열전달 커버, 열전소자, 워터자켓, 주변 단열재를 포함하는 조립체를 내부에 안착시켜 지지하는 모듈 지지체; 및
    상기 모듈 지지체와 결합 및 해제 가능하게 모듈 지지체와 체결되어 내부의 조립체를 지지 및 고정하는 동시에 조립구조체 전체를 목적물에 고정시킬 수 있도록 하는 고정 수단을 제공하는 클램프 플레이트를 포함하는 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 워터자켓과 워터자켓 커버 사이에는 워터자켓에서의 열전달 작용에 따른 열이 외부로 누출되는 것을 방지하기 위해 내부의 기밀을 유지하기 위한 기밀용 고무 플레이트를 더 포함하는 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 워터자켓 커버와 상기 클램프 플레이트 사이에는 외부와의 열이동을 차단하기 위한 단열 플레이트를 더 포함하는 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열전소자 열전달 커버는 구리 재질로 구성된 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 클램프 플레이트는,
    지지 대상물을 지지하는 평판형 몸체부와;
    상기 평판형 몸체부에서 방사상으로 연장되어 형성되며, 상기 모듈 지지체와의 체결을 위한 복수의 체결부재; 및
    상기 평판형 몸체부에서 방사상으로 연장되어 형성되며, 목적물에의 나사체결식 고정을 위한 복수의 고정부재를 포함하는 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 클램프 플레이트는 탄성 재질로 구성된 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열교환 장치는,
    하우징 내부의 열을 외부로 방출하는 방열 및 하우징 외부의 열을 흡수하여 내부로 전달하는 흡열을 위한 열교환 라디에이터와;
    상기 열전소자/워터자켓 모듈의 냉각 모드 시 열전소자/워터자켓 모듈로부터 상기 열교환 라디에이터로 전달된 열을 하우징 외부로 불어내고, 상기 열전소자/워터자켓 모듈의 가열 모드 시 하우징 외부의 열을 흡수하여 열교환 라디에이터쪽으로 불어주는 방열/흡열 팬과;
    상기 열전소자/워터자켓 모듈과 상기 열교환 장치 간을 열전달 매체 이동관을 통해 순환 이동하면서 열전달 가교 역할을 하는 열전달 매체가 채워져 있는 열전달 매체 저장탱크와;
    상기 열전달 매체가 상기 열전소자/워터자켓 모듈과 상기 열교환 라디에이터 간을 열전달 매체 이동관을 통해 순환 이동하도록 펌핑 작동하는 펌프; 및
    상기 열교환 라디에이터, 방열/흡열 팬, 열전달 매체 저장탱크 및 펌프를 내부에 수납하여 외부 환경으로부터 보호하기 위한 하우징을 포함하는 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하우징의 소정 부위에는 열교환 장치 및 상기 열전소자/워터자켓모듈로의 전원의 공급 및 차단을 위한 전원 온/오프(ON/OFF) 스위치와, 상기 열전소자/워터자켓 모듈의 냉각 모드 또는 가열 모드 구동의 선택을 위한 냉각/가열 선택 스위치가 더 구비되어 있는 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열전달 매체는 순수한 물 또는 조제된 특정 용액인 열전소자를 이용한 다지점 접촉형 냉각 및 가열 장치.
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