KR20010068321A - 개인용 냉난방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개인용 냉난방장치에 관한 것으로, 사용자 개인의 주변 공간만을 집중적으로 냉난방시킴으로써 개인이 전용으로 이용할 수 있도록 된 것이다.

이를 위해 본 발명은, 전기적으로 작동하여 한쪽 세라믹판에서 열을 흡수하여 반대쪽 세라믹판으로 열을 방출하도록 된 열전모듈과, 상기 열전모듈의 상부의 세라믹판과 하부의 세라믹판 각각에 장착되어 이들 세라믹판으로부터 열이 전달되도록 된 상부열교환기 및 하부열교환기와, 상기 상부열교환기의 상부에 설치되어 외부의 공기를 유입한 후 열교환하여 배출하도록 하는 송풍팬 및 이 송풍팬을 구동시키는 구동수단이 구비된 송풍케이스와, 상기 송풍케이스의 상단에 형성되어 상기 송풍케이스로부터 송풍되는 열교환된 공기를 사용자쪽으로 배출하기 위한 배출덕트를 포함하여 이루어진 개인용 냉난방장치를 제공한다.

Description

개인용 냉난방장치{A personal air-conditioner}

본 발명은 냉난방장치에 관한 것으로, 특히 사용자 개인의 주변 공간을 집중적으로 냉난방시킴으로써 개인이 전용으로 이용할 수 있도록 된 개인용 냉난방장치에 관한 것이다.

일반적으로, 냉난방장치는 주거공간, 상업공간, 또는 사무실 등의 실내 공간을 냉방 및 난방시키기 위한 장치로서, 이러한 냉난방장치의 구성 및 작동을 첨부된 도면의 도 1을 참조로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 압축기(1)에서 고온고압으로 압축된 냉매가스는 응축기(2)로 보내어지고, 이 응축기(2)에서는 일측에 설치된 송풍팬(3)에 의해 송풍된 외부의 공기에 의해 냉매가스가 응축열을 방출하여 액화되면서 응축작용이 일어나게 된다.

이 때, 상기 응축기(2)를 통과한 뜨거운 공기는 실외로 배출된다.

이와 같이 응축기(2)에서 응축된 냉매는 팽창밸브(4)를 지나면서 교축되어 증발하기 쉬운 압력으로 감압되어 증발기(5)로 보내어지고, 이 증발기(5)에서는 일측에 설치된 송풍팬(6)에 의해 송풍된 외부의 공기에 의해 냉매액이 증발하면서 외부의 열을 흡수하게 된다.

이에 따라 상기 증발기(5)를 지나면서 열을 빼앗긴 냉각공기는 실내로 배출되어 실내를 냉방시키게 되며, 상기 증발된 냉매는 저온저압의 가스로 되어 상기 압축기(1)로 보내어져 상기와 같은 과정을 반복하게 된다.

한편, 상기와 같은 냉난방장치로 실내를 난방하고자 하는 경우에는 냉매를 역으로 순환시키면 되는데, 이 경우에는 상기 증발기(5)는 응축기로서 작용하여 따뜻한 공기가 실내로 유입되게 되고, 반대로 상기 응축기(2)는 증발기로서 작용하여차가운 공기가 실외로 배출되게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 일반적인 냉난방장치들은 실내 공간 전체를 냉방 또는 난방하도록 되어 있기 때문에, 냉난방장치와 멀리 떨어진 지역에서는 냉난방효과가 잘 전달되지 않으며, 실내에 있는 모든 사람들의 개별적인 성향을 모두 만족할 수가 없을 뿐만 아니라, 냉난방에 필요한 공기조화량도 비효율적인 문제점이 있었다.

즉, 생리학적으로 인간의 호흡량은 1인당 0.133 ℓ/s이지만, 일반적인 냉난방장치에서 공급되는 표준 공기조화량은 1인당 10ℓ/s로, 인간에게 실제로 필요한 양은 전체 공기조화량의 약 1%정도에 불과한 것으로 알려져 있다.

또한, 상기와 같은 종래의 냉난방장치는 부피가 크고 무거운 고정식으로 되어 휴대가 불가능하도록 되어있는 바, 특히 사람이 냉난방장치가 설치된 실내를 벗어나 냉난방장치가 설치되지 않은 다른 장소로 이동하여 작업을 해야 하는 경우에는 냉난방을 전혀 기대할 수 없다는 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 소형으로 휴대가능하게 제작되어 개인의 주변만을 집중적으로 냉난방함으로써 개인이 전용으로 이용할 수 있도록 된 개인용 냉난방장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 냉난방장치의 구성을 나타낸 개략적인 구성도

도 2는 본 발명에 따른 냉난방장치를 나타낸 사시도

도 3은 도 2의 냉난방장치의 종단면도

도 4는 본 발명의 냉난방장치에 이용되는 열전모듈의 구성 및 작동을 나타낸 구성도

도면의 주요부분에 대한 설명

10 - 열전모듈 11, 12 - 세라믹판

20 - 상부열교환기 30 - 하부열교환기

40 - 송풍케이스 43 - 송풍팬

50 - 배출덕트 51 - 주름관

52 - 유속조절수단 60 - 전원

70 - 기저판

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전기적으로 작동하여 한쪽 세라믹판에서 열을 흡수하여 반대쪽 세라믹판으로 열을 방출하도록 된 열전모듈과,상기 열전모듈의 상부의 세라믹판과 하부의 세라믹판 각각에 장착되어 이들 세라믹판으로부터 열이 전달되도록 된 상부열교환기 및 하부열교환기와, 상기 상부열교환기의 상부에 설치되어 외부의 공기를 유입한 후 열교환하여 배출하도록 하는 송풍팬 및 이 송풍팬을 구동시키는 구동수단이 구비된 송풍케이스와, 상기 송풍케이스의 상단에 형성되어 상기 송풍케이스로부터 송풍되는 열교환된 공기를 사용자쪽으로 배출하기 위한 배출덕트를 포함하여 이루어진 개인용 냉난방장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 냉난방장치의 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 냉난방장치는, 장치의 각 구성부를 테이블 등의 바닥면 상에서 지탱하게 되는 기저판(70) 상에 하부열교환기(30)가 장착되고, 이 하부열교환기(30) 상부에는 열전모듈(10; thermoelectric module)이 부착되고, 이 열전모듈(10) 상에는 그 내부에 송풍팬(44) 및 구동모터(43)가 구비된 송풍케이스(40)가 장착되며, 이 송풍케이스(40) 상단부에는 상기 송풍팬(44)에 의해 송풍되는 공기가 배출되는 배출덕트(50)가 장착된 구조로 되어 있다.

또한, 상기 기저판(70) 상에는 상기 열전모듈(10)과 구동모터(43)에 전력을 공급하기 위한 전원(60)이 설치된다.

한편, 상기 열전모듈(10)은 아래에서 상세히 설명하겠지만, 전기적으로 작동하면서 한 쪽 세라믹판에서 열을 흡수하여 반대쪽 세라믹판으로 열을 방출하도록 된 장치로, 상부의 세라믹판(11)은 상기 상부열교환기(20)와 접지되고, 하부의 세라믹판(12)은 하부열교환기(30)에 접지되어 열을 전달하게 된다.

그리고, 상기 상부열교환기(20)와 하부열교환기(30)는 다수의 금속판들이 직립하여 일정간격으로 배열되도록 형성되는데, 이는 외부의 공기와의 접촉면적을 증가시킴으로써 열교환량을 증대시키기 위함이다.

또한, 상기 상부열교환기(20)의 상부에 장착되는 송풍케이스(40)는 그 하부가 개방되게 형성되어 상기 상부열교환기(20)를 통해 공기가 유입되도록 되어 있으며, 그 상부면(42) 중심부에는 구동모터(43) 및 이 구동모터(43)에 의해 구동되는 송풍팬(44)이 장착되며, 상부면(42)의 주변에는 상기 송풍팬(44)에 의해 송풍되는 공기를 위쪽으로 배출시키기 위하여 다수의 구멍(42a)이 형성되어 있다.

또한, 상기 송풍케이스(40)의 상부면(42) 위쪽에는 배출덕트(50)의 입구와 연결되는 덕트연결부(41)가 형성되는데, 이 덕트연결부(41)는 상기 송풍케이스(40) 상부면(42)을 통해 배출되는 공기를 상단의 배출덕트(50) 입구로 안내하기 위하여 상기 배출덕트(50)의 입구쪽으로 수렴하도록 형성되어 있다.

한편, 상기 배출덕트(50)는 다수의 덕트들이 관절식의 유연한 주름관(51)으로 연결되어 사용자가 원하는 방향으로 자유롭게 방향전환이 될 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 배출덕트(50)의 공기가 토출되는 출구부위에는 배출덕트(50)의 단면적을 조절함으로써 토출되는 공기의 유속을 조절할 수 있도록 된 유속조절수단(52)이 장착되어 있는데, 이러한 유속조절수단(52)으로서 카메라의 조리개와 같은 장치가 이용될 수가 있다.

한편, 상기 열전모듈(10)은 그에 연결된 전극에 따라 열을 흡수하는 흡열부와 이 흡열부에서 흡수된 열을 방출하는 방열부가 결정되는데, 참조로 이와 같은 열전모듈(10)의 작동원리와 구성 및 특성에 대해 도 4를 참조로 설명한다.

일반적으로, 열전모듈은 고상의 히트펌프로서의 기능을 하는 반도체 물질에 기초한 전기적인 구성요소로서, 서로 다른 두 물질을 직렬로 연결한 결합부에 전류를 흐르게 하면 두 물질의 접점에서 열을 방출하거나 흡수하는 펠티에 효과(Peltier Effect)를 이용한 것으로, 이 때 방출되는 열에너지는 전류의 크기에 비례한다.

이러한 원리를 이용한 본 발명의 냉난방장치에 이용되는 열전모듈(10)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 열을 흡수하여 냉각시키고자 하는 물체(Tc)와 접하도록 형성된 상부 세라믹판(11)과, 열을 방출하기 위한 물체(Th)와 접하도록 형성된 하부 세라믹판(12)과, 상기 상부 세라믹판(11)과 하부 세라믹판(12) 사이를 연결하도록 교대로 배열된 p형반도체(14) 및 n형반도체(15)와, 상기 p형반도체(14) 및 n형반도체(15)를 전기적으로 교차연결시킴과 더불어 p형반도체(14) 및 n형반도체(15)의 양단을 상기 상부 세라믹판(11)과 하부 세라믹판(12)에 연결시키는 매개체로서의 역할을 하는 구리 등으로 된 전기적 교차연결층(13)으로 이루어지고, 상기 교차연결층(13)은 직류전원(P)에 연결되어 상기 p형반도체(14) 및 n형반도체(15)를 통해 전류가 흐르도록 되어 있다.

따라서, 상기와 같이 구성된 열전모듈(10)을 이용하여 물체(Tc)를 냉각 또는 가열시키기 위해 사용자가 전원을 인가하면 전류(i)가 상기 교차연결층(13)에 의해 연결된 n형반도체(15) 및 p형반도체(14)를 교대로 흐르게 되고, 이에 따라 n형반도체(15)에서는 전류(i)의 방향과 반대방향으로 전자(-)가 이동하는 한편, p형반도체(14)에서는 전류의 흐름방향으로 정공(+)이 이동하게 된다.

즉, 상기 n형반도체(15) 및 p형반도체(14)를 통해 각각 전자(-) 및 정공(+)이 상부 세라믹판(11)에서부터 하부 세라믹판(12) 쪽으로 이동하게 되고, 이에 따라 상부 세라믹판(11)은 열을 흡수하여 하부 세라믹판(12)으로 방출시키게 되므로, 상기 상부 세라믹판(11)이 흡열부로 작용하여 이 상부 세라믹판(11)과 접해있는 물체(Tc)는 냉각되고, 상기 하부 세라믹판(12)은 방열부로서 작용하여 상기 하부 세라믹판(12)과 접해있는 물체(Th)는 가열되게 된다.

또한, 상기 열전모듈(10)에 연결된 전기의 극성을 전환시켜 전류의 방향을 전환시키면, 즉, 전원(P)의 양극(+)과 음극(-)에 연결된 부분을 서로 바꿔주면, 앞에서 설명한 현상과는 반대로 하부 세라믹판(12)에서부터 상부 세라믹판(11) 쪽으로 열이 방출되어 흡열부와 방열부가 전환되는 한편, 공급되는 전류의 크기를 변화시킴으로써 흡열 및 방열되는 열에너지의 크기가 변화될 수 있음은 이해 가능할 것이다.

한편, 상기 열전모듈은 다음과 같은 특성을 갖는다.

첫째, 정확한 온도제어가 가능한데, 이는 흡열 및 방열되는 열에너지의 크기가 공급되는 전류의 크기에 비례하기 때문이다.

둘째, 운동을 일으키는 기계적인 요소를 사용하지 않으므로 소음 및 진동이 없다.

세째, 소형이고 가볍다.

네째, 국지적인 냉난방이 가능하다.

다섯째, CFC가스 또는 어떠한 냉매도 사용하지 않으므로 환경친화적이다.

여섯째, 전류방향에 따라 가열 및 냉각이 결정된다.

이하, 상기와 같은 구성으로 이루어진 냉방장치의 작동에 대해 설명한다.

여름철에 사용자가 냉방작동을 원하는 경우, 냉난방장치의 기저판(70)을 원하는 장소에 안착시킨 다음, 상기 열전모듈(10)의 상부의 세라믹판()이 흡열부로 작용하고 하부의 세라믹판(22)은 방열부로 작용하도록 전원을 인가하면, 상기 열전모듈(10)이 작동됨과 동시에, 열전모듈(10) 상부에 위치된 구동모터(43)가 작동하여 송풍팬(44)이 동작하게 된다.

이에 따라, 상기 열전모듈(10)의 상부의 세라믹판()은 이 세라믹판() 상부에 부착된 상부열교환기(20)로부터 열을 흡수하게 되고, 상기 열전모듈(10)의 하부의 세라믹판()은 상기 상부의 세라믹판()에서 흡수된 열을 하부열교환기(30)로 방출하게 되는데, 이 때, 상기 송풍팬(44)에 의해 열전모듈(10) 상부에 설치된 상부열교환기(20)를 통해 공기가 유입되면서 이 유입된 공기가 상기 상부열교환기(20)에서 열이 흡수되어 냉각된 다음, 이 냉각된 공기가 송풍팬(44)에 의해 송풍케이스(40) 상부면(42)의 구멍(42a)을 통해서 배출덕트(50)로 배출됨으로써 사용자 개인의 주변을 냉방시키게 된다.

이 때, 상기 배출덕트(50)는 덕트들 사이에 형성된 주름관(51)에 의해 사용자가 원하는 방향으로 조절될 수 있으며, 상기 배출덕트(50) 끝단에 형성된 유속조절수단(52)을 조절함으로써 사용자가 원하는 유속의 기류를 얻을 수 있게 된다.

한편, 겨울철에 난방을 하고자 하는 경우, 상기 열전모듈(10)에 연결된 전원의 극성을 전환시켜 상부의 세라믹판()이 방열부로서 작용하고 하부의 세라믹판()이 흡열부로서 작용하도록 함으로써, 상기 배출덕트(50)를 통해 온기가 배출되도록 한다.

한편, 본 발명은 앞에서 설명한 실시예에 국한되지 아니하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 실시가 가능하다.

예컨대, 본 발명에서는 상기 열전모듈(10)의 하부의 세라믹판()을 통해 방출되는 열이 하부열교환기(30)로 전달되도록 하고 있으나, 상기 하부열교환기(30)를 제거하고 기저판 자체를 열교환기로서 사용할 수도 있을 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 냉난방 수단으로서 전기적으로 작동하는 소형의 열전모듈을 사용하므로, 휴대 및 냉난방성능을 고려하여 냉난방장치의 크기를 다양하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 사용자 개인의 책상 등 사용자가 원하는 장소에 설치하여 사용할 수가 있고, 사용자의 성향 등에 따라 사용자 주위의 공간만을 집중적으로 냉난방시킬 수가 있어 사용자의 만족성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 열전모듈을 사용하므로 정확한 온도의 제어가 가능하고, 공기가 토출되는 배출덕트를 원하는 각도로 자유자재로 조절할 수 있으며, 유속조절수단을 사용하여 토출되는 기류를 사용자가 원하는 기류로 만들어 줄 수도 있는바, 사용자는 냉난방장치의 토출되는 냉기 또는 온기를 원하는 기류상태로 정확하게 제어할 수가 있다.

또한, 본 발명 냉난방장치는 소음 및 진동이 없으며, 열전모듈에 연결된 전극을 전환시키는 조작으로 간단히 냉방에서 난방으로, 혹은 난방에서 냉방으로 전환이 용이하게 이루어진다.

Claims (5)

1. 전기적으로 작동하여 한쪽 세라믹판에서 열을 흡수하여 반대쪽 세라믹판으로 열을 방출하도록 된 열전모듈과,

   상기 열전모듈의 상부의 세라믹판과 하부의 세라믹판 각각에 장착되어 이들 세라믹판으로부터 열이 전달되도록 된 상부열교환기 및 하부열교환기와,

   상기 상부열교환기의 상부에 설치되어 외부의 공기를 유입하여 배출하도록 하는 송풍팬 및 이 송풍팬을 구동시키는 구동수단이 구비된 송풍케이스와,

   상기 송풍케이스의 상단에 형성되어 상기 송풍케이스로부터 송풍되는 열교환된 공기를 사용자쪽으로 배출하기 위한 배출덕트를 포함하여 이루어진 개인용 냉난방장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 상부열교환기는 그 사이로 공기가 유동하며 열교환을 일으킬 수 있도록 다수의 금속판이 직립하여 일정간격으로 배열된 것을 특징으로 하는 개인용 냉난방장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 배출덕트는 다수의 덕트들이 주름관을 매개로 관절식으로 연결되어 자유자재로 방향조절이 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 개인용 냉난방장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 배출덕트의 공기가 토출되는 출구 부위에는 배출덕트의 단면적을 조절함으로써 토출되는 공기의 유속을 조절할 수 있도록 된 유속조절수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 개인용 냉난방장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 냉방장치는 상기 하부열교환기의 하단에 부착되어 각 구성부 전체를 지탱함과 동시에, 상기 열전모듈과 구동수단에 연결되는 전원이 장착되도록 된 기저판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 개인용 냉난방장치.