KR20070059911A - 열전소자를 이용한 수냉식 냉난방기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전소자를 이용하여 냉방, 난방을 하는 시스템이다. 종래의 P형, N형 반도체를 다수 결합시킨 열전소자의 흡열과 방열을 이용하여 열원(냉,열)을 만들게 되고 전원의 극성을 변화함으로서 여름철에는 냉방을 하게 되고 겨울철에는 난방을 할수 있는 장치이다. 또한 방열부의 열원을 수냉식으로 하여 열효율을 최대화 하기 위한 장치이다.

본 발명은 기존 Water to Air, Water to Water 방식과 흡사하나 기존 방열부의 열원을 관 또는 싱크부위의 음각을 이용하여 물이 순환되어 냉각시키는 방식을 사용하고 있으나, 본 발명은 Water Tank 내부에 별도의 히트싱크가 설치되어 방열량을 확대한다.

또한 방열부의 크기를 최소화 할수 있는 이점이 있다.

가스배관을 사용하지 않음으로 인하여 실내외기간 설치가 용이하고, 저비용으로 설치가 가능하다.

방열 라디에이터의 용량에 따라 냉난방기를 여러대 분산 설치한다.

대형 빌딩의 경우에는 대용량의 냉각장치에 여러개의 냉난방기를 분배하여 사용한다.

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Description

열전소자를 이용한 수냉식 냉난방기{Liquid to Air Heater and Cooler}

도1 열전소자를 Water Tank에 배열하는 모습 : 직,병렬 구성

도2 Water Tank와 heat sink 조립도

도3 기기에 장착되어진 모습 : 기기의 후면부

도4 방열 라디에이터부

도5 설치 운용시험중인 기기 : 기기의 전면부

기존 열전소자를 응용한 냉방기는 무수히 많이 개발되어지고 있다. 열전소자에 히트싱크를 설치하고 휀으로 이를 냉각시키는 장치등이 응용되고 있다. 이는 부분적인 냉각을 위한 장치이며 대부분이 Air to Air를 응용한 제품이다.

또한 Water to Air 또는 Water to Water 방식으로 응용되어지고 있는 추세이다. 기존의 방열방식은 코일 또는 유관을 통하여 순환되는 열매를 가지고 냉각하는 방식으로 방열효과가 낮아 대용량으로 사용이 불가한 상황이다. 열전소자 2~3개 정도를 구성하여 냉각하기에는 기존의 Water to Air 방식도 가능하나 대량의 열전소 자를 부착 하게 되면 방열부의 열원을 제대로 방열하기가 어려워진다. 이에 본 발명은 이를 극복 하고 대량의 열전소자를 응용할수 있는 제품이다.

또한 방열부를 전체적으로 냉각함으로서 기기의 전체 크기를 최소화 할수 있는 장점이 있다.

방열부를 최대한 냉각시켜주는 만큼 흡열부에서 차가운 냉열을 얻을수 있는 상관 관계로 방열부의 열원을 최대한 빠르고 신속하게 제거 하여야 한다.

이에따라 Water Tank 에서 최대한의 방열이 이루어 지도록 하여야 한다.

흡열부의 열원을 최대한 신속하게 방출하기 위하여 흡열부의 싱크부분을 얇고 조밀하게 제작하여 흡열효과를 높여야 한다. 전원공급기(파워서플라이)의 전압을 가변형으로 구성하여야 한다. 온도센사의 저항값에 따라 전원공급기에서 전원을 자동으로 제어 할수 있어야 한다.

난방시에는 방열라디에이터를 물의 온도에 따라 가변함으로서 난방효율을 최대화 하여야 한다.

본 발명은 크게 흡열부의 히트싱크와 방열부의 히트싱크부로 구성이 되어진다. 방열부의 히트싱크부위는 Water Tank로 구성이 되어지고, Water Tank 내부에 방열 히트싱크가 구성되어진다. 방열 히트싱크는 물의 순환이 전체적으로 골고루 순환될수 있도록 Liquid guid가 별도로 설치되어 물의 흐름을 분배할수 있도록 한다. 또한 히트싱크에 공급되어지는 열원을 최대한 빠른시간내에 방열하기 위하여 히트싱크의 돌출부위를 최대한 크게 한다.(사진참조)

흡열부의 히트싱크와 방열부의 히트싱크 사이에는 열전소자를 배열하게 되고 이를 직, 병렬로 구성하여 여러개의 열전소자를 구성 하게된다. 이에 파워서플라이에서 발생되어진 일정한 전압이 공급되어진다.

이때 발생되는 흡열부의 열원을 송풍기를 이용하여 실내로 공급 하고, 방열부에서 발생되는 열원은 Liquid를 순환하여 열원을 제거한다. 방열부에서 발생되어진 열원은 방열 라디에이터를 통과 하면서 열원을 냉각 시키게 된다.

냉각되어진 Liquid는 순환펌프를 통하여 다시 Water Tank 부분으로 재 순환을 반복 하게 된다.

1) 파워서플라이(전원공급기)

2) 열전소자

3) 방열부

가)Water Tank

나) 방열 히트싱크

다) Liquid guide

라) Liquid 흡입구, 토출구, 에어변

마) 온도센사(방열라디에이터 휀콘트롤을 위한 제어부)

4) 흡열부

가) 흡열히트싱크

나) 송풍기

다) 공기 흡입구, 토출구

라) 온도센사(실내온도량에 따라 열전소자의 전압을 제어하기위한 제어부)

5) 방열 라디에이터

6) 방열기 휀

7) 콘트롤러

8) 순환펌프

9) 휠타 및 기타 악세사리

본 발명은 기존 콤프레샤 및 히타를 이용한 냉난방기가 아닌 열전소자만을 이용하는 냉난방 장치로서 후레온 가스를 이용하지 아니하고 Liquid(물+부동액)를 이용하여 냉,난방 하는 장치이다. 기존 냉방기에서 난방을 하고져 할때는 사방변 또는 전기 코일, 가스나 등유를 이용한 별도의 장치가 필요로 하나 본 제품은 전원의 극성만을 변환하므로서 냉난방이 가능한 장치이다. 이에 냉,난방기의 제조 금액이 감소하고, 기기의 부피가 줄어든다. 또한 기존의 콤프레샤를 이용한 냉난방기는 진동과 소음이 발생하여 민원의 대상이 되나 본 발명은 민원이 감소한다.

부품의 양또한 기존 콤프레샤 방식의 냉,난방기와는 현저하게 줄어 생산원가가 감소하게 된다.

또한 기존 콤프레샤 방식의 기기는 콤프레샤를 On/Off시킴으로서 기동시에는 기동전류가 많아지게 되며, 온도 편차 운전 방식임으로 콤프레샤 운전시간이 길어지게 되나 본 발명은 온도감지에 따라 전압제어를 함으로서 운전전력이 감소하고, 설정온도차가 거의 나지 않게 운전됨으로 효율적이다.

Claims (4)

1. <<극성변화를 통한 냉난방기 구성>>

   1) 열전소자를 이용하여 냉난방 할수 있는 장치

   2) 열전소자의 극성을 변환하여 냉방, 난방을 할수 있는 장치

   열전소자에 +,- 전원을 공급하면 "A"면이 냉열을 방출한다고 하면, 이를 파워서플라이에서 -,+ 전원으로 극성을 바꾸게 되면 "A"면이 뜨거운 열을 방출하게 된다. 이를 이용한 냉난방 장치.
2. <<수냉식 방열기>>

   방열부의 냉각장치(Liquid Cooler)

   1) 방열부를 Water Tank 로 구성하여 냉각을 전체적으로 일정하게 한다.

   2) 히트싱크가 내부에 내장됨으로 인하여 방열 효과를 최대화한다.

   3) 물을 일정하게 공급 하는 부위와 배출하는 부위가 균일하도록 Liquid Guide를 설치하여 Water Tank를 균일하게 냉각하게 한다.

   4) 싱크부의 길이를 길게 하여 방열효과를 최대화 한다.
3. <<운전조건에 따른 전압 제어 방식의 냉난방기>>

   온도제어에 따른 전압 공급이 변화하게 하여 안정적 운전효과

   1) On/Off운전이 아닌 흡입온도센사에서 감지한 저항값에 따라 파워서플라이의 전원공급이 달라지게 하여 설정온도값에 따라 운전한다.

   예를 들어 온도조건을 25℃로 설정하고 실내온도가 26℃이상이 되면 100%운전을 하다가 0.1℃범위로 90%,80%,70% 씩 전압을 감소하게 하여 25℃를 지속적으로 유지 한다.

   2) 운전범위에 따라 공급되어지는 전원의 전압이 감소함에 따라 전력이 감소하고 편차운전이 필요 없다.
4. <<대용량냉각장치를 이용한 멀티형 냉난방기구성>>

   옥외 대형 냉각장치에 연결하여 멀티형으로 구성

   중앙냉각기에서 물을 냉각하여 각각의 기기에 연결하여 방열부의 열원을 제거하여 멀티형 냉난방기로 사용한다.

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