KR20100046342A - 열전 소자를 사용한 차량용 냉방 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전류가 흘러 일면에 흡열 면이 형성되고, 타면에 방열 면이 형성되는 열전 소자의 흡열 면에 내부에 밀폐된 공간부를 가져 공간부 내에 냉각수가 채워지며, 열전도도가 높은 방열 금속재로 제조된 하우징부재를 접촉되게 배치한 것이다.
본 발명은 냉각수를 통해 열전 소자의 흡열 면 온도를 방열 면의 온도와 관계없이 안정적으로 유지하여 작동 중 차량 내부로 균일한 냉풍을 공급하여 탑승자의 만족도를 향상시킴은 물론, 냉방 효율도 동시에 증대시키는 효과가 있는 것이다.

Description

열전 소자를 사용한 차량용 냉방 장치{Air Conditioner Using Thermoelectric modules}
본 발명은 열전 소자를 사용한 차량용 냉방 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 열전 소자의 냉방 효율을 증대시키도록 발명된 것이다.
일반적으로 자동차에는 차 실내의 냉, 난방과 환기를 목적으로 공조장치(HVAC : Heating, Ventilating & Air Conditioning System)가 설치된다.
이러한 공조장치에는 엔진을 냉각하면서 고온으로 가열된 냉각수를 순환시켜 주위의 공기를 가열하고, 이렇게 가열된 공기를 차량의 내부로 순환시키는 난방 장치와, 냉매를 순환시켜 주위 공기의 열을 흡수하는 냉동 사이클을 사용하여 공기를 냉각시킨 후 냉각된 공기를 차량의 내부로 순환시키는 냉방 장치로 구분된다.
통상 상기 냉방 장치의 냉동 사이클은 엔진의 구동에 의해 냉매를 고온 고압의 기체상태로 압축시키는 압축기와 상기 압축기에서 압축된 냉매를 공급받아 열을 방출하고 응축시키는 응축기와 상기 응축기로부터 응축된 고압의 액체 냉매를 저장하는 리시버탱크와 상기 리시버탱크의 고압의 냉매를 증발하기 쉽도록 분무상태로 만드는 팽창밸브와 상기 팽창밸브에 연결되어 분무상태의 냉매를 흡열작용에 의해 증발시켜 냉기를 발생시키며, 압축기에 연결되어 사용된 냉매를 압축기로 이송하는 증발기와, 증발기와 압축기 사이에 구비되며 내부에 냉매를 저장할 수 있는 증발기탱크를 포함한다.
그러나 상기한 냉동 사이클을 사용한 냉방 장치는 차량의 주행 중 작동될 경우 엔진의 효율을 저하시켜 더 많은 연료를 소모하게 하는 문제점이 있는 것이다.
상기한 냉동 사이클의 문제점을 해결하기 위해 근래에 들어 전류에 의한 흡열 작용으로 주위 공기를 냉각하는 열전 소자(Thermoelectric Module)를 사용한 냉방장치가 개발되고 있는 것이다.
상기 열전 소자는 흡열 작용을 하는 흡열 면과, 흡열 면으로 부터 흡열된 열을 방열하는 방열 면이 구비하여 흡열 면으로부터 주위 공기의 열을 빼앗아 공기를 냉각시키는 것으로, 상기 열전 소자의 냉방 효율을 증대시키기 위해서는 방열 면의 온도를 빠르게 냉각시켜 주어야 하므로, 방열 면에 복수의 방열 핀을 장착하고 있다.
그러나 상기한 종래의 열전 소자를 사용한 냉방장치는 열전 소자의 방열 면에서의 방열이 원활하지 않을 경우 흡열 면의 온도가 이에 대응되게 빠르게 상승하여 냉방 작동이 이루어지지 않게 되었던 것이다.
즉, 종래의 열전 소자를 사용한 냉방장치는 작동 중 외부 요인에 의해 열전 소자의 방열 면에서의 방열이 방해되는 일이 빈번히 발생하여 냉방 작동이 불규칙적으로 이루어져 차량 내부로 불규칙적인 냉풍을 공급하여 탑승자의 만족감을 저하시킴은 물론 냉방 효율이 낮은 문제점이 있었던 것이다.
본 발명의 목적은 작동 중 열전 소자의 흡열 면 온도를 안정적으로 유지시켜 차량 내부로 균일한 냉풍을 공급하여 탑승자의 만족감을 증대시킴은 물론 냉방 효율을 증대시킨 열전 소자를 사용한 차량용 냉방 장치를 제공하는 데 있다.
이러한 본 발명의 목적은 전류가 흘러 일면에 흡열 면이 형성되고, 타면에 방열 면이 형성되는 열전 소자와;
내부에 밀폐된 공간부를 가져 공간부 내에 냉각수가 채워지며, 열전도도가 높은 방열 금속재로 제조되어 열전 소자의 흡열 면에 접촉되게 배치되는 제 1 하우징부재와;
내부에 밀폐된 공간부를 가져 공간부 내에 냉각수가 채워지며, 열전도도가 높은 방열 금속재로 제조되어 열전 소자의 방열 면에 접촉되게 배치되는 제 2 하우징부재를 포함한 열전 소자를 사용한 차량용 냉방 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 전류가 흘러 일면에 흡열 면이 형성되고, 타면에 방열 면이 형성되는 열전 소자와;
내부에 밀폐된 공간부를 가져 공간부 내에 냉각수가 채워지며, 열전도도가 높은 방열 금속재로 제조되어 열전 소자의 흡열 면에 접촉되게 배치되는 하우징부재와;
복수의 방열 핀부를 구비하며 열전도도가 높은 방열 금속재로 제조되어 열전 소자의 방열 면에 접촉되게 배치되는 히트 싱크부재를 포함한 열전 소자를 사용한 차량용 냉방 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 냉각수를 통해 열전 소자의 흡열 면 온도를 방열 면의 온도와 관계없이 안정적으로 유지하여 작동 중 차량 내부로 균일한 냉풍을 공급하여 탑승자의 만족도를 향상시킴은 물론, 냉방 효율도 동시에 증대시키는 효과가 있는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예를 도시한 분해사시도로서, 열전 소자의 흡열 면과, 방열 면에 각각 제 1 하우징부재 및 제 2 하우징부재가 장착되는 예를 나타내고 있다.
도 2는 도 1의 결합 상태를 도시한 정면도로서, 케이싱부재의 내부로 열전 소자, 제 1 하우징부재 및 제 2 하우징부재가 결합되어 사용되는 예를 나타내고 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예를 도시한 분해사시도로서, 열전 소자의 흡열 면에 하우징부재가 장착되고, 방열 면에 히트 싱크부재가 장착되는 예를 나타내고 있다.
도 4는 도 3의 결합 상태를 도시한 정면도로서, 케이싱부재의 내부로 열전 소자, 하우징부재 및 제 2 하우징부재가 결합되어 사용되는 예를 나타내고 있다.
이하, 도 1 내지 도 2에서 도시한 바와 같이 본 발명의 열전 소자(10)는 전류가 흘러 일면에 흡열 작용을 하는 흡열 면이 형성되고, 타면에 방열 작용을 하는 방열 면이 형성되는 반도체 기판으로, 단열 패널부재(60)에 삽입되어 장착되는 것을 기본으로 한다.
상기 단열 패널부재(60)는 상기 열전 소자(10)에 대응되는 소자 장착 구멍(61)이 형성되며, 열전 소자(10)의 흡열 면과, 방열 면을 상, 하부로 노출시키며, 제 1 하우징부재(20)와 제 2 하우징부재(30)의 사이에 개재되어 방열 면, 즉, 제 2 하우징부재(30)에서 방열되는 열이 제 1 하우징부재(20)로 전달되지 않도록 차단함으로써 냉방 효율을 증대시키는 역할을 하는 것이다.
또, 상기 열전 소자(10)는 전기 전도 방식이 다른 2종류의 금속 또는 반도체를 접속시킨 후 전류를 흘려 보내 전류 방향에 따라 한쪽 단자는 흡열하고, 다른 쪽 단자는 발열을 일으키는 펠티에 효과를 이용한 것으로, 전류 방향에 따라 흡열 및 발열의 전환이 가능하고, 전류량에 따라 흡열량 및 발열량이 조절되는 것이다.
상기 열전 소자(10)는 공지의 것으로 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
상기 열전 소자(10)의 상부면 즉, 흡열 면에는 내부에 밀폐된 공간부를 가져 공간부 내에 냉각수가 채워지며, 열전도도가 높은 방열 금속재로 제조되는 제 1 하우징부재(20)가 밀착되게 배치된다.
상기 제 1 하우징부재(20)는 알루미늄과 같이 열전도도가 높은 금속으로 제조된 방열판으로 이루어진 직육면체의 함체로 제조되며, 내부의 밀폐된 공간부로 냉각수가 채워지는 것이다.
또, 상기 열전 소자(10)의 하부면 즉, 방열 면에는 내부에 밀폐된 공간부를 가져 공간부 내에 냉각수가 채워지며, 열전도도가 높은 방열 금속재로 제조되는 제 2 하우징부재(30)가 밀착되게 배치된다.
상기 제 2 하우징부재(30)는 알루미늄과 같이 열전도도가 높은 금속으로 제조된 방열판으로 이루어진 직육면체의 함체로 제조되며, 내부의 밀폐된 공간부로 냉각수가 채워지는 것이다.
그리고 본 발명은 상기 제 1 하우징부재(20) 및 제 2 하우징부재(30)와, 상기 제 1 하우징부재(20)와 제 2 하우징부재(30) 사이에 개재되는 단열 패널부재(60)가 결합하는 하우징 장착부(70a)가 구비되고, 하우징 장착부(70a)의 상, 하부에 각각 공기가 통과하는 제 1 공기 통로부(71) 및 제 2 공기 통로부(72)가 구비된 케이싱부재(70)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 케이싱부재(70)는 차량의 엔진 룸 내부에 설치되어 외부 요인을 차단하여 냉방 효율을 증대시키는 것이다.
상기한 본 발명인 냉방 장치는 열전 소자(10)에 전류가 흘러 흡열 면으로 흡열 작용이 발생하여 제 1 하우징부재(20)가 흡열 면의 저온을 전달받아 제 1 공기 통로부(71)를 통과하는 공기를 냉각시키게 되는 것이고, 방열 면으로 방열되는 열은 제 2 하우징부재(30)로 전달되어 제 2 하우징부재(30)의 내부 냉각수 및 제 2 공기 통로부(72)를 통과하는 공기를 통해 냉각되는 것이다.
그리고, 제 1 하우징부재(20)의 내부에 채워진 냉각수는 흡열 면의 저온을 전달받아 냉각되며, 냉각된 상태로 흡열 면의 저온을 저장하게 되는 것이다.
따라서 본 발명인 냉방 장치는 냉각수에 저장된 흡열 면의 저온으로 열전 소자(10)의 작동 중에 제 1 하우징부재(20)의 온도를 안정적으로 유지하며 냉방효율을 증대시키는 것이며, 특히 방열 면의 방열 작용이 원활하지 않아 흡열 면의 온도가 상승되더라도 냉각수의 저온을 통해 제 1 하우징부재(20)의 저온을 유지할 수 있어 냉방 효율을 더욱 증대시키며, 자동차의 실내 환경을 더욱 쾌적하게 유지할 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명인 냉방 장치는 도 3 내지 도 4에서 도시한 바와 같이 내부에 밀폐된 공간부를 가져 공간부 내에 냉각수가 채워지는 하우징부재(40)를 흡열 면에 접촉되게 배치하고, 열전도도가 높은 방열 금속재로 제조된 히트 싱크부재(50)를 방열 면에 접촉되게 배치하여 구성할 수도 있다.
열전 소자(10)는 하우징부재(40)와 히트 싱크부재(50) 사이에 개재되는 단열 패널부재(60)에 장착되며, 상기 단열 패널부재(60)는 열전 소자(10)가 결합하여 장착되는 소자 장착 구멍(61)이 형성되며, 장착된 열전 소자(10)의 열전 소자(10)의 흡열 면과, 방열 면을 상, 하부로 노출시키며, 하우징부재(40)와 히트 싱크부재(50) 사이에 개재되어 방열 면에서 방열되는 열이 하우징부재(40)로 전달되지 않도록 차단함으로써 냉방 효율을 증대시키는 역할을 하는 것이다.
상기 열전 소자(10)는 전기 전도 방식이 다른 2종류의 금속 또는 반도체를 접속시킨 후 전류를 흘려 보내 전류 방향에 따라 한쪽 단자는 흡열하고, 다른 쪽 단자는 발열을 일으키는 펠티에 효과를 이용한 것으로, 전류 방향에 따라 흡열 및 발열의 전환이 가능하고, 전류량에 따라 흡열량 및 발열량이 조절되는 것이다.
상기 열전 소자(10)는 공지의 것으로 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
그리고 본 발명은 상기 하우징부재(40) 및 상기 패널부재(60)가 결합하는 하우징 장착부(70a)가 구비되고, 공기가 통과하는 제 1 공기 통로부(71)가 하우징 장착부(70a)의 상부에 구비되고, 히트 싱크부재(50)가 배치되며, 공기가 통과하는 제 2 공기 통로부(72)가 하우징 장착부(70a)의 하부에 구비된 케이싱부재(70)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 케이싱부재(70)는 차량의 엔진 룸 내부에 설치되어 외부 요인을 차단하여 냉방 효율을 증대시키는 것이다.
상기한 본 발명인 냉방 장치는 열전 소자(10)에 전류가 흘러 흡열 면으로 흡열 작용이 발생하여 하우징부재(40)가 흡열 면의 저온을 전달받아 제 1 공기 통로부(71)를 통과하는 공기를 냉각시키게 되는 것이고, 방열 면으로 방열되는 열은 히트 싱크부재(50)에서 제 2 공기 통로부(72)를 통과하는 공기를 통해 방열되어 냉각되는 것이다.
그리고, 하우징부재(40)의 내부에 채워진 냉각수는 흡열 면의 저온을 전달받아 냉각되며, 냉각된 상태로 흡열 면의 저온을 저장하게 되는 것이다.
따라서 본 발명인 냉방 장치는 냉각수에 저장된 흡열 면의 저온으로 열전 소자(10)의 작동 중에 하우징부재(40)의 온도를 안정적으로 유지하며 냉방효율을 증대시키는 것이며, 특히 방열 면의 방열 작용이 원활하지 않아 흡열 면의 온도가 상승되더라도 냉각수의 저온을 통해 하우징부재(40)의 저온을 유지할 수 있어 냉방 효율을 더욱 증대시키며, 자동차의 실내 환경을 더욱 쾌적하게 유지할 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예를 도시한 분해사시도
도 2는 도 1의 결합 상태를 도시한 정면도
도 3은 본 발명의 다른 실시 예를 도시한 분해사시도
도 4는 도 3의 결합 상태를 도시한 정면도
*도면 중 주요 부호에 대한 설명*
10 : 열전 소자 20 : 제 1 하우징부재
30 : 제 2 하우징부재 40 : 하우징부재
50 : 히트 싱크부재 60 : 단열 패널부재
70 : 케이싱부재 71 : 제 1 공기 통로부
72 : 제 2 공기 통로부

Claims (6)

  1. 전류가 흘러 일면에 흡열 면이 형성되고, 타면에 방열 면이 형성되는 열전 소자와;
    내부에 밀폐된 공간부를 가져 공간부 내에 냉각수가 채워지며, 열전도도가 높은 방열 금속재로 제조되어 열전 소자의 흡열 면에 접촉되게 배치되는 제 1 하우징부재와;
    내부에 밀폐된 공간부를 가져 공간부 내에 냉각수가 채워지며, 열전도도가 높은 방열 금속재로 제조되어 열전 소자의 방열 면에 접촉되게 배치되는 제 2 하우징부재를 포함한 것을 특징으로 하는 열전 소자를 사용한 차량용 냉방 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전 소자가 장착되는 소자 장착 구멍이 형성되며, 제 1 하우징부재와 제 2 하우징부재의 사이에 개재되는 단열 패널부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 사용한 차량용 냉방 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 하우징부재 및 제 2 하우징부재가 결합하는 하우징 장착부가 구비되고, 하우징 장착부의 상, 하부에 각각 공기가 통과하는 제 1 공기 통로부 및 제 2 공기 통로부가 구비된 케이싱부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 소자 를 사용한 차량용 냉방 장치.
  4. 전류가 흘러 일면에 흡열 면이 형성되고, 타면에 방열 면이 형성되는 열전 소자와;
    내부에 밀폐된 공간부를 가져 공간부 내에 냉각수가 채워지며, 열전도도가 높은 방열 금속재로 제조되어 열전 소자의 흡열 면에 접촉되게 배치되는 하우징부재와;
    복수의 방열 핀부를 구비하며 열전도도가 높은 방열 금속재로 제조되어 열전 소자의 방열 면에 접촉되게 배치되는 히트 싱크부재를 포함한 것을 특징으로 하는 열전 소자를 사용한 차량용 냉방 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 열전 소자가 장착되는 소자 장착 구멍이 형성되며, 하우징부재와 히트 싱크부재의 사이에 개재되는 단열 패널부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 소자를 사용한 차량용 냉방 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 하우징부재가 결합하는 하우징 장착부가 구비되고, 상기 하우징 장착부의 상부에 공기가 통과하는 제 1 공기 통로부가 구비되고, 하우징 장착부(70a)의 하부에 상기 히트 싱크부재가 배치되며, 공기가 통과하는 제 2 공기 통로부가 구비 된 케이싱부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉방장치.
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