KR20170075636A - Method and apparatus for controlling of thermoelement, heating and cooling system for thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발열 및 냉각을 위하여 열전 소자를 제어하는 방법 및 장치와 그를 위한 발열 및 냉각 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 열전 소자 제어 장치는, 각각 적어도 두 개의 열전 소자를 포함하는 적어도 두 개의 열전 모듈의 배치를 고려하여 적어도 두 개의 열전 모듈을 미리 결정된 순서로 제어하기 위한 소정 주파수의 신호를 형성하고, 형성된 소정 주파수의 신호를 각각의 열전 모듈에 대응하도록 미리 결정된 순서로 할당하며, 미리 결정된 순서로 할당된 소정 주파수의 신호를 이용하여 각각의 열전 모듈을 순차적으로 구동시킨다.The present invention relates to a method and apparatus for controlling thermoelectric elements for heat generation and cooling, and a heating and cooling system therefor. The thermoelectric-element control apparatus of the present invention is configured to form a signal of a predetermined frequency for controlling at least two thermoelectric modules in a predetermined order in consideration of the arrangement of at least two thermoelectric modules each including at least two thermoelectric elements, A predetermined frequency signal is allocated in a predetermined order corresponding to each thermoelectric module, and each thermoelectric module is sequentially driven by using a signal of a predetermined frequency allocated in a predetermined order.
Description
본 발명은 발열 및 냉각 시스템과 관련된 것으로, 특히 발열 및 냉각을 위한 열전 소자를 제어하는 방법 및 장치와 그를 위한 발열 및 냉각 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a heating and cooling system, and more particularly to a method and apparatus for controlling thermoelectric elements for heating and cooling, and a heating and cooling system therefor.
열전 소자는 열과 전기의 상호작용으로 나타나는 각종 효과를 이용한 소자의 총칭이다. 회로의 안정화와 열, 전력, 빛 검출 등에 사용하는 서미스터(Thermistor), 온도를 측정할 때 사용하는 제벡 효과(Seebeck Effect)를 이용한 소자로서, 냉동기나 항온조 제작에 사용되는 펠티에 소자(Peltier Element) 등이 있다.A thermoelectric device is a generic name of devices that utilize various effects that are caused by the interaction of heat and electricity. Thermistor used for stabilization of circuit, heat, electric power, light detection, and Seebeck effect used for temperature measurement. Peltier element used for refrigerator or thermostat, etc. .
서미스터는 온도에 의해 전기저항이 크게 변화하는 일종의 반도체 소자로서, 전기저항이 온도의 상승에 의해 감소되는 NTC 서미스터(Negative Temperature Coefficient Thermistor), 온도 상승에 의해 저항이 증가하는 정온도계수 서미스터(PTC: Positive Temperature Coefficient Thermistor) 등을 사용한다. 서미스터는 몰리브덴·니켈·코발트·철 등 산화물을 복수 성분으로 배합하여 이것을 소결해서 만들며, 회로의 안정화와 열·전력·빛 검출 등에 사용한다. A thermistor is a type of semiconductor device in which the electrical resistance varies greatly depending on temperature. The thermistor is composed of an NTC thermistor whose electrical resistance is reduced by an increase in temperature, a positive temperature coefficient thermistor (PTC) Positive Temperature Coefficient Thermistor). The thermistor is made by combining oxides such as molybdenum, nickel, cobalt, and iron into a plurality of components and sintering it. It is used for stabilization of the circuit, heat, power, and light detection.
제벡 효과는 2종류 금속의 양끝을 접속하여, 그 양끝 온도를 다르게 하면 기전력이 생기는 현상으로, 열전기쌍을 이용한 온도 측정에 응용한다. The Seebeck effect is a phenomenon in which both ends of two kinds of metals are connected and the temperature at both ends is different.
펠티에 효과는 2종류의 금속 끝을 접속시켜, 여기에 전류를 흘려보내면, 전류 방향에 따라 한쪽 단자는 흡열하고, 다른 쪽 단자는 발열을 일으키는 현상이다. 2종류의 금속 대신 전기전도 방식이 다른 비스무트·텔루륨 등 반도체를 사용하면, 효율성 높은 흡열·발열 작용을 하는 펠티에 소자를 얻을 수 있다. 이것은 전류 방향에 따라 흡열·발열의 전환이 가능하고, 전류량에 따라 흡열·발열량이 조절되므로, 용량이 적은 냉동기 또는 상온 부근의 정밀한 항온조(恒溫槽) 제작에 응용한다. 기존의 펠티에 소자를 이용한 시스템은 높은 전류 사용으로 인해 전력소비가 많아 다량의 펠티에 소자를 사용하기가 어려운 문제점이 있다.The Peltier effect is a phenomenon in which two kinds of metal ends are connected to each other and a current is caused to flow therebetween, which causes one terminal to absorb heat and the other terminal to generate heat depending on the current direction. If a semiconductor such as bismuth tellurium, which is different from the two kinds of metals, is used, it is possible to obtain a Peltier element having an efficient heat absorbing / heating effect. This is because the endothermic heat can be switched according to the current direction and the amount of endothermic or calorific value can be controlled according to the amount of current. Therefore, it is applied to a refrigerator having a small capacity or a precision thermostatic chamber near room temperature. A system using a conventional Peltier device has a problem that it is difficult to use a large amount of Peltier elements because of high power consumption due to high current usage.
본 발명은 발열 및 냉각을 위한 열전 소자를 제어하는 방법 및 장치와 그를 위한 발열 및 냉각 시스템을 제공한다.The present invention provides a method and apparatus for controlling thermoelectric elements for heat generation and cooling, and a heating and cooling system therefor.
본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자 제어 방법은, 각각 적어도 두 개의 열전 소자를 포함하는 적어도 두 개의 열전 모듈의 배치를 고려하여 상기 적어도 두 개의 열전 모듈을 미리 결정된 순서로 제어하기 위한 소정 주파수의 신호를 형성하는 단계와, 형성된 소정 주파수의 신호를 각각의 열전 모듈에 대응하도록 상기 미리 결정된 순서로 할당하는 단계와, 상기 미리 결정된 순서로 할당된 소정 주파수의 신호를 이용하여 각각의 열전 모듈을 순차적으로 구동시키는 단계를 포함한다.The thermoelectric-element control method according to an embodiment of the present invention is a method for controlling at least two thermoelectric modules in a predetermined order in consideration of arrangement of at least two thermoelectric modules each including at least two thermoelectric elements The method comprising the steps of: forming a plurality of thermoelectric modules in a predetermined order so as to correspond to respective thermoelectric modules; .
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자 제어 장치는, 각각 적어도 두 개의 열전 소자를 포함하는 적어도 두 개의 열전 모듈의 배치를 고려하여 상기 적어도 두 개의 열전 모듈을 미리 결정된 순서로 제어하기 위한 소정 주파수의 신호를 형성하고, 형성된 소정 주파수의 신호를 각각의 열전 모듈에 대응하도록 상기 미리 결정된 순서로 할당하며, 상기 미리 결정된 순서로 할당된 소정 주파수의 신호를 이용하여 각각의 열전 모듈을 순차적으로 구동시키는 처리부와, 상기 미리 결정된 순서 및 상기 소정 주파수에 대한 정보를 저장하는 저장부를 포함한다.Further, the thermoelectric-element control apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a plurality of thermoelectric modules each having a predetermined frequency for controlling the at least two thermoelectric modules in a predetermined order in consideration of arrangement of at least two thermoelectric modules each including at least two thermoelectric elements A signal of a predetermined frequency is allocated in the predetermined order so as to correspond to each thermoelectric module, and each thermoelectric module is sequentially driven using a signal of a predetermined frequency allocated in the predetermined order And a storage unit for storing the information on the predetermined order and the predetermined frequency.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 및 냉각 시스템은, 상기 열전 소자 제어 장치를 포함하고, 상기 적어도 두 개의 열전 모듈 각각에 부착된 구리와 알루미늄으로 구성된 합금을 포함한다.The heating and cooling system according to an embodiment of the present invention includes the thermoelectric-element control device and an alloy made of copper and aluminum attached to each of the at least two thermoelectric modules.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 및 냉각 시스템은, 상기 열전 소자 제어 장치를 포함하고, 상기 적어도 두 개의 열전 모듈 각각에 부착된 단열재와, 상기 단열재에 부착된 보온 수단을 포함한다.Further, the heat generation and cooling system according to an embodiment of the present invention includes the thermoelectric device control device, the heat insulation material attached to each of the at least two thermoelectric modules, and the insulation means attached to the heat insulation material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 주파수 제어 방식을 이용하여 열전 소자를 소정 순서로 제어할 수 있으므로 발열 및 냉각을 위한 전력 소비를 감소시키고, 발열 및 냉각 가능 면적을 증가시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, since the thermoelectric elements can be controlled in a predetermined order by using the frequency control method, power consumption for heat generation and cooling can be reduced, and heat generation and cooling allowable area can be increased.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 제어 장치의 구성을 보이는 예시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 배치를 보이는 예시도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈이 온수통에 부착된 모습을 보이는 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열 교환기를 보이는 예시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 구동을 위한 회로의 구성을 보이는 예시도.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 구동을 위한 회로를 구현한 보드의 구성을 보이는 예시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 클럭 펄스 신호의 이득 제어 시간 차트를 보이는 예시도.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 실시예에 따른 클럭 펄스 신호의 파형을 보이는 예시도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 및 열전 소자를 이용한 발열 및 냉각 시스템의 예시도.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자를 이용한 난방용 시스템을 보이는 예시도.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 온수 시스템을 보이는 예시도.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 온수 시스템의 구성을 보이는 예시도.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 온수 전용 시스템을 보이는 예시도.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 제어 방법의 절차를 보이는 플로우 챠트.
도 15는 냉방 시스템의 원리를 보이는 예시도.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자를 부착한 알루미늄 히트 싱크를 보이는 예시도.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자를 알루미늄 히트 싱크에 부착한 모습을 보이는 예시도.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자의 기본 구성도.
도 19 및 도 20은 본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크에서의 수냉 방식의 열교환을 나타내는 예시도.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자를 이용한 냉온풍기를 보이는 예시도.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 냉온풍기의 구성을 보이는 예시도.1 is an exemplary view showing a configuration of a thermoelectric-element control device according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing an arrangement of thermoelectric modules according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are views showing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention attached to a hot water tank. FIG.
FIG. 4 is an exemplary view showing a heat exchanger according to an embodiment of the present invention; FIG.
5 is a view illustrating a configuration of a circuit for driving a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
6A to 6C are views showing a configuration of a board implementing a circuit for driving a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an exemplary view showing a gain control time chart of a clock pulse signal according to an embodiment of the present invention; FIG.
8A to 8D illustrate waveforms of a clock pulse signal according to an embodiment of the present invention.
9 is an illustration of an example of a heating and cooling system using solar and thermoelectric elements according to an embodiment of the present invention.
10A to 10D are views showing an example of a heating system using a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
11 is an exemplary view showing a hot water system according to an embodiment of the present invention.
12 is an exemplary view showing a configuration of a hot water system according to an embodiment of the present invention.
13 is an exemplary view showing a hot water exclusive system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a flowchart illustrating a procedure of a thermoelectric-element control method according to an embodiment of the present invention. FIG.
15 is an exemplary view showing the principle of a cooling system;
16 is an exemplary view showing an aluminum heat sink with a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.
17 is an exemplary view showing a state in which a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention is attached to an aluminum heat sink.
18 is a basic configuration diagram of a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.
19 and 20 are views showing examples of heat exchange in a water-cooling system in a heat sink according to an embodiment of the present invention.
FIG. 21 is an exemplary view showing a cold / hot air purifier using a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention; FIG.
22 is an exemplary view showing a configuration of a cold / warm air purifier according to an embodiment of the present invention;
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions will not be described in detail if they obscure the subject matter of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 제어 장치의 구성을 보이는 예시도이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a thermoelectric-element control device according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 열전 소자 제어 장치(100)는 처리부(110), 저장부(120), 디스플레이(130) 및 시스템 버스(140)를 포함할 수 있다. 일 실시예로서, 처리부(110), 저장부(120) 및 디스플레이(130)는 시스템 버스(140)를 통하여 서로 연결될 수 있다.As shown in FIG. 1, the thermoelectric
처리부(110)는 각각 적어도 두 개의 열전 소자를 포함하는 적어도 두 개의 열전 모듈의 배치를 고려하여 적어도 두 개의 열전 모듈을 미리 결정된 순서로 제어하기 위한 소정 주파수의 신호를 형성하고, 형성된 소정 주파수의 신호를 각각의 열전 모듈에 대응하도록 미리 결정된 순서로 할당하며, 미리 결정된 순서로 할당된 소정 주파수의 신호를 이용하여 각각의 열전 모듈을 순차적으로 구동시킬 수 있다.The
열전 소자 제어 장치(100)를 포함하는 발열 및 냉각 시스템은, 적어도 두 개의 열전 모듈 각각에 부착된 구리와 알루미늄으로 구성된 합금을 포함할 수도 있고, 적어도 두 개의 열전 모듈 각각에 부착된 단열재와 단열재에 부착된 보온 수단을 포함할 수도 있다.The heating and cooling system including the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 배치를 보이는 예시도이다.2 is an exemplary view showing the arrangement of the thermoelectric module according to the embodiment of the present invention.
10개의 열전 모듈을 임의의 위치에 배열할 수 있고, 각각의 열전 모듈은 소정 개수(1개 내지 10개)의 열전 소자들을 포함할 수 있다. 처리부(110)는 10개의 열전 모듈들을 도 2에 기재된 번호 순서대로 구동시킬 수 있다. 즉, 가장 먼저 1번 열전 모듈을 온(on) 시킨후 오프(off) 시키고, 그 다음으로 2번 열전 모듈을 온 시킨후 오프 시키며, 그 다음으로 3번 모듈을 온 시킨후 오프 시킬 수 있다. 이러한 방법으로 1번 ~ 10번 열전 모듈까지 순차적으로 구동시킴으로서 열 효율을 향상시킬 수 있는 형태로 열전 모듈을 구동시킬 수 있다. 그러나, 열전 모듈의 구동 순서 및 방법은 이러한 구현에 한정되지 않는다.Ten thermoelectric modules can be arranged at arbitrary positions, and each thermoelectric module can include a predetermined number of (one to ten) thermoelectric elements. The
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈이 온수통에 부착된 모습을 보이는 예시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자의 열 효율을 극대화하기 위한 열 교환기를 보이는 예시도이다.FIG. 4 is a schematic view of a heat exchanger for maximizing thermal efficiency of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 구동을 위한 회로의 구성을 보이는 예시도이다.5 is a diagram illustrating a configuration of a circuit for driving a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시한 바와 같이, 처리부(110)는 클럭 펄스 신호(CS)를 입력받아서 제1 열전 모듈(41) 제2 열전 모듈(42) 제3 열전 모듈(43) 제4 열전 모듈(44) 제5 열전 모듈(45)의 순서로 열전 모듈들(41 ~ 45)을 순차적으로 온/오프 시킬 수 있다. 아울러, 클럭 펄스 신호(CS)의 이득 제어(Gain Control)를 통하여 열전 모듈의 온/오프를 미세하게 조절할 수 있다. 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 구동을 위한 회로를 구현한 보드의 구성을 보이는 예시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 클럭 펄스 신호의 이득 제어 시간 차트를 보이는 예시도이다. 클럭 펄스 신호(CS)의 이득 제어를 통하여 펄스 폭(Pulse Width, b)을 조절할 수 있다.5, the
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 실시예에 따른 클럭 펄스 신호의 파형을 보이는 예시도이다.8A to 8D illustrate waveforms of a clock pulse signal according to an embodiment of the present invention.
도 8a 내지 도 8c는 열전 모듈의 구동을 위한 제어회로에서 측정한 펄스를 나타내고, 도 8d는 열전 모듈의 구동을 위한 출력 신호를 나타낸다. 이러한 출력 신호를 이용하여서는 10개 이상의 열전 소자를 제어하여 전력을 조절할 수 있다. 도 8d에서 위쪽에 나타난 펄스와 아래쪽에 나타난 펄스를 비교하면 로우 레벨(low level) 만큼의 시간차를 두고 위아래의 펄스가 서로 겹치도록 펄스의 동작 조건을 설정함으로써 위아래 펄스의 시간차를 크게 또는 작게 제어할 수 있고, 위아래 펄스의 시간차를 제어함으로써 열전 모듈의 전력을 제어할 수 있다.8A to 8C show pulses measured by the control circuit for driving the thermoelectric module, and FIG. 8D shows output signals for driving the thermoelectric module. Using these output signals, power can be controlled by controlling more than 10 thermoelectric elements. 8D, when the pulse shown at the upper side and the pulse shown at the lower side are compared, the time difference of the up and down pulses is controlled to be large or small by setting the operation conditions of the pulses so that the upper and lower pulses overlap each other with a time difference of low level And the power of the thermoelectric module can be controlled by controlling the time difference of the up and down pulses.
열전 모듈(41 ~ 45)은 전류의 극성이 변하지 않는 직류 전류에 의해서 구동되며, 처리부(110)는 열전 모듈(41 ~45)에 공급하는 전류의 극성을 변경하여 냉방 또는 난방을 선택할 수 있다.The
일 실시예로서, 열전 소자는 전류가 흐를 경우 일 측면은 발열하고, 일 측면의 반대 측면은 흡열하는 펠티에 소자(Peltier effect device), 온도에 의해 전기저항이 크게 변화하는 반도체 소자인 서미스터(Thermistor) 등을 포함할 수 있으나, 열전 소자가 이러한 구현에 한정되지 않는다.In one embodiment, a thermoelectric element includes a Peltier effect device that generates heat on one side when an electric current flows and an opposite side on one side thereof, a thermistor, which is a semiconductor device having a large electrical resistance, And the like, but the thermoelectric element is not limited to such an embodiment.
또한, 처리부(110)는 열전 모듈을 제어하기 위하여 형성된 소정 주파수의 신호에 대하여 소정 주파수(수 hz ~ 수 Khz)를 증가 또는 감소시켜 냉방 또는 난방의 온도를 조절할 수 있다.In addition, the
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 및 열전 소자를 이용한 발열 및 냉각 시스템의 예시도이다.9 is a diagram illustrating an example of a heating and cooling system using solar and thermoelectric elements according to an embodiment of the present invention.
도 9에 도시한 바와 같이, 태양광 전지(61)는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있고, 태양광 전지(61)에서 형성된 전기 에너지는 마이컴 제어기(62)를 통하여 직류 배터리(63)에 저장되거나 열전 모듈(64)의 순차 제어에 사용될 수 있다. 열전 모듈(64)의 순차 제어에 따라서 난방, 냉방 또는 온수를 공급할 수 있다. 직류 배터리(63)에 저장되었던 전기 에너지는 전력 제어 시스템(65)에 의해서 교류 형태를 갖는 교류 입력을 형성할 수 있다.9, the
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자를 이용한 난방용 시스템을 보이는 예시도이다.FIGS. 10A to 10D are views showing an example of a heating system using a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
도 10a에 도시한 바와 같이, 보온이 가능한 온수통(70) 밑면(FS)에 다수의 열전 소자(PE1 ~ PE9)를 부착하고 태양광 전지(도시하지 않음)를 이용하여 다수의 열전 소자(PE1 ~ PE9)에 전력을 공급하고 온수의 온도를 유지할 수 있다. 일 실시예로서, 온수통(70)은 스테인레스 스틸 재질의 주위를 동이나 구리를 이용하여 열 전도율을 높이고 그 위에 다수의 열전 소자(PE1 ~ PE9)를 부착하여 번호 순서로 스위칭시켜 온수통(70) 내부의 물을 소정 온도(예를 들어, 섭씨 65도)까지 상승시킬 수 있다. 도 10b 및 도 10c는 본 발명의 실시예에 따라서 바닥 난방을 위하여 SUS 패널에 열전 모듈을 부착한 모습을 보이는 예시도이고, 도 10d는 본 발명의 실시예에 따라서 황토 타일의 뒷부분에 열 확산 수단과 열전 모듈을 부착한 모습을 보이는 예시도이다. 도 10b 내지 도 10d와 같은 열전 모듈이 부착된 패널 또는 황토 타일을 바닥 또는 실내 벽 특정한 곳에 여러 개 부착하여 외풍을 방지할 수 있고, 바닥 또는 벽에서 발생하는 열을 이용하여 난방 효과를 향상시킬 수 있다.10A, a plurality of thermoelectric elements PE1 to PE9 are attached to the bottom surface FS of the
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 온수 시스템을 보이는 예시도이다.11 is an exemplary view showing a hot water system according to an embodiment of the present invention.
도 11에 도시한 바와 같이, 다수의 열전 소자를 이용하여 공급된 물을 1차 온수통(81)에서 소정 온도(예를 들어, 섭씨 65도)까지 1차 가열하고, 소정 온도가 되면 제1 펌프(82)를 이용하여 자동으로 메인 온수통(83)으로 이송하고 메인 온수통(83)의 규모에 따라 최소 온도(예를 들어, 섭씨 60도)의 유지를 위한 열전 소자들(도시하지 않음)을 설치하여 온수를 대량으로 보관함으로서 보일러의 기능을 대신할 수 있다. 즉, 적은 양의 물을 빠르게 가열하여 큰 온수통으로 이송하여 가열하면 대량의 온수를 보관할 수 있다. 태양광이 없는 밤이나 흐린 날에도 물을 가열할 수 있도록 일반 전기를 이용하여 열전 소자를 구동시킬 수도 있다. 또한, 열전 소자를 이용하는 발열 및 냉각 시스템은 스위칭 순차 전원 공급 방식을 사용하므로 다수의 열전 소자를 사용하더라도 전력을 적게 사용하여 태양광 전지의 시설 규모와 전력 소비를 감소시킬 수 있다.As shown in FIG. 11, the water supplied using the plurality of thermoelectric elements is firstly heated to a predetermined temperature (for example, 65 degrees Celsius) in the primary
본 발명은 스위칭 파워 방식으로 설치된 수개 ~ 수십개의 열전 소자를 주파수로 제어하여 여름철엔 냉방을 겨울철엔 난방을 할 수 있는 시스템에 관한 것이다. 또한 사계절 온수를 저장하여 기름 및 가스 보일러를 설치하지 않아도 된다는 장점을 가지고 있다. 평상시에는 태양광 전지로 열전 소자에 전력을 공급하여 냉난방 및 온수 시스템을 가동하여 사용할 수 있다. 여름철 실내온도를 25도를 기준으로 한다면 열전 소자의 최대 스펙(specification)을 필요로 하는 것이 아니므로 최대 1/5까지 전력을 제어할 수 있다. 따라서 저전력으로 사용할 수 있는 장점을 갖는다.The present invention relates to a system capable of heating several to several tens of thermoelectric elements installed in a switching power mode at a frequency so as to allow cooling in summer and heating in winter. It also has the advantage that it does not need to install oil and gas boiler by storing hot water of all seasons. Normally, it is possible to supply electricity to the thermoelectric elements by using solar cells and to use the air conditioner and hot water system in operation. If the room temperature is set at 25 degrees in summer, the maximum specification of the thermoelectric device is not required. Therefore, the power can be controlled up to 1/5. Therefore, it has an advantage that it can be used with low power.
석유 보일러를 겨울철 난방에 사용할 경우 20평형에서는 대략 1드럼 반의 석유가 사용되고, 40평형에서는 대략 3드럼의 석유가 사용될 수 있다. 석유 1드럼의 가격은 대략 18만원 내지 22만원이다.When a petroleum boiler is used for heating in winter, approximately 1 drum of petroleum is used at 20 pyeong, and approximately 3 drums of petroleum at 40 pyeong. The price of a
화목 보일러에 사용되는 나무는 1톤당 12만원 내지 16만원에 구입할 수 있고, 화목 보일러는 한달에 2톤 이상의 나무를 사용한다.본 발명의 실시예에 따른 10개의 열전 소자를 포함하는 발열 및 냉각 시스템을 이용할 경우 최대 전력인 180W 이하로 운용할 수 있으며, 하루에 8시간 사용하는 것을 가정하면 한 달에 대략 43.2KW의 전력을 사용하게 된다.The wood used for the fellowship boiler can be purchased from 120,000 to 160,000 won per ton, and the fellowship boiler uses 2 tons or more per month. The heat and cooling system including ten thermoelectric elements according to the embodiment of the present invention , It can be operated at a maximum power of 180 W or less. Assuming that it is used for 8 hours per day, the power consumption of about 43.2 KW per month is used.
여름철 냉방비와 겨울철 난방비를 줄이고 전력 절감과 주위 환경 개선 그리고 건축 비용을 절감할 수 있다.Reducing air-conditioning costs and winter heating costs in the summer, saving power, improving the surrounding environment, and reducing construction costs.
프레온 가스와 이산화탄소로 인한 대기 오염으로 오존층이 위협받고 이상 기후가 나타나는 것을 차단 또는 억제할 수 있는 시스템이다. 저렴한 반도체와 대량 생산으로 가격이 저렴하고 공급이 원할 해진 태양광 전지를 이용하여 에너지 낭비를 줄이고 대기환경을 깨끗하게 만들며 경제적 부가가치를 높여 경제발전에 큰 공헌을 할 수 있다. 빌딩, 가옥, 냉난방 비닐하우스, 저온창고 등 응용할 수 있는 범위는 무궁무진하며, 일조량이 높은 열대지방에서 가격 경쟁력이 높기 때문에 수출 증대를 기대할 수 있다. 또한 중국, 러시아 등의 지역에서 비싼 기름을 원료로 하는 난방 시스템대신 본 발명의 실시예에 따른 발열 및 냉각 시스템을 사용하게 된다면 미세먼지가 심각한 환경을 개선 시킬 수 있고, 중국, 러시아 등으로부터 편서풍의 영향을 받는 지역에 위치한 우리나라에서 미세먼지를 감소시킬 수 있으며, 환경오염을 감소시킬 수 있다.It is a system that can block or inhibit the ozone layer from being threatened and showing an abnormal climate due to the air pollution caused by the freon gas and carbon dioxide. By using cheap photovoltaic cells, which are inexpensive and cheap in price due to cheap semiconductors and mass production, it is possible to reduce waste of energy, clean the atmosphere, and increase economic value, thus contributing to economic development. There is a wide range of applications such as buildings, houses, heating and ventilating greenhouses, and low-temperature warehouses. Expansion of exports can be expected because the price competitiveness is high in tropical regions with high sunshine. In addition, if a heating and cooling system according to an embodiment of the present invention is used instead of a heating system using expensive oil as a raw material in China, Russia, etc., the fine dust can improve a serious environment, It can reduce fine dust and reduce environmental pollution in our country located in the affected area.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 온수 시스템의 구성을 보이는 예시도이다.FIG. 12 is an exemplary view showing a configuration of a hot water system according to an embodiment of the present invention.
도 12에 도시한 바와 같이, 환수되어서 나오는 차가운 물과 온수가 섞이지 않고 별도로 관리되므로 난방을 위한 최적의 상태를 유지할 수 있고, 난방 전용으로 사용되므로 별도의 전력 관리가 가능하다.As shown in FIG. 12, since the hot water and the cold water discharged from the hot water are not mixed with each other, the hot water can be maintained in an optimal condition for heating, and the hot water can be used for heating only.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 온수 전용 시스템을 보이는 예시도이다.13 is an exemplary view showing a hot water exclusive system according to an embodiment of the present invention.
도 13에 도시한 바와 같이, 온수 전용 시스템을 별도로 구비하여 동관으로 제작한 온수통의 물을 식수로도 사용할 수 있고, 동관의 구리 성분에 의해 물의 박테리아를 제거시킬 수 있으므로 보다 안전하게 온수통의 물을 식수로 사용할 수 있다.As shown in Fig. 13, the water in the hot water tank made of a copper pipe can be used as drinking water by separately providing a hot water exclusive system, and the bacteria of the water can be removed by the copper component of the copper pipe, Can be used as drinking water.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 제어 방법의 절차를 보이는 플로우 챠트이다.FIG. 14 is a flowchart illustrating a procedure of a thermoelectric-element control method according to an embodiment of the present invention.
도 14에 도시한 바와 같이, 열전 소자 제어 장치(100)는 각각 적어도 두 개의 열전 소자를 포함하는 적어도 두 개의 열전 모듈의 배치를 고려하여 적어도 두 개의 열전 모듈을 미리 결정된 순서로 제어하기 위한 소정 주파수의 신호를 형성할 수 있고(S1410), 형성된 소정 주파수의 신호를 각각의 열전 모듈에 대응하도록 미리 결정된 순서로 할당한다(S1420). 또한, 열전 소자 제어 장치(100)는 미리 결정된 순서로 할당된 소정 주파수의 신호를 전력 제어 회로로 입력하고(S1430), 지연 회로를 이용하여 소정 주파수의 신호를 버퍼링 할 수 있다(S1440). 또한, 열전 소자 제어 장치(100)는 지연 회로를 이용하여 버퍼링된 소정 주파수의 신호를 이용하여 미리 결정된 순서로 할당된 소정 주파수의 신호를 이용하여 각각의 열전 모듈을 순차적으로 구동시킬 수 있다(S1450).14, the thermoelement
도 15는 냉방 시스템의 원리를 보이는 예시도이다.15 is an exemplary view showing the principle of a cooling system.
도 15에 도시한 바와 같이, 냉방 시스템은 프레온 가스 등의 냉매를 이용하여 뜨거운 공기를 열 교환기를 이용하여 차가운 공기로 변환하고, 변환된 차가운 공기를 팬(fan)을 이용하여 출력할 수 있다. 이러한 냉방 시스템은 뜨거운 공기를 실외기를 이용하여 밖으로 배출해야 하고, 냉매를 이용하기 때문에 환경 오염을 유발할 수 있다.As shown in FIG. 15, the cooling system can convert hot air into cold air using a heat exchanger by using a refrigerant such as Freon gas, and output the converted cold air using a fan. Such a cooling system needs to discharge hot air outdoors by using an outdoor unit, and it may cause environmental pollution because it uses refrigerant.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자를 부착한 알루미늄 히트 싱크(heat sink)를 보이는 예시도이고, 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자를 알루미늄 히트 싱크에 부착한 예시도이다. 다수의 열전 소자들을 부착하고, 열전 소자 제어 장치(100)을 이용하여 다수의 열전 소자들을 냉각시켜서 많은 양의 냉기를 출력할 수 있다.FIG. 16 is an exemplary view showing an aluminum heat sink with a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 17 is an exemplary view showing a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention attached to an aluminum heat sink . A plurality of thermoelectric elements may be attached and a plurality of thermoelectric elements may be cooled by using the
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자의 기본 구성도이다.18 is a basic configuration diagram of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
도 18에 도시한 바와 같이, 히트 싱크(181)위에 열전 소자(182), 전도판(183), 패드(184), 냉각 방열판(185)을 순서대로 배치할 수 있다. 히트 싱크에는 동 파이프를 이용하여 발열을 억제하는 수냉 시스템을 적용하여 실외기를 별도로 사용하지 않아도 열 교환을 수행할 수 있도록 설계하여 기존의 냉방 시스템의 단점을 보강할 수 있다.The
도 19 및 도 20은 본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크에서의 수냉 방식의 열교환을 나타내는 예시도이다.19 and 20 are illustrations showing heat exchange in a water-cooling system in a heat sink according to an embodiment of the present invention.
도 19 및 도 20에 도시한 바와 같이, 히트 싱크로 사용되는 알루미늄 프로파일 내부로 동 파이프를 관통하여 열전 소자에서 발생된 열을 수냉식으로 냉각시킬 수 있다. 열전 소자에서 발생된 열을 냉각시키고 환수된 물은 온도가 높기 때문에 별도의 열전 소자들을 이용하여 물의 온도를 낮추어줄 수 있고, 온도가 낮아진 물을 다시 순환시킴으로써 히트 싱크에서 발생하는 열을 제어할 수 있다.As shown in Figs. 19 and 20, the heat generated in the thermoelectric element can be cooled by water-cooling by penetrating the copper pipe into the aluminum profile used as a heat sink. Because the heat generated by the thermoelectric elements is cooled and the water that has been recovered is high in temperature, the temperature of the water can be lowered by using separate thermoelectric elements, and the heat generated in the heat sink can be controlled by circulating the water have.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자를 이용한 냉온풍기를 보이는 예시도이다.FIG. 21 is a view showing an example of a cold / hot air purifier using a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
도 21에서 도시한 바와 같이, 기존의 냉온풍기와 외형은 비슷할 수 있으나 실외기가 필요하지 않고, 냉매를 사용하지 않는 것이 기존의 냉온풍기와 상이한 점이다.As shown in Fig. 21, although the external shape of the existing hot air blower may be similar to that of the existing hot air blower, an outdoor unit is not required and the use of no refrigerant is different from the conventional hot air blower.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 냉온풍기의 구성을 보이는 예시도이다.22 is an exemplary view showing a configuration of a cold / hot air purifier according to an embodiment of the present invention.
도 22에서 도시한 바와 같이, 열전 소자의 극성을 변경하여 냉방에서 난방으로 전환할 수 있다. 열전 모듈(221)에는 용량에 따라서 5개 ~ 20개의 열전 소자가 부착될 수 있고, 열전 소자 제어 장치(도시하지 않음)에서 열전 소자들의 극성을 변경하면 냉온풍기(220)는 출력을 온풍에서 냉풍으로 또는 냉풍에서 온풍으로 변경할 수 있다. 열전 소자들 뒷면에서 발생하는 열은 히트 싱크(222) 내부로 관통하는 동 파이프로 냉각수를 순환시켜 처리할 수 있고, 환수된 물은 다른 열전 소자들을 이용하여 냉각시키고 다시 순환시켜 열전 소자들의 발열을 처리할 수 있다.As shown in Fig. 22, the polarity of the thermoelectric element can be changed to switch from cooling to heating. 5 to 20 thermoelectric elements can be attached to the thermoelectric module 221. If the polarities of the thermoelectric elements are changed in the thermoelectric device control unit (not shown), the hot / cold air freshener 220 outputs the output from hot air to cool air Or from a cold wind to a warm wind. Heat generated from the back surface of the thermoelectric elements can be processed by circulating cooling water through a copper pipe passing through the inside of the heat sink 222. The circulated water is cooled using other thermoelectric elements and circulated again to heat the thermoelectric elements Can be processed.
상기 방법은 특정 실시예들을 통하여 설명되었지만, 상기 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.Although the method has been described through particular embodiments, the method may also be implemented as computer readable code on a computer readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer-readable recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and may be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet) . In addition, the computer-readable recording medium may be distributed over network-connected computer systems so that computer readable codes can be stored and executed in a distributed manner. In addition, functional programs, codes, and code segments for implementing the above embodiments can be easily deduced by programmers of the present invention.
본 명세서에서는 본 발명이 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.Although the present invention has been described in connection with some embodiments thereof, it should be understood that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as understood by those skilled in the art. something to do. It is also contemplated that such variations and modifications are within the scope of the claims appended hereto.
100: 열전 소자 제어 장치
110: 처리부
120: 저장부
130: 디스플레이
140: 시스템 버스
41~45: 열전 모듈
CS: 클럭 펄스 신호
61: 태양광 전지
62: 마이컴 제어기
63: 직류 배터리
64: 열전 모듈
65: 전력 제어 시스템
FS: 온수통 밑면
81: 1차 온수통
82: 제1 펌프
83: 메인 온수통100: thermoelectric element control device 110:
120: storage unit 130: display
140:
CS: Clock pulse signal 61: Photovoltaic cell
62: Microcomputer controller 63: DC battery
64: thermoelectric module 65: power control system
FS: Bottom of hot water tank 81: Primary hot water tank
82: first pump 83: main hot water tank
Claims (10)
각각 적어도 두 개의 열전 소자를 포함하는 적어도 두 개의 열전 모듈의 배치를 고려하여 상기 적어도 두 개의 열전 모듈을 미리 결정된 순서로 제어하기 위한 소정 주파수의 신호를 형성하는 단계와,
형성된 소정 주파수의 신호를 각각의 열전 모듈에 대응하도록 상기 미리 결정된 순서로 할당하는 단계와,
상기 미리 결정된 순서로 할당된 소정 주파수의 신호를 이용하여 각각의 열전 모듈을 순차적으로 구동시키는 단계
를 포함하는, 열전 소자 제어 방법.As a thermoelectric-element control method,
Forming a signal of a predetermined frequency for controlling the at least two thermoelectric modules in a predetermined order in consideration of the arrangement of at least two thermoelectric modules each including at least two thermoelectric elements,
Assigning signals of a predetermined frequency to be generated to the respective thermoelectric modules in the predetermined order;
Sequentially driving each thermoelectric module using a signal of a predetermined frequency allocated in the predetermined order
And a thermoelectric element.
상기 열전 소자는,
전류가 흐를 경우 일 측면은 발열하고, 상기 일 측면의 반대 측면은 흡열하는 펠티에 소자(Peltier effect device)를 포함하는, 열전 소자 제어 방법.The method according to claim 1,
The thermoelectric element includes:
And a Peltier effect device having one side heated when the current flows and the opposite side of the one side absorbing heat.
상기 열전 소자는,
상기 전류의 극성을 변경하여 냉방 또는 난방이 가능한 구조를 포함하는, 열전 소자 제어 방법.3. The method of claim 2,
The thermoelectric element includes:
And a structure capable of cooling or heating by changing the polarity of the current.
상기 소정 주파수의 신호를 형성하는 단계는,
상기 소정 주파수를 증가 또는 감소시켜 상기 냉방 또는 상기 난방의 온도를 조절하는 단계를 포함하는, 열전 소자 제어 방법.The method of claim 3,
Wherein the forming of the signal of the predetermined frequency comprises:
And adjusting the temperature of the cooling or heating by increasing or decreasing the predetermined frequency.
각각 적어도 두 개의 열전 소자를 포함하는 적어도 두 개의 열전 모듈의 배치를 고려하여 상기 적어도 두 개의 열전 모듈을 미리 결정된 순서로 제어하기 위한 소정 주파수의 신호를 형성하고, 형성된 소정 주파수의 신호를 각각의 열전 모듈에 대응하도록 상기 미리 결정된 순서로 할당하며, 상기 미리 결정된 순서로 할당된 소정 주파수의 신호를 이용하여 각각의 열전 모듈을 순차적으로 구동시키는 처리부와,
상기 미리 결정된 순서 및 상기 소정 주파수에 대한 정보를 저장하는 저장부
를 포함하는, 열전 소자 제어 장치.A thermoelectric-element control apparatus comprising:
Forming a signal of a predetermined frequency for controlling the at least two thermoelectric modules in a predetermined order in consideration of the arrangement of at least two thermoelectric modules each including at least two thermoelectric elements, A processor for sequentially driving each of the thermoelectric modules using a predetermined frequency signal allocated in the predetermined order;
A storage unit for storing the predetermined order and the information about the predetermined frequency,
And a thermoelectric conversion element.
상기 열전 소자는,
전류가 흐를 경우 일 측면은 발열하고, 상기 일 측면의 반대 측면은 흡열하는 펠티에 소자(Peltier effect device)를 포함하는, 열전 소자 제어 장치.6. The method of claim 5,
The thermoelectric element includes:
And a Peltier effect device having one side heated when the current flows and the opposite side of the one side absorbing heat.
상기 열전 소자는,
상기 전류의 극성을 변경하여 냉방 또는 난방이 가능한 구조를 포함하는, 열전 소자 제어 장치.The method according to claim 6,
The thermoelectric element includes:
And a structure capable of cooling or heating by changing the polarity of the current.
상기 처리부는,
상기 소정 주파수를 증가 또는 감소시켜 상기 냉방 또는 상기 난방의 온도를 조절하는, 열전 소자 제어 장치.8. The method of claim 7,
Wherein,
And controls the temperature of the cooling or heating by increasing or decreasing the predetermined frequency.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 열전 소자 제어 장치를 포함하고,
상기 적어도 두 개의 열전 모듈 각각에 부착된 구리와 알루미늄으로 구성된 합금을 포함하는, 발열 및 냉각 시스템.As a heating and cooling system,
9. A thermoelectric-element control device according to any one of claims 5 to 8,
And an alloy composed of copper and aluminum attached to each of said at least two thermoelectric modules.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 열전 소자 제어 장치를 포함하고,
상기 적어도 두 개의 열전 모듈 각각에 부착된 단열재와,
상기 단열재에 부착된 보온 또는 보냉 수단을 포함하는, 발열 및 냉각 시스템.
As a heating and cooling system,
9. A thermoelectric-element control device according to any one of claims 5 to 8,
A heat insulating material attached to each of the at least two thermoelectric modules,
And a heat insulating and cooling means attached to the heat insulating material.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150185164 | 2015-12-23 | ||
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Family
ID=59357600
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|---|---|---|---|
| KR1020160111007A KR20170075636A (en) | 2015-12-23 | 2016-08-30 | Method and apparatus for controlling of thermoelement, heating and cooling system for thereof |
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|---|---|
| KR (1) | KR20170075636A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111156748A (en) * | 2019-12-25 | 2020-05-15 | 珠海格力电器股份有限公司 | Variable frequency air conditioner limiting power control method, storage medium and air conditioner |
-
2016
- 2016-08-30 KR KR1020160111007A patent/KR20170075636A/en not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|---|
| CN111156748A (en) * | 2019-12-25 | 2020-05-15 | 珠海格力电器股份有限公司 | Variable frequency air conditioner limiting power control method, storage medium and air conditioner |
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