KR20030063595A - 열전반도체 모듈을 이용한 엘리베이터의 냉난방 장치 - Google Patents

Abstract

열전 효과에 기초한 열전반도체 모듈을 엘리베이터 냉난방 시스템에 도입하여 협소한 엘리베이터 내의 온도를 효과적으로 제어함으로써, 냉동 싸이클을 이용한 기존의 엘리베이터 냉난방 시스템과는 달리 별도의 배수 장치가 필요 없어 비용과 공간, 에너지 소비 측면에서 효과적이며 소음 및 환경 문제를 야기하지 않는 엘리베이터 냉난방 장치가 개시된다. 본 발명은 세라믹 재질로 이루어진 상부 기판 및 하부 기판 사이에 각각 N형 열전반도체와 P형 열전반도체가 열융착에 의해 교차하여 형성되어 전원을 공급받아 발열 및 흡열 현상을 발생하는 열전반도체 모듈; 열전반도체 모듈의 하부 기판에 부착되며, 열 손실을 방지하기 위하여 열전도율이 우수한 재료로 이루어진 냉각판; 냉각판의 하부에 형성되며, 개방된 하부를 갖고 측면에 다수의 공기 유입공이 형성된 하우징의 내부에 냉각 또는 가열된 공기를 엘리베이터 내부로 주입시키기 위한 송풍 모터 및 송풍 모터에 의하여 구동되는 팬이 형성된 송풍 장치; 열전반도체 모듈의 상부 기판과 연결된 열전도율이 우수한 재료로 구성된 방열판 및 방열판의 상부에 금속 재질의 판상체를 수직으로 배열한 형태를 갖는 방열부를 부착하여 형성되며, 외부 공기와 열 교환하기 위한 열 교환기; 그리고, 열전반도체 모듈 및 송풍 장치에 전원을 공급하며, 전류의 극성 전환이 가능하도록 구성된 전원 공급부를 포함한다.

Description

열전반도체 모듈을 이용한 엘리베이터의 냉난방 장치{air conditioning system of elevator using the thermoelectric module}

본 발명은 열전반도체 모듈을 이용한 엘리베이터의 냉난방 시스템에 관한 것으로, 특히 열전 효과에 기초한 열전반도체 모듈을 엘리베이터 냉난방 시스템에 도입하여 협소한 엘리베이터 내의 온도를 효과적으로 제어함으로써, 냉동 싸이클을 이용한 기존의 엘리베이터 냉난방 시스템과는 달리 별도의 배수 장치가 필요 없어 비용과 공간, 에너지 소비 측면에서 효과적이며 소음 및 환경 문제를 야기하지 않는 엘리베이터 냉난방 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 열전 효과는 서로 다른 재료의 양단에 온도차를 가하면 캐리어(전자 또는 정공)의 이동이 발생하여 기전력이 발생하는 제벡 효과, 반대로 양단에 직류 전류를 인가하면 접합부에 발열 및 흡열 현상이 발생하는 펠티어 효과, 일정한 길이를 가진 조성이 균일한 재료 양단에 온도차가 있고 길이 방향으로 직류 전류가 흐르면 온도 분포를 일정하게 유지하기 위해 재료 내부에 발열 및 흡열이 발생하는 톰슨 효과를 통칭하는 말로써 정확한 온도 조절, 빠른 냉각 속도, 간편한 냉각 방향의 전환, 냉매를 사용하지 않는 환경 친화성, 무 소음 및 무 진동 등의 장점으로 인해서 적외선 센서, 레이저 다이오드 등의 각종 전자 기기나 IC 제품의 국부 냉각용, 의료용이나 과학용 항온 장치, 열 발전기 및 열 교환기 등에 폭넓게 적용되고 있다. 특히 전자 냉각 시스템에 적용되고 있는 열전반도체는 펠티어 효과를 이용한 것으로써 그 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 추세이다.

종래의 엘리베이터 냉난방 시스템은 압축기, 응축기 및 팽창기를 이용한 냉동 싸이클을 수행하여 열 교환함으로써 엘리베이터내의 냉난방을 수행한다. 즉, 엘리베이터의 상부 및 측면에 설치된 냉난방기에서 냉동 싸이클을 수행하여 열 교환된 공기가 송풍기를 통해 엘리베이터내의 공기 유입구로 주입되는 방식을 사용함으로서 필연적으로 냉난방기에서 배출수가 다량 발생된다. 냉난방기에서 발생하는 배출수는 엘리베이터의 하부에 설치된 간이 저수조에 저장하고, 엘리베이터가 최하층에 도달할 시 배출 모드로 전환하여 저장된 배출수를 승강로 바닥에 설치된 주 저수조로 다시 저장, 외부로 배출하게 된다.

그러므로, 종래의 엘리베이터 냉난방 장치는 냉난방 시스템 외에 별도의 배수 장치를 설치해야 하므로 공간을 효율적으로 사용하지 못하는 단점과 함께 설치 비용이 많이 드는 단점이 있었다. 또한 냉동 싸이클을 수행함으로써 응축기에서 발생하는 소음 문제, 냉매의 사용으로 인한 심각한 환경 오염의 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 열전 효과에 기초한 열전반도체 모듈을 이용한 냉난방 시스템을 엘리베이터에 적용하여 협소한 엘리베이터 내의 온도를 효과적으로 제어함은 물론 설치 공간과 비용을 효과적으로 경감시키며, 냉동 싸이클을 수행하는 종래의 엘리베이터 냉난방 장치에서의 냉매의 사용으로 인한 환경 문제 및 응축기에서 발생하는 소음 문제를 해결하여 저 비용, 고효율의 엘리베이터 냉난방 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열전반도체 모듈을 이용한 엘리베이터의 냉난방 장치에 사용되는 열전반도체 모듈의 구조를 보여주기 위한 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 열전반도체 모듈을 장착한 엘리베이터 냉난방 시스템의 구조를 보여주기 위한 구조도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 열전반도체 모듈 110 : 세라믹 상부 기판

120 : 세라믹 하부 기판 130 : 열융착부

140 : N형 열전반도체 소자 150 : P형 열전반도체 소자

210 : 엘리베이터 300 : 엘리베이터 냉난방 시스템

310 : 송풍 장치 312 : 송풍 모터

314 : 송풍 팬 340 : 외부 열 교환기

342 : 방열판 344 : 방열부

360 : 냉각판 380 : 환기팬

390 : 전원 공급부

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

세라믹 재질로 이루어진 상부 기판 및 하부 기판사이에 각각 N형 열전반도체와 P형 열전반도체가 열융착에 의해 교차하여 형성되어 전원을 공급받아 발열 및 흡열 현상을 발생하는 열전반도체 모듈;

열전반도체 모듈의 하부 기판에 부착되며, 열 손실을 방지하기 위하여 열전도율이 우수한 재료로 이루어진 냉각판;

냉각판의 하부에 형성되며, 개방된 하부를 갖고 측면에 다수의 공기 유입공이 형성된 하우징의 내부에 냉각 또는 가열된 공기를 엘리베이터 내부로 주입시키기 위한 송풍 모터 및 송풍 모터에 의하여 구동되는 팬이 형성된 송풍 장치;

열전반도체 모듈의 상부 기판과 연결된 열전도율이 우수한 재료로 구성된 방열판 및 방열판의 상부에 금속 재질의 판상체를 수직으로 배열한 형태를 갖는 방열부를 부착하여 형성되며, 외부 공기와 열 교환하기 위한 열 교환기; 그리고,

열전반도체 모듈 및 송풍 장치에 전원을 공급하며, 전류의 극성 전환이 가능하도록 구성된 전원 공급부를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 열전반도체 모듈을 이용한 엘리베이터의 냉난방 장치에 사용되는 열전반도체 모듈의 구조를 보여주기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 열전반도체 모듈을 장착한 엘리베이터 냉난방 시스템의 구조를 보여주기 위한 구조도이다.

열전반도체 모듈(100)은 도 1에서 보는 바와 같이, 세라믹 재질로 이루어진 상부 기판(110) 및 하부 기판(120)사이에 각각 N형 열전반도체(140)와 P형 열전반도체(150)가 열융착부(130)에 의해 N형 열전반도체(140)와 P형 열전반도체(150)가 교차적으로 즉, 이웃하는 열전반도체(140, 150)가 서로 한 쌍을 이루도록 상부 기판(110) 및 하부 기판(120)사이에 연결된 구조를 갖는다. 이와 같이 교차 연결된 N형 열전반도체(140)와 P형 열전반도체(150)의 외부 전극에 전원(160)을 인가하게 되면 열전반도체(140, 150)의 접합부의 양면에 발열 및 흡열 현상이 발생하는 이른 바 펠티어 효과가 발생하여 세라믹 상부 기판(110) 및 세라믹 하부 기판(120)사이에는 온도 차이가 발생하게 된다. 또한 전류의 극성을 반대로 가하면 흡열 및 발열의 방향도 반대가 되어 이 효과를 이용하면 하나의 장치로써 냉난방이 동시에 가능하다.

이와 같은 열전반도체 모듈을 장착한 엘리베이터의 냉난방 장치는 도 2에서 보는 바와 같이, 엘리베이터의 상부 및 양 측면 등에 설치될 수 있는 데, 그 구성은 직류 전원의 방향에 따라 냉각 또는 발열하는 열전반도체 모듈(100)이 중앙부에 형성된다. 열전 반도체 모듈(100)의 하부에 형성된 세라믹 하부 기판(120)에는 엘리베이터(210)의 내부에 위치 실내로 공기를 주입하는 송풍 장치(310)가 부착되고, 상부 기판(110)에는 엘리베이터의 외부에 위치하면서 송풍 장치(310)의 반대쪽에 설치되어 외부의 공기와 열 교환하는 열 교환기(340)가 부착된다.

그리고, 열전반도체 모듈(100)의 일측에는 열전반도체 모듈(100)에 직류 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(390)가 형성된다.

여기서, 열전반도체 모듈의 하부 기판(120)과 송풍 장치(310)사이에는 열전도율이 우수한 재료로 이루어진 냉각판(360)이 부착되어 열전반도체 모듈(100)로부터 냉각되거나 가열된 공기가 송풍 장치(31)로 유입되는 동안에 열 손실이 없도록 한다.

송풍 장치(310)는 엘리베이터 내부로의 공기 유입을 용이하게 하기 위해 송풍 모터(312), 모터(312)에 의하여 구동되는 팬(314) 및 팬(314)의 하부가 개방되도록 형성되며, 양 측면에는 공기를 유입 받기 위한 다수의 공기 유입공(318)이 형성되고 상부는 냉각판(360)과 연결되고 내부에 송풍 모터(312)와 팬(314)이 수납되기 위한 공간부(311)가 형성된 하우징(316)으로 구성된다.

송풍 장치(310)는 열전반도체 모듈(100)에 의해 냉각되거나 가열된 공기를 송풍 모터(312) 및 팬(314)의 동작에 의하여 엘리베이터 내부로 주입시키게 된다.

송풍 장치(310)의 반대측 즉, 열전반도체 모듈의 상부 기판(110)에는 외부 공기와 열 교환하는 열 교환기(340)가 형성되는 데, 이 열 교환기(340)는 열전도율이 우수한 재료로 구성된 방열판(342)의 상부에 판상체가 수직으로 배열된 형태 또는 다면체의 형태를 갖는 방열부(344)가 부착되어 형성된다. 열 교환기(340)는 공기와 접촉하는 표면적을 크게 하여 자연 대류를 촉진시키고, 필요에 따라 열 교환기(340)의 일측에 환기팬(380)을 형성하여 강제 냉각을 할 수도 있다.

엘리베이터 외부에 형성된 열 교환기(340)로부터 배출되는 열은 엘리베이터가 주행하며 발생하는 공기의 자연 대류 또는 열 교환기(340)의 일측에 형성된 환기팬(380)에 의하여 제거하게 된다.

또한, 열전반도체 모듈(100)에 전류를 공급하기 위한 전원 공급부(390)는 계절에 따른 냉난방 시스템의 변경을 위하여 전류의 극성 전환이 가능하게 구성되며, 외부 열 교환기(340)의 환기팬(380) 및 송풍 장치(310)에도 전원을 공급하도록 구성된다.

이와 같은 구조를 가진 열전반도체 모듈을 이용한 엘리베이터의 냉난방 장치의 동작상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 엘리베이터의 냉방 동작을 설명하면, 전원 공급부(390)에 의해서 외부 전극으로 직류 전원이 인가되면 열전반도체 모듈(100)의 하부는 펠티어 효과에 의하여 흡열 현상이 발생하게 되고, 이로 인해 냉각된 냉각판(360)이 인접한 공기의 열을 빼앗아 공기를 냉각시키며 냉각된 공기는 송풍 장치의 팬(314)을 통하여 엘리베이터의 내부로 유입되어 냉방이 이루어진다. 이와 동시에 열전반도체 모듈(100)의 발열부에서는 방열판(342)을 통해 방열부(344)로 이루어진 외부 열 교환기(340)로 열이 전달되고 환기팬(380)이 더워진 공기를 지속적으로 교환해줌에 따라 엘리베이터 내부의 냉방이 가능하게 된다.

또한, 겨울철의 난방을 위해서는 열전반도체 모듈(100)에 인가되는 직류 전원의 극성을 반대로 하면 열전반도체 모듈의 하부가 발열부가 되어 엘리베이터 내부의 공기를 데우게 된다.

본 발명을 통해서 엘리베이터의 구조상 혹은 설계 상 필요할 때에는 냉난방 장치(300)가 엘리베이터의 측면에 위치할 수 있으며, 설치되는 엘리베이터의 규모에 따라 열전반도체 모듈(100)의 수를 증감하거나, 인가하는 전원을 조절함으로써목적하는 냉난방 효과를 가능하게 해준다.

본 발명에 사용되는 열전반도체 모듈은 범용이고 단층형으로, 냉난방 용량과 필요에 따라 8.0×8.0×3.1(mm)에서 60.0×60.0×4.8(mm)까지의 다양한 규격의 열전반도체 모듈을 적용할 수 있다. 일반적인 최대 온도차는 70℃이며 이 범위 내에서 필요 영역을 선택하여 사용한다. 사람이 쾌적하게 활동할 수 있는 기온이 20℃라 할 때 본 발명에서 냉방 시 온도 영역이 60℃이라면 흡열측 20℃, 발열측 80℃, 또는 흡열측 18℃, 발열측 78℃ 등으로 선택적 온도 제어도 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 열전반도체 모듈을 이용한 엘리베이터 냉난방 장치는 종래의 엘리베이터 냉난방 장치에 비하여 비용, 규모, 효율 및 환경적 측면에서 효과적인 엘리베이터 냉난방 시스템을 제공하며 종래의 엘리베이터에서는 환풍 장치가 차지하는 면적이 커서 조명 장치의 설치를 위한 공간 확보가 충분하지 않았던 점을 해결할 수 있다는 점에서 기계적으로도 유용한 장치이다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.

Claims (3)

1. 열전반도체 모듈의 하부 기판(120)에 부착되며, 열 손실을 방지하기 위하여 열전도율이 우수한 재료로 이루어진 냉각판(360);

   상기 냉각판(360)의 하부에 형성되며, 개방된 하부를 갖고 측면에 다수의 공기 유입공(318)이 형성된 하우징(316)의 내부에 냉각 또는 가열된 공기를 엘리베이터 내부로 주입시키기 위한 송풍 모터(312) 및 상기 송풍 모터(312)에 의하여 구동되는 팬(314)이 형성된 송풍장치(310);

   상기 열전반도체 모듈의 상부 기판(110)과 연결된 열전도율이 우수한 재료로 구성된 방열판(342) 및 상기 방열판(342)의 상부에 금속재질의 판상체를 수직으로 배열한 형태를 갖는 방열부(344)를 부착하여 형성되며, 외부 공기와 열 교환하기 위한 열 교환기(340); 그리고,

   상기 열전반도체 모듈(100) 및 상기 송풍 장치(310)에 전원을 공급하며, 전류의 극성 전환이 가능하도록 구성된 전원 공급부(390)를 포함하는 열전반도체 모듈을 이용한 엘리베이터의 냉난방 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열 교환기(340)의 방열부(344)는 열전도율이 우수한 금속재질로 다면체 형상을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열전반도체 모듈을 이용한 엘리베이터의 냉난방 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 열 교환기(340)의 방열부(344)의 일측에는 강제 냉각을 위한 환기팬(380)이 형성되는 것을 특징으로 하는 열전반도체 모듈을 이용한 엘리베이터의 냉난방 장치.