KR200167101Y1 - 동시 냉, 온 저장이 가능한 냉온장고 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열전 소자를 이용한 냉온장고에 관한 것으로써 보다 상세하게는 구획된 복수의 저장고를 마련하여 일측 저장고는 냉장고로, 타측 저장고는 온장고로 각기 상이한 저장고로써 기능하되 각 저장고에 마련되는 열전 소자를 단일 방열판에 결합하여 냉각 효율이 극대화 될 수 있도록 이루어진 동시 냉, 온 저장이 가능한 냉온장고에 관한 것이다.

본 고안은 냉장과 온장 저장고를 각각 마련하여 사용의 편리성을 극대화 할 수 있고, 냉, 온장을 실현하는 열전소자의 방열 경로를 하나의 방열판으로 형성하여 냉, 온장 측의 열전 소자가 상호 열 교환을 이루게 하므로 방열 효율이 개선되어 냉장고는 보다 저온으로 유지 가능하고 온장고는 보다 높은 온도를 유지 할 수 있도록 된 동시 냉, 온 저장이 가능한 냉온장고를 제공하고자,

단열이 가능하고 열전도가 빠른 금속재의 내벽을 갖는 폐쇄된 격실의 저장고를 마련하고 이 저장고를 냉, 온 저장고로 구획하여 복수의 격실을 형성하며 각 격실에 열전 소자를 각각 형성하되 이 열전 소자들의 방열판을 하나의 일체형 방열판으로 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

동시 냉, 온 저장이 가능한 냉온장고{COLD-HOT STORAGE FIXTURES}

본 고안은 열전 소자를 이용한 냉온장고에 관한 것으로써 보다 상세하게는 구획된 복수의 저장고를 마련하여 일측 저장고는 냉장고로 타측 저장고는 온장고로 각기 상이한 저장고로써 기능하되 각 저장고에 마련되는 열전 소자를 단일 방열판에 결합하여 냉각 효율이 극대화 될 수 있도록 이루어진 동시 냉, 온 저장이 가능한 냉온장고에 관한 것이다.

일반적으로 식품, 약품 등을 보관하기 위하여 냉장고 또는 온장고가 이용된다.

상기 냉장고는 보통 냉매 가스를 사용하여 냉매를 기화시켜 주변 열을 흡수하는 것에 의하여 소정의 냉각을 이루고 이 냉각된 부분에 공기를 강제적으로 송풍함으로써 냉풍을 형성하는 것으로 잘 알려져 있다.

상기와 같은 냉매 사이클은 압축기의 펌프 작용으로 냉매가 응축기에서 고압으로 액화되고 이 액화된 냉매가 팽창 밸브를 통하여 증발기(흡열부)에서 증발되고 다시 응축되어 순환되는 것이다.

상기와 같은 냉매 사이클이 수반되는 냉각 장치에 있어서는 프레온 가스 등의 냉매가 필요하고, 이 냉매를 기화시키거나 액화시키기 위한 설비가 필요하며 가스의 유출을 방지하기 위하여 상당한 구조적인 안정성이 요구된다.

냉매 사이클을 이용하는 장치에 있어서는 소음, 진동이 심하고 전력의 소모가 매우 크며 환경 파괴 등의 단점이 있다.

상기와 같은 냉각 사이클을 이용하지 아니하고도 쿨링과 히팅이 가능하도록 단지 전기적인 열 전자 작용에 의하여 흡열을 하거나 발열을 하는 열전 소자가 이미 오래전에 개발되었다.

상기 열전 소자는 펠티에(peltier)효과에 의하여 상호 접촉된 두 금속 또는 반도체 사이에 전류를 흘려주면 그 접합점 일측에서는 주울열 이외의 열이 발생하며 타측에서는 열의 흡수가 이루어지는 현상으로 발생 또는 흡수되는 열량 Q = πI 로써 인가하는 전류에 비례하는 것으로 알려져 있다.(π는 펠티에 계수, I는 전류)

본 고안에 사용되는 열전 소자를 이용한 냉, 온장고는 소형 경량 구조로 이루어져 주로 자동차 등의 이동 수단에 탑재하여 사용 할 수 있도록 이루어진 것으로 이해하면 바람직하며 물론 반드시 용도가 한정적이지 만은 않은것이다.

상기와 같은 열전 소자를 이용하여 종래에도 여러 냉장, 온장 장치가 제안된 바 있다.

도1에 도시된 바와 같은 일정 용적의 저장고(100)와 열전도 금속 블록(102) 과 방열판(140) 사이에 열전 소자(110)를 형성하고 상기 금속 블록의 표면을 상기 저장고의 외주 일면에 고정 결합하여 이루어져 있다.

상기와 같이 열전소자를 이용하여 하나의 저장고를 형성하는 선출원된 기술로써는 대한미국 특허 공고 제 164175호, 공개 실용 제 94-20492호 등 다수의 제안이 알려져 있다.

그러나 이러한 종래 기술에 의하면 소용량의 냉장 또는 온장의 기능을 가질 수는 있으나 저장고는 냉, 온장 중 어느 하나로 밖에는 기능 할 수 없다는 제한이 있고 상기 열전 소자에서 발생되는 냉열(온장시) 또는 온열(냉장시)을 가급적 빠르게 외부로 방열되도록 방열판을 구비하고 있기는 하나 이 방열판 만으로는 효과적으로 열교환을 이루지 못하는 폐해에 의하여 일정 능력 이상으로 사용하는 것은 불가능 하다.

왜냐하면, 방열이 불충분 할 때에는 열의 역류가 발생하고 이 열 역류는 열전 소자의 특성을 저하시켜 실용적인 사용이 불가능해지기 때문이다.

한편, 상기 도 1의 기술을 이용하여 냉장과 온장 기능을 동시에 사용하려 한다면 상기 열전 소자를 포함하는 냉,온장 장치를 복수로 마련하여 단일 하우징 내에 단순히 주합하여 이루는 경우를 고려 할 수도 있을 것이다. 이는 도 2와 같이 상기 열전 소자(110)를 이용한 단일의 저장고 형태에서 발전한 구조로 동일한 구조의 저장고(100)를 병설하여 일측 저장고는 냉장고로 사용하고 타측의 저장고는 온장고로 이용하도록 이루어 냉, 온장의 기능을 동시에 이루도록 형성하는 경우에는 상기 단점을 일부 보완 할 수 있기는 하지만 방열에 따른 문제는 여전히 남으며 방열 능력 저하에 따라서 열 역류가 빈번하게 발생하여 사용 환경이 매우 제한적인 단점이 있다.

본 고안은 상술한 바와 같은 종래의 기술이 갖는 제반 문제점을 해소하고자 안출된 것으로 다음과 같은 목적을 갖는다.

본 고안은 냉장과 온장 저장고를 각각 마련하여 사용의 편리성을 극대화 할 수 있도록 된 동시 냉, 온 저장이 가능한 냉온장고를 제공한다.

본 고안은 냉, 온장을 실현하는 열전소자의 방열 경로를 하나의 방열판으로 형성하여 냉, 온장 측의 열전 소자가 상호 열 교환을 이루게 하므로 방열 효율이 개선되어 냉장고는 보다 저온으로 유지 가능하고 온장고는 보다 높은 온도를 유지 할 수 있도록 된 동시 냉, 온 저장이 가능한 냉온장고를 제공한다.

본 고안은 필요에 따라서 저장고의 공간을 하나의 공간으로 통합 가능하도록 공간의 가변 구획이 가능한 동시 냉, 온 저장이 가능한 냉온장고를 제공한다.

상기 목적을 구현하고자 이루어지는 본 고안은 단열이 가능하고 열전도가 빠른 금속재의 내벽을 갖는 폐쇄된 격실의 저장고를 마련하고 이 저장고를 냉, 온 저장고로 구획하여 복수의 격실을 형성하며 각 격실에 열전 소자를 각각 형성하되 이 열전 소자들의 방열판을 하나의 일체형 방열판으로 형성하여 이루어지는 것에 의한다.

도 1은 종래 열전 소자를 이용한 냉온저장고의 구성도.

도 2는 종래 또 다른 열전 소자를 이용한 냉온저장고의 구성도.

도 3은 본 고안의 냉온저장고를 도시한 구성도.

도 4는 본 고안에 따른 구체적인 실시예를 도시한 구성도.

도 5는 도 4의 냉온 저장고의 다른 실시예를 도시한 구성도.

도 6은 도 5의 변형 실시예를 도시한 구성도.

도 7은 냉온장고의 온도 변화량을 도시한 실험 예시도로서,

도7a는 냉장측과 온장측의 방열판이 상호 분리된 경우이고,

도7b는 냉장측과 온장측이 하나의 방열판으로 이루어진 경우.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 열전 소자 12 : 금속 블록 14 : 방열판

16, 16a : 저장고 17 : 간극 17a: 판재

18 : 축열팩 20a,20b : 저장실 30 : 외함

32,32a : 단열재 34 : 배기휀 170 : 단열 격판

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 기술 사상에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 고안은 열전 소자(10)와 이 열전 소자의 일면에 열전도가 우수한 금속 블록(12)을 부착하고 이 금속 블록에 열전도가 우수한 금속으로 이루어진 일정 체적의 저장고(16)를 밀접시켜 결합하여 하나의 저장실(20a)을 형성하고 상기 저장실과 동일한 또다른 저장실(20b)을 형성하되, 상기 열전소자(10)의 타측 일면에는 상기 두 저장실의 열전 소자(10)를 모두 수용하도록 방열판(14)을 일체로 형성하여 이루어진다.

상기 저장실(20a,20b)에는 각각 열전 소자(10)의 구동 전원 인가 방식에 따라서 일측은 냉장고로 사용되고 타측은 온장고로 사용되어 동시에 냉장과 온장고의 기능이 가능하게 이루어지는 것이다.

상기 상반된 저장고로 작용하는 경우에 있어서 방열판(14)에 접한 열전소자(10)는 일측 열전소자가 방열을 하게되면 타측 열전소자는 흡열을 하게되므로 상호 열 전도에 의한 열 방출이 가속화되어 방열 효율이 증진된다.

따라서 각 저장고(16)의 실질적인 냉장 온도 및 온장 온도가 효과적으로 개선 될 수 있게 된다.

상기 본 고안을 토대로 보다 구체적인 실시예로써의 구성을 도 4를 참조하여 상세하게 살펴본다.

개폐 가능한 뚜껑과 일정 체적을 갖는 외함(30)을 형성하여 이 외함 내에 상부가 개방된 알루미늄 함체로 이루어진 저장고(16)를 마련하고 이 저장고의 일측에 열전도가 우수한 금속 블록(12)을 매개하여 열전 소자(10)를 밀접하게 결합하여 하나의 저장실(20a)을 이루고, 동일 구성의 또 다른 저장실(20b)을 상호 이격시켜 복수로 내장하며 열전 소자의 타측면에 상기 복수의 열전 소자를 일체로 연결하도록 방열판(14)을 결합하여 이루고, 방열판에 근접하여 내부 공기를 방출하는 배기휀(34)을 형성하되, 외함과 각 저장실 주연을 단열재(32)로 충진하여 이루어진다.

상기 본 고안은 도 5에 도시된 바와 같이 실시 될 수도 있다.

도 5는 저장고를 중심으로 발췌 도시한 구성도이다.

이는 저장고(16a)를 바닥면이 막힌 'ㄷ'자 형으로 이루어 간극(17)을 두고 대향시켜 그 외주연을 단열재(32)로 충진하여 이루고, 복층의 알루미늄 판재(17a) 사이에 단열재(32a)를 충진하여 이루어진 단열 격판(170)을 형성하여 상기 간극(17)에 끼우거나 빼낼 수 있도록 이루어지는 것이다.

또한 본 고안은 도 6에 도시한 바와 같이 변형 실시 될 수도 있다.

즉, 냉, 온장 대상물에 작용하고 남는 잉여 열량를 축열하여 효율을 증대 시키거나 전원으로부터 분리하여 단거리를 이동시켜 사용하는 경우에 상기 각 저장고의 내부 저면에 축열팩(18)을 내장하여 이루는 것이다.

상술한 바와 같은 기술 사상을 이루는 본 고안의 제 작용을 이하 좀더 상세하게 살펴보기로 한다.

본 고안의 동시 냉, 온 저장이 가능한 냉온장고는 구획되어 구분된 복수의 저장고(16)에 각기 냉온장이 가능하도록 열전 소자를 형성하여 이룸으로써 일측과 타측의 저장고는 각각 냉장,온장 / 냉장,냉장 / 온장,온장 등의 여러 유형으로 선택적인 작동이 가능하다. 이는 열전 소자에 입력되는 전원의 극성에 따라서 용이하게 변경되는 관용 기술에 의하여 가능하므로 상세 설명은 생략한다.

상기 복수의 저장고중 일측의 저장고는 냉장고, 타측의 저장고는 온장고로 작용시키는 경우에 대하여 살펴보면, 저장고는 각각 단열을 유지하는 상태로 분리되어 구성되 있으므로 인접 저장고간에 열적 유동은 배제되고 해당 저장고에 접합된 열전 소자의 작용에의하여 냉장과 온장고로 작용된다.

냉장을 이루는 일측 저장고의 열전 소자는 저장고와 면접된 일면이 흡열 작용을 하고, 타측면은 발열을 이루며, 타측 저장고의 열전 소자는 저장고와 면접된 일면이 발열 작용을 하고, 타측면을 흡열을 이루는 상반된 열적 작용을 하게된다.

여기서 상기 각 열전소자의 타측면은 하나로 일체화된 방열판(14)에 부착되어있어 일측 저장고의 방열판 측 발열이 타측 저장고의 방열판 측 흡열면에 의하여 열전 소자의 발열은 흡열측으로 빠르게 열 전도되면서 열전 소자의 방열이 매우 신속하게 이루어져 열전 소자의 방열 효율이 현저하게 개선되며 냉, 온장 효율이 극히 우수하게 개선되는 작용을 이룬다.

상기 일체형 방열판(14)을 사용하여 이루어진 본 고안은 종래 분리 독립된 방열판으로 이루어져 복수의 저장고가 마련된 냉, 온장고에 비하여 성능이 대폭 향상된다.

이러한 방열판의 구조에 따른 냉, 온장고의 성능을 비교 실험하여 살펴본 실험예를 살펴보면 본 고안의 냉, 온장 효율 개선을 명백하게 알수 있을 것이다.

* 실험예 1

■ 실험조건 및 방법

● 복수의 열전소자가 각각 저장고를 이루고 분리된 방열판 구조.

● 방열판을 냉각 시키기 위한 배기휀을 장착하여 강제 냉각을 시킴.

● 총 8개소를 선정하여 온도 센서를 장착 온도를 측정함.

● 주변 온도 17℃ 습도 35%

소요시간t (min)	사용전류(A)	온도 측정 부위
		방열부	냉, 온 저장고부
		1C`	2H	3C	4H	5C	6H	7C	8H
0	4.2/4.6	17.0	17.0	17.0	17.0	18.0	18.0	18.6	18.0
5	4.0/3.8	30.0	18.6	29.5	18.8	7.0	78.0	10.6	55.6
10	4.0/3.4	30.2	19.0	29.5	19.7	6.2	87.6	9.3	67.8
15	4.0/3.2	29.8	18.8	29.1	20.0	5.6	94.8	8.6	76.7
20	4.0/3.1	30.0	19.6	29.2	20.4	5.3	98.8	8.3	81.5
온도 변화량	13.0	2.6	12.2	3.4	12.7	80.8	10.3	63.5

* 실험예 2

■ 실험조건 및 방법

● 실험예 1과 동일

소요시간t (min)	사용전류(A)	온도 측정 부위
		방열부	냉, 온 저장고부
		1C	2H	3C	4H	5C	6H	7C	8H
0	4.7/4.7	17.0	17.0	17.3	17.5	18.2	20.0	18.5	19.5
5	4.4/3.7	23.0	20.0	24.6	21.6	6.1	73.0	10.4	50.4
10	4.2/3.4	23.7	21.3	25.3	22.7	3.8	88.4	6.9	69.0
15	4.1/3.2	23.5	22.0	25.8	23.2	3.0	94.8	6.1	79.7
20	4.0/3.1	24.0	22.6	26.0	23.9	2.8	105.5	5.4	89.1
온도 변화량	7.0	5.6	8.7	6.4	15.4	85.5	13.1	69.6

상기 두 실험예에서와 같이 방열판이 분리형인 것과 일체형인 각 타입의 최종 온도 변화 비교표는 다음과 같다.

소요시간t (min)	사용전류(A)	온도 측정 부위
		방열부	냉, 온 저장고부
		1C	2H	3C	4H	5C	6H	7C	8H
분리형의 온도변화량	13.0	2.6	12.2	3.4	-12.7	80.8	-10.3	63.5
일체형의 온도변화량	7.0	5.6	8.7	6.4	-15.4	85.5	-13.1	63.5

상기 실험예에서 알 수 있듯이 ΔT(T1-T2)=0 에 근접 할 수록 냉각효과는 최대치를 나타내는 것을 확인 할수 있다.

여기서 ΔT는 측정 순간 온도, T1 은 흡열부 온도, T2 는 방열부 온도이다.

따라서 냉장고 측의 높은 방출열이 온장고 측의 낮은 온도측으로 온도차에 의하여 열 전도가 일어나 열전 소자의 흡열부와 발열부 간에 열 역류가 배제되므로 성능이 향상되게됨을 알수 있을 것이다.

상기 실험예1, 2에 적용된 온도 측정점은 도7a, b에 도시한 바와 같으며 그 측정점에 기재된 온도는 측정전의 상온으로부터 변화된 온도값을 표시한 것으로, ' + ' 기호는 온도 상승을 나타내고, ' - ' 기호는 온도 하강을 나타낸 것으로 냉장고는 더욱 더 차게 유지되고 온장고는 더욱 더 뜨겁게 유지된다.

한편, 본 고안의 동시 냉, 온 저장이 가능한 냉온장고는 상기와 같이 복수 저장고 일측은 냉장을, 타측은 온장의 조건을 실험하여 성능 향상을 확인하였으며 양측 저장고를 모두 냉장으로하는 경우와 상기 냉장/온장으로 설정한 경우를 비교 실험하여 살펴보면 다음과 같다.

* 비교예

■ 비교 실험조건 및 방법

● 각각의 저장고에 캔 음료를 넣고 내용물의 온도를 측정.

● 실험 표본 1은 냉장과 온장 상태.

● 실험 표본 2는 냉장과 냉장 상태.

시간(분)	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50	55	60
표본1	냉장	20	15	13	11	10	8	7	6	5	4	3	3	3
	온장	20	22	26	20	36	38	40	41	42	43	43	43	43
표본2	냉장	20	17	14	12	10	8	6	5	3	2	1	0	-1
	냉장	20	17	14	12	10	8	6	5	3	2	1	0	-1

상기 비교예에서 알수 있듯이 본 고안의 냉, 온장고는 동시에 냉온 저장고를 사용 할 수 있는 장점외에도 복수의 저장고를 모두 냉장고로 이용하는 경우에는 보다 빠른 냉장 효과를 얻을 수 있음을 알수 있다.

상기와 같이 복수의 저장고를 동시에 동일한 저장고로 사용하는 경우 도5에 도시한 바와 같이 간극(17)에 끼워 결합되어 저장고(16a) 사이를 폐쇄, 구획하고 있던 단열 격판(170)을 제거하면 복수의 저장고는 하나의 통합된 공간이되고 이렇게 넓어진 저장 공간을 통하여 보다 넓게 사용 할 수 있다.

물론 다시 일측과 타측을 구분하여 냉, 온장고로 사용하고자 하는 경우에 있어서는 상기 단열 격판(170)으로 저장고를 구획하면 된다.

또한 본 고안의 동시 냉, 온 저장이 가능한 냉온장고를 자동차 등의 전원으로부터 분리하여 휴대 이동시켜 사용하고자 하는 경우에는 이동이 간편하며 도6의 도시와 같이 저장고 내에 축열재가 밀봉된 축열팩(18)을 구성하면 상기 전원인가시 축열팩에는 냉기 또는 열기가 축열되고 전원이 배제되면 축열된 에너지를 방출하므로 좀더 오래도록 냉기 또는 열기를 유지할 수 있도록 작용한다.

이상에서 상세하게 살펴본 바와 같은 본 고안에 의하면 냉장과 온장 저장고를 각각 마련하여 동시에 냉장과 온장을 이루므로 계절에 맞게 사용할 수 있으며 포장된 한약 등을 냉장 보관하다가 음용시에 온장고에 일정시간 보관하여 데워 마시는 등의 겸용 사용이 하나의 장치에서 가능한 효과가 있고,

냉, 온장을 실현하는 열전소자의 방열 경로를 하나의 방열판으로 형성하여 냉, 온장 측의 열전 소자가 상호 열 교환을 이루어 방열 효율이 개선되므로 냉장고는 보다 저온으로 유지 가능하고 온장고는 보다 높은 온도를 유지 할 수 있어 효율이 비약적으로 개선되는 효과가 있다.

또한 본 고안은 필요에 따라서 저장고의 공간을 하나의 공간으로 가변 구획이 가능하도록 이루어져 냉장고의 공간이 많이 필요한 경우에는 전체 저장고를 냉장고로, 혹은 반대로 전체 공간을 온장고로 필요에따라 가변적으로 변경하여 사용할 수 있는 여러 효과를 갖는 매우 우수한 고안인 것이다.

Claims (4)

1. 일정 격실의 저장고를 냉장 또는 온장시키는 열전 소자를 이용한 냉, 온장고에 있어서,

   단열이 가능하고 열전도가 빠른 금속재의 내벽을 갖는 폐쇄된 격실의 저장고와,

   상기 저장고를 복수로 마련하되 각 격실에 열전 소자를 각각 형성하여 냉, 온 저장실을 마련하고,

   상기 냉, 온 저장실의 열전 소자 들을 하나의 일체형 방열판에 결합하여 열전 소자의 방열부와 흡열부의 열 방출이 상기 일체형 방열판에서 열 전도에 의하여이루어지도록 결합 구성된것을 포함하는 동시 냉, 온 저장이 가능한 냉온장고.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 냉온장고는 개폐 가능한 뚜껑과 일정 체적을 갖는 외함(30)을 형성하여 이 외함 내에 상부가 개방된 알루미늄 함체로 이루어진 저장고(16)를 마련하고,

   상기 저장고의 일측에 열전도가 우수한 금속 블록(12)을 매개하여 열전 소자(10)를 밀접하게 결합하여 하나의 저장실(20a)을 이루고, 동일 구성의 또 다른 저장실(20b)을 상호 이격시켜 복수로 내장하고,

   상기 열전 소자의 타측면에 상기 복수의 열전 소자를 일체로 연결하도록 하나의 방열판(14)을 결합하여 이루고,

   상기 방열판에 근접하여 내부 공기를 방출하는 배기휀(34)을 형성하되, 외함과 각 저장실 주연을 단열재(32)로 충진하여 이루어지는 것을 특징으로하는 동시 냉, 온 저장이 가능한 냉온장고.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 저장고는 바닥면이 막힌 'ㄷ'자 형 저장고(16a)로 이루어 간극(17)을 두고 대향 형성하고,

   상기 대향된 저장고의 외주연을 단열재로 충진하여 이루고,

   복층의 알루미늄 판재(17a) 사이에 단열재(32a)를 충진하여 이루어진 단열 격판(170)을 형성하여 상기 간극(17)에 끼우거나 빼내어 저장고 공간을 가변적으로 구획하거나 통합 할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로하는 동시 냉, 온 저장이 가능한 냉온장고.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 냉온장고의 각 저장고의 내부 저면에 축열팩(18)을 내장하여 이루어지는 것을 특징으로하는 동시 냉, 온 저장이 가능한 냉온장고.