KR20160104775A

KR20160104775A - 냉각핀 블록 및 이를 포함하는 제습기용 열전모듈 어셈블리

Info

Publication number: KR20160104775A
Application number: KR1020150027136A
Authority: KR
Inventors: 임현의; 오선종; 유상엽; 송경준; 이덕규; 김완두
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2035-02-26
Also published as: KR101679219B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 열전소자를 이용한 제습기용 열전모듈에 부착가능한 냉각핀 블록에 있어서, 상기 열전모듈의 일 면에 부착되는 제1 면 및 이에 대향하는 제2 면을 갖는 냉각핀 블록 본체; 및 상기 냉각핀 블록 본체의 제2 면에서 외측 방향으로 뻗어있고 서로 소정 간격 이격되어 배치되는 다수의 냉각핀;을 포함하고, 각각의 상기 냉각핀의 표면에 지면에 대해 수직 방향으로 서로 이격되어 형성된 복수개의 요홈 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각핀 블록이 제공된다.

Description

냉각핀 블록 및 이를 포함하는 제습기용 열전모듈 어셈블리 {Cooling fin block and thermoelectric module assembly having the same}

본 발명은 열전모듈 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열전모듈과 히트싱크 사이의 열전도율을 향상시킨 제습기용 열전모듈 어셈블리에 관한 것이다.

열전 효과(thermoelectric effect)는 다른 열전 특성(thermoelectric properties)을 갖는 금속이나 열전 반도체를 접합한 회로에서 열의 흐름과 전류의 관계를 설명하는 효과로서, 펠티어 효과(Peltier effect)와 제벡 효과(Seebeck effect)를 포함한다.

그 중 펠티어 효과는 열전 반도체로 구성된 회로에서 전류가 흐를 때 열전 반도체의 한쪽은 발열하고 다른 쪽은 흡열하는 현상을 일컫는다. 펠티어 효과를 이용하는 열전모듈은 펠티어 소자라고도 불리며 펠티어 소자는 예를 들어 컴퓨터 소자(예컨대 반도체 칩)의 냉각, 냉방장치나 제습장치의 냉방 및/또는 제습 등 다양한 목적으로 이용되고 있다.

이러한 열전소자를 이용한 제습기는 예컨대 "열전소자를 이용한 제습기의 열전소자 결합구조"(한국 공개특허공보 제2003-0031547호) 또는 "제습기능을 가진 트레이 피더"(한국 공개특허공보 제2006-0094437호) 등에 개시되어 있으며, 도1에 도시한 바와 같이 열전모듈(10) 및 이 열전모듈(10)의 양쪽 면에 냉각핀 블록(20)과 방열핀 블록(30)이 각각 부착된 형태를 가진다.

열전모듈(10)은 내부에 다수의 P형 열전 반도체와 N형 열전 반도체로 이루어진 어레이를 포함하고 이 어레이에 전기가 흐르면 열전모듈(10)의 아래쪽 면에서 열을 흡수하여 위쪽으로 전달하여 열을 방출한다. 이에 따라 열전모듈(10) 아래쪽의 냉각핀 블록(20)과 접촉하는 공기가 냉각되며 이 열은 열전모듈(10)을 통해 방열핀 블록(30)으로 전달되고 방열핀 블록(30)을 통해 열을 방출한다.

그런데 이러한 종래기술에 따른 냉각핀의 경우 냉각핀 블록과 접촉하는 공기가 열을 뺏김에 따라 수증기가 응축하여 냉각핀(23) 표면에 물방울이 맺히는 현상을 제어하지 않아 제습 효율이 높지 못한 경우가 종종 발생한다. 따라서 예컨대 냉각핀(23)의 표면 온도가 2도가 되도록 열전모듈(10)을 설정하더라도 냉각핀(23) 표면에 물막이 생기면 실제로 공기가 쳐다보기에는 물막 때문에 냉각핀 표면이 3도나 4도인 것으로 인식한다. 따라서 1~2도의 온도 증가분 만큼 냉각 효율이 감소하는 결과를 초래한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각핀의 표면에 물막이 생기지 않고 물이 맺혔을 때 즉시 배수될 수 있는 제습기용 열전모듈 어셈블리를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각핀 표면에 맺히는 물을 효과적으로 제거함으로써 제습효율을 향상시킬 수 있는 제습기용 열전모듈 어셈블리를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제습기용 열전모듈 어셈블리에 있어서, 열전소자를 포함하는 열전모듈; 상기 열전모듈의 제1 면에 부착되는 방열핀 블록; 및 상기 열전모듈의 제1 면에 대향하는 열전모듈의 제2 면에 부착되고 상기 일 실시예에 따른 냉각핀 블록;을 포함하는 것을 특징으로 하는 제습기용 열전모듈 어셈블리가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제습기용 열전모듈 어셈블리에서 냉각핀의 표면에 물막이 생기지 않고 물이 맺혔을 때 즉시 배수될 수 있는 이점을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제습기용 열전모듈 어셈블리에서 냉각핀 표면에 맺히는 물을 효과적으로 제거함으로써 제습효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도1은 종래기술에 따른 열전모듈 어셈블리의 측면도,
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각핀 블록을 포함하는 열전모듈 어셈블리의 사시도,
도3은 제1 실시예에 따른 냉각핀 블록의 상면도,
도4a는 일 실시예에 따라 블라스팅 처리를 한 냉각핀 블록의 부분 확대도,
도4b는 일 실시예에 따라 블라스팅과 메탈라이징 처리를 한 냉각핀 블록의 부분 확대도,
도5는 블라스팅과 메탈라이징 처리를 행한 냉각핀 블록의 표면을 나타내는 도면,
도6a는 일 실시예에 따라 블라스팅 처리를 한 방열핀 블록의 부분 확대도,
도6b는 일 실시예에 따라 블라스팅과 메탈라이징 처리를 한 방열핀 블록의 부분 확대도,
도7 내지 도13은 제1 실시예에 따른 냉각핀 블록의 다양한 변형례를 설명하기 위한 도면,
도14는 제2 실시예에 따른 냉각핀 블록을 포함하는 열전모듈 어셈블리의 사시도,
도15는 제2 실시예에 따른 냉각핀 블록의 저면도,
도16은 제1 및 제2 실시예의 냉각핀 블록을 수직으로 배치했을 때의 실험 결과를 설명하기 위한 도면,
도17은 제1 및 제2 실시예의 냉각핀 블록을 수평으로 배치했을 때의 실험 결과를 설명하기 위한 도면,
도18은 냉각핀의 요홈 라인의 개수에 따른 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있음을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되는 경우 이 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 사용되는 것이며, 각 구성요소들이 이러한 용어들에 의해서 한정되어서는 안된다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 구성요소간의 위치 관계를 설명하기 위해 사용되는 '상', '하', '좌', '우' 또는 이와 등가적인 표현들은 절대적 기준으로서의 방향을 의미하지 않고 각 도면의 참조하여 설명할 때 설명의 편의를 위한 상대적 표현일 수 있다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각핀 블록을 포함하는 열전모듈 어셈블리의 사시도이고 도3은 제1 실시예에 따른 냉각핀 블록의 상면도이다.

도2를 참고하면, 일 실시예에 따른 제습기용 열전모듈 어셈블리는 열전모듈(10) 및 이 열전모듈(10)의 양쪽 면에 각각 부착되는 냉각핀 블록(40)과 방열핀 블록(30)을 포함한다.

열전모듈(10)은 다수의 P형 열전 반도체와 다수의 N형 열전 반도체를 교대로 병렬로 배치된 어레이를 포함한다. P형 반도체와 N형 반도체는 전기적으로 직렬 접속하여 폐회로를 구성하며 이 폐회로에 일방향으로 전류를 흐름에 따라 P형 반도체와 N형 반도체의 양 단부에서 각각 열이 흡수되고 방출됨으로써 열전모듈(10)의 한쪽 면에서 다른 쪽 면으로 열이 전달된다. 이 때 열전모듈(10)의 양쪽 면 중 열을 흡수하는 '흡열면'이라 하고 열을 방출하는 면을 '발열면'이라고 부르기로 한다.

열전모듈(10)이 냉각핀 블록(40)과 방열핀 블록(30) 사이에 개재되어 결합됨으로써 냉각핀 블록과 방열핀 블록이 소정 간격 이격되어 배치된다. 도2에 도시한 실시예에서는 열전모듈(10)이 세로로 세워져서 배치되고 열전모듈(10)의 흡열면에 냉각핀 블록(40)이 부착되고 발열면에 방열핀 블록(30)이 부착된 것으로 전제한다.

열전모듈(10)의 동작에 의해 열전모듈(10)의 흡열면에서 열이 흡수되어 발열면으로 전달된다. 이에 따라 냉각핀 블록(40)과 접촉하는 공기가 냉각이 되며 이 열은 열전모듈(10)을 통해 방열핀 블록(30)으로 전달되고 방열핀 블록(30)에서 이 열을 방출함으로써 방열핀 블록(30)과 접촉하는 공기가 가열될 수 있다.

도3을 참조하면, 바람직한 일 실시예에서 냉각핀 블록(40)은 블록 본체(41) 및 다수의 냉각핀(43)을 포함한다. 냉각핀 블록 본체(41)는 열전도성이 좋은 재질로 형성되고 소정 두께를 갖는 판형상이다. 블록 본체(41)의 제1 면은 열전모듈(10)의 흡열면에 부착되고 블록 본체(41)의 제1 면에 반대되는 제2 면에는 다수의 냉각핀(43)이 돌출되며 형성되어 있다.

다수의 냉각핀(43)은 블록 본체(41)의 상기 제2면에서 외측 방향으로 뻗어있고 서로 소정 간격 이격되어 배치된다. 도2에서와 같이 열전모듈(10)의 흡열면이 지면에 대해 수직으로 배치되는 경우 각각의 냉각핀(43)은 수직으로 세워지도록 형성되어 있다. 각 냉각핀(43)은 복수개의 요홈 라인(45)을 포함한다. 요홈 라인(45)은, 요홈 라인(45)이 없는 냉각핀과 비교할 때, 같은 조건에서 물을 모으는 양을 증가시킬 수 있도록 하며 또한 냉각핀(43) 표면에 응축된 수증기가 아래로 흐를 수 있는 통로를 제공한다. 도시된 실시예에서 복수개의 요홈 라인(45)은 냉각핀 블록 본체(41)의 흡열면에 평행하면서 지면에 대해 수직인 방향으로 형성된다.

바람직하게는 복수개의 요홈 라인(45)은 각 냉각핀(43)의 양쪽 표면에 모두 형성된다. 이 때 도시한 것처럼 요홈 라인(45)이 양쪽 표면에 교호적으로 형성됨으로써 냉각핀(43)의 측면이 물결 모양을 가질 수 있다. 복수개의 요홈 라인(45)은 각 냉각핀의 양쪽 표면에 각각 적어도 2개 이상씩 형성되는 것이 바람직하다.

도4a 및 도4b는 일 실시예에 따른 냉각핀 블록의 부분 확대도이다. 도시한 실시예에서 냉각핀(43)은 양쪽 표면에 각각 복수개의 요홈 라인(45)을 포함하고 또한 응축된 물이 더 잘 빠지게 하기 위하여 냉각핀 표면에 표면처리를 하였다.

도4a의 실시예는 냉각핀(43)의 표면(44)에 작은 입자로 블라스팅(blasting) 처리를 하여 표면의 거칠기를 증진시켰다. 블라스팅 처리는 블라스팅 건(blasting gun) 등을 사용하여 모래 등의 연마재(abrasive)를 피가공면에 강하게 분사시켜 그 충돌에 의하여 피가공면을 연삭하여 표면을 거칠게 하는 작업이다. 블라스팅에 의해 냉각핀(43)의 표면 거칠기를 증가시킴으로써 냉각핀(43) 표면이 친수성을 가지게 되고, 표면에 얇은 물막을 가지게 함과 동시에 물이 아래로 빨리 흘러내리도록 한다.

이와 관련하여 도5(a)는 냉각핀(43)에 아무런 표면처리를 하지 않았을 때의 냉각핀 표면이고 도5(b)는 블라스팅 처리를 행한 후의 표면을 각각 나타낸다. 블라스팅 처리에 의해 냉각핀 표면의 거칠기가 확연히 증가하였음을 알 수 있다.

또한 도4b의 실시예는 냉각핀(43)의 표면에 작은 입자로 블라스팅 처리를 한 후 열전도성이 좋은 알루미늄이나 구리 입자로 메탈라이징(metallizing) 처리를 더 행하여 표면 거칠기를 더 증가시킨 실시예이다. 메탈라이징은 메탈스프레이(metal spray)라고도 하며 금속을 녹여서 피가공면에 분사하는 기술이다. 일 실시예에서, 알루미늄이나 구리 등의 입자를 녹이고 이를 노즐로 분사하면서 냉각핀(43)을 향해 분사함으로써 냉각핀(43)의 표면을 메탈라이징 할 수 있다.

이에 따라 도4b에 도시한 것처럼 냉각핀의 표면(44)이 자체적으로 거칠기를 가질 뿐만 아니라 메탈라이징에 의해 이 표면(44) 위에 알루미늄이나 구리 입자들(46)이 결합되어 표면 거칠기가 더 증가하였다. 또한 도5(c)는 냉각핀(43)에 블라스팅 처리와 메탈라이징 처리를 모두 행했을 때의 표면을 나타내는데, 블라스팅 처리를 행한 표면(도5(b))과 비교할 때 블라스팅과 메탈라이징 처리를 모두 함으로써 표면 거칠기가 한층 더 증가되었음을 알 수 있다.

한편 이러한 블라스팅 및/또는 메탈라이징 처리는 냉각핀(43)의 표면뿐만 아니라 냉각핀 블록 본체(41)의 표면에까지 수행될 수 있다. 즉 도4a 또는 도4b에 도시한 바와 같이 냉각핀 블록 본체(41)의 냉각핀(43)이 돌출 형성된 쪽의 표면에도 블라스팅 및/또는 메탈라이징 처리가 될 수 있다.

이와 같이 냉각핀(43) 및 냉각핀이 형성되는 쪽의 블록 본체(41)의 표면에 표면 거칠기를 증가시키는 표면처리를 행하여 표면의 친수성을 증진시킴으로써, 냉각핀 블록(40)이 응축된 물을 더 잘 아래로 흘러내리게 할 수 있으므로 같은 에너지로 더 높은 제습 효과를 얻을 수 있다.

한편 대안적인 일 실시예에서, 방열핀 블록(30)이 열을 더욱 잘 방출하기 위해 방열핀 블록(30)의 표면에도 표면처리를 행할 수 있다. 예를 들어 방열핀 블록(30)에도 도4a 및 도4b에서 설명한 것처럼 블라스팅 처리 또는 블라스팅 및 메탈라이징 처리를 할 수 있다.

이와 관련하여 도6a는 일 실시예에 따라 방열핀 블록(30)에 블라스팅 처리를 행한 모습을 도식적으로 나타내고, 도6b는 방열핀 블록(30)에 블라스팅 및 메탈라이징 처리를 행한 모습을 도식적으로 나타낸다.

도6a의 실시예서, 방열핀 블록 본체(31)에서 돌출 형성된 방열핀(33)의 표면(34)에 작은 입자로 블라스팅 처리를 하여 표면적을 증가시켰다. 도6b의 실시예에서는, 방열핀(33)의 표면에 작은 입자로 블라스팅 처리를 한 후 금속 입자로 메탈라이징 처리를 행하여 표면적을 더욱 증가시켰다. 이러한 방열핀(33)에 대한 표면처리는 도4 및 도5를 참조하여 설명한 냉각핀(43)에 대한 표면처리와 동일 또는 유사한 방법으로 수행될 수 있다. 또한 이 때 방열핀(33) 뿐만 아니라 방열핀(33)이 돌출되는 쪽의 방열핀 블록 본체(31)의 표면에도 이러한 표면처리를 할 수 있다.

이와 같이 방열핀(31)에 블라스팅 처리 또는 블라스팅과 메탈라이징 처리를 행하여 표면적을 증가시킴으로써 방열핀을 통해 열이 더욱 잘 방출되도록 할 수 있다.

이하에서 도2의 제1 실시예의 다양한 변형례를 도7 내지 도13을 참조하여 설명하기로 한다.

도7의 변형례에서, 열전모듈(10)과 방열핀(30)은 도2의 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성 및 기능을 가진다. 다만 도7에서 냉각핀(43)의 아래쪽 면을 돌출방향으로 갈수록 아래쪽으로 경사지게 하여 냉각핀의 하부에 뾰족한 단부(47)가 형성된다. 이러한 구성을 하게 되면 냉각핀(43)의 하부면에 모인 물이 단부(47)쪽으로 안내되어 아래로 떨어지므로, 냉각핀(43)에 모인 물을 더 빨리 흘러내리게 할 수 있다.

도8의 변형례는, 도7의 변형례에서 냉각핀(43)의 위쪽 면에 변형을 더 가한 형태이다. 즉 냉각핀(43)의 위쪽 면을 돌출방향으로 갈수록 아래쪽으로 경사지게 하였다. 이에 따라 냉각핀(43)의 상부에 모인 물이 경사면을 따라 아래쪽으로 더 빨리 흐르게 할 수 있다.

도9의 변형례는, 냉각핀(43)의 상부와 하부쪽의 경사를 도8과 반대로 형성한 실시예이다. 즉 냉각핀(43)의 돌출 방향으로 갈수록 냉각핀(43)의 상부와 하부를 동시에 오르막 경사로 형성하였다. 이에 따라 냉각핀(43)의 상부에 모인 물이 경사면을 따라 아래쪽으로(즉 블록 본체(41)쪽으로) 흐르게 하여 물이 더 빨리 떨어지게 한다.

도10의 변형례는, 도2의 제1 실시예와 동일한 형상의 열전모듈 어셈블리를 나타내지만 제습기 내에서 열전모듈 어셈블리를 수직방향에 대해 소정 각도(θ) 경사지게 하여 설치한 것을 나타낸다. 이와 같이 소정 각도 경사지게 설치함으로써 냉각핀(43)의 상부와 하부가 도7 내지 도9와 유사하게 경사면을 가지게 된다.

이와 같이 도7 내지 도10의 변형례들은 냉각핀(43)의 경사면이 형성되는 위치나 경사면의 방향이 각각 다르지만, 냉각핀의 각 냉각핀의 상부 또는 하부 중 적어도 한쪽의 표면이 수평면에 대해 경사지도록 함으로써 표면에 모이는 물이 아래로 더 빨리 떨어지게 하는 점에서 동일한 원리를 이용하였음을 알 수 있다.

도11 내지 도13은 냉각핀(43)의 하부에 물이 잘 흘러내리도록 하는 가이드부재를 포함하는 변형례들이다.

도11을 참조하면, 각 냉각핀(43)마다 하부에 아래쪽으로 뻗은 가이드 막대(48)가 결합되어 있다. 가이드 막대(48)의 길이는 실시 형태에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서 가이드 막대(48)의 아래쪽 단부가 예컨대 냉각핀(43)에서 떨어지는 물을 받는 물받이통(도시 생략)까지 뻗어있도록 가이드 막대(48)의 길이가 결정될 수 있다. 가이드 막대(48)의 횡단면 형상은 원형 또는 다각형 등 임의의 형상이 될 수 있고 어느 특정 형상에 제한되지 않는다. 또한 가이드 막대(48)의 재질은 임의의 금속이나 합금일 수 있으며 특정 재질에 제한되지 않는다.

도12를 참조하면, 냉각핀(43)의 하부에 전체 냉각핀(43)의 하부를 연결하는 가이드 판재(49)가 결합되어 있다. 가이드 판재(43)의 두께나 아래쪽 방향으로의 높이 및 재질은 실시 형태에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서 가이드 판재(49)의 아래쪽 면이 예컨대 냉각핀(43) 아래쪽에 배치된 물받이통(도시 생략)까지 뻗어있도록 가이드 판재(49)의 높이가 결정될 수 있다.

도13의 변형례는 도12와 유사한 형상의 가이드 판재(49)를 포함하되 이 가이드 판재(49)가 블록 본체(41)와 냉각핀(43)의 결합 부위 근처에서 냉각핀(43)에 결합되어 있다. 가이드 판재(43)의 형상이나 재질은 도12와 마찬가지로 특정 형상이나 재질에 한정되지 않는다.

이와 같이 도11 내지 도13의 변형례는 냉각핀(43)의 하부에 아래쪽으로 물을 가이드하는 가이드부재를 더 부착함으로써 냉각핀(43)에 응축된 물을 아래쪽으로 더 빨리 흐르게 하여 제습효과를 높일 수 있다.

도14는 제2 실시예에 따른 냉각핀 블록을 포함하는 열전모듈 어셈블리의 사시도이고 도15는 제2 실시예에 따른 냉각핀 블록의 저면도이다.

도14의 실시예에서 제습기용 열전모듈 어셈블리는 열전모듈(10) 및 이 열전모듈(10)의 양쪽 면에 각각 부착되는 냉각핀 블록(50)과 방열핀 블록(30)을 포함한다. 도시된 실시예에서 열전모듈(10)은 흡열면이 아래쪽을 향하고 발열면이 위쪽을 향하도록 수평으로 배치되고 열전모듈(10)의 흡열면에 냉각핀 블록(50)이 부착되고 발열면에 방열핀 블록(30)이 부착된 것으로 전제한다.

열전모듈(10)의 동작에 의해 열전모듈(10)의 아래쪽의 흡열면에서 열이 흡수되어 위쪽의 발열면으로 전달된다. 이에 따라 냉각핀 블록(50)과 접촉하는 공기가 냉각이 되고 이 열은 열전모듈(10)을 통해 방열핀 블록(30)으로 전달되고 방열핀 블록(30)에서 이 열을 방출함으로써 방열핀 블록(30)과 접촉하는 공기가 가열된다.

도14와 도15에 도시한 것처럼, 이러한 구성에서 냉각핀 블록(50)은 블록 본체(51) 및 다수의 냉각핀(53)을 포함한다. 냉각핀 블록 본체(51)는 열전도성이 좋은 재질로 형성되고 소정 두께를 갖는 판형상이다. 블록 본체(51)의 제1 면은 열전모듈(10)의 흡열면에 부착되고 블록 본체(51)의 제1 면에 반대되는 제2 면에는 다수의 냉각핀(53)이 돌출되어 형성되어 있다.

다수의 냉각핀(53)은 블록 본체(51)의 상기 제2면에서 외측 방향으로 뻗어있고 서로 소정 간격 이격되어 배치된다. 도14에서와 같이 열전모듈(10)의 흡열면이 수평으로 배치되는 경우 다수의 냉각핀(53)의 각각은 블록 본체(51)에서 아래쪽 방향으로 돌출되어 뻗어있고 각 냉각핀(53)은 복수개의 요홈 라인(55)을 포함한다. 요홈 라인(55)은 냉각핀(53) 표면에 응축된 수증기가 아래로 흐를 수 있는 통로를 제공하며, 이를 위해, 도시된 실시예에서 복수개의 요홈 라인(55)은 열전모듈(10)의 흡열면에 수직인 방향(즉, 냉각핀 블록 본체(51)의 면에 수직인 방향)으로 형성됨으로써 지면에 대해 수직인 방향으로 뻗어있다.

도15에 도시한 것처럼 바람직하게는 복수개의 요홈 라인(55)은 각 냉각핀(53)의 양쪽 표면에 모두 형성된다. 이 때 도시한 것처럼 요홈 라인(55)이 양쪽 표면에 교호적으로 형성됨으로써 냉각핀(53)을 아래쪽에서 봤을 때 물결 모양을 가질 수 있다. 복수개의 요홈 라인(55)은 각 냉각핀의 양쪽 표면에 각각 적어도 2개 이상씩 형성되는 것이 바람직하다.

도14 및 도15의 제2 실시예에서도 냉각핀(53)의 표면에 블라스팅과 메탈라이징 처리를 함으로써 표면의 거칠기와 친수성을 높여 냉각핀 블록(50)이 응축된 물을 더 잘 아래로 잘 흘러내리게 함으로써 하여 같은 에너지로 더 많은 물을 모을 수 있으며, 이에 대해서는 도4와 도5를 참조하여 설명하였으므로 설명을 생략하기로 한다.

또한 제2 실시예에서도 방열핀 블록(30)의 표면적을 넓히는 표면처리를 수행할 수 있다. 즉 도6a 및 도6b를 참조하여 설명한 것처럼 방열핀(33)의 표면에 블라스팅 처리 또는 블라스팅과 메탈라이징 처리를 행하여 표면적을 증가시켜 방열핀(33)을 통해 열이 더욱 잘 방출되도록 할 수 있다.

도16은 제1 및 제2 실시예의 냉각핀 블록을 수직으로 배치했을 때의 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다. 도면의 그래프에서 "bare"는 종래기술과 같이 냉각핀에 요홈 라인이 없는 샘플이고, "Machining 1"은 제1 실시예의 냉각핀(즉 도3의 냉각핀 블록(40))을 도2에서와 같이 수직방향으로 배치한 샘플로서, 요홈 라인(45)이 지면에 대해 수직 방향으로 배치된 경우이고, "Machining 2"는 제2 실시예의 냉각핀(즉 도14의 냉각핀 블록(50))을 도2에서와 같이 수직방향으로 배치한 샘플로서, 요홈 라인(55)이 지면에 대해 수평 방향으로 배치된 경우이다.

각 샘플(bare, Machining 1, Machining 2)에서 왼쪽 그래프는 "collection", 즉 냉각핀 블록에 맺혀서 아래로 떨어진 물의 양을 의미하고 오른쪽 그래프는 "retention", 즉 냉각핀 블록에 맺혀있는 물의 양을 의미한다. 냉각핀 블록의 표면에 물이 맺히면 아래로 빨리 낙하하고 냉각핀 블록 표면에는 물이 적게 맺혀있는 것이 유리하므로, "retention"보다 "collection"의 물의 양이 많은 것이 효과적이다.

도면의 그래프를 참조하면 "Machining 1"의 경우, 즉 도3과 같이 요홈 라인(45)이 지면에 대해 수직방향으로 배치된 경우 "collection" 양이 가장 많음을 알 수 있다. 그러므로 열전모듈(10)이 수직으로 배치된 경우 도2와 같이 냉각핀(43)도 세로 방향으로 형성되고 요홈 라인(45)의 패턴도 세로방향, 즉 수직 방향으로 형성되는 것이 가장 효과적이다.

또한 종래기술과 대비하면, 종래기술의 경우("bare") collection의 물의 양이 5.8g이고 본 발명의 일 실시예("Machining 1")의 경우 collection의 양이 6.8g 이므로, (6.8-5.8)/5.8*100 = 17.2% 만큼 효과가 증가하였음을 알 수 있다.

도17은 제1 및 제2 실시예의 냉각핀 블록을 수평으로 배치했을 때의 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다. 도면의 그래프에서 "bare", "Machining 1", 및 "Machining 2"의 의미는 도16의 경우와 동일하고, 다만 각 샘플(bare, Machining 1, Machining 2)을 모두 도14에서와 같이 열전모듈이 수평방향이 되도록 배치하고 이에 따라 냉각핀 블록도 수평으로 배치된 경우를 가정한다.

"collection"과 "retention"의 의미는 도16의 경우와 동일하며 "retention"보다 "collection"의 물의 양이 많은 것이 효과적이다. 도면을 참조하면 "Machining 2"의 경우, 즉 도14와 같이 요홈 라인(55)이 냉각핀 블록의 표면에 수직인 방향으로 형성된 경우 "collection" 양이 가장 많음을 알 수 있다. 그러므로 열전모듈(10)이 수평으로 배치된 경우 도14와 같이 요홈 라인(55)의 패턴이 세로방향, 즉 수직 방향으로 형성되는 것이 가장 효과적이다.

종래기술과 대비하면, 종래기술의 경우("bare") collection의 물의 양이 5.1g이고 본 발명의 일 실시예("Machining 2")의 경우 collection의 양이 6.9g 이므로, (6.9-5.1)/5.1*100 = 35.3% 만큼이나 효과가 증가하였음을 알 수 있다.

도18은 냉각핀의 요홈 라인의 개수에 따른 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.

도면에서 제일 좌측의 "bare"는 종래기술로서 냉각핀에 표면에 요홈 라인이 없는 경우이고 그 오른쪽부터 차례로 요홈 라인이 2개, 3개, 및 5개 형성된 경우를 나타낸다. 이 때 요홈 라인의 개수는 냉각핀 양쪽 표면 중 요홈 라인의 개수가 많은 쪽의 개수를 기준으로 한다. 또한 모두 도2에서와 같이 열전모듈이 수직으로 배치되고 이에 따라 냉각핀 블록도 수직으로 배치된 경우를 가정하며, 그래프에서 "collection"과 "retention"의 의미는 도16 또는 도17과 동일하다.

그래프에서 알 수 있듯이 본 발명의 실시예에 따라 요홈 라인이 형성된 모든 샘플이 종래기술(bare)과 대비하여 collection의 양이 증가하였음을 알 수 있고, 바람직하게는 요홈 라인의 개수가 늘어날수록 효율이 더 좋음도 알 수 있다.

특히 요홈 라인이 5개 형성된 샘플의 경우, 종래기술의 경우("bare") collection 양이 7.5g이고 요홈 라인이 5개인 경우 collection의 양이 9.8g 이므로, (9.8-7.5)/7.5*100 = 30.7% 만큼 효과가 증가하였다.

상기와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 열전모듈
20, 40, 50: 냉각핀 블록
30: 방열핀 블록
21, 41, 51: 냉각핀 블록 본체
31: 방열핀 블록 본체
23, 43, 53: 냉각핀
33: 방열핀
45, 55: 요홈 라인

Claims

열전소자를 이용한 제습기용 열전모듈에 부착가능한 냉각핀 블록에 있어서,
상기 열전모듈의 흡열면에 부착되는 제1 면 및 상기 제1 면에 반대되는 제2 면을 갖는 냉각핀 블록 본체; 및
상기 냉각핀 블록 본체의 상기 제2 면에서 외측 방향으로 뻗어있고 서로 소정 간격 이격되어 배치되는 다수의 냉각핀;을 포함하고,
각각의 상기 냉각핀은 표면에 형성된 서로 이격된 복수개의 요홈 라인을 포함하고,
상기 냉각핀 블록 본체가 지면에 대해 세로 방향으로 배치되는 경우, 상기 요홈 라인이 상기 냉각핀 블록 본체에 대해 평행하게 형성되고, 상기 냉각핀 블록 본체가 지면에 대해 가로 방향으로 배치되는 경우, 상기 요홈 라인이 상기 냉각핀 블록 본체에 대해 수직방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 냉각핀 블록.
제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 요홈 라인이 각 냉각핀의 양쪽 표면에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 냉각핀 블록.
제 2 항에 있어서,
상기 복수개의 요홈 라인이 각 냉각핀의 양쪽 표면에 각각 적어도 2개 이상씩 형성된 것을 특징으로 하는 냉각핀 블록.
제 1 항에 있어서,
상기 냉각핀의 표면이 친수성(親水性)을 갖도록 표면처리된 것을 특징으로 하는 냉각핀 블록.
제 4 항에 있어서,
상기 냉각핀의 표면이 블라스팅 처리, 또는 블라스팅 및 메탈라이징 처리에 의해 친수성을 갖는 것을 특징으로 하는 냉각핀 블록.
제 1 항에 있어서,
상기 냉각핀의 표면 및 상기 냉각핀 블록 본체의 상기 제2 면이 블라스팅 처리, 또는 블라스팅 및 메탈라이징 처리에 의해 친수성을 갖는 것을 특징으로 하는 냉각핀 블록.
제 1 항에 있어서,
상기 냉각핀 블록 본체가 지면에 대해 세로 방향으로 배치되는 경우, 각각의 상기 냉각핀의 상부 또는 하부 중 적어도 한쪽의 표면이 수평면에 대해 경사지도록 형성된 것을 특징으로 하는 냉각핀 블록.
제 1 항에 있어서,
상기 냉각핀 블록 본체가 지면에 대해 세로 방향으로 배치되는 경우, 상기 각 냉각핀의 하부에 물이 잘 흘러내리도록 하기 위해 하방으로 뻗은 가이드 부재가 부착된 것을 특징으로 하는 냉각핀 블록.
제습기용 열전모듈 어셈블리에 있어서,
열전소자를 포함하는 열전모듈;
상기 열전모듈의 제1 면에 부착되는 방열핀 블록; 및
상기 열전모듈의 제1 면에 대향하는 열전모듈의 제2 면에 부착되고 상기 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 냉각핀 블록;을 포함하는 것을 특징으로 하는 제습기용 열전모듈 어셈블리.
제 9 항에 있어서,
상기 방열핀 블록이,
상기 열전모듈의 발열면에 부착되는 제1 면 및 상기 제1 면에 반대되는 제2 면을 갖는 방열핀 블록 본체; 및
상기 방열핀 블록 본체의 상기 제2 면에서 외측 방향으로 뻗어있고 서로 소정 간격 이격되어 배치되는 다수의 방열핀;을 포함하고,
상기 다수의 방열핀의 표면이 블라스팅 처리, 또는 블라스팅 및 메탈라이징 처리된 것을 특징으로 하는 제습기용 열전모듈 어셈블리.