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KR100532335B1 - 냉각 및 발전 장치 및 이를 채용한 휴대 단말기 및 그동작 방법 - Google Patents

냉각 및 발전 장치 및 이를 채용한 휴대 단말기 및 그동작 방법 Download PDF

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KR100532335B1
KR100532335B1 KR10-2003-0088705A KR20030088705A KR100532335B1 KR 100532335 B1 KR100532335 B1 KR 100532335B1 KR 20030088705 A KR20030088705 A KR 20030088705A KR 100532335 B1 KR100532335 B1 KR 100532335B1
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Abstract

본 발명은 냉각 및 발전을 위한 장치에 있어서, 열전반도체로 구성되어, 미리 설정된 부분에 설치되어 해당 부분에서 발생하는 열을 제거하는 냉각모듈과, 흡열판 및 방열판을 구비하는 열전반도체로 구성되며, 냉각모듈의 열전반도체의 발열 부위에 상기 흡열판이 설치되어 상기 흡열판과 방열판 사이의 온도 차이에 의한 기전력을 발생하는 발전모듈을 구비한다. 또한 이러한 냉각 및 발전 장치를 채용하는 휴대 단말기는 발전모듈에서 발생된 기전력을 이용하여 내부 전원의 보조 전원으로 사용하는 구성을 가지며, 자체 동작 모드를 확인하여 현재 동작 모드가 미리 설정된 동작 모드일 경우에 냉각 및 발전 장치를 구동하는 과정과, 자체 동작 모드를 확인하여 현재 동작 모드가 상기 미리 설정된 동작 모드가 아닐 경우에 냉각 및 발전 장치의 구동을 종료하는 과정을 수행한다.

Description

냉각 및 발전 장치 및 이를 채용한 휴대 단말기 및 그 동작 방법{COOLING/ELECTRIC GENERATING APPARATUS, PORTABLE TERMINAL ADOPTING THE SAME, AND A METHOD OF OPERATING THE PORTABLE TERMINAL}
본 발명은 열전변환을 이용한 냉각 시스템이나 발전 시스템에 관한 것으로, 특히, 이러한 열전변환을 이용한 냉각 시스템과 발전 시스템을 상호 연동적으로 구성하여 냉각 및 발전을 동시에 가능하도록 하기 위한 장치와 이를 채용한 이동통신 단말기 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
PDA(Personal Digital Assistant)나 이동통신 단말기를 비롯한 대부분의 전기, 전자 제품들은 그 구동시 각 구성 부품에서 전류 소모에 따른 열이 발생하게 되는데, 이러한 제품들을 장시간 사용하는 경우에 그 내부에서 발생하는 고열에 의해 장비를 구성하는 각 구성 부품들은 악영향을 받을 수 있다. 따라서, 컴퓨터와 같은 대부분의 전자 장비의 내부에는 장비 자체에서 발생하는 열을 제거하거나 외부로 배기할 수 있도록 냉각 장치나 환기 장치가 구비된다.
그런데, 특히 PDA나 이동통신 단말기와 같이 휴대성 및 이동성이 강조되는 휴대 단말기에서는 그 특성상 소형화를 위해 제품의 필수적인 기능부들 외에 상기한 환기 장치나 냉각 장치를 채용하기가 부담스럽게 된다. 더욱이 그러한 휴대 단말기는 그 동작 전원으로서 통상 배터리를 사용하게 되는데, 이와 같이 배터리를 동작 전원으로 사용하는 장비들은 불필요한 배터리 전원 소모를 최대한 줄이기 위해 애쓰고 있는 바, 상기한 (추가적인 전원 소모가 예상되는) 환기 장치나 냉각 장치를 구비하기가 더욱 어렵게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 전원 소모를 줄이면서 장비 자체의 냉각 동작을 수행할 수 있도록 하기 위한 냉각 및 발전 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 발열의 제거와 더불어 발열 제거 부분에서 발생하는 온도차를 이용하여 기전력을 얻을 수 있도록 하는 냉각 및 발전 장치 및 이를 채용한 휴대 단말기를 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 냉각 및 발전 장치를 채용한 휴대 단말기에서 배터리의 전원 소모를 줄이면서 내부 냉각 장치를 구동시킬 수 있도록 하기 위한 동작 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 특징은 냉각 및 발전을 위한 장치에 있어서, 열전반도체로 구성되어, 미리 설정된 부분에 설치되어 해당 부분에서 발생하는 열을 제거하는 냉각모듈과, 흡열판 및 방열판을 구비하는 열전반도체로 구성되며, 냉각모듈의 열전반도체의 발열 부위에 상기 흡열판이 설치되어 상기 흡열판과 방열판 사이의 온도 차이에 의한 기전력을 발생하는 발전모듈을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징은 냉각 및 발전을 위한 장치를 채용한 휴대 단말기에 있어서, 열전반도체로 구성되며 상기 휴대 단말기의 내부의 미리 설정된 부분에 설치되어 해당 부분에서 발생하는 열을 제거하는 냉각모듈과, 흡열판 및 방열판을 구비하는 열전반도체로 구성되며 상기 냉각모듈의 열전반도체의 발열 부위에 상기 흡열판이 설치되어 상기 흡열판과 방열판 사이의 온도 차이에 의한 기전력을 발생하는 발전모듈을 가지는 냉각/발전부와, 냉각/발전부의 발전모듈에서 발생된 기전력을 이용하여 내부 전원의 보조 전원으로 사용하는 전원부를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 특징은 열전반도체로 구성되어 해당 부분에서 발생하는 열을 제거하는 냉각모듈과, 열전반도체로 구성되어 냉각모듈의 열전반도체의 발열 부위의 온도를 이용한 기전력을 발생하는 발전모듈로 구성되는 냉각 및 발전 장치를 채용한 휴대 단말기의 동작에 있어서, 자체 동작 모드를 확인하여 현재 동작 모드가 미리 설정된 동작 모드일 경우에 냉각 및 발전 장치를 구동하는 과정과, 자체 동작 모드를 확인하여 현재 동작 모드가 상기 미리 설정된 동작 모드가 아닐 경우에 상기 냉각 및 발전 장치의 구동을 종료하는 과정을 수행함을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
본 발명에 따른 냉각 및 발전 장치는 전압이 인가됐을 때 한쪽 면은 흡열하고 반대 면은 발열하는 전자 냉각 모듈과, 이러한 냉각 모듈에 의해 발생되는 온도차에 의해 생기는 전압 즉, 열기전력(thermoelectromotive force)을 이용하여 발전을 하게 되는 열전 발전기로 구성된다. 이하 이러한 냉각 및 발전 장치를 채용하는 휴대 단말기 예를 들어, 이동통신 단말기의 구성 및 동작을 참조하여, 본 발명의 냉각 및 발전 장치의 구성 및 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 및 발전 장치가 채용되는 이동통신 단말기의 개략적인 전체 블록 구성도이다. 도 1을 참조하여 먼저, 본 발명이 적용되는 이동통신 단말기의 구성 및 동작을 살펴보면, 제어부(10)는 이동통신 단말기의 전반적인 제어 동작을 수행하며, 특히 본 발명의 특징에 따라 발열제거/기전력 발생부(20)의 동작을 제어한다.
무선부(12)는 상기 제어부(10)의 제어하에 안테나를 통해 수신된 무선채널 데이터의 주파수 대역을 하강변환하고, 채널별로 구별하여 제어부(10) 및 음성처리부(14)로 출력한다. 무선부(12)로부터 제어부(10)로 출력되는 데이터는 트래픽 채널을 통해 수신되는 데이터 또는 제어 채널을 통해 수신되는 페이징 신호 및 시그널링 신호 등이 된다. 그리고 음성처리부(14)로 출력되는 데이터는 음성 호가 설정된 경우에 수신되는 음성 데이터가 된다. 또한 무선부(12)는 제어부(10)로부터 수신되는 데이터 또는 음성처리부(14)로부터 수신되는 코드화된 음성 데이터를 송신하기 위해 대역 상승 변환하여 안테나를 통해 적절한 주파수 대역의 무선 신호로 변환하여 출력한다.
음성처리부(14)는 일반적으로 보코더(Vocoder) 등으로 구성되며, 제어부(10)의 제어하에 무선부(12)로부터 수신되는 코드화된 음성 데이터를 디코딩 하여 전기적인 음성 신호로 변환한 후 스피커(SPK)로 출력한다. 스피커(SPK)는 수신된 전기적인 음성 신호를 가청음으로 변환 출력하게 된다. 또한 음성 처리부(14)는 마이크(MIC)로부터 수신되는 전기적인 음성 신호를 부호화하여 무선부(12)로 출력한다.
메모리부(19)는 롬(ROM)과 램(RAM) 등으로 구성할 수 있으며, 제어부(10)의 동작 프로그램을 위해 필요한 데이터를 저장하는 영역과, 사용자에 의해 저장되는 영역 및 제어부(10)의 각종 동작에 따라 발생되는 데이터를 임시 저장하는 영역 등으로 구분될 수 있다.
표시부(17)는 액정표시장치(LCD :Liquid Crystal Display)와 같은 진행 상태 등을 문자 또는 아이콘 등으로 표시하는 장치와, 진동 모터 및 알람 램프 등으로 구성된다. 상기 표시부(17)의 액정표시장치는 이동통신 단말기의 현재 상태를 표시하며, 사용자에 의한 키 입력 시 입력되는 데이터 등을 문자 또는 아이콘 및 캐릭터로 변환하여 이를 표시한다. 키 입력부(18)는 일반적으로 키 매트릭스 구조를 가지며, 다이얼링을 위한 숫자키와, 각종 기능을 수행을 조작받기 위한 기능 키 등으로 구성된다.
전원부(16)는 배터리(162)와 백업 배터리(164)로 구성될 수 있으며, 이동통신 단말기의 각종 기능부들에게 동작 전원을 제공한다. 냉각/발전부(20)는 본 발명의 특징에 따라 이동통신 단말기의 내부 회로 중 열이 많이 발생하는 부분(본 발명의 실시예에서는 배터리와 접촉하는 부분)에 설치되어 제어부(10)의 제어하에 해당 부분에서 발생하는 열을 제거하는 냉각모듈(210)과, 이러한 냉각모듈(210)에서의 발열 제거 동작 시에 발생하는 온도 차이를 이용하여 기전력을 발생하는 발전모듈(220)로 구성된다. 이하 이러한 냉각/발전부(20)의 구성 및 동작을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 도 1 중 냉각/발전부의 상세 구조를 나타낸 도면이다. 도 2을 참조하면, 본 발명에 따른 냉각/발전부(20)에서 냉각모듈(210)은 배터리(162)에서 발생되는 열을 흡열하여 배터리(162)를 냉각하기 위한 열전반도체(212)로 구성된다. 열전반도체(212)는 서로 다른 2개의반도체를 접속하여 전류를 제공할 경우에 열의 흡수가 일어나는 펠티어 효과(peliter effect)를 이용하여 구성한다. 열전반도체(212)는 p형 소자와 n형 소자를 금속전극에 접합시킨 직렬회로 p-n 열전쌍(thermo couple)으로 구성되며, p-n 열전쌍 양분지단의 전극을 각각 +, -가 되도록 전류를 n형 소자에서 p형 소자로 주입하면, p형 소자내의 정공은 ­극으로, n형 소자내의 전자는 +극으로 이동하게 되며, 이때 정공과 전자 모두 상부의 p-n 접합부 전극으로부터 열을 갖고 하부의 양분지단 전극으로 이동하기 때문에 상부의 접합부에서는 냉각되어 주위로부터 열을 흡수하고 하부의 양분지단에서는 열을 방출하게 된다.
상기와 같은 구성을 가지는 열전반도체(212)에서 흡열이 이루어지는 흡열부를 열이 많이 발생하는 부분, 예를 들어 배터리(162)의 부근에 위치하도록 하여 발열을 제거하도록 한다. 또한 이러한 열전반도체(212)는 상기 제어부(10)의 제어 신호에 의해 직류 전원이 유입되어 동작하도록 구성된다.
한편, 발전모듈(220)은 상기와 같은 열전반도체(212)에서 발열이 이루어지는 발열부에서 발생되는 열을 이용하여 기전력을 발생하는데, 서로 다른 2개의 반도체를 접속하여 접합부에 온도차를 주면 기전력이 발생하는 제벡 효과(seeback effect)를 이용한 열전반도체로 이루어진다. 이러한 발전부(220)의 열전반도체는 상기 냉각모듈(210)의 열전반도체(212)와 마찬가지로 p형 소자와 n형 소자를 금속 접합한 반도체 열전소자로서, 상부의 접합부에 열을 가하여 하부와의 온도차를 발생시키면, n형 소자내에서는 전자가, p형 소자내에서는 정공이 열에너지를 받아 전체 에너지가 높아지기 때문에 저온측으로 이동하게 된다. 따라서 n형 소자에서 전자가 유입된 저온측은 ­로 대전되며 고온측은 +로 대전되고, p형 소자에는 이와 반대로 대전된다. 이러한 전위차를 이용하여 발전 동작을 수행한다.
발전모듈(220)의 구성을 보다 상세히 살펴보면, 상기 냉각모듈(210)의 열전반도체(212)의 발열부에 부착되어 열전반도체(212)에서 발열되는 열을 흡열하는 흡열판(227)과, 흡열판(227)의 하부에 형성되는 세라믹기판(222a, b), 도전체(224a, b) 및 p-n형 열전소자(226a, b)로 이루어진 열전반도체 및 열전반도체의 하부에 형성되어 열을 방출하기 위한 방열판(228)으로 구성된다.
이러한 구성을 가지는 발전모듈(220)에서 발생되는 DC 전력은 전원 레귤레이터(230)에 제공되어 적절한 조절을 거친 다음 이후 전원부(16)의 백업 배터리(164)나 배터리(162)에 제공되어 이를 충전시키도록 구성할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 냉각/발전부(20)의 구동에 소요되는 배터리 전원을 보충할 수 있도록 하여 배터리 전원의 소모를 줄이도록 한다. 이때 발전모듈(220)에서 발생된 전원을 이용하여 냉각/발전부(20)의 자체 동작에 필요한 구동전원을 보조하도록 구성하는 것도 가능하다.
상기한 바와 같은 구성 및 동작을 수행하는 냉각/발전부(20)를 구비하는 이동통신 단말기는 냉각/발전부(20)를 구동하여, 냉각/발전부(20)의 냉각모듈(210)이 이동통신 단말기의 내부에서 비교적 많은 열이 발생하는 부분, 예를 들어 메인 기판이나 배터리 부분으로부터 흡열 동작을 수행하여 이를 냉각시키도록 하며, 이와 동시에 발전모듈(220)에서 상기 냉각모듈(210)로부터 발열되는 열을 이용하여 기전력을 발생시키도록 한다.
한편, 상기 이동통신 단말기는 자체 동작 모드를 확인하여 현재 동작 모드가 슬리프(sleep) 모드 인 경우에는 내부 각 기능부들의 동작이 최소화되어 이에 따른 열 발생이 미비하므로, 상기 냉각/발전부(20)를 구동시키지 않음이 바람직하다. 이후 이동통신 단말기의 동작 모드가 송신(Tx) 또는 수신(Rx) 모드일 경우에 상기 냉각/발전부(20)를 구동시키게 되는데, 특히 송신(Tx) 모드일 경우에 열이 많이 발생하므로 이때 냉각/발전부(20)를 구동하도록 동작할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 및 발전을 위한 이동통신 단말기의 동작 흐름도이다. 도 3을 참조하여 이동통신 단말기의 냉각/발전부(20)의 구동 제어 동작을 살펴보면, 이동통신 단말기의 제어부(10)는 먼저 310단계에서 현재 단말기의 송신(Tx)단이 인에이블(enable) 되었는지를 확인하여, 송신단이 인에이블되었을 경우에는 이후 312단계로 진행한다. 312단계에서는 냉각/발전부(20)에 온(on) 신호를 출력하여 냉각/발전부(20)를 구동시키게 된다. 이후 314단계에서 송신단이 디스에이블되었는지를 확인하여 송신단이 디스에이블되었으면 이후 316단계로 진행한다. 이후 316단계에서는 냉각/발전부(20)에 오프(Off) 신호를 출력하여 냉각/발전부(20)의 동작을 종료하게 된다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 및 발전 장치 및 이를 채용한 휴대 단말기의 구성 및 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 예를 들어 상기의 설명에서는 본 발명에 따른 냉각 및 발전 장치가 이동통신 단말기에 적용되는 것으로 설명하였으나, 이외에도 본 발명의 냉각 및 발전 장치는 PDA나 노트북과 같은 휴대 단말기를 비롯하여 일반적인 전기, 전자 제품에서 열이 발생하는 부분에는 모두 적용 가능하다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각 및 발전 장치는 이를 채용한 이동통신 단말기와 같은 장비의 전원 소모를 줄이면서 장비 자체의 냉각 동작을 수행할 수 있도록 하며, 이때 장비에서 발생하는 발열의 제거와 더불어 발열 제거 부분에서 발생하는 온도차를 이용하여 기전력을 얻을 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 및 발전 장치가 채용되는 이동통신 단말기의 개략적인 전체 블록 구성도
도 2는 도 1 중 냉각/발전부의 상세 구조를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 및 발전을 위한 이동통신 단말기의 동작 흐름도

Claims (3)

  1. 냉각 및 발전을 위한 장치에 있어서,
    열전반도체로 구성되어, 미리 설정된 부분에 설치되어 해당 부분에서 발생하는 열을 제거하는 냉각모듈과,
    흡열판 및 방열판을 구비하는 열전반도체로 구성되며, 상기 냉각모듈의 열전반도체의 발열 부위에 상기 흡열판이 설치되어 상기 흡열판과 방열판 사이의 온도 차이에 의한 기전력을 발생하는 발전모듈을 포함함을 특징으로 하는 냉각 및 발전 장치.
  2. 냉각 및 발전을 위한 장치를 채용한 휴대 단말기에 있어서,
    열전반도체로 구성되며 상기 휴대 단말기의 내부의 미리 설정된 부분에 설치되어 해당 부분에서 발생하는 열을 제거하는 냉각모듈과, 흡열판 및 방열판을 구비하는 열전반도체로 구성되며 상기 냉각모듈의 열전반도체의 발열 부위에 상기 흡열판이 설치되어 상기 흡열판과 방열판 사이의 온도 차이에 의한 기전력을 발생하는 발전모듈을 가지는 냉각/발전부와,
    상기 냉각/발전부의 발전모듈에서 발생된 기전력을 이용하여 내부 전원의 보조 전원으로 사용하는 전원부를 포함함을 특징으로 하는 휴대 단말기.
  3. 열전반도체로 구성되어 해당 부분에서 발생하는 열을 제거하는 냉각모듈과, 열전반도체로 구성되어 냉각모듈의 열전반도체의 발열 부위의 온도를 이용한 기전력을 발생하는 발전모듈로 구성되는 냉각 및 발전 장치를 채용한 휴대 단말기의 동작에 있어서,
    자체 동작 모드를 확인하여 현재 동작 모드가 미리 설정된 동작 모드일 경우에 상기 냉각 및 발전 장치를 구동하는 과정과,
    자체 동작 모드를 확인하여 현재 동작 모드가 상기 미리 설정된 동작 모드가 아닐 경우에 상기 냉각 및 발전 장치의 구동을 종료하는 과정을 수행함을 특징으로 하는 휴대 단말기의 동작 방법.
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