KR100376161B1 - 열전소자를 이용한 저장고 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전소자를 이용한 저장고에 관한 것으로, 그 목적은 냉,온장 모드는 물론이며 냉장모드 시 냉동 기능까지 구현할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명에 따른 열전소자를 이용한 저장고에 의하면, 냉장모드 운전 시 저장실(14)이 메인-열전소자(20)에 의해 1차적으로 냉각되어 냉장상태로 유지되기 때문에, 저장실(14)에 배치된 서브-저장고(50)의 서브-열전소자(60) 양측(61)(62) 주변온도차가 열교환 시스템을 고려하여도 상당히 작게 발생된다. 이러한 다단 냉각방식에 의해 서브-저장고(50)에 배치된 서브-열전소자(60)의 냉각능력이 월등하게 향상되며, 이것에 의해 서브-저장고(50)의 저장공간(52)이 영하 온도로 유지되어 식품을 냉동 보관할 수 있는 작용효과가 있다. 또한, 서브-저장고(50)가 저장실(14)에 착탈 가능하게 장착되어 있기 때문에, 이를 분해하여 차량 등에서 단독으로도 사용할 수 있는 이점이 있다.

Description

열전소자를 이용한 저장고{A storage chamber with peltier element}

본 발명은 열전소자를 이용한 저장고에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인가되는 전류극성을 바꾸어 냉장 및 온장 운전을 선택적으로 변환시킬 수 있는 열전소자를 이용한 저장고에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고는 냉동사이클의 증발기에서 생성된 냉기를 캐비닛내의 저장실로 공급하여 각종식품의 신선도를 장기간 유지할 수 있도록 구성되어 있다. 그러나, 이러한 냉장고는 냉동 및 냉장기능만을 수행할 수 있으며, 냉동사이클을 이루기 위한 응축기와 증발기 및 압축기 등 많은 구성요소가 요구되는 단점이 있다.

이러한 것을 해소하기 위해 최근에는 열전소자를 이용하여 온장 및 냉장기능을 선택적으로 구현할 수 있는 저장고가 개시되어 있는데, 이것은 저장실이 형성된 캐비닛과, 저장실을 개폐하는 도어와, 캐비닛의 소정부위에 부착된 열전소자를 갖추고 있다.

열전소자는 펠티어 소자의 일종으로, 이중 접합된 금속판에 직류 전원을 가해주면 일측에서는 전자가 주위로부터 열에너지를 흡수하는 흡열 현상이 일어나고(냉각작용), 또 타측에서는 전자의 열에너지 방출에 의해서 발열이 일어나게 된다(방열작용).

따라서 일측이 저장실을 향하도록 열전소자를 배치하여, 여기에 직류 전원의 극성을 교환함에 따라 냉기 또는 열기를 발생시킬 수 있게 된다. 즉, 열전소자에 직류 전원을 인가함에 따라 이의 일측에서 열이 방출되어 저장실 온도를 상승시킴으로써, 저장고를 온장고로 사용할 수 있다. 반면에, 열전소자에 인가되는 직류 전원의 극성을 바꾸면, 반대로 열전소자의 일측이 냉각되어 저장실 온도를 낮춤으로써, 저장고를 냉장고로 사용할 수 있다.

그러나 이러한 종래 열전소자를 이용한 저장고에서는 냉장 또는 온장 기능만을 선택적으로 수행할 수 있으며, 냉동기능은 전혀 수행할 수 없어 소비자의 다양한 요구를 만족시키는데 그 한계가 있다.

실제로, 캐비닛 주위온도가 30℃ 정도에서 저장실 온도를 -15℃ 정도로 유지시키기 위한 경우에는, 열전소자의 양측 온도차는 62℃ 정도가 된다.(이것은 열전소자 양측에 배치된 열교환 시스템을 고려해야 하기 때문이다.)

또한, 열전소자는 양측 주변의 온도차가 클 수록 냉각능력이 저하되는 특성이 있기 때문에, 1차적인 열전소자 냉각방식을 통해 -15℃ 정도로 유지되는 냉동실 기능을 구현하기가 매우 까다롭다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 저장실에 열전소자를 적용한 소형의 서브-저장고를 설치하여 냉장 운전 시 냉동 기능까지 동시에 구현할 수 있는 열전소자를 이용한 저장고를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 소형의 서브-저장고를 착탈 가능하게 장착하여 차량 등에서 단독으로 사용할 수 있는 열전소자를 이용한 저장고를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 저장고의 전체적인 구조를 보인 측단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 서브-저장고의 착탈수단을 발췌하여 보인 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 착탈수단의 다른 실시 예를 보인 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 저장고의 개략적인 구성을 보인 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10..캐비닛 14..저장실

16..레일 20..메인-열전소자

30..방열장치 50..서브-저장고

51..본체 52..저장공간

54..열교환판 55..채널

60..서브-열전소자 70..방열부재

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은;

내부에 저장실이 형성된 캐비닛과, 저장실이 냉장 또는 온장실 기능을 수행할 수 있도록 캐비닛 벽면에 설치된 메인-열전소자와, 저장실에 설치되며 저장실이 냉장모드로 운전되는 경우 다단 냉각방식으로 냉동기능 구현이 가능하도록 서브-열전소자를 적용한 서브-저장고를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 서브-저장고는 내부에 저장공간이 형성되며 벽면에 서브-열전소자가 배치된 본체와, 본체에 결합되어 저장공간을 개폐하는 도어와, 서브-열전소자의 방열측에 마련된 방열부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 저장공간에는 서브-열전소자의 흡열측과 접하도록 열교환판이 배치된 것을 특징으로 하며, 본체에는 저장실의 공기를 통해 방열부재를 열교환시키기 위한 팬이 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본체와 상기 저장실 내벽 사이에는 상기 본체를 착탈 가능하게 장착하기 위한 착탈수단이 마련된 것을 특징으로 하며, 착탈수단은 저장실 측벽에 가로방향으로 마련된 레일과, 레일을 따라 결합되도록 본체의 외측벽에 마련된 채널을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 채널에는 걸림턱이 돌출되게 마련되며, 레일에는 본체가 결합된 상태에서 걸림턱이 안착되도록 걸림홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 저장실에는 서브-저장고를 수납하기 위한 수납실이 마련된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 열전소자를 이용한 저장고는 도 1에 도시한 바와 같이, 식품을 저장하기 위해 저장실(14)이 형성된 함체(函體) 모양의 캐비닛(10)과, 이 캐비닛(10)에 힌지 결합되어 저장실(14)을 개폐하는 도어(40)와, 저장실(14)에 배치되어 이의 냉장모드 시 다단 냉각방식을 통해 냉동기능을 구현하기 위한 소형의 서브-저장고(50)를 갖추고 있다.

캐비닛(10)은 앞면이 개방된 저장실(14)을 형성하기 위한 내부케이스(11)와, 이 내부케이스(11) 후벽에 배치되며 그 자체에서 발열 및 흡열기능을 수행할 수 있는 메인-열전소자(20)와, 내부케이스(11)를 감싸도록 결합되는 외부케이스(12)와, 저장실(14)을 외부와 단열시키기 위해 내부케이스(11)와 외부케이스(12) 사이에 마련된 단열벽(13)을 포함한다.

외부케이스(12)는 우레탄 발포액을 주입하여 단열벽(13)을 구성할 수 있도록 내부케이스(11)와 사이 틈이 유지되게 결합되며, 내부케이스(11)는 메인-열전소자(20)의 열전도율을 높이기 위해 알루미늄으로 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 캐비닛(10) 상부에는 다수의 조작버튼과 온도제어 프로그램을 갖춘 제어패널(15)이 장착되어 있다.

그리고 메인-열전소자(20)는 반도체(또는 도체)에 전류가 흐르면 반도체 캐리어에 의해 일측(21)은 차가워지면서 타측(22)은 더워지는 펠티어(Peltier) 소자로서, 인가되는 전류 방향에 따라 저장실(14) 온도를 쉽게 변화시킬 수 있도록 일측(21)이 전열블럭(23)을 매개로 내부케이스(11)와 접하도록 밀착 설치된다. 즉, 메인-열전소자(20)는 중심부위에 서로 다른 n형, p형 열전 반도체소자가 교호적으로 배열된 열전소자로, 여기에 전류를 인가하면 이 소자들의 접촉부에서 흡열 및발열 현상이 나타나게 된다. 이에 따라 메인-열전소자(20)에 인가되는 전류방향을 달리 하게 되면, 흡열과 발열측 위치가 전환되어 저장실(14)을 냉장실 또는 온장실로 바꾸어 사용할 수 있게 된다.

또한, 캐비닛(10) 후방에는 냉장모드 시 외부로 노출된 메인-열전소자(20)의 타측(22)을 방열시키기 위해 서모-사이펀(thermo-syphon)을 이용한 방열장치(30)가 장착되어 있는데, 이것은 메인-열전소자(20)의 타측과 접하도록 배치되며 작동유체가 기화되는 기화기(31)와, 기화기(31)에서 기화된 작동유체가 유입되어 응축되는 응축기(32)와, 이 응축기(32)의 응축효율을 향상시키기 위한 냉각팬(33)을 갖추고 있다. 응축기(32)는 기화기(31)보다 높은 위치에 설치되며 배관을 매개로 폐회로로 연계된다. 이에 따라 메인-열전소자(20) 타측(21)에서의 열이 기화기(31)로 전달되며, 이 열에 의해 작동유체가 기화되게 된다. 그리고 기화된 작동유체는 응축기(32)로 이동하여 액체상태로 응축되며, 다시 기화기(31)로 복귀되게 된다.

한편, 소형의 서브-저장고(50) 역시 앞에서 기술한 바와 같이, 저장고의 냉장 운전 시 흡열과 방열을 동시에 수행할 수 있는 서브-열전소자(60)를 적용하여 냉동 기능을 구현하기 위한 것으로, 이것은 저장공간(52)이 형성되며 후벽에 서브-열전소자(60)가 배치된 본체(51)와, 이 본체(51)의 전방측에 힌지 결합되어 저장공간(52)을 개폐하는 도어(53)와, 서브-열전소자(60)의 방열측에 본체(51) 외측으로 노출되게 마련된 방열부재(70)를 구비하고 있다.

이 본체(51)는 내부에 저장공간(52)이 형성되며 전방이 개방된 함체 상으로 이루어지며, 저장공간(52) 내벽에는 서브-열전소자(60)의 일측(61), 즉 흡열측(냉장운전 시)과 전방 전열블럭(63)을 매개로 접하도록 열교환판(54)이 배치되어 있다.

그리고 방열부재(70)는 서브-열전소자(60)의 타측(62), 즉 방열측(냉장운전 시)과 후방 전열블럭(64)을 매개로하여 접하도록 본체(51) 후방에 배치되는데, 다수의 냉각핀(71)을 갖춘 일종의 히트 싱크(Heat sink)로 이루어져 있다. 또한, 본체(51) 후방에는 방열부재(70)의 열교환효율을 보다 향상시키기 위한 팬(72)이 설치된다. 즉, 팬(72)은 저장실(14) 공기를 통해 방열부재(70)를 열교환시키는 것으로, 이것에 의해 저장실(14) 공기가 순환되어 저장실(14) 위치에 따른 온도편차가 발생되지 않게 된다.

이와 같이 방열부재(70)에서의 열 방출은 저장실(14)내에서 이루어지는데, 메인-열전소자(20)의 용량이 서브-열전소자(60)의 것에 비해 월등히 크기 때문에, 냉장모드 시 방열부재(70)의 열 방출로 인해 저장실(14) 온도가 올라가는 현상은 방지되며, 앞에서 기술한 바와 같이, 팬(72)에 의해 위치에 따른 온도편차가 발생되지 않게 된다.

또한, 미설명부호 "80"은 본체(51) 상부에 배치된 제어패널로서, 여기에도 역시 다수의 조작버튼과 온도제어 프로그램이 내장되어 있다.

이러한 소형의 서브-저장고(50)는 도 2에 도시한 바와 같이, 저장실(14)에 착탈 가능하게 조립되는데, 이것은 저장실(14)로부터 분리하여 단독으로 활용하기 위함이다. 이를 위해 저장실(14)을 이루는 내부케이스(11) 상부의 양측 내벽에는 가로방향으로 돌출된 한 쌍의 레일(16)이 대칭되게 형성되며, 본체(51)의 외측벽하부에는 레일(16)이 슬라이딩 방식으로 결합되도록 한 쌍의 채널(55)이 가로방향으로 연장되게 마련된다. 또한, 서브-저장고(50)의 장착상태가 견실하게 유지되도록 채널(55) 중도에는 하측방향으로 돌출된 걸림턱(56)이 형성되며, 레일(16) 중도에는 걸림턱(56)과 대응하도록 걸림홈(17)이 오목하게 마련된다.

따라서 채널(55)과 레일(16)을 일치시켜 서브-저장고(50)를 슬라이딩 방식으로 끼워 설치한 후 전원을 공급하게 되면, 서브-저장고(50)가 저장실(14)내에서 별도로 구동할 수 있게 된다. 이 때, 걸림턱(56)은 걸림홈(18)에 안착된 상태로 유지되어 서브-저장고(50)의 장착상태가 견실하게 유지된다.

반면에, 서브-저장고(50)를 약간 들어 올린 후 전방으로 당기게 되면, 이것은 저장실(14)로부터 분리되어 차량 등에서 단독으로 사용할 수 있게 된다. 이 때, 레일(16)은 별도의 선반(미도시)을 지지하기 위한 것으로 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에서 레일(16)과 채널(55)을 통해 서브-저장고(50)를 착탈하는 구조로 설명하였지만, 도 3에 도시한 바와 같이, 저장실(14)에 별도의 수납실(14a)을 형성한 후 여기에 서브-저장고(50)를 수납하여도 본 발명의 소기목적을 달성할 수 있음은 물론이다.

다음에는 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 저장고의 작동 및 이에 따른 효과를 설명한다.

먼저, 캐비닛(10)내에 서브-저장고(50)를 설치한 후, 제어패널(15)을 통해 각 열전소자(20)(60)에 직류전원을 인가하여 저장실(14)을 냉장모드로 운전하는 경우를 설명한다.

이러한 상태에서는 메인-열전소자(20) 일측(21)에서의 흡열작용에 의해 저장실(14)은 보통 3℃ 정도의 냉장 상태로 유지되며, 이의 타측(22)에서는 방열이 진행된다.

아울러, 서브-저장고(50)에서는 서브-열전소자(60) 일측(61)과 타측(62)의 주변 온도차가 메인-열전소자(20)의 경우보다 상대적으로 작아지기 때문에, 저장공간(52)의 온도는 저장실(14)보다 더욱 낮은 영하로 떨어져 냉동 상태로 유지된다.

도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명하면, 캐비닛(10)의 외측 주위온도(T1)가 30℃ 정도인 경우에 메인-열전소자(20)의 냉각작용에 의해 저장실(14) 온도(T2)는 보통 3℃ 정도로 유지된다. 이에 따라 방열측인 서브-저장고(50)의 서브-열전소자(60) 타측(62) 온도가 3℃ 정도로 낮기 때문에, 저장공간(52)은 내부온도(T3)가 -15℃ 정도까지 낮아져 냉동실로 유지된다.

이러한 것은 앞에서 설명한 바와 같이, 서브-열전소자(60) 일측(61)과 타측(62)의 주변 온도차가 메인-열전소자(20)에 비해 상대적으로 작기 때문이다. 즉, 캐비닛(10)의 주위온도(T1)와 저장실(14) 온도(T2)와의 차이를 ΔT1이라 할 때 ΔT1은 27℃ 이고, 저장실(14) 온도(T2)와 저장공간(52)의 온도(T3) 와의 차이를 ΔT2라 할 때 ΔT2는 18℃ 이다.

그러나 각 열전소자 일측과 타측의 열교환시스템(서모-사이펀을 이용한 방열장치(30) 및 히트 싱크의 일종인 방열부재(70))을 고려한 실제 온도차는 메인-열전소자(20)의 경우 43℃ 정도가 될 것이고, 서브-열전소자(60)의 경우 30℃ 정도가 될 것이다. 이에 따라 서브-열전소자(60) 일측(61)과 타측(62)의 주변온도차(ΔT2)가 월등히 작기 때문에, 열전소자의 냉각성능을 이용하여 냉동실 구현이 가능하다.

결국, 열전소자를 적용하여 냉동 기능을 구현하기 위해 메인-열전소자(20)를 통해 저장실(14)을 1차 냉각하고, 아울러 서브-열전소자(60)를 통해 저장공간(52)을 2차로 냉각하기 때문에, 실제 저장공간(52)의 온도는 영하로 떨어진다.

한편, 방열측인 메인-열전소자(20)의 타측(22)에서는 서모-사이펀을 이용한 기화기(31)와 응축기(32) 및 냉각팬(31)에 의해 방열이 진행되며, 아울러 서브-열전소자(60)의 타측(62)에서는 방열부재(70)를 통해 방열이 진행된다. 또한, 서브-저장고(50)측 팬(72)의 구동으로 저장실(14) 내부공기가 지속적으로 순환되기 때문에, 방열부재(70)측에서의 방열이 보다 용이하게 이루어짐과 동시에 저장실(14) 온도가 위치에 관계없이 고르게 유지된다.

다음에는 서브-저장고(50)를 분리하여 단독으로 사용하는 경우를 설명한다.

먼저, 도어(40)를 개방하여 서브-저장고(50)를 약간 들어 앞으로 당기면, 이것은 걸림홈(17)에서 걸림턱(56)이 빠져나오면서 슬라이딩 방식으로 미끄러져 용이하게 분리된다.

그리고 분리된 서브-저장고(50)를 차량 등의 시가전원과 전기 접속시키면, 직류전원의 인가방향에 따라 냉장고 또는 온장고로 사용할 수 있다.

아울러, 서브-저장고(50)를 분리한 후 본 발명에 따른 저장고에 인가되는 직류전원의 방향을 바꾸면, 메인-열전소자(20)의 일측(21)에서는 발열작용이, 이의 타측(22)에서는 흡열작용이 일어난다. 이로 인해 캐비닛(10)의 저장실(14)은 온장실로 사용된다. (한편, 전류의 방향을 또다시 바꾸어 준다면 흡열과 발열작용 면이 바뀌기 때문에, 저장실(14)은 다시 냉장실로 사용할 수 있다.)

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 저장고에 의하면, 냉장모드 운전 시 저장실이 메인-열전소자에 의해 1차적으로 냉각되어 냉장상태로 유지되기 때문에, 저장실에 배치된 서브-저장고의 서브-열전소자 양측 주변온도차가 열교환 시스템을 고려하여도 상당히 작게 발생된다. 이러한 다단 냉각방식에 의해 서브-저장고에 배치된 서브-열전소자의 냉각능력이 월등하게 향상되며, 이것에 의해 서브-저장고의 저장공간이 영하 온도로 유지되어 식품을 냉동 보관할 수 있는 작용효과가 있다. 또한, 서브-저장고가 저장실에 착탈 가능하게 장착되어 있기 때문에, 이를 분해하여 차량 등에서 단독으로도 사용할 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

1. 내부에 저장실이 형성된 캐비닛과,

   상기 저장실이 냉장 또는 온장실 기능을 수행할 수 있도록 상기 캐비닛 벽면에 설치된 메인-열전소자와,

   상기 저장실에 설치되며 상기 저장실이 냉장모드로 운전되는 경우 다단 냉각방식으로 냉동기능 구현이 가능하도록 서브-열전소자를 적용한 서브-저장고를 구비하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 저장고.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 서브-저장고는,

   내부에 저장공간이 형성되며 벽면에 상기 서브-열전소자가 배치된 본체와,

   상기 본체에 결합되어 상기 저장공간을 개폐하는 도어와,

   상기 서브-열전소자의 방열측에 마련된 방열부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 저장고.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 저장공간에는 상기 서브-열전소자의 흡열측과 접하도록 열교환판이 배치된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 저장고.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 본체에는 상기 저장실의 공기를 통해 상기 방열부재를 열교환시키기 위한 팬이 배치된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 저장고.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 본체와 상기 저장실 내벽 사이에는 상기 본체를 착탈 가능하게 장착하기 위한 착탈수단이 마련된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 저장고.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 착탈수단은

   상기 저장실 측벽에 가로방향으로 마련된 레일과,

   상기 레일을 따라 결합되도록 상기 본체의 외측벽에 마련된 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 저장고.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 채널에는 걸림턱이 돌출되게 마련되며,

   상기 레일에는 상기 본체가 결합된 상태에서 상기 걸림턱이 안착되도록 걸림홈이 형성된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 저장고.
8. 제 2항에 있어서,

   상기 저장실에는 상기 서브-저장고를 수납하기 위한 수납실이 마련된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 저장고.