KR100380845B1 - 열전소자를 이용한 저장고 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전소자를 이용한 저장고에 관한 것으로, 그 목적은 냉장과 온장 기능을 동시에 수행할 수 있으며, 각각의 열전소자 타측을 보완적으로 열교환시킬 수 있도록 하는 것이다.

본 발명에 따른 열전소자를 이용한 저장고에 의하면, 각각 열전소자(40)(50)가 배치된 제1저장실(21)과 제2저장실(22)을 통해 냉장 및 온장 기능을 동시 또는 선택적으로 구현할 수 있어서, 기능성 및 사용 편리성을 보다 향상시킬 수 있는 작용효과가 있다. 또한, 제1저장실(21)과 제2저장실(22)이 각각 상이한 기능 즉, 온장실과 냉장실로 구현되는 경우에, 각각의 열전소자(40)(50) 타측(42)(52) 부위에서는 열교환장치(60)를 통해 보완적으로 열교환이 이루어짐으로써, 열전소자(40)(50)의 냉각 및 방열효율이 보다 향상되는 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 기능을 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 단점을 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 일측은 전자가 주위로부터 열에너지를 흡수하는 흡열 현상이 일어나고(냉각작용), 또 타측은 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 전원이 인가됨에 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 저장실이 하나인 관계로 냉장 또는 온장 기능만을 선택적으로 수행할 수 있다. 즉, 냉장 기능으로 사용할 경우에는 온장 기능을, 온장 기능으로 사용할 경우에는 냉장 기능을 전혀 수행할 수 없어 소비자의 다양한 요구를 만족시키는데, 그 한계가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 캐비닛내의 저장공간을 복수의 저장실로 구획하고 여기에 각각 열전소자를 배치하여 냉장 및 온장 기능을 동시 또는 별개로 수행할 수 있는 열전소자를 이용한 저장고를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 캐비닛 외부로 노출된 열교환소자를 보완적으로 열교환시킴으로써, 이들의 열교환 효율을 보다 향상시킬 수 있는 열전소자를 이용한 저장고를 제공하는 것이다.

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

도 2는 본 발명에 따른 열전소자 타측의 열교환장치를 개략적으로 보인 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10..캐비닛 21,22..저장실

40,50..열전소자 60..열교환장치

61..열교환쳄버 63..펌핑수단

64..열교환기 65..팬

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은;

내부에 제1저장실과 제2저장실이 구획되게 형성된 캐비닛과, 일측이 제1저장실을 향하도록 캐비닛 벽면에 배치된 제1열전소자와, 일측이 제2저장실을 향하도록 캐비닛 벽면에 배치된 제2열전소자와, 제1저장실과 제2저장실 중 어느 하나는 냉장실로 다른 하나는 온장실로 사용할 경우에 제1열전소자와 제2열전소자의 타측을 보완적으로 열교환시키기 위한 열교환장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 열교환장치는 유체가 제1열전소자와 제2열전소자 타측 부위를 지나면서 열교환되도록 배치된 열교환쳄버와, 열교환쳄버 측으로 유체를 강제 펌핑하는 펌핑수단과, 펌핑수단과 열교환쳄버 사이에 배치되며 유체가 유입되어 공기와 열교환되는 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 열교환쳄버는 제1열전소자의 타측과 접하도록 배치되며 유체의 유출입을 안내하기 위한 입구와 출구가 마련된 제1쳄버와, 제2열전소자의 타측과 접하도록 배치되며 유체의 유출입을 안내하기 위한 입구와 출구가 마련된 제2쳄버와, 제1쳄버의 출구와 제2쳄버의 입구를 연결하기 위한 연결관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제1쳄버의 입구는 펌핑수단측과 연결되며, 제2쳄버의 출구는 열교환기측과 연결된 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 위한 제1저장실(21)과 제2저장실(22)이 구획되게 형성된 함체(函體) 모양의 캐비닛(10)과, 이 캐비닛(10)에 힌지 결합되어 제1저장실(21)과 제2저장실(22)을 개폐하는 도어(30)와, 제1,2저장실(21)(22)을 이루는 캐비닛(10) 후벽에 배치되며 그 자체에서 발열 및 흡열 기능을 수행할 수 있는 제1,2열전소자(40)(50)와, 제1,2열전소자(40)(50)를 보완적으로 열교환시켜 이의 효율을 향상시키기 위한 열교환장치(60)를 갖추고 있다.

캐비닛(10)은 앞면이 개방된 제1,2저장실(21)(22)을 형성하기 위한 내부케이스(11a)(11b)와, 이 내부케이스(11a)(11b)를 감싸도록 결합되는 외부케이스(12)와, 제1,2저장실(21)(22)을 외부와 단열시키기 위해 내부케이스(11a)(11b)와 외부케이스(12) 사이에 마련된 단열벽(13)을 포함한다. 외부케이스(12)는 우레탄 발포액을주입하여 단열벽(13)을 구성할 수 있도록 내부케이스(11a)(11b)와 사이 틈이 유지되게 결합되며, 내부케이스(11a)(11b)는 제1,2열전소자(40)(50)의 열전도율을 높이기 위해 알루미늄으로 구성하는 것이 바람직하다.

이러한 캐비닛(10) 상부에는 다수의 조작버튼과 온도제어 프로그램을 갖춘 제어패널(14)이 마련된다. 또한, 제1저장실(21)과 제2저장실(22)은 중간격벽(15)에 의해 상하로 구획되는데, 이는 냉장 및 온장 기능을 동시 또는 별개로 수행할 수 있도록 하기 위함이다.

그리고, 제1,2열전소자(40)(50)는 반도체(또는 도체)에 전류가 흐르면 반도체 캐리어에 의해 일측은 차가워지면서 타측은 더워지는 펠티어(Peltier) 소자로서, 인가되는 전류 방향에 따라 제1저장실(21)과 제2저장실(22)의 온도를 쉽게 변화시킬 수 있도록 캐비닛(10) 후벽에 각각 배치된다. 즉, 제1열전소자(40)는 제1저장실(21)의 후벽면에 배치되되, 일측(41)이 전열블럭(15a)과 볼트(17)를 매개로 제1저장실의 내부케이스(11a)와 접하도록 설치된다. 그리고 제2열전소자(50)는 제2저장실(22)을 이루는 내부케이스(11b)와 접하도록 배치되는데, 이의 일측(51) 역시 전열블럭(15b)과 볼트(16)를 매개로 배치된다. 이에 따라 제1열전소자(40)와 제2열전소자(50)에 인가되는 전류방향을 달리하게 되면, 제1저장실(21)과 제2저장실(22)은 각기 다른 용도(냉장실과 온장실 또는 온장실과 냉장실)로 사용할 수 있다. 반면에 인가 전류방향을 동일하게 하면, 이들은 같은 용도(모두 온장실 또는 냉장실)로 사용할 수 있게 된다.

한편, 도 1과 도 2를 참조하면, 열교환장치(60)는 앞에서 기술한 바와 같이,제1저장실(21)이 온장실로, 제2저장실(22)이 냉장실로 사용되는 경우에 제1,2열전소자(40)(50)의 타측(42)(52)을 보완적으로 열교환시키기 위한 것으로, 이는 제1열전소자(40)와 제2열전소자(50) 타측(42)(52) 부위를 열교환시키기 위해 유체가 순차적으로 지나도록 배치된 열교환쳄버(61)와, 이 열교환쳄버(61)측으로 유체를 강제 펌핑하기 위한 펌핑수단(63)과, 이 펌핑수단(63)과 열교환쳄버(61) 사이에 배치되어 유체를 냉각시키기 위한 열교환기(64)를 갖추고 있다.

열교환쳄버(61)는 제1열전소자(40)의 타측(42)과 접하도록 배치되며 내부에 유체 수용공간(61g)이 형성된 제1쳄버(61a)와, 제2열전소자(50)의 타측(52)과 접하도록 배치되며 내부에 유체 수용공간(61h)이 마련된 제2쳄버(61b)로 이루어져 있다. 이 제1쳄버(61a)와 제2쳄버(61b)에는 각각 유체의 유,출입을 안내하기 위한 입구(61c)(61e)와 출구(61d)(61f)가 마련되어 있다. 그리고 제1쳄버(61a)의 출구(61d)와 제2쳄버(61b)의 입구(61e)는 연결관(62)을 통해 연결되어 있어서, 제1쳄버(61a)에서 열교환작용을 마친 유체는 연결관(62)을 경유하여 제2쳄버(61b)측으로 흘러가게 된다.

그리고 펌핑수단(63)은 구동모터의 구동으로 유체를 흡입하여 토출하는 일종의 펌프로서, 이의 흡입측은 열교환기(64)와, 이의 토출측은 제1쳄버(61a)의 입구(61c)와 각각 연결되어 있다.

또한, 열교환기(64)는 병렬로 배치되며 직사각형의 박판으로 이루어진 다수의 열교환핀과, 이 열교환핀들을 관통하여 이들의 핀피치가 균일하게 배열되도록 벤딩된 파이프를 구비하고 있다. 파이프는 실제 유체가 흐르는 관으로, 이의 일단은 펌핑수단(63)의 흡입측에, 타단은 제2쳄버(61b)의 출구(61f)측에 각각 연결되어 있다. 그리고 열교환기(64) 인접부위에는 공기를 이용하여 이를 열교환시키기 위한 한 쌍의 팬(65)이 설치되어 있다.

이와 같이, 열교환장치(60)는 유체가 흐르는 열교환쳄버(61)와 펌핑수단(63) 및 열교환기(64) 등의 구성요소가 하나의 폐회로로 연결된 브라인 냉각기의 일종으로 이루어져 있다.

다음에는 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 저장고의 작동 및 이에 따른 효과를 설명하는데, 제1저장실(21)이 온장실로, 제2저장실(22)이 냉장실로 사용되는 경우를 예로 한다.

이러한 상태에서는 제1열전소자(40) 일측(41)의 발열작용에 의해, 제1저장실(21)은 온장 상태로 유지되며, 이의 타측(42)에서는 흡열하여 냉각작용을 한다. 반면에, 제2열전소자(50) 일측(51)에서의 흡열작용에 의해 제2저장실(22)은 보통 3?? 정도의 냉장 상태로 유지되며, 이의 타측(52)에서는 방열이 진행된다.

이와 동시에 열교환장치(60)의 펌핑수단(63)과 팬(65)이 구동함에 따라, 열교환기(64)측의 유체는 제1쳄버(61a) ??제2쳄버(61b)를 거쳐 다시 열교환기(64)로 순환된다.

이 때, 제1쳄버(61a)의 수용공간(61g)내로 유입되는 유체는 흡열이 진행되는 제1열전소자(40)의 타측(42)과 열교환하여 냉각된다. 계속하여 냉각된 유체는 제2쳄버(61b)의 수용공간(61h)내로 들어가는데, 방열작용을 하는 제2열전소자(50)의 타측(52)과 열교환하여 이를 냉각시킨다. 즉, 제1열전소자(40) 타측(42)의 저온이제2열전소자(50) 타측(52)의 고온을 저하시키는데 사용된다.

따라서 제2열전소자(50)의 냉각효율 및 방열효율이 향상되는데, 이것은 열전소자 일측과 타측의 주변온도차가 작을 수록 이의 열교환 효율이 향상되는 자체 특성 때문이다. 즉, 제2열전소자(50)의 방열측인 타측(52)이 대기온도에 거의 영향을 받지 않으면서 제2쳄버(61b)를 지나는 유체를 통해 보다 용이하게 열교환되며, 이것에 의해 제2열전소자(50)의 흡열측인 일측(51)에서도 냉각성능이 향상된다.

계속하여, 제2쳄버(61b)를 지나면서 가열된 유체는 열교환기(64)측으로 유입되어 팬(65)에 의해 공기와 열교환됨으로써, 다시 냉각된다.

이와 같이, 제1,2열전소자(40)(50)의 타측(42)(52)이 열교환장치(60)를 통해 보완적으로 열교환됨으로써, 이들의 방열 및 흡열 효율이 월등하게 개선된다.

한편, 본 발명에 따른 저장고는 인가되는 전류의 극성을 바꾸면 열전소자의 흡열과 발열작용 위치가 전환되기 때문에, [표 1]에 도시한 바와 같이 제1저장실(21)과 제2저장실(22)을 다양한 경우로 구현할 수 있다.

[표 1]. 복수개의 저장실을 갖춘 본 발명에 따른 저장고의 기능 구현 예

구 분	경우 1	경우 2
제1저장실(21)	냉 장	온 장
제2저장실(22)	온 장	냉 장
제1열전소자(40)	일측(41)온도	저 온	고 온
	타측(42)온도	고 온	저 온
제2열전소자(50)	일측(51)온도	고 온	저 온
	타측(52)온도	저 온	고 온

상기 [표 1]을 참조하면, 각 열전소자에 인가되는 전류의 방향으로 제어하여 제1저장실(21)과 제2저장실(22)을 냉장실과 온장실(경우 1) 기능, 또는 온장실과 냉장실(경우 2) 기능으로 전환하거나, 모두 냉장실 또는 온장실로 구현할 수도 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 저장고에 의하면, 각각 열전소자가 배치된 제1저장실과 제2저장실을 통해 냉장 및 온장 기능을 동시 또는 선택적으로 구현할 수 있어서, 기능성 및 사용 편리성을 보다 향상시킬 수 있는 작용효과가 있다. 또한, 냉장과 온장 기능을 동시에 구현하는 경우 각각의 열전소자 타측 부위에서는 열교환장치를 통해 보완적으로 열교환이 이루어짐으로써, 열전소자의 냉각 및 방열효율이 보다 향상되는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 내부에 제1저장실과 제2저장실이 구획되게 형성된 캐비닛과;

   일측이 상기 제1저장실을 향하도록 상기 캐비닛 벽면에 배치된 제1열전소자와;

   일측이 상기 제2저장실을 향하도록 상기 캐비닛 벽면에 배치된 제2열전소자와;

   상기 제1저장실과 제2저장실 중 어느 하나는 냉장실로, 다른 하나는 온장실로 사용할 경우에 상기 제1열전소자와 제2열전소자의 타측을 보완적으로 열교환시키기 위한 열교환장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 저장고.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 열교환장치는;

   유체가 상기 제1열전소자와 제2열전소자 타측 부위를 지나면서 열교환되도록 배치된 열교환쳄버와,

   상기 열교환쳄버 측으로 유체를 강제 펌핑하는 펌핑수단과,

   상기 펌핑수단과 열교환쳄버 사이에 배치되며 유체가 유입되어 공기와 열교환되는 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 저장고.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 열교환쳄버는

   상기 제1열전소자의 타측과 접하도록 배치되며 유체의 유출입을 안내하기 위한 입구와 출구가 마련된 제1쳄버와,

   상기 제2열전소자의 타측과 접하도록 배치되며 유체의 유출입을 안내하기 위한 입구와 출구가 마련된 제2쳄버와,

   상기 제1쳄버의 출구와 상기 제2쳄버의 입구를 연결하기 위한 연결관을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 저장고.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제1쳄버의 입구는 상기 펌핑수단측과 연결되며,

   상기 제2쳄버의 출구는 상기 열교환기측과 연결된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 저장고.