KR100501947B1 - 열전소자를 이용한 냉온장고 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전소자의 발열부에서 발생하는 열을 적극적으로 활용할 수 있는 냉온장고에 관한 것이다. 이를 위하여, 열전소자(115)의 양측에 각각 발열용열교환기(117)와 흡열용열교환기(119)가 설치되며, 상기 열교환기(117,119)와 면접촉하고 있는 온장실(103)과 냉장실(105)이 각각 구비되어, 상기 온장실과 냉장실이 각각 열교환된다. 상기 발열용열교환기(117)와 접촉하고 있는 상기 열전소자의 일측에는 발열현상에 의하여 열기를 발생시키는 발열부(115a)가 형성되며, 상기 흡열용열교환기(119)와 접촉하고 있는 상기 열전소자의 타측에는 흡열현상에 의하여 냉온을 발생시키는 흡열부(115b)가 형성된다. 그리고 상기 온장실(103)을 커버하는 냉장고본체의 일측에는 방열구(123)가 형성되고, 상기 방열구에는 방열팬(125)이 설치되며, 냉장실과 온장실 내부에는 온장실의 온도가 일정온도 이상이 되면, 상기 방열팬(125)이 작동되도록 이를 제어부에 입력하는 온도센서(127a,127b)가 구비된다.

Description

열전소자를 이용한 냉온장고{Device for heating and cooling apparatus of useing thermoelectic degauss}

본 발명은 냉온장고에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전소자에서 발생된 온기와 냉기를 두 개의 열교환기와 각각 열교환시켜 냉장실과 온장실이 동시에 작동될 수 있는 열전소자를 이용한 냉온장고에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고는 내부에 냉동사이클의 구성요소가 설치되어, 이로부터 발생된 냉기를 냉동실 냉장실로 공급함으로써 각종 식품의 신선도를 장기간 유지할 수 있도록 한 가전제품이다.

상기 냉동사이클의 구성요소로는 압축기로부터 응축기, 모세관, 열교환기등이 있으며, 상기 열교환기 내부의 냉매관로에는 저온저압의 액상냉매가 흐르게 되어, 상기 액상냉매는 상기 증발기 주위 공기의 열을 빼앗아 기화된다. 따라서, 상기 증발기 주위의 공기는 냉기로 변환된다.

그러나 냉매를 사용하는 냉동사이클의 경우에는 냉매를 압축하기 위하여 압축기를 설치하여야 하는데, 냉장고에서 압축기가 차지하는 비중이 상대적으로 크기 때문에, 냉장고를 소형화하는데 한계가 있다. 또한 상기 압축기에서는 상당한 소음이 발생되기 때문에 협소한 공간에 냉장고를 설치하는 경우에는 소음유발의 원인이 되기도 한다. 따라서 냉장고를 소형화하고, 협소한 공간에 냉장고를 설치할 필요가 있는 경우에는 압축기가 사용되지 않고 열전소자를 이용한 냉장고가 많이 이용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 열전소자를 이용한 직접냉각방식의 냉장고 구성이 단면도로 도시되어 있다. 이에 도시된 바에 따르면, 상기 냉장고본체(1) 내부에는 저장공간인 냉장실(3)이 형성되며, 상기 냉장실(3)을 선택적으로 개폐하는 도어(5)가 설치되어 있다.

상기 냉장고본체(1)는, 내장고 외벽을 형성하는 아웃케이스(7)와, 냉장실 내부를 형성하는 인너케이스(9)로 구성되며, 상기 케이스(7,9) 사이에는 아웃케이스(7) 외부와 인너케이스(9) 내부의 연전달을 차단하기 위한 단열층(11)이 내재된다. 그리고 직접냉각방식에 의하여 열교환기와 냉장실이 열교환될 수 있도록 상기 인너케이스(9)는 열전달이 우수한 재료로 제작된다.

상기 냉장고본체(1)의 배면에는 열전소자(13)가 설치된다. 상기 열전소자(13)의 전방에는 상기 저장실(3)의 인너케이스(9)와 면접촉하는 실내열교환기(15)가 설치되며, 상기 열전소자(13)의 후방에는 상기 외부와 연결되는 실외열교환기(17)가 설치되어 있다. 그리고 상기 실외열교환기(17)가 외부공기와 열교환이 원할하게 이루어지도록 상기 실외열교환기의 후방에는 방열팬(19)이 구비된다.

상기 열전소자(13)는 반도체로서, 열전소자(13)에는 흡열과 발열이 동시에 일어난다. 따라서 상기 실외열교환기(17)와의 접합면에는 발열 현상이 일어나면서 열기가 발생되고, 상기 실내열교환기(15)의 접합면에는 흡열현상이 일어나면서 냉기가 발생된다.

상기 실내열교환기(15)는 열전도가 우수하고 제작이 용이한 알루미늄 재질로 제작된다. 또한 상기 실외열교환기(17)도, 실내열교환기(15)와 냉장실(3)과의 열교환에 의하여 흡수된 열을 외부공기와의 열교환을 통하여 발열하는 역할을 수행하므로, 열전도가 우수한 알루미늄으로 제작된다.

실내열교환기(15)의 흡열성능과 실외열교환기(17)의 발열성능이 상호작용하여 열교환되므로 실외열교환기의 발열효율을 높이기 위하여, 보통 상기 실내열교환기(15) 보다 실외열교환기(17)의 열교환면적이 넓게 제작된다. 특히 실외열교환기(17) 후방에 상기 열교환동작을 촉진시키기 위하여 방열팬(19)이 설치되지 않는 경우를 대비하여 더욱 그러하다.

상기와 같은 구성에 의한 작동을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 냉장고에 전원을 인가하면, 단열층(11) 사이에 설치되어 있는 열전소자(13)가 작동되고, 상기 실내열교환기(15)와 면접촉하고 있는 열전소자(13)의 표면(이하 흡열부라 칭함)이 급속하게 냉각되므로, 상기 실내열교환기(15)도 냉각된다.

따라서 실내열교환기(15)는 상기 인너케이스(9)를 통해 주변의 열을 흡수하고, 이와 같이 흡수한 열은 실외열교환기(17)와 면접촉하고 있는 열전소자(13)의 표면(이하 발열부라 칭함)을 통해 실외열교환기(17)로 발산된다. 이때 상기 열전소자(13)의 작동을 위해 인가된 전원은 방열팬(19)에도 인가되어, 방열팬(19)을 구동한다. 상기 방열팬은 기류를 형성하여 상기 실외열교환기(17)의 열교환동작을 촉진하게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술의 열전소자를 이용한 냉장고에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

상기 열전소자(13)의 작동에 의하여 상기 저장실(3) 내부에서 흡수된 열은, 실내열교환기(15)를 통해 실외열교환기(17)로 전달되어 냉장고 외부로 발산된다. 즉, 열전소자(13)의 발열부에서 발생되는 열은 실외열교환기(17)와 방열팬(19)을 통해 실내로 배출되어 실내의 온도가 상승되는 문제가 있다. 특히 좁은 실내공간이나 여름에는 심각할 수 있다.

또한 열전소자(13)를 이용한 냉장고에 있어서는 열전소자(13)의 발열부에서 발산되는 열의 신속한 배출성능이 열전소자의 성능을 좌우할 뿐만 아니라 냉장고의 성능을 좌우한다. 즉, 열전소자에 일정한 전류가 공급되면, 흡열면과 발열면의 온도차를 일정하게 유지하려는 특성이 있기 때문에, 발열부의 온도가 높아지면 흡열부의 온도도 높아져서, 냉장실의 냉각속도는 느려진다.

그러나 실외열교환기(17)의 발열능력에는 일정한 한계가 있으며, 상기 실외열교환기(17)의 발열능력을 촉진하기 위한 방열팬(19)의 계속적인 작동은 소음의 유발원인이 되기도 한다. 그리고 발열부에서 발생하는 열은 실내로 배출되면서 그대로 낭비되는 것이기 때문에, 상기 열을 활용하면서도, 발열면의 발열작용을 향상시킬 필요가 있게 된다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 열전소자의 발열면에서 방출되는 열을 적극적으로 활용하면서도, 발열면의 발열효율이 더 향상되도록 하는 열전소자를 이용한 냉온장고를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 도어에 의하여 선택적으로 개폐되며, 냉장보관이 필요한 물건을 저장하기 위한 냉장실과, 온장보관이 필요한 물건을 저장하기 위한 온장실을 구비하는 냉장고본체와; 상기 냉장고본체에 형성되어, 전류가 인가되면 발열작용을 하는 발열면과, 흡열작용을 하는 흡열면을 구비하는 열전소자와; 일측은 상기 냉장실과 타측은 상기 열전소자의 흡열면과 면접촉하여, 상기 냉장실을 냉각시키는 제 1 열교환기; 그리고 일측은 상기 온장실과 타측은 상기 열전소자의 발열면과 면접촉하여, 상기 온장실을 가열하는 제 2 열교환기를 포함하여 구성된다.

따라서 발열면에서 발생되는 열을 적극적으로 이용할 수 있으며, 실내로 열이 직접 배출되지 않아 실내공기의 신선도를 유지할 수 있는 장점이 있다.

상기 온장실의 일측에는 온도센서가 구비되며, 온장실과 접하는 상기 냉장고본체의 일측에는 온장실과 외부가 연결되는 방열구가 형성되고, 상기 방열구에는 방열팬이 설치되어, 상기 온도센서에 의해 감지된 온도가 일정온도 이상일 경우에만 방열팬이 작동된다.

상기 온장실의 저장공간이 상기 냉장실의 저장공간 보다 더 크다.

상기 제 2 열교환기의 열교환면적이 제 1 열교환기의 열교환면적 보다 크다.

상기 온장실을 형성하는 냉장고본체의 두께가 상기 냉장실을 형성하는 냉장고본체의 두께 보다 얇다.

따라서 온장실에 설치되는 열교환기의 발열량이 증가되어, 냉장실의 냉장능력이 향상되는 이점이 있다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 열전소자를 이용한 냉온장고의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2에는 본 발명에 의한 열전소자를 이용한 냉온장고의 바람직한 실시예가 단면도로 도시되어 있다. 이에 도시된 바에 따르면, 냉장고본체(101)의 내부에는 저장공간인 온장실(103)과 냉장실(105)이 좌우로 형성되며, 상기 냉장고본체(101)의 좌우 전면에는 상기 온장실(103)과 냉장실(105)을 선택적으로 개폐하는 한 쌍의 도어(103',105')가 각각 설치되어 있다.

상기 냉장고본체(101)의 외부에는 냉온장고의 외형을 형성하는 아웃케이스(107)가 설치되며, 내부에는 상기 온장실(103)과 냉장실(105) 형성하는 인너케이스(109)가 설치된다. 상기 아웃케이스(107)와 인너케이스(109) 사이에는 본체(101) 외부와 내부의 열전달을 차단하는 단열층(111)이 내재된다.

한편 상기 온장실(103)과 냉장실(105)의 사이에는 소정의 두께를 갖는 베리어(113)가 설치되며, 상기 베리어(113) 내부에도 상기 온장실(103)과 냉장실(105)과의 열전달을 차단하는 단열층(113')이 내재된다.

상기 단열층(113')이 내재되어 있는 베리어(113)의 중앙에는 흡열과 발열이 동시에 일어나는 열전소자(115)가 설치되어 있다. 상기 열전소자(115)의 일측(도면상의 좌측)에는 상기 온장실(103)의 인너케이스(109)와 면접촉하고 있는 발열용열교환기(117)가 설치되어 있으며, 상기 열전소자(115)의 타측(도면상의 우측)에는 상기 냉장실(105)의 인너케이스(109)와 면접촉하고 있는 흡열용열교환기(119)가 설치되어 있다.

상기 발열용열교환기(117)와 접하고 있는 상기 열전소자(115)의 일측에 발열현상에 의하여 열기를 발생시키는 발열부(115a)가 형성되며, 상기 흡열용열교환기(119)와 접하고 있는 상기 열전소자(115)의 타측에 흡열현상에 의하여 냉기를 발생시키는 흡열부(115b)가 형성된다.

한편 열전소자(115)에는 발열부(115a)와 흡열부(115b)가 일체로 형성되며, 상기 발열부(115a)의 발열반응과 상기 흡열부(115b)의 흡열반응이 동시에 진행되기 때문에, 상기 발열부(115a)에서 발생되는 열이 얼마나 효과적으로 배출되어 열교환되는지 여부에 따라 흡열부(115b)의 흡열작용의 성능이 좌우된다.

또한, 상기 열전소자(115)에 전류가 인가되면, 상기 발열부(115a)에서 발열작용의 결과 발생되는 발열량과 흡열부(115b)에서 흡열작용의 결과 발생되는 흡열량은 같아야 하므로, 흡열부(115b)와 발열부(115a)의 온도차는 항상 일정하게 유지되려는 성질을 갖게 된다.

따라서 발열부(115a)에서 발생되는 열이 얼마나 외부와 열교환되는지 여부에 따라 흡열부(115b)와 흡열용열교환기(119)를 통해 연결되어 있는 냉장실(105)의 냉각속도가 영향을 받게 되므로, 냉장실(105)에 설치된 흡열용열교환기(119)의 열교환면적 보다 온장실(103)에 설치된 발열용열교환기(117)의 열교환면적을 넓게 제작함이 바람직하다.

더욱이 본 실시예에서는 상술한 바와 같이, 상기 냉장실(105)의 흡열능력 보다 상기 온장실(103)의 발열능력을 더 높이기 위하여, 상기 냉장실(105)의 저장공간 보다 온장실(103)의 저장공간을 더 넓게 형성하며, 상기 냉장실(105)의 단열층(111) 두께 보다 온장실(103)의 단열층(111) 두께를 더 두껍게 형성함이 바람직하다.

뿐만 아니라 상기 열전소자(115)에는 발열부(115a)와 흡열부(115b)의 온도차가 일정하게 유지되려는 특성이 있어, 상기 발열부(115a)와 연결되어 있는 온장실(103)의 온도가 일정온도 이상 올라가게 되면, 상기 흡열부(115b)와 연결되어 있는 냉장실(105)의 냉장온도가 더 이상 내려가지 못하는 결과, 냉장실(105)의 냉장능력이 저하된다.

따라서 온장실(103)의 온도를 일정온도 이하로 유지하기 위하여 온장실(103)의 배면 일측에는 온장실(103)과 외부를 연통하는 방열구(123)가 형성되며, 상기 방열구(123)에는 방열팬(125)이 설치되어 온장실(103)의 열기를 외부로 방열하는 역할을 한다.

한편, 온장실(103)의 온도가 일정온도 이상일 때, 상기 온장실(103)의 온도를 일정온도 이하로 제어하기 위하여 상기 방열팬(125)을 구동하게 되는데, 상기 온장실(103)의 일측에는 상기 온장실(103)의 온도를 감지하는 제 1 온도센서(127b)가 설치된다.

다른 한편, 냉장실(105)에도 냉장실의 온도를 감지하기 위한 제 2 온도센서(127b)가 냉장실(105)의 일측에 설치된다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 온도센서(127a,127b)의 감지신호를 입력받아 상기 열전소자(115)와 방열팬(125)을 제어하는 제어부가 설치된다. 즉 제 2 온도센서(127b)에 의하여 냉장실(105)에서 감지된 온도와 제어부에 입력된 온도와 비교하여 상기 열전소자(115)가 구동되며, 상기 제 1 온도센서(127a)에 의하여 온장실(103)에서 감지된 온도와 제어부에 입력된 온도와 비교하여 상기 방열팬(125)이 구동된다.

상기 냉장실(105)과 온장실(103)의 효율을 증가시키기 위하여는 열교환기(117,119)와 각 저장실(103,105)에 개재되는 상기 인너케이스(109)는 방열 혹은 흡열작용이 향상될 수 있도록, 알루미늄과 같이 열전달이 우수한 열전도성 소재로 제작됨이 바람직하다.

그리고 본 실시예에서는 상기 인너케이스(109)와 상기 열교환기(117,119)가 직접 접촉되어 열교환되는 직접냉각방식을 채택하고 있는 관계로, 상기 열교환기(117,119)의 단면과 상기 인너케이스(109) 사이에 열교환이 원활하게 수행될 수 있도록, 열교환기(117,119) 단면의 표면적이 넓게 되도록 하는 표면처리함이 바람직하다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 열전소자를 이용한 냉온장실의 작용을 상세하게 설명하기로 한다.

사용자가 본체(101) 외부에 설치된 전원스위치를 열게 되면, 상기 열전소자(115)로 전원이 인가되어 상기 열전소자(115)의 흡열부(115b)가 냉각된다. 상기 제 2 온도센서(127b)에 의하여 감지된 냉장실의 온도와 제어부에 설정된 온도와 비교하여, 냉장실(105)의 온도가 제어부의 설정온도에 이를 때까지 상기 흡열부(115b)는 계속하여 냉각된다.

이와 같이, 상기 흡열부(115b)가 냉각되어 흡열동작하면, 상기 흡열부(115b)와 면접촉하고 있는 흡열용열교환기(119)와 더불어 냉장실(105)의 온도도 함께 내려가게 된다. 반대로, 상기 냉장실(105)에서 흡수된 열은 열전소자(115)의 발열부(115a)를 통해 발열용열교환기(117)로 전도되어, 상기 온장실(103)의 온도가 올라간다.

이때 온장실(103)의 온도가 설정온도 이상으로 올라가면 냉장실(105)의 냉각능력이 저하되므로, 상기 제 1 온도센서(127a)가 이를 감지하여 제어부에 입력하고, 제어부에 입력된 온장실(103)의 온도가 설정온도 이상이면, 상기 방열팬(125)을 가동하여 온장실(103)의 실내온도를 낮추게 된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 다양한 변경이 가능하게 이루어질 수 있는 것이다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

열전소자의 양측으로 열교환기가 설치되고, 상기 열교환기를 포함하는 냉장실과 온장실을 각각 구비하므로서, 먼저 온장실에 있는 열교환기의 발열량이 증가되어 냉장실의 냉장능력이 향상되며, 발열면에서 발생되는 열을 적극적으로 이용할 수 있어, 원가를 절감하고 에너지를 절약하고자 하는 사용자의 욕구를 충족시킬 수 있다.

동시에 실내로 열이 직접 배출되지 않아 실내온도에 영향을 주지 않으면서, 실내공기의 신선도를 그대로 유지하여 소비자의 편의성이 향상되는 효과도 기대된다.

또한 온장실에 설치된 방열팬을 온장실의 온도가 설정온도 이상일 때만 선택적으로 작동하므로서, 냉장실의 냉각능력을 결정하는 온장실의 온도를 적절하게 조절할 수 있으면서, 동시에 방열팬의 운전시간을 종래와 비교하여 현저하게 줄일 수 있어 소음발생이 최소화되는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 열전소자를 이용한 냉장고의 요부구성을 보인 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 열전소자를 이용한 냉온장고의 요부구성의 바람직한 실시예를 나타내는 단면도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

101: 냉장고본체 103: 온장실

103',105': 도어 105: 냉장실

107: 아웃케이스 109: 인너케이스

111: 단열층 113: 베리어

115: 열전소자 115a: 발열부

115b: 흡열부 117: 발열용열교환기

119: 흡열용열교환기 123: 방열구

125: 방열팬 127a,127b: 온도센서

Claims (5)

1. 도어에 의하여 선택적으로 개폐되며, 냉장보관이 필요한 물건을 저장하기 위한 냉장실과, 온장보관이 필요한 물건을 저장하기 위한 온장실을 구비하는 냉장고본체와;

   상기 냉장고본체에 형성되어, 전류가 인가되면 발열작용을 하는 발열면과, 흡열작용을 하는 흡열면을 구비하는 열전소자와;

   일측은 상기 냉장실과 타측은 상기 열전소자의 흡열면과 면접촉하여, 상기 냉장실을 냉각시키는 제 1 열교환기; 그리고

   일측은 상기 온장실과 타측은 상기 열전소자의 발열면과 면접촉하여, 상기 온장실을 가열하는 제 2 열교환기를 포함하여 구성되고;

   상기 온장실의 일측에는 온도센서가 구비되며, 온장실과 접하는 상기 냉장고본체의 일측에는 온장실과 외부가 연결되는 방열구가 형성되고, 상기 방열구에는 방열팬이 설치되어, 상기 온도센서에 의해 감지된 온도가 일정온도 이상일 경우에만 방열팬이 작동됨을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 냉온장고.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 온장실의 저장공간이 상기 냉장실의 저장공간 보다 더 큰 것임을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 냉온장고.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 열교환기의 열교환면적이 제 1 열교환기의 열교환면적 보다 큰 것임을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 냉온장고.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 온장실을 형성하는 냉장고본체의 두께가 상기 냉장실을 형성하는 냉장고본체의 두께 보다 얇음을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 냉온장고.