KR101408769B1 - 제상히터를 구비한 냉장고 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 제상히터를 구비한 냉장고는 본체 내부에 형성된 냉기통로인 냉기덕트, 송풍팬, 증발기 및 제상히터가 구비되고, 상기 냉기덕트의 중도에 설치되어 냉기를 공급하는 냉기공급부, 상기 냉기공급부가 공급하는 냉기를 저장실로 안내하는 냉기토출부 및 상기 저장실 내부의 냉기를 냉기공급부로 안내하는 냉기흡입부를 포함하되, 상기 냉기토출부와 냉기흡입부는 열변형 특성을 가진 소재로 구성되고, 제상히터가 온 되어 온도가 증가되면 열변형되어 폐쇄되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제상히터를 구비한 냉장고 및 그 제어방법은, 냉기덕트의 중도에 설치된 냉기공급부의 일측에 각각 형성된 냉기토출부와 냉기흡입부를 제상히터의 발열여부에 따라 개폐될 수 있도록 구성함으로써, 제상운전시 냉기공급부에 발생된 열기가 저장실로 유입되는 것을 방지함과 동시에 저장실 내부의 냉기가 냉기공급부로 유출되는 것을 방지하여 냉장고 및 제상히터의 운전효율을 최대화할 수 있다는 장점이 있다.

냉기덕트, 열변형, 제상히터

Description

제상히터를 구비한 냉장고 및 그 제어방법{Refrigerator with Defrost Heater and Control Method thereof}

본 발명은 제상히터를 구비한 냉장고 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제상운전시 히터의 발열에 의해 생성된 열기와 저장실 내부의 냉기를 서로 분리시킬 수 있는 제상히터를 구비한 냉장고 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고는 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기 등을 주요 구성요소로 하여 냉동사이클을 형성하고, 상기 증발기 내부를 흐르는 액체상태의 냉매가 기화할 때에 저장실 내부의 열을 흡수하도록 하여 필요한 냉기를 상기 저장실로 공급함으로써 저장물을 장기간 신선하게 보관할 수 있도록 하는 기기이다.

이러한 냉장고는 냉각방식에 따라 상기 저장실의 내부 공기와 저장실에 설치된 증발기 사이의 자연대류에 의해 저장실 내부를 냉각시키는 직냉식과, 상기 저장실과 연통되는 냉기덕트의 중도에 증발기와 송풍팬을 설치하고 상기 송풍팬에 의해 저장실 및 냉기덕트 내부의 공기를 순환시켜 저장실 내부를 냉각시키는 간냉식으로 구분되는데, 근래에는 냉장고가 대용량화됨에 따라 간냉식이 주로 사용된다.

한편, 간냉식 냉장고에 있어서 증발기의 표면온도는 증발기 주위를 순환하는 공기의 온도보다 현저히 낮기 때문에 증발기 주위의 상대습도가 상승하여 증발기의 표면에는 수증기가 응결되어 성에가 발생되는데, 이러한 성에는 증발기의 열교환 효율을 저감시켜 결과적으로 냉장고의 소비전력을 상승시키게 되는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위하여 종래의 냉장고는, 냉장고의 운전 중에 증발기의 주변에 설치된 히터를 작동시켜 증발기 표면에 형성된 성에를 제거하는데, 이러한 냉장고의 구성 및 동작원리는 하기 [문헌1]에 상세히 개시되어 있다.

그러나, 종래의 간냉식 냉장고는 냉기덕트와 저장실이 항상 연통되는 구조이기 때문에 성에를 제거하기 위한 제상운전시 히터의 발열에 의해 생성된 열기가 저장실 내부로 유입되어 저장실 내부 온도를 상승시키게 되고, 그 결과 냉각효율의 저감 및 저장실에 수납된 음식물을 변질시키는 문제점이 발생된다.

뿐만 아니라, 제상운전시 저장실의 차가운 공기가 냉기덕트로 유출되면서 제상히터의 효율을 저감시켜, 냉장고의 소비전력을 상승시키는 문제점도 발생된다.

[문헌 1] 대한민국 공개특허 제1999-18130호(1999. 3. 15. 공개)

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 간냉식 냉장고에 있어서 제상운전시 제상히터의 발열에 의해 생성된 열기가 저장실 내부로 유입되는 것을 방지하고, 동시에 저장실 내부의 냉기가 제상히터 방향으로 유출되는 것을 방지함으로써 냉장고 및 제상히터의 운전효율을 최대화할 수 있는 제상히터를 구비한 냉장고 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 제상히터를 구비한 냉장고는 본체 내부에 형성된 냉기통로인 냉기덕트, 송풍팬, 증발기 및 제상히터가 구비되고, 상기 냉기덕트의 중도에 설치되어 냉기를 공급하는 냉기공급부, 상기 냉기공급부가 공급하는 냉기를 저장실로 안내하는 냉기토출부 및 상기 저장실 내부의 냉기를 냉기공급부로 안내하는 냉기흡입부를 포함하되, 상기 냉기토출부와 냉기흡입부는 열변형 특성을 가진 소재로 구성되고, 제상히터가 온 되어 온도가 증가되면 열변형되어 폐쇄되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉기토출부와 냉기흡입부는 제상히터가 오프 되어 온도가 감소되면, 상기 열변형이 제거되어 개방되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열변형 특성을 가진 소재는 형상기억합금이나 바이메탈인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 제상히터를 구비한 냉장고는 냉기토출부와 냉기흡입부에 각각 설치된 발열저항과, 상기 제상히터가 온 되면 발열저항에 전원을 인가하고 상기 제상히터가 오프 되면 발열저항에 인가되는 전원을 차단하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 냉기토출구와 냉기흡입구를 통해 저장실과 연통되는 냉기덕트의 중도에 제상히터를 구비한 냉장고의 제어방법에 있어서, 상기 제상히터가 온 되면 열변형 특성을 가진 소재로 구성된 상기 냉기토출구와 냉기흡입구에 열을 공 급하여 열변형에 의해 냉기토출구와 냉기흡입구를 폐쇄하는 제1단계와, 상기 제상히터가 오프 되면 상기 냉기토출구와 냉기흡입구에 공급되는 열을 차단함으로써 상기 열변형을 제거하여 냉기토출구와 냉기흡입구를 개방하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제상히터를 구비한 냉장고 및 그 제어방법은, 냉기덕트의 중도에 설치된 냉기공급부의 일측에 각각 형성된 냉기토출부와 냉기흡입부를 제상히터의 발열여부에 따라 개폐될 수 있도록 구성함으로써, 제상운전시 냉기공급부에 발생된 열기가 저장실로 유입되는 것을 방지함과 동시에 저장실 내부의 냉기가 냉기공급부로 유출되는 것을 방지하여 냉장고 및 제상히터의 운전효율을 최대화할 수 있다는 장점이 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명에 따른 냉장고의 구조를 나타낸 측단면도이다. 도1의 냉장고는 전면이 개방되어 형성된 본체(1)와, 상기 본체(1)를 상하로 구획시키는 중간격벽(2)과, 상기 중간격벽(2)에 의해 본체(1)의 내부에 형성되어 식품을 저장하는 저장실로 기능하는 냉동실(3) 및 냉장실(4)과, 상기 본체(1)의 개방된 전면에 힌지 결합되어 각각 상기 냉동실(3)과 냉장실(4)을 개폐하는 냉동실 도어(5) 및 냉장실 도어(6)를 구비한다.

또한, 냉동실(3)의 후벽(3a)과 본체(1)의 내측벽(1a) 사이와, 냉장실(4)의 후벽(4a)과 본체(1)의 내측벽(1a) 사이에는 각각 냉동실(3)과 냉장실(4)로 냉기가 공급될 수 있도록 하는 냉동실용 냉기 덕트(11)와 냉장실용 냉기 덕트(12)가 마련되어 있다.

상기 냉동실용 냉기 덕트(11)에는 저온의 냉매가스와 냉동실(3)과 냉장실(4) 내부의 공기가 열교환되도록 하여 냉동실(3)과 냉장실(4) 내부를 냉각시키기 위한 증발기(13)와, 증발기(13)를 통과하여 발생된 냉기를 냉동실(3)과 냉장실(4)로 강제 순환시키기 위한 송풍팬(14)과, 상기 증발기(13)에 형성된 성에를 제거하기 위한 제상히터(20)가 설치되어 있다.

또한, 냉동실용 냉기 덕트(11)의 일측에는 송풍팬(14)에 의해 토출되는 냉기를 냉동실(3) 내부와 냉장실용 냉기 덕트(12)로 냉기를 안내하기 위한 냉기토출부(16a, 16b)가 각각 형성되고, 냉동실용 냉기 덕트(11)의 다른 일측에는 냉동실(3)과 냉장실(4) 내부의 냉기를 냉동실용 냉기 덕트(11)로 안내하기 위한 냉기흡입부(17)가 형성되어 있다. 상기 냉기토출부(16a, 16b)와 냉기흡입부(17)에 대한 상세한 구조는 도2를 참조하여 후술하기로 한다.

한편, 냉장실용 냉기 덕트(12)의 입구부에는 냉장실(4)로 공급되는 냉기의 유량을 조절하기 위한 댐퍼(15)가 설치되어 있고, 냉장실(4)의 후벽(4a)에는 냉장실(4)로 냉기가 공급될 수 있도록 하는 다수의 냉기 공급홀(18)이 마련되어 있다.

도2a는 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고에 구비된 냉기흡입부(17)를 나타낸 정면도이고, 도2b는 도2a의 A-A에 대한 냉기흡입부(17)의 열변형 전후 형상을 나타낸 단면도이다.

본 실시예에 따른 냉기흡입부(17)는 프레임(30)에 복수의 블레이드(31)가 설치되어 냉기가 통과하는 냉기채널(32)을 형성한다. 상기 블레이드(31)는 냉기가 순환되는 동안에는 반원 형상으로 유지되어 냉기채널(32)을 개방시키고, 제상운전시 제상히터(20)의 발열로 인해 냉동실용 냉기 덕트(11)의 내부 온도가 상승하면 평면 형상으로 열변형되어 냉기채널(32)을 폐쇄시킨다.

이후, 제상운전이 종료되어 증발기(13)의 냉기에 의해 냉동실용 냉기 덕트(11)의 내부 온도가 감소되면 상기 블레이드(31)는 열변형이 제거되어 원래 형상으로 복원됨으로써 냉기채널(32)을 다시 개방하게 된다.

따라서, 냉기흡입부(17)는 상술한 열변형 및 복원이 가능한 재질로 구성되는 것이 바람직한데, 그 예로서는 후술하는 형상기억합금 또는 바이메탈이 있다.

형상기억합금(Shape Memory Alloy)이란, 말 그대로 모양을 기억하는 합금으로 일정한 모양을 만들고 나서 힘을 가해 전혀 다른 모양으로 변형시킨 후에 온도를 높여주면 처음의 모양을 기억해서 그 모양으로 돌아가는 합금을 말한다.

이러한 효과를 형상 기억 효과라고 하는데, 이는 합금이 주어진 형상을 원자 배열로서 기억하고 있기 때문에 생긴다. 이러한 효과는 확산에 의하지 않고 변태하는 합금에서 나타나는데, 고온의 모상원자배열이 저온에서의 변형 때도 기억되고 있다가 다시 고온이 되면 원래의 원자 배열로 재배열하는 것이다.

형상기억합금은 주로 1방향 형상기억합금과 2방향 형상기억합금의 두 가지 종류가 있는데, 이 중에서 2방향 형상기억합금은 고온에서의 형상과 온도를 올리기 전 실온에서의 형상을 동시에 기억하므로 가열과 냉각을 통해 두 형상이 반복되는 가역적인 동작이 가능하다.

따라서, 본 실시예에서는 상기 2방향 형상기억합금 소재를 이용하여 상기 냉기흡입부(17)를 구성하였다.

한편, 바이메탈은 열팽창계수, 즉 온도의 변화에 따라 팽창 및 수축하는 정도가 다른 두 종류의 얇은 금속을 포개어 붙여서 구성되는 것으로, 온도가 높아지면 열팽창계수가 큰 쪽이 더 많이 팽창하면서 반대쪽으로 휘고 다시 온도가 내려가면 원래 상태로 돌아오는 특성을 가진다.

상기 형상기억합금 및 바이메탈에 대한 보다 구체적인 내용은 공지된 기술이므로 이하에서는 상세한 설명을 생략한다. 또한, 냉기토출부(16a, 16b)의 경우에도 전술한 냉기흡입부(17)와 동일하게 구성되기 때문에 중복되는 설명을 생략한다.

한편, 본 실시예에서는 전원이 공급되면 열을 발생시키는 발열저항(후술하는 도3의 141)을 상기 냉기토출부(16a, 16b)와 냉기흡입부(17)에 설치하고, 제상히터(20)가 동작되면 상기 발열저항(141)에 전원을 인가함으로써 보다 빠른 시간 내에 냉기채널(32)이 차단될 수 있도록 하였다. 이때, 발열저항(141)에 공급되는 전원은 냉장고의 내부전원을 이용하는 것이 바람직하다.

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고의 동작구성을 나타낸 블럭도이다. 제어부(100)는 타이머(110)를 이용하여 메모리(120)에 미리 저장된 제상운전 조건인지 여부를 판단하여, 제상운전 조건인 경우이면 제상히터(20)를 구동하기 위한 제어신호를 제상히터 구동부(130)에 전달함과 동시에 발열저항(141)에 전원을 인가 하기 위한 제어신호를 발열저항 구동부(140)에 전달한다.

또한, 제어부(100)는 타이머(110)를 이용하여 메모리(120)에 미리 저장된 제상운전 종료조건인지 여부를 판단하여, 제상운전 종료조건인 경우이면 제상히터(20)의 동작을 중지시키고 발열저항(141)에 인가되는 전원을 차단하기 위한 제어신호를 각각 제상히터 구동부(130)와 발열저항 구동부(140)에 전달한다.

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고의 제어방법을 나타낸 흐름도이다. 냉장고의 운전이 시작되면(S210), 제어부(100)는 전술한 바와 같이 타이머(110)를 이용하여 제상운전 조건인지 여부를 판단한다(S220).

본 실시예에서는 일정한 주기(즉, 제상주기)에 따라 제상운전을 실시하거나 제상운전을 종료하는 경우를 일예로서 설명하나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라 증발기(13)의 표면온도 등을 이용하여 제상운전 조건 또는 제상운전 종료조건을 판단할 수도 있음은 물론이다.

S220 단계의 판단결과, 제어부(100)는 제상운전 조건이 아닌 경우이면 S220 단계를 반복하고, 제상운전 조건인 경우이면 제상히터(20)를 구동하고 발열저항(141)에 전원을 인가한다(S230, S240).

S240 단계가 완료되면, 제어부(100)는 제상운전 종료조건인지 여부를 판단하고(S250), 판단결과 제상운전 종료조건이 아닌 경우이면 S250 단계를 반복하고, 제상운전 종료조건인 경우이면 제상히터(20)의 구동을 정지시키고 발열저항(141)에 인가되는 전원을 차단한다(S260).

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉장고 및 그 제어방법 은 냉동실용 냉기 덕트(11)에 설치된 냉기토출부(16a, 16b)와 냉기흡입부(17)를 제상히터(20) 및 발열저항(141)의 발열여부에 따라 개폐될 수 있도록 구성함으로써, 제상운전시 제상히터(20)에 의해 발생된 열기가 저장실(3, 4)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고의 구조를 나타낸 측단면도,

도2a는 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고에 구비된 냉기흡입부를 나타낸 정면도,

도2b는 도2a의 A-A에 대한 냉기흡입부의 열변형 전후 형상을 나타낸 단면도,

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고의 동작구성을 나타낸 블럭도,및

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

11: 냉동실용 냉기 덕트 12: 냉장실용 냉기 덕트

13: 증발기 16a, 16b: 냉기토출부

17: 냉기흡입부 20: 제상히터

100: 제어부 141: 발열저항

Claims (6)

1. 본체 내부에 형성된 냉기통로인 냉기덕트;

   송풍팬, 증발기 및 제상히터가 구비되고, 상기 냉기덕트의 중도에 설치되어 냉기를 공급하는 냉기공급부;

   상기 냉기공급부가 공급하는 냉기를 저장실로 안내하는 냉기토출부;및

   상기 저장실 내부의 냉기를 냉기공급부로 안내하는 냉기흡입부를 포함하되,

   상기 냉기토출부와 냉기흡입부는 열변형 특성을 가진 소재로 구성되고, 제상히터가 온 되어 온도가 증가되면 열변형되어 폐쇄되는 것으로, 복수의 블레이드로 구성되며 상기 블레이드는 냉기가 순환되는 동안에는 반원 형상으로 유지되어 냉기채널을 개방시키고, 제상운전시 제상히터의 발열로 인해 냉동실용 냉기 덕트의 내부 온도가 상승하면 평면 형상으로 열변형되어 냉기채널을 폐쇄시키는 것을 특징으로 하는 제상히터를 구비한 냉장고.
2. 제1항에 있어서,

   상기 냉기토출부와 냉기흡입부는 제상히터가 오프 되어 온도가 감소되면, 상기 열변형이 제거되어 개방되는 것을 특징으로 하는 제상히터를 구비한 냉장고.
3. 제2항에 있어서,

   상기 열변형 특성을 가진 소재는 형상기억합금이나 바이메탈인 것을 특징으로 하는 제상히터를 구비한 냉장고.
4. 제3항에 있어서,

   상기 냉기토출부와 냉기흡입부에 각각 설치된 발열저항;과

   상기 제상히터가 온 되면 발열저항에 전원을 인가하고, 상기 제상히터가 오프 되면 발열저항에 인가되는 전원을 차단하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제상히터를 구비한 냉장고.
5. 냉기토출부와 냉기흡입부를 통해 저장실과 연통되는 냉기덕트의 중도에 제상히터를 구비한 냉장고의 제어방법에 있어서,

   상기 제상히터가 온 되면 열변형 특성을 가진 소재로 구성된 상기 냉기토출부와 냉기흡입부에 열을 공급하여 열변형에 의해 냉기토출부와 냉기흡입부를 폐쇄하는 제1단계;와

   상기 제상히터가 오프 되면 상기 냉기토출부와 냉기흡입부에 공급되는 열을 차단함으로써 상기 열변형을 제거하여 냉기토출부와 냉기흡입부를 개방하는 제2단계를 포함하되,

   상기 냉기토출부와 냉기흡입부는 복수의 블레이드로 구성되며, 상기 블레이드는 냉기가 순환되는 동안에는 반원 형상으로 유지되어 냉기채널을 개방시키고, 제상운전시 제상히터의 발열로 인해 냉동실용 냉기 덕트의 내부 온도가 상승하면 평면 형상으로 열변형되어 냉기채널의 폐쇄작용이 이루어지는 것을 특징으로 하는 제상히터를 구비한 냉장고의 제어방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 열변형 특성을 가진 소재는 형상기억합금이나 바이메탈인 것을 특징으로 하는 제상히터를 구비한 냉장고의 제어방법.

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