KR101643890B1 - 냉장고 제상 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

냉장고 제상 제어 장치 및 제상 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 제상 제어 장치는, 기판 위의 두 개의 전극과 두 개의 전극을 연결하는 전기적 저항(카본저항)으로 구성된 습도센서, 기판 배면에 설치되며 상기 전기적 저항(카본저항)에 흡수된 습기를 증발시키는 발열체, 습도센서와 증발기 사이의 열적 평형을 위해 상기 기판 배면에 부착되며 상기 증발기의 냉각핀에 연결되는 열평형 부재 및 습도센서의 출력 값에 기초하여 상기 발열체의 온/오프를 제어하는 제어부를 포함하되, 제어부는 발열체 온/오프에 따른 습도센서 출력 값의 변화 주기로부터 증발기의 냉각핀에 쌓이는 성에의 양을 추정하여 냉장고 제상히터의 작동을 제어할 수 있도록 한 것을 구성의 요지로 한다.

Description

냉장고 제상 제어 장치 및 방법{DEFROSTING CONTROL APPARATUS AND DEFROSTING METHODS FOR REFRIGERATOR}

본 발명은 냉장고 제상 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 냉장고의 증발기 주위에 설치된 습도센서의 출력 값에 따라 제상시기를 판단하여 제상이 요구되는 최적의 시점에 제상운전이 수행될 수 있도록 제어하는 냉장고 제상 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고의 증발기에는 냉장고 개폐 시 내부로 유입되는 습기에 의해 그 표면에 성에가 착상되며, 성에가 착상되면 증발기의 성능이 제대로 발휘되지 않아 냉장고의 온도 조절이 어려워지는 등 냉장고 성능에 악영향을 미친다. 따라서 냉장고에는 주기적인 성에 제거를 위해 증발기 주변으로 제상히터가 설치되어 있다.

제상히터는 제어부의 통제에 따라 가동되어 열을 발생시켜 성에를 녹인다. 즉 종래 일반적으로 냉장고에 적용되는 제상방식은 제상히터 가동 시 발생되는 복사열을 이용하여 증발기 표면에 착상된 성에를 직접 제거하는 방식으로서, 제어부 통제에 따라 미리 입력된 주기로 가동되어 증발기 표면에 두껍게 착상된 성에를 제거하게 된다.

종래 제상장치를 통한 제상은 증발기에 착상된 성에의 착상 정도 또는 제상작용 수행횟수에 상관없이 단순히 압축기의 누적운전시간을 체크하여 주기적으로 반복 수행되는 것이 일반적이다. 즉 압축기 운전시간에 따라 착상되는 성에의 량과 관련한 데이터를 반복실험을 통해 추출하고, 이에 기초해 제상운전이 행해지도록 시스템을 구성하고 있다

이에 따라, 성에가 발생하지 않았거나 냉장 성능에 크게 영향을 미치지 않을 정도임에도 성에 량과는 상관 없이 제상장치가 불필요하게 구동하여 소비전력을 증가시키거나, 냉장 성능에 크게 영향을 미칠 정도로 성에가 쌓여 제상운전이 필요한 시점임에도 불구하고 제상장치가 구동되지 않아 냉장고 성능을 크게 저하시키는 문제가 있다.

한국공개특허 제2014-0047362(공개일 2014.04.22) 한국공개특허 제2013-0034816(공개일 2013. 04. 08)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 습도센서의 출력 값 변화 주기로부터 제상시기를 판단하여 최적의 제상시점에서 제상운전이 수행될 수 있도록 한 냉장고 제상 제어 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

기판 위의 두 개의 전극과 두 개의 전극을 연결하는 전기적 저항. 예컨대, 카본저항으로 구성된 습도센서;

상기 기판 배면에 설치되며 상기 전기적 저항(카본저항)에 흡수된 습기를 증발시키는 발열체;

상기 습도센서와 증발기 사이의 열적 평형을 위해 상기 기판 배면에 부착되며 상기 증발기의 냉각핀에 연결되는 열평형 부재; 및

상기 습도센서의 출력 값에 기초하여 상기 발열체의 온/오프를 제어하는 제어부;를 포함하며,

상기 제어부는 상기 발열체 온/오프에 따른 상기 습도센서 출력 값의 변화 주기로부터 제상시기를 판단하여 냉장고 제상히터의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 냉장고 제상 제어 장치를 제공한다.

여기서, 상기 습도센서의 출력 값이 사전에 설정된 상한 값에 도달하면 상기 제어부 통제에 의해 발열체가 작동되고, 상기 발열체의 작동으로 출력 값이 사전에 설정된 하한 값까지 떨어지면 상기 제어부에 의해 발열체의 작동을 정지시키는 제어가 행해질 수 있다.

이때, 상기 사전에 설정된 상한 값은 0.3 ~ 0.4V이고, 하한 값은 0.1 ~ 0.2V일 수 있다.

또한, 상기 열평형 부재는 상기 증발기의 냉각핀과 재질이 동일하거나 유사한 금속편일 수 있다.

바람직하게는, 상기 제어부는 상기 발열체 온/오프에 따라 변화되는 습도센서의 출력 값의 변화 주기 중 특정 시간의 유효 변화 주기만을 추출하여 발생된 횟수를 카운팅하며, 상기 유효 변화 주기의 카운팅 결과와 사전에 설정된 기준 횟수를 비교하여 상기 제상히터의 작동을 제어한다.

이때, 상기 유효 변화 주기는 습도센서의 출력 값이 사전에 설정된 상한 값까지 올랐다가 발열체 작동으로 설정 하한 값까지 떨어지는데 걸리는 시간이 30초 ~ 60초 사이인 주기일 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 카운팅 결과가 기준 횟수 이상이면 제상시기가 도래한 것으로 판단하고 상기 제상히터 작동을 위한 명령을 출력함으로써 성에 제거를 위한 제상히터가 작동될 수 있다.

또한, 상기 습도센서와 발열체, 열평형 부재가 하나의 모듈로 구성되며, 상기 모듈은 둘 이상이 서로 다른 위치에 위치하도록 냉각핀에 설치될 수 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,

발열체의 온/오프를 제어하여 습도센서의 출력 값의 변화 주기를 검출하는 제1 단계;

상기 제1 단계를 통해 검출된 습도센서의 출력 값의 변화 주기 중 특정 시간의 유효 변화 주기만을 추출하고 유효 변화 주기가 발생된 횟수를 카운팅하는 제2 단계;

상기 제2 단계에 의한 카운팅 결과와 사전에 설정된 기준 횟수를 비교하여 냉장고의 제상히터 작동을 제어하는 제3 단계;를 포함하는 냉장고 제상 제어 방법을 제공한다.

여기서, 상기 습도센서의 출력 값이 사전에 설정된 상한 값에 도달하면 제어부 통제에 의해 상기 발열체를 작동시키는 제어가 수행되고, 상기 발열체의 작동으로 출력 값이 사전에 설정된 하한 값까지 떨어지면 상기 제어부에 의해 발열체의 작동을 정지시키는 제어가 수행될 수 있다.

이때, 상기 유효 변화 주기는 습도센서의 출력 값이 사전에 설정된 상한 값까지 올랐다가 발열체 작동으로 설정 하한 값까지 떨어지는데 걸리는 시간이 30초 ~ 60초 사이인 주기일 수 있다.

그리고, 상기 제3 단계에서 유효 변화 주기 발생 횟수와 기준 횟수의 비교결과, 유효 변화 주기 발생 횟수가 상기 기준 횟수 이상이면 제상시기가 도래한 것으로 판단하여 제어부에 의해 상기 제상히터를 작동시키는 제어가 수행될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 습도센서 출력 값의 변화 주기로부터 유효 정보를 추출하여 증발기의 냉각핀에 쌓인 성에의 양을 추정하여 제상이 요구되는 정확한 시점에 제상이 행해질 수 있도록 제어함으로써, 불필요한 제상이나 반대로 제상이 필요함에도 제상이 행해지지 않는 종래 제상운전의 문제를 해소할 수 있다.

즉, 제상이 필요할 만큼의 성에가 쌓이지 않았음에도 불구하고 불필요하게 제상히터가 가동되어 전력이 소모되는 것을 방지할 수 있으며, 반대로 제상이 필요한 경우임에도 제상히터가 동작하지 않아 냉각성능을 악화시키는 등의 문제를 미연에 해결할 수 있다. 결과적으로 냉장고의 성능과 효율을 크게 향상시키는 효과가 기대된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고 제상 제어 장치를 냉장고에 적용시킨 예시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고 제상 제어 장치를 포함하는 냉장고 제상 장치의 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고 제상 제어 장치의 개략도.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고 제상 제어 장치를 구성하는 습도센서모듈의 장착 예시도.
도 5는 도 4의 습도센서 전극부의 예시도.
도 6은 습도센서 출력 값(V)의 변화 주기와 성에가 쌓이는 양의 상관 관계를 설명하기 위한 그래프.
도 7은 습도센서 배면의 발열체(heater) 가동과 성에가 쌓이는 양의 상관 관계를 설명하기 위한 그래프.
도 8은 습도센서 출력 값이 0.8V에 도달했을 때 발열체를 온(On)시키고 0.1V까지 떨어지면 발열체를 오프(Off)시키는 동작을 반복했을 때 시간에 따른 습도센서 출력 값(V)의 변화를 나타낸 그래프.
도 9는 0.3V에서 발열체를 온(On)하고 0.2V에서 발열체를 오프(Off) 한 경우 실제 테스트 결과로서, 최초 냉장고 전원 투입 후 2시간 동안 습도 변화를 측정한 값을 나타낸 그래프.
도 10는 0.3V에서 발열체를 온(On)하고 0.2V에서 발열체를 오프(Off) 한 경우 실제 테스트 결과로서, 최초 냉장고 전원 투입 후 2시간 이후에 냉장실 안에 임의로 가습기를 가동하여 2시간 동안 측정한 값을 나타낸 그래프.
도 11은 0.3V에서 발열체를 온(On)하고 0.2V에서 발열체를 오프(Off) 한 경우 실제 테스트 결과로서, 냉장실 안에 임의로 가습기를 가동하여 2시간 이후 동일 조건으로 1시간 추가하여 측정 값을 나타낸 그래프.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고 제상 제어 장치를 통한 제상 제어를 위해 적용되는 제어 로직.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고 제상 제어 장치를 냉장고에 적용시킨 예시도이다. 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 냉장고 제상 제어 장치가 적용된 냉장고의 개략적인 구성부터 먼저 살펴보기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 제상장치가 적용된 냉장고(1)에는 내부에 냉동실(100)과 냉장실(부호 생략)이 구비되는 본체(10)와, 상기 본체(10)의 전면에 회동 가능하게 부착되어 상기 냉동실(100)과 냉장실을 선택적으로 개폐하는 냉동실 도어(20) 및 냉장실 도어가 포함된다.

냉동실(100)과 냉장실은 격벽(미도시)에 의하여 구획되며, 음식물을 수납하기 위한 수납실(12)과, 내부 공간을 상하로 분리 구획하며 음식물을 얹어 놓기 위한 선반(14)이 구비될 수 있다. 냉동실 도어(20)의 배면에는 음식물을 수납하기 위한 도어 바스켓(22)이 장착될 수 있으며, 제품의 종류에 따라 제빙장치(24)가 냉동실 도어(20)의 배면에 장착될 수 있다.

제빙장치(24)를 통해 제빙된 얼음은 냉동실 도어(20)에 디스펜서(미도시)가 제공되는 경우에 외부에서 취출 가능하며, 냉동실(100)의 후방에는 냉매와 공기를 열 교환시켜 냉기를 생성하는 증발기(320)가 수용되는 냉기 생성실(300)이 형성되되, 상기 냉기 생성실(300)은 증발기 커버(120)에 의해 차폐된다.

증발기 커버(120)의 상부에는 상기 증발기(320)에서 생성된 냉기를 안내하는 냉기 덕트(110)가 상하 방향으로 연장된다. 그리고 상기 증발기(320)의 상측에는 송풍팬(330)이 설치되며, 송풍팬(330)에 의해 상기 증발기(320)에서 생성된 냉기는 상기 냉기 덕트(110)에 천공 형성된 다수 개의 냉기 토출구(111)를 통해 상기 냉동실(100) 내부로 토출된다.

냉동실과 냉장실에 각각 설치된 온도감지센서(미도시)가 냉동실과 냉장실의 온도를 지속적으로 모니터링 하고 그 결과를 제어부에 보내 피드백 제어가 실시되도록 함으로써 설정 온도를 유지하게 되며, 상기 증발기(320)의 하부에는 증발기(320) 또는 냉기 생성실(300) 표면에 생성된 성에 제거를 위한 제상히터(340)가 구비된다.

제상히터(340)는 후술하게 될 제어부의 통제에 따라 작동하여 상기 증발기(320) 또는 냉기 생성실(300) 표면에 생성된 성에를 녹이며, 제어부는 증발기(320)에 설치되는 습도센서모듈(350)이 보내온 정보를 파악하여 제상시기에 도래했는지 여부를 판단하고, 제상시기가 도래한 것으로 판단되면 상기 제상히터(340)에 제상 운전 개시명령을 출력한다.

한편, 냉기 덕트(110)의 하측에는 냉동실(100)을 순환한 냉기가 다시 증발기(320)로 유입되도록 하는 냉기 흡입구(311)가 마련되며, 냉기 흡입구(311)의 내측에는 냉기의 원활한 흡입 유동을 위해 흡입팬이 마련될 수 있다. 그리고 냉장고(1)의 하측에는 기계실(19)이 형성되고, 기계실에는 냉동 싸이클을 구성하는 압축기(191), 응축기(미도시) 등이 설치된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고 제상 제어 장치를 포함하는 냉장고 제상 장치의 블록도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고 제상 제어 장치의 개략도이다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 냉장고 제상 장치는 크게, 습도센서모듈(350), 제어부(50), 제상히터(340)로 구성된다. 습도센서모듈(350)과 제어부(50)는 본 발명의 실시예에 따른 제상 제어 장치를 구성하며, 제상히터(340)는 제어부(50)의 제어를 받아 성에 제거가 필요한 적절한 시점에 가동하여 상기 증발기(320) 표면에 쌓인 성에를 녹이게 된다.

제어부(50)는 상기 제상히터(340)뿐 아니라, 냉장고를 구성하는 각종 전장품(응축기, 압축기, 전원 공급부, 센서 등)의 작동을 전반적으로 통제하며, 제상히터(340)는 상기 제어부(50)의 제어를 받아 구동되는 제상히터 구동부(344)에 의해 작동되어 상기 증발기(320) 표면에 착상된 성에를 녹이게 된다.

습도센서모듈(350)은 증발기(320)에 설치되며, 제어부(50)는 습도센서모듈(350)이 보내온 신호(출력 값의 변화)로부터 제상시기가 도래했는지를 판단한다. 제상시기가 도래한 경우로 판단되면 상기 제어부(50)는 제상 운전 개시 신호를 제상히터 구동부(344)에 보내고, 제상히터 구동부(344)는 지시 받은 타이밍에 사전에 설정된 시간 동안 제상히터(340)를 가동시킨다.

습도센서모듈(350)은 냉장고의 용량에 따른 증발기(320)의 크기에 따라 그 설치 개수 및 설치 위치가 달라질 수 있어 특정 개수 또는 특정 위치로 한정되는 것은 아니지만, 도 3과 같이 위치에 따라 성에가 다른 두께로 착상된다는 점을 고려하면 두 개 이상이 서로 다른 위치에서 성에 발생의 원인인 습도를 검출하도록 구성하는 것이 좋다.

도 4은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고 제상 제어 장치를 구성하는 습도센서모듈의 장착 예시도이며, 도 5는 도 4의 습도센서 전극부의 예시도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 습도센서모듈(350)은 구체적으로, 습도센서(352), 발열체(354), 열평형 부재(356)로 구성된다.

습도센서(352)는 기판(353) 위의 두 개의 전극(352a)(352c)과 이들을 통전 가능하게 연결하는 전기적 저항(352b)으로 구성되고, 발열체(354)는 기판(353) 배면에 설치되며 습도센서(352) 출력 값에 따라 작동되어 상기 전기적 저항(352b)에 흡수된 습기를 증발시키게 된다. 이때 전기적 저항(352b)은 카본저항일 수 있다.

카본저항(Carbon resistor, 352b)은 자성체 또는 수지판 위에 얇게 탄소 막을 입힌 저항체로서, 습기의 양이 적으면 도전 입자간 거리가 가까워져 저항치가 내려가고, 습기의 양이 많아지면 도전 입자간 거리가 멀어져 저항치가 올라가게 된다. 따라서 상기 카본저항(352b)의 저항 값이 변화됨에 따른 출력 값(V) 변화로부터 습도를 검출할 수 있다.

카본저항(352b)의 면적에 따라 습기에 따른 저항 값의 변화가 둔감해지거나 민감해질 수 있다. 구체적으로는, 카본저항(352b)의 면적이 작을수록 저항 값의 변화가 민감해지며, 이에 따라 습도센서(352)의 감지 정밀도가 높아진다. 이와 같은 점을 고려했을 때 미세한 습기 양을 측정하기 위해서는 상기 카본저항(352b)의 면적을 작게 하는 것이 유리하다.

발열체(354)(Heater)는 앞서 언급한 바와 같이 상기 카본저항(352b)에 흡수된 습기 또는 성에를 제거하기 위해 구비된다. 발열체(354)는 상기습도센서(352)의 출력 값에 기초한 제어부(50)의 통제에 따라 온/오프 되며, 발열체(354)에 의한 열이 카본저항(352b)에 흡수된 습기를 증발시키거나 카본저항(352b)에 착상된 성에를 녹이게 된다.

카본저항(352b)을 구비한 습도센서(352)만을 영하로 유지되는 냉장고 증발기의 냉각핀(322)에 설치하는 경우, 카본저항(352b)에 흡수된 습기가 성에(얼음)로 변화게 되면 습도 변화의 측정이 불가능해진다. 따라서 카본저항(352b)에 흡수된 습기를 증발시키거나 성에를 녹이기 위한 수단으로서 발열체(354)를 상기 습도센서(352) 배면에 설치한 것이다.

발열체(354)는 구체적으로, 습도센서(352)의 출력 값이 사전에 설정된 상한 값에 도달하면 상기 제어부 통제를 받아 작동되고, 발열체(354)의 작동으로 출력 값이 사전에 설정된 하한 값까지 떨어지면 제어부에 의해 작동을 멈추게 된다. 여기서 사전에 설정된 습도센서(352) 출력 값의 상한은 0.3 ~ 0.4V일 수 있고, 하한은 0.1 ~ 0.2V일 수 있다.

열평형 부재(356)는 습도센서(352)의 온도를 냉각핀 온도에 최대한 비슷하게 하여 측정 정밀도를 높이기 위한 목적으로 설치된다. 즉, 카본저항(352b)을 구비한 상기 습도센서(352)의 온도가 실제 성에가 착상되는 냉각핀의 온도에 최대한 근접해야 상기 냉각핀에 쌓이는 성에의 양을 추정함에 있어 정밀도 높은 판단이 가능하기 때문이다.

습도센서(352)와 냉각핀 사이의 열적 평형을 위한 상기 열평형 부재(356)는 도 4의 설치 예시도와 같이, 습도센서(352)의 상기 기판(353) 배면에 배치되되, 상기 발열체(354)와 겹치거나 접하지 않도록 발열체(354)의 주변에 부착될 수 있으며, 습도센서(352)와 접한 면의 반대편 면이 상기 증발기의 냉각핀에 직접적으로 접하도록 설치될 수 있다.

열평형 부재(356)를 상기 냉각핀과 동일하거나 유사한 재질로 구성하면 습도센서(352)를 냉각핀 온도에 근접시킴에 있어 유리하므로, 열평형 부재(356)는 상기 냉각핀과 재질이 동일하거나 유사한 금속편, 예들 들어, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 구리 합금 등을 소재로 하는 소정 두께를 가진 판상형 구조의 금속체일 수 있다.

한편, 앞서도 언급했듯이 습도센서(352)의 출력 값에 기초하여 상기 발열체(354)의 온/오프를 상기 제어부(50)가 제어한다. 제어부(50)는 특히 상기 발열체(354) 온/오프에 따른 상기 습도센서(352) 출력 값의 변화 주기로부터 유효 정보를 추출하여 냉각핀(322)에 쌓이는 성에의 양을 추정하며, 그 결과를 토대로 상기 냉장고 제상히터(340)를 작동을 제어한다.

제어부(50)는 구체적으로, 상기 발열체(354) 온/오프에 따라 변화되는 습도센서(352)의 출력 값의 변화 주기 중 특정 시간의 유효 변화 주기만을 추출하여 발생된 횟수를 카운팅한다. 그리고 유효 변화 주기의 카운팅 결과를 기억장치 예컨대, 메모리에 사전에 설정된 기준 횟수와 비교한 후 그 비교 결과에 기초해 상기 제상히터(340)의 작동을 제어한다.

유효 변화 주기는 습도센서(352)의 출력 값이 전술한 상한 값까지 올랐다가 발열체(354) 작동으로 설정 하한 값까지 떨어지는데 걸리는 시간이 30초 ~ 60초 사이인 주기일 수 있으며, 비교 판단 결과 유효 변화 주기의 발생 횟수가 기준 횟수 이상이면 제상시기가 도래한 것으로 제어부가 판단하여 상기 제상히터(340) 작동을 위한 명령을 출력하게 된다.

이하 습도센서 출력 값(V)의 변화로부터 냉각핀에 쌓이는 성에의 양을 추정하는 과정을 살펴보기로 한다.

도 6은 습도센서 출력 값(V)의 변화 주기와 성에가 쌓이는 양의 상관 관계를 설명하기 위한 그래프이다.

도 6에서 (a)는 습도센서에 물방울이 유입된 경우 시간에 따른 습도센서의 출력 값 변화를 나타내고 있으며, (b)는 다량의 습기가 유입된 경우 시간에 따른 습도센서의 출력 값 변화를 나타내고 있다. 그리고 (c)는 소량의 습기가 유입된 경우 시간에 따른 습도센서의 출력 값 변화를 나타낸 그래프이다.

도 6의 (a)를 보면, 습도센서에 물방울이 유입되면 수십 초 이내에 습도센서의 출력 값(V)이 최대로 올라가게 되며, 이처럼 물방울이 습도센서에 유입되는 경우가 발생하는 시점은 최초 전원 투입 후 온도가 영하로 떨어지기 전(이슬이 맺히는 구간)과 냉각핀의 성에 제거를 위해 제상히터 가동 후 온도가 영하로 떨어지기 전이 이에 해당된다.

다량의 습기가 유입된 경우의 습도센서 출력 값(V)의 변화를 보면, 도 6의 (b)와 같이 완만하게 증가함을 알 수 있으며, 이는 냉동실 및 냉장실의 공기 중 습도가 외부/내부 요인으로 변화가 생긴 상태에서 팬이 가동되어 냉각핀 측에 공기가 강제 유입될 경우 발생하게 된다. 실제 냉각핀에 성에가 쌓이는 조건이 이에 해당된다.

습도센서에 소량의 습기가 유입된 경우인 도 6의 (c)는 다량의 습기가 유입된 경우인 (b)와 비교해 출력 값(V)이 보다 긴 시간에 걸쳐 더욱 완만하게 증가하는 것을 알 수 있으며, 이 경우는 냉각핀에 성에가 쌓일 정도로 습기가 많지 않은 경우이며, 따라서 실제 냉각성능에 영향을 미칠 정도로 성에가 쌓이는 조건이 되지는 않는다.

도 7은 습도센서 배면의 발열체(heater) 가동과 성에가 쌓이는 양(습기의 양)의 상관 관계를 설명하기 위한 그래프로서, 도 6과 같이 습도센서의 출력 값이 물방울 또는 습기에 의해 출력 최대치에 도달했을 때 발열체가 작동하고, 이에 따라 습도센서의 출력 값이 변화하는 것을 나타낸 그래프이다.

습도센서에 물방울이 유입된 경우인 도 7의 (a)를 보면, 물방울이 증발되는 동안 출력 값(V)이 최대로 유지되다가 물이 증발되고 나면 출력 값(V)이 급격하게 떨어지는 것을 알 수 있고, 특히 성에가 쌓이는 조건인 도 7의 (b)는 발열체 작동 시 곧바로 급격한 경사로 출력 값(V)이 떨어짐을 알 수 있으며 그 주기는 약 30 ~ 60초 사이임을 알 수 있다.

성에가 쌓이는 조건과는 거리가 먼 소량의 습기가 습도센서에 유입된 경우는 도 7의 (c)와 같이, 발열체 작동 직후 다량의 습기가 유입된 경우를 나타낸 상기 도 7의 (b)에 비해 더 짧은 시간에 습도센서의 출력 값(V)이 떨어지는 것을 알 수 있다. 카본저항에 흡수된 습기의 양이 워낙 미비하기 때문이다.

도 8은 습도센서 출력 값이 검출 가능 최대치인 0.8V에 도달했을 때 발열체를 온(On)시키고 0.1V까지 떨어지면 발열체를 오프(Off)시키는 동작을 반복했을 때 시간에 따른 습도센서 출력 값(V)의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 8에서 물방울 상태에서의 습도센서의 출력 값 변화 주기는 짧지만 냉장고 냉각핀의 성에 발생과의 관계가 작기 때문에 무시하며, 소량의 습기가 유입된 경우 역시 성에 발생의 양이 아주 미비하기 때문에 무시한다. 즉, 다량의 습기가 유입된 경우의 주기만을 확인하여 그 주기가 발생한 횟수로부터 성에의 착상 양을 판단할 수 있다.

그러나 0.8V에서 센서 배면의 발열체가 작동하여 출력 값을 0.1V까지 내리는데 소요되는 시간이 길기 때문에, 성에가 쌓이는 양을 판단함에 있어 정확도가 떨어질 우려가 있으며, 0.1V에서 센서 배면의 발열체가 중지되면 각종 전원 노이즈 등에 의해 0.1V까지 내려가지 않은 경우가 발생할 수 있다.

성에가 쌓이는 양을 판단함에 있어 정확도를 높이고 각종 노이즈를 피하려면 습도센서 배면의 발열체가 온/오프(ON/OFF)되는 시점 사이의 간격을 좁힐수록 유리하다. 바람직하게는, 0.3V에서 발열체가 온(ON)되고 0.2V에서 발열체가 오프(OFF)되도록 설정할 수 있으나, 상황에 따라 충분히 변경 가능하므로 이에 한정되는 것은 아니다.

도 9는 0.3V에서 발열체를 온(On)하고 0.2V에서 발열체를 오프(Off) 한 경우 실제 테스트 결과로서, 최초 냉장고 전원 투입 후 2시간 동안 습도 변화를 측정한 값을 나타낸 그래프이다.

도 9을 보면, 습도센서의 출력 값이 발열체 온/오프에 따라 출력 상한 값(0.3V) 이상으로 상승했다가 출력 하한 값(0.2V) 이하로 떨어지는 주기의 발생횟수는 총 31회이며, 그 중 실제 냉각핀에 성에가 만들어 지는 조건이 되는 주기(유효 변화 주기; 주기가 30 ~ 60초인 주기)는 5회 정도 발생했음을 확인할 수 있다.

도 9에서 발열체가 구동되는 시점이 0.3V임에도 습도센서의 출력 값이 그 이상 출력되는 이유는 습도센서 배면의 상기 발열체가 습도센서에 흡수된습기를 증발시킬 수 있는 온도까지 가열되는 데에 있어 소정의 시간이 요구되기 때문이다.

도 10는 0.3V에서 발열체를 온(On)하고 0.2V에서 발열체를 오프(Off) 한 경우 실제 테스트 결과로서, 최초 냉장고 전원 투입 후 2시간 이후에 냉장실 안에 임의로 가습기를 가동하여 2시간 동안 측정한 값을 나타낸 그래프이다.

도 10을 참조하면, 총 51회 주기 중 실질적으로 냉장고 성능에 영향을 미칠 수 있는 정도로 성에가 쌓이는 조건의 주기 횟수(유효 변화 주기; 주기가 30 ~ 60초인 주기)는 39회 정도 발생한 것을 확인할 수 있다. 여기서 냉각핀의 온도가 올라가는 구간은 팬이 가동되는 시간이며, 팬이 가동된 이후 출력 값(V)에 변화가 발생하는 것을 확인할 수 있다.

도 11은 0.3V에서 발열체를 온(On)하고 0.2V에서 발열체를 오프(Off) 한 경우 실제 테스트 결과로서, 냉장실 안에 임의로 가습기를 가동하여 2시간 이후 동일 조건으로 1시간 추가하여 측정 값을 나타낸 그래프이다.

도 11을 보면, 습도센서 출력 값의 변화가 설정 값 범위 내에서 주기적으로 발생한 횟수는 총 20회이며, 총 20회의 주기 중 실제 성에가 쌓이는 조건의 주기 횟수(유효 변화 주기; 주기가 30 ~ 60초인 주기)는 15회 정도 발생하였다.

아래 [표 1]은 성에 발생 양을 확인하기 위해 도 9 내지 도 11의 실제 테스트를 정리하고 해당 테스트 별 실측 사진을 첨부한 테이블이며, [표 2]는 [표 1]의 성에 실측 값에 기초해 유효 변화 주기 1회당 실제 냉각핀에 쌓인 성에의 두께를 도출한 테이블을 나타낸다.

	최초 2시간 (도 9)	가습기 2시간 (도 10)	가습기 추가 1시간 (도 11)
전체 주기 횟수	31	51	20
유효 변화 주기 횟수 (30S ~ 60S)	5	39	15
냉각핀 + 성에의 양 (mm)	0.4	1.7	2.2
실측 사진

유효 변화 주기 횟수	5	39	15
냉각핀 + 성에의 양	0.4mm	1.7mm	2.2 mm
냉각핀 두께	0.25 mm	0.4 mm	1.7 mm
서리 실측 값	0.15mm	1.3mm	0.5mm
유효 변화 주기 당 성에 두께	0.0300 mm	0.0333 mm	0.0333 mm

다양한 조건에서의 실제 테스트를 통해 도출된 결과를 정리한 위 [표 1]과 [표 2]를 보면, 실질적으로 성에가 쌓이는 조건이 되는 유효 변화 주기(습도센서 출력 값 변화주기가 30S ~ 60S인 주기) 당 냉각핀에 쌓이는 성에의 양은 테스트 조건에 따라 다소 차이는 있을 수 있으나 약 0.03mm 정도인 것을 알 수 있다.

이와 같은 결과로부터 냉장고 증발기의 냉각핀에 A(mm, 냉장고 성능에 영향을 미칠 수 있을 정도로서 반드시 제상이 요구되는 성에의 착상 양)만큼 쌓였을 경우 냉장고의 제상히터가 가동되도록 시스템을 설정한다면, 'A÷0.03 = B'로 계산하여 유효 변화 주기 횟수가 B만큼 발생했을 때 제상히터가 가동되도록 설정하면 된다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고 제상 제어 장치를 통한 제상 제어를 위해 적용되는 제어 로직이다.

도 12를 참조하면, 발열체를 주기적으로 온/오프시켜 습도센서의 출력 값의 변화 주기를 검출한다. 바람직하게는, 습도센서의 출력 값(V)이 0.3V에 도달하는 시점에서 발열체를 온(On)하며, 발열체의 작동으로 습도센서의 출력 값(V)이 0.2V까지 떨어지면 발열체를 오프(Off)시키는 제어를 반복한다.

발열체의 반복적인 온/오프에 따라 주기적으로 변화하는 습도센서의 출력 값의 변화 주기 중 유효 변화 주기(습도센서의 출력 값이 사전에 설정된 상한 값(0.3V)까지 올랐다가 발열체 작동으로 설정 하한 값(0.2V)까지 떨어지는데 걸리는 시간이 30초 ~ 60초 사이인 주기)만을 추출한다. 그리고 그 유효 변화 주기가 발생된 횟수(X)를 카운팅한다.

마지막으로, 카운팅 결과와 사전에 설정된 기준 횟수(Y)를 비교하여 냉장고의 제상히터의 작동을 제어한다. 구체적으로는, 기준 횟수(Y)와 비교결과 유효 변화 주기 발생 횟수(X)가 상기 기준 횟수(Y) 이상이면 제상시기가 도래한 것으로 판단하고 제어부가 제상히터 작동을 위한 명령을 출력하여 제상운전이 실행되는 것이다.

이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 습도센서 출력 값의 변화 주기로부터 유효 정보를 추출하여 증발기의 냉각핀에 쌓인 성에의 양을 판단하여 제상이 요구되는 정확한 시점에 제상이 행해질 수 있도록 제어함으로써, 불필요한 제상이나 반대로 제상이 필요함에도 제상이 행해지지 않는 종래 제상운전의 문제를 해소할 수 있다.

즉, 제상이 필요할 만큼의 성에가 쌓이지 않았음에도 불구하고 불필요하게 제상히터가 가동되어 전력이 소모되는 것을 방지할 수 있으며, 반대로 제상이 필요한 경우임에도 제상히터가 동작하지 않아 냉각성능을 악화시키는 등의 문제를 미연에 해결할 수 있다. 결과적으로 냉장고의 성능과 효율을 크게 향상시키는 효과가 기대된다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

50 : 제어부
320 : 증발기
322 : 냉각핀
340 : 제상히터
350 : 습도센서모듈
352 : 습도센서
352b : 카본저항
354 : 발열체
356 : 열평형 부재

Claims (12)

1. 기판 위의 두 개의 전극과 두 개의 전극을 연결하는 전기적 저항으로 구성된 습도센서;
   상기 기판 배면에 설치되며 상기 전기적 저항에 흡수된 습기를 증발시키는 발열체;
   상기 습도센서와 증발기 사이의 열적 평형을 위해 상기 기판 배면에 부착되며 상기 증발기의 냉각핀에 연결되는 열평형 부재; 및
   상기 습도센서의 출력 값에 기초하여 상기 발열체의 온/오프를 제어하는 제어부;를 포함하며,
   상기 제어부는 상기 발열체 온/오프에 따른 상기 습도센서 출력 값의 변화 주기로부터 제상시기를 판단하여 냉장고 제상히터의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 냉장고 제상 제어 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 습도센서의 출력 값이 사전에 설정된 상한 값에 도달하면 상기 제어부 통제에 의해 발열체가 작동되고,
   상기 발열체의 작동으로 출력 값이 사전에 설정된 하한 값까지 떨어지면 상기 제어부에 의해 발열체의 작동이 정지되는 것을 특징으로 하는 냉장고 제상 제어 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 사전에 설정된 상한 값은 0.3 ~ 0.4V이고, 하한 값은 0.1 ~ 0.2V인 것을 특징으로 하는 냉장고 제상 제어 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 열평형 부재는 상기 증발기의 냉각핀과 재질이 동일하거나 유사한 금속편인 것을 특징으로 하는 냉장고 제상 제어 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 발열체 온/오프에 따라 변화되는 습도센서의 출력 값의 변화 주기 중 특정 시간의 유효 변화 주기만을 추출하여 발생된 횟수를 카운팅하며,
   상기 유효 변화 주기의 카운팅 결과와 사전에 설정된 기준 횟수를 비교하여 상기 제상히터의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 냉장고 제상 제어 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 유효 변화 주기는 습도센서의 출력 값이 사전에 설정된 상한 값까지 올랐다가 발열체 작동으로 설정 하한 값까지 떨어지는데 걸리는 시간이 30초 ~ 60초 사이인 주기인 것을 특징으로 하는 냉장고 제상 제어 장치.
   
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 카운팅 결과가 기준 횟수 이상이면 제상시기가 도래한 것으로 판단하고 상기 제상히터 작동을 위한 명령을 출력하는 것을 특징으로 하는 냉장고 제상 제어 장치.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 습도센서와 발열체, 열평형 부재가 하나의 모듈로 구성되며,
   상기 모듈은 둘 이상이 서로 다른 위치에 위치하도록 냉각핀에 설치되는 것을 특징으로 하는 냉장고 제상 제어 장치.
   
9. 발열체의 온/오프를 제어하여 습도센서의 출력 값의 변화 주기를 검출하는 제1 단계;
   상기 제1 단계를 통해 검출된 습도센서의 출력 값의 변화 주기 중 특정 시간의 유효 변화 주기만을 추출하고 유효 변화 주기가 발생된 횟수를 카운팅하는 제2 단계;
   상기 제2 단계에 의한 카운팅 결과와 사전에 설정된 기준 횟수를 비교하여 냉장고의 제상히터 작동을 제어하는 제3 단계;를 포함하는 냉장고 제상 제어 방법.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 습도센서의 출력 값이 사전에 설정된 상한 값에 도달하면 제어부 통제에 의해 상기 발열체를 작동시키는 제어가 수행되고,
    상기 발열체의 작동으로 출력 값이 사전에 설정된 하한 값까지 떨어지면 상기 제어부에 의해 발열체의 작동을 정지시키는 제어가 수행되는 것을 특징으로 하는 냉장고 제상 제어 방법.
    
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 유효 변화 주기는 습도센서의 출력 값이 사전에 설정된 상한 값까지 올랐다가 발열체 작동으로 설정 하한 값까지 떨어지는데 걸리는 시간이 30초 ~ 60초 사이인 주기인 것을 특징으로 하는 냉장고 제상 제어 방법.
    
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제3 단계에서 유효 변화 주기 발생 횟수와 기준 횟수의 비교결과, 유효 변화 주기 발생 횟수가 상기 기준 횟수 이상이면 제상시기가 도래한 것으로 판단하여 제어부에 의해 상기 제상히터를 작동시키는 제어가 수행되는 것을 특징으로 하는 냉장고 제상 제어 방법.

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