KR102290827B1 - 냉장고 - Google Patents

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KR102290827B1
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엄창원
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시 예에 의한 냉장고는, 저장공간이 형성되는 본체; 상기 저장공간과 독립된 단열공간을 형성하는 심온냉동칸; 상기 저장공간의 내측에 구비되며, 상기 저장공간을 냉각시키는 증발기; 상기 저장공간과 상기 증발기가 수용되는 공간을 구획하는 그릴팬어셈블리; 상기 심온냉동칸의 일측에 구비되며, 열전소자와 히트싱크 및 콜드싱크를 포함하여 상기 심온냉동칸이 상기 저장공간보다 낮은 온도로 냉각되도록 하는 열전소자모듈조립체; 상기 그릴팬 어셈블리의 일측에 형성되며, 상기 열전소자모듈조립체의 적어도 일부가 수용되는 열전소자모듈 수용부; 상기 열전소자모듈 수용부와 상기 증발기가 수용되는 공간이 연통되도록 형성되어, 상기 심온냉동칸의 제상운전시 발생되는 제상수를 배출하는 제상수 가이드; 상기 열전소자모듈 수용부에 구비되며, 상기 제상운전시 구동되어 낙하된 얼음을 녹이는 제상히터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉장고 { A Refrigerator }
본 발명은 심온 냉동칸을 구비하는 냉장고에 관한 것이다.
통상적인 냉장고는 저온으로 음식물을 보관하는 가전으로서, 냉장고의 고내에 보관되는 음식물의 온도에 따라 냉장실과 냉동실로 구분할 수 있다. 통상 냉장실은 섭씨 영상 3~4도의 온도를 유지하도록 하는 것이 일반적이며, 냉동실은 섭씨 영하 20도 내외의 온도를 유지하도록 하는 것이 일반적이다.
섭씨 영하 20도 내외의 온도를 가지는 냉동실은 음식물이 결빙된 상태로 보존되는 공간으로서, 소비자들이 음식물을 장기간 보관할 때 주로 사용된다. 그러나 영하 20도 내외를 유지하는 기존의 냉동실은 육류나 해산물 등을 얼릴 때 세포 내에 있는 수분이 빙결될 때 수분이 세포 밖으로 빠져나가는 등의 현상이 발생하여 세포가 파괴되고, 이로 인해 해동 후 조리를 할 때 원래의 맛을 잃어버리거나 식감이 변해버리는 문제가 발생한다.
반면 육류나 해산물 등을 얼릴 때, 세포 내 얼음이 형성되는 빙결점 온도 대역을 빠르게 지나며 냉각이 이루어지면, 세포 파괴를 최소화할 수 있어 해동 후에도 육질과 식감이 신선하게 살아나거나 재현되어 요리를 맛있게 할 수 있는 장점이 있다.
이런 연유로, 고급 음식점에서는 육류나 어류, 해산물 등을 급속하게 얼릴 수 있는 심온 냉동고를 사용하기도 한다. 그러나 대량의 음식을 보존해야 하는 음식점들과 달리, 일반 가정집에서는 심온 냉동고를 항상 사용할 필요가 없기 때문에, 음식점에서 사용되는 것과 같은 심온 냉동고를 별도로 구매하여 사용하기가 수월치 않다.
그러나 삶의 질이 향상되면서, 음식을 보다 맛있게 먹기 위한 소비자들의 욕구도 강해지게 되었고, 이에 따라 심온 냉동고의 사용을 원하는 소비자들이 증가하게 되었다.
이러한 소비자들의 요구를 만족시키기 위해, 냉동실 일부에 심온 냉동칸을 설치한 가정용 냉장고의 개발이 이루어지고 있다. 심온 냉동칸은 섭씨 영하 50도 정도의 온도를 만족하는 것이 바람직한데, 이러한 정도의 극저온은 통상적인 냉매를 사용한 냉동사이클 만으로는 도달할 수 없는 온도이다.
이에, 섭씨 영하 20도 정도까지는 냉동사이클을 이용하여 냉각하고, 그보다 더 낮은 심온으로 냉각할 때에는 열전소자(TEM; Thermoelectric Module)를 이용하여 냉각하는 방식으로 냉동실 내에 심온 냉동칸을 별도로 구비하는 가정용 냉장고들이 개발되고 있다.
그러나, 섭씨 영하 20도의 냉동실과 섭씨 영하 50도의 심온 냉동칸 사이의 온도 차는 상당히 크기 때문에, 이에 따라 기존의 냉동실 설계에 적용되던 단열, 제상, 냉기 공급 등의 구조를 심온 냉동칸에 그대로 적용하여서는 섭씨 영하 50도라는 온도를 구현하는 것 자체가 쉽지 않다.
또한 냉동실 자체의 공간을 차지하며 심온냉동칸을 제공할 때에는, 냉동실의 체적 용량이 줄어드는 것을 최소화해야 하므로 심온냉동칸 내부의 냉기를 냉각하고 순환하는 구조가 차지하는 공간을 최소화해야 할 필요가 있다.
특히 열전소자를 이용하여 극저온을 구현하는 경우, 열전소자의 흡열측과 발열측에서 모두 열교환이 원활하게 일어나고, 흡열측에서 열교환을 통해 냉각된 냉기가 원활하게 순환해야 하며, 최대한 간단한 구조를 가지면서도 열교환 손실이나 유동 손실이 발생하여서는 아니 된다.
아울러 극저온을 구현하기 위해 설치되는 열전소자와 관련 구성들이 차지하는 체적으로 인해, 기존의 그릴팬어셈블리 구조의 유속이나 압력 분포가 변화하게 되어 냉동실의 냉동이 원활하게 이루어지지 않을 우려도 있다.
본 발명의 실시 예는 저장공간의 내부에 열전소자에 의해 극저온 상태로 냉각 되는 독립된 심온냉동칸의 제상운전시 제상수 배출을 원활하게 하는 냉장고를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예는 저장공간의 내부에 열전소자에 의해 극저온 상태로 냉각 되는 독립된 심온냉동칸의 결빙에 의한 성능 저하를 방지할 수 있는 냉장고를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에 의한 냉장고는, 저장공간이 형성되는 본체; 상기 저장공간과 독립된 단열공간을 형성하는 심온냉동칸; 상기 저장공간의 내측에 구비되며, 상기 저장공간을 냉각시키는 증발기; 상기 저장공간과 상기 증발기가 수용되는 공간을 구획하는 그릴팬어셈블리; 상기 심온냉동칸의 일측에 구비되며, 열전소자와 히트싱크 및 콜드싱크를 포함하여 상기 심온냉동칸이 상기 저장공간보다 낮은 온도로 냉각되도록 하는 열전소자모듈조립체; 상기 그릴팬 어셈블리의 일측에 형성되며, 상기 열전소자모듈조립체의 적어도 일부가 수용되는 열전소자모듈 수용부; 상기 열전소자모듈 수용부와 상기 증발기가 수용되는 공간이 연통되도록 형성되어, 상기 심온냉동칸의 제상운전시 발생되는 제상수를 배출하는 제상수 가이드; 상기 열전소자모듈 수용부에서 상기 제상수 가이드 내부까지 연장되며, 상기 제상운전시 구동되어 상기 열전소자모듈 수용부와 상기 제상수 가이드 내부를 가열하는 제상히터를 포함할 수 있다.
상기 제상운전시 상기 열전소자는 역전압이 공급되어 상기 콜드싱크가 발열되는 것이 가능하다.
상기 열전소자모듈 수용부에는 상기 심온냉동칸의 공기를 흡입하여 상기 열전소자에서 열교환시킨 후 상기 심온냉동칸으로 토출되도록 공기의 유동을 강제하는 하는 냉각팬이 구비되는 것이 가능하다.
상기 열전소자모듈 수용부의 바닥면에는 상기 제상수 가이드와 연통되는 수용부 배출구가 형성되며, 상기 열전소자모듈 수용부의 바닥면은 상기 수용부 배출구를 향하여 경사지게 형성되는 것이 가능하다.
상기 제상수 가이드는 상기 열전소자모듈 수용부의 바닥면과 연통되며, 상기 제상히터는 상기 열전소자모듈 수용부의 바닥면에 배치되는 것이 가능하다.
상기 제상히터는 상기 콜드싱크의 하방에 위치되는 것이 가능하다.
상기 제상히터는, 상기 열전소자모듈 수용부의 바닥면을 따라 다수회 절곡되어 배치되는 수용부 가열부와; 상기 수용부 가열부의 일측에서 상기 제상수 가이드의 내측으로 연장되는 가이드 가열부를 포함하는 것이 가능하다.
상기 그릴팬어셈블리는, 상기 저장공간의 후벽면을 형성하며, 냉각 공기의 흡입 및 토출구가 형성되는 그릴팬과; 상기 증발기가 수용되는 공간의 벽면을 형성하며, 상기 그릴팬과 이격 결합되어 냉각 공기의 유동 통로를 형성하는 쉬라우드를 포함하는 것이 가능하다.
상기 쉬라우드는 상기 열전소자모듈 수용부 및 상기 열전소자 모듈 조립체를 후방에서 차폐하는 것이 가능하다.
상기 제상수 가이드는 상기 열전소자모듈 수용부에서 연장되며, 상기 쉬라우드를 관통하여 더 연장되는 것이 가능하다.
상기 쉬라우드에는 상기 제상수 가이드가 관통되는 관통구가 형성되며, 상기 제상수 가이드에는 상기 관통구의 외측에서 돌출되어 상기 제상수 가이드를 상기 관통구 외측에서 구속시키는 하부 구속돌기가 형성되는 것이 가능하다.
상기 제상수 가이드는, 상기 열전소자모듈 수용부에서 연장되어, 제상수를 하방으로 안내하는 연장부와; 상기 연장부의 단부에서 상기 증발기를 향하여 라운드지게 형성되어, 상기 제상수를 증발기측으로 안내하는 라운드부를 포함하며, 상기 라운드부는 상기 쉬라우드의 외측에 형성되는 것이 가능하다.
상기 제상수 가이드는 후면이 개구되도록 형성되며, 상기 쉬라우드에 의해 개구된 후면이 차폐되어 제상수가 유동되는 폐유로를 형성하는 것이 가능하다.
상기 그릴팬에는 상기 제상수 가이드가 장착되도록 함몰되는 가이드 장착부가 형성되며, 상기 가이드 장착부에 상기 제상수 가이드가 장착된 상태에서, 상기 제상수 가이드의 후단과 상기 그릴팬의 후면은 동일 평면상에 위치되는 것이 가능하다.
상기 제상수 가이드의 후면은 개구되며, 상기 쉬라우드의 장착시 상기 제상수 가이드의 개구된 후면을 차폐하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 상기 심온냉동칸을 냉각하기 위한 열전소자모듈조립체가 히트싱크는 증발기로 공급되는 저온의 냉매가 경유될 수 있도록 함으로써, 상기 열전소자의 흡열면과 발열면의 온도차를 크게 할 수 있으며, 결국 상기 심온냉동칸이 -40℃ ~ -50℃ 가량의 극저온을 구현하는 것이 가능하게 된다.
그리고, 심온냉동칸의 제상운전시 열전소자에 역전압을 인가하여 콜드싱크측에 착상된 성에와 결빙을 제거할 수 있다. 또한, 콜드싱크에서 낙하된 열전소자모듈 수용부 내측의 얼음 덩어리를 제상히터로 가열함으로써 얼음에 제상 성능을 보다 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 완벽한 제상을 통해 상기 심온냉동칸의 내부로 공급되는 냉기의 유동을 원활하게 하고 콜드싱크의 열교환 성능 또한 최상의 상태로 유지될 수 있도록 한다.
그리고, 상기 제상히터는 상기 제상수 가이드의 내측까지 연장되도록 형성되어 상기 제상수 가이드 내측으로 유입된 작은 크기의 얼음 조각들이 결빙되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 제상수 가이드 내측이 항상 제상수 유동이 원활하도록 공간을 확보할 수 있게 되는 이점이 있다.
그리고, 상기 제상수 가이드는 상기 그릴팬 상에 견고하게 고정된 상태를 유지랄 수 있으며, 상기 그릴팬과 상기 쉬라우드 사이에 고속으로 냉기가 유동하게 되더라도 유동되지 않도록 하여 소음을 방지하고 견고한 장착상태를 유지하도록 할 수 있다.
또한, 상기 제상수 가이드는 상기 열전소자모듈 수용부의 내측에서 상기 쉬라우드 외측의 증발기가 수용된 공간까지 연장되도록 함으로써 제상수가 상기 그릴팬과 쉬라우드 사이의 공간에 유입되지 않도록 하여 제상수가 결빙되거나 냉기 유로를 막는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제상수 가이드는 단부가 상기 증발기 측으로 라운드지게 형성되어 낙하되는 제상수를 상기 증발기 방향으로 유도함으로써 제상수 낙하시 발생되는 소음을 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 냉장고의 도어가 개방된 사시도이다.
도 2는 상기 냉장고의 이너 케이스 내부의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 그릴팬어셈블리와, 심온냉동칸, 그리고 열전소자모듈조립체의 결합 구조를 전방에서 본 분해 사시도이다.
도 4는 상기 그릴팬어셈블리와, 심온냉동칸, 그리고 열전소자모듈조립체의 결합 구조를 후방에서 본 분해 사시도이다.
도 5는 도 2의 A-A 단면도이다.
도 6은 상기 냉장고의 냉동사이클 냉각장치의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
도 7은 상기 열전소자모듈조립체를 전방에서 본 사시도이다.
도 8은 상기 열전소자모듈조립체의 결합 구조를 전방에서 본 분해 사시도이다.
도 9는 상기 열전소자모듈조립체와 상기 증발기와의 냉매배관 연결 상태를 보인 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 의한 제상 히터와 제상수 가이드의 배치를 보인 부분 사시도이다.
도 11은 상기 제상수 가이드의 결합 구조를 보인 분해 사시도이다.
도 12는 상기 그릴팬어셈블리와 상기 제상수 가이드의 결합 구조를 보인 부분 사시도이다.
도 13는 상기 열전소자모듈조립체와 그릴팬 어셈블리의 결합 상태를 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13의 A부 확대도이다.
도 15는 도 13의 B부 확대도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명에서 "심온"이라 함은, 냉동실의 통상적인 냉동 보관 온도인 섭씨 영하 20도보다 더 낮은 온도를 의미하는 것이며, 수치적으로 그 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한 심온냉동칸이라 하더라도 그 저장 온도는 섭씨 영하 20도를 포함하며 그보다 더 높을 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 냉장고의 도어가 개방된 사시도이다. 그리고, 도 2는 상기 냉장고의 이너 케이스 내부의 구조를 나타낸 사시도이다.
도면에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 냉장고는 직육면체 형태의 냉장고 본체(10)와, 상기 본체의 전방에서 본체의 각 공간을 개폐하는 냉장고 도어(20)를 구비한다. 본 발명의 냉장고는 냉장실(30)이 상부에 구비되고 냉동실(40)이 하부에 구비되는 바텀프리저(bottom freezer) 구조로서, 냉장실과 냉동실은 각각 양단부의 힌지(25)를 기준으로 회전하며 개방되는 양문형 도어(21, 22)를 구비한다. 다만 본 발명은 바텀프리저 구조의 냉장고에 한정되는 것은 아니며, 냉동실에 심온 냉동칸을 설치할 수 있는 구조의 냉장고라면, 냉장실과 냉동실이 좌우로 각각 배치되는 사이드 바이 사이드(side by side) 구조의 냉장고, 냉동실이 냉장실의 위쪽에 배치되는 탑 마운트(top mount) 구조의 냉장고 등에도 적용될 수 있다.
냉장고 본체(10)는 외장을 구성하는 아웃케이스(11)와, 상기 아웃케이스(11)와 소정의 공간을 두고 설치되며 냉장실(30)과 냉동실(40)의 내장을 구성하는 이너케이스(12)를 포함한다. 상기 아웃케이스(11)와 이너케이스(12) 사이의 공간에는 단열재(80)가 발포되어 채워짐으로써 실내공간으로부터 냉장실(30)과 냉동실(40)의 단열이 이루어지게 된다.
냉장실(30)과 냉동실(40)의 저장 공간에는 공간 활용 효율을 높여 음식물을 보관할 수 있도록 선반(13)과 서랍(14)이 설치되어 있으며, 선반과 서랍은 그 좌우에 배치된 레일(15)을 따라 가이드 되어 저장 공간 내에 설치될 수 있다. 냉장실 도어(21)와 냉동실 도어(22)의 내측에는 도시된 바와 같이 도어바스켓(27)이 설치되어 있어 음료수 등의 용기를 저장하기에 적합하다.
본 발명에 따른 심온냉동칸(200)은 냉동실(40) 내에 구비된다. 냉동실(40)의 공간은 효율적인 사용을 위해 좌우로 분할되어 있으며, 이는 냉동실의 중앙에서 상하로 연장된 형태의 분할벽(42)에 의해 구획된다. 도 2를 참조하면, 이러한 분할벽(42)은 본체의 전방으로부터 안쪽으로 끼워져 설치되며, 냉장고 바닥에 마련된 설치가이드(42-1)를 통해 냉동실 내에서 지지될 수 있다. 본 발명에 따르면 심온냉동칸(200)이 냉동실(40)의 우측 상부에 위치하는 것이 예시된다. 다만 본 발명의 심온냉동칸(200)이 반드시 냉동실 내에 구비되어야 하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 즉 본 발명의 심온냉동칸(200)은 냉장실(30)에 구비되는 것도 가능하다. 다만 냉동실(40)에 심온냉동칸(200)을 배치하는 경우에는 심온냉동칸의 내부와 외부(냉동실 분위기)의 온도 차이가 더 작으므로, 냉기의 누설 방지나 단열의 관점에서는 냉동실에 설치하는 것이 더 유리하다 할 것이다.
냉동실의 후방 하부에는 냉동실과 격리되어 있는 기계실이 위치하며, 기계실에는 냉매에 의한 냉동사이클 냉각장치(70)의 압축기(71)와 응축기(73)가 배치된다. 냉동실을 이루는 공간과 이너케이스(12)의 후방 벽 사이에는 냉동실의 후 벽면을 규정하는 그릴팬(51)과, 상기 그릴팬(51)의 후방에 결합되어 냉각실 내의 냉기를 분배하는 쉬라우드(56)를 포함하는 그릴팬어셈블리(50)가 설치되어 있다. 그리고 그릴팬어셈블리(50)와 이너케이스(12)의 후방 벽 사이의 소정 공간에는 냉동사이클 냉각장치(70)의 증발기(77)가 설치되어 있다. 증발기(77) 내부의 냉매가 증발될 때 증발하는 냉매는 냉동실 내부 공간을 유동하게 되는 공기와 열 교환을 하고, 이러한 열 교환에 의해 냉각된 공기가 상기 그릴팬(51)과 쉬라우드(56)에 의해 규정되는 냉기 분배 공간 내에서 분배되어 냉동실을 유동함으로써, 냉동실의 냉각이 이루어지게 된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 그릴팬어셈블리와, 심온냉동칸, 그리고 열전소자모듈조립체의 결합 구조를 전방에서 본 분해 사시도이다. 그리고, 도 4는 상기 그릴팬어셈블리와, 심온냉동칸, 그리고 열전소자모듈조립체의 결합 구조를 후방에서 본 분해 사시도이다.
도면에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 일실시 예로서, 심온냉동칸(200)이 적용되기 위한 그릴팬어셈블리(50)는, 냉동실 후방 벽을 규정하는 그릴팬(51) 부분과, 그릴팬(51)의 후면에서 상술한 증발기(77)와 열교환하여 냉각된 냉기를 분배하여 냉동실 내부로 공급하기 위한 쉬라우드(56)를 포함한다.
그릴팬(51)에는, 도시된 바와 같이 전방을 향해 냉기를 토출하는 통로가 되는 냉기토출구들(52)이 마련된다. 도시된 실시 예에서는 냉기토출구(52)가 상단부 좌우 측(521,522), 중앙부 좌우 측(523,524), 그리고 하부 좌우 측(526)에 마련되어 있다(도 3에서는 중앙 좌측 하부 좌측의 냉기토출구가 심온냉동칸에 가려져 있다).
쉬라우드(56)는 상기 그릴팬(51) 후방에 결합되며, 결합된 후에는 상기 그릴팬(51)의 후면과 함께 소정의 공간을 규정하게 된다. 이러한 공간은 그릴팬어셈블리(50) 내지 쉬라우드(56)의 후면에 마련된 증발기(77)에서 냉각된 공기를 분배하는 공간이 된다. 쉬라우드(56)의 대략 중앙 상부에는, 쉬라우드(56) 후방의 공간과, 그릴팬(51) 및 쉬라우드(56) 사이의 공간을 연통하는 냉기흡입공(58)이 마련된다. 그리고 그릴팬(51) 및 쉬라우드(56) 사이의 공간에서 상기 냉기흡입공(58)의 내측에는, 상기 냉기흡입공(58)을 통해 쉬라우드(56) 후방 공간의 냉기를 흡입하여 상기 그릴팬(51) 및 쉬라우드(56) 사이의 공간으로 분배 가압하는 팬(57)이 설치된다.
상기 팬(57)에 의해 가압된 냉기는 그릴팬(51)과 쉬라우드(56) 사이의 공간을 유동하며 적절히 분배되어, 그릴팬(51)의 전방으로 개구된 냉기토출구들(52)을 통해 전방으로 토출된다.
상기 그릴팬(51)의 우측 상부로서, 우측 상단의 냉기토출구(522)와 우측 중앙의 냉기토출구(524) 사이에는, 심온냉동칸(200)의 심온 냉각을 담당하는 열전소자모듈조립체(100)가 설치되는 열전소자모듈 수용부(53)가 마련된다.
열전소자모듈 수용부(53)는 냉동실(40)에서 심온냉동칸(200)이 설치되는 위치에 대응하는 그릴팬(51)의 전면에 마련된다. 열전소자모듈 수용부(53)는, 냉동사이클 냉각장치(70)에 의해 냉각이 이루어지는 저장공간의 하나인 냉동실(40)의 후방 경계를 규정하는 벽체, 즉 그릴팬(51)과 일체로 성형되거나, 상기 벽체와 별도의 부품으로 제작되어 조립되는 방식으로 설치할 수 있다. 예를 들면 그릴팬의 경우 사출 성형에 의해 제작될 수 있는데, 이때 열전소자모듈 수용부(53)에 해당하는 부분을 함께 성형하는 방식이 적용될 수 있다. 반면 저장공간의 후방 경계가 이너케이스(12)에 의해 규정되고, 이너케이스(12)를 성형하는 과정에서 열전소자모듈 수용부(53) 형상을 함께 성형하는 것이 공정 상 어려운 경우에는, 도 21에 도시된 바와 같이 열전소자모듈 수용부(53)를 별도의 부품으로 제작하여 벽체에 고정 조립하는 방식이 적용될 수도 있다.
상기 열전소자모듈 수용부(53)는 그릴팬(51)의 전면에서 전방으로 돌출 연장된 대략 직육면체 형태(후방은 증발기가 마련된 냉각실 쪽으로 개방되어 있음)로서, 전방에서 본 형상은 대략 상하로 더 긴 직사각형 형태가 된다. 전방에서 보았을 때 직사각형 형태의 중앙부에는 열전소자모듈조립체(100)에 의해 냉각된 공기가 토출되는 그릴부(531)가 마련되고, 그 상부와 하부에는 각각 전방으로 개구된 흡입부(533)가 마련된다. 흡입부(533)는 흡입부(533) 외부의 공기를 열전소자모듈 수용부(53)의 내부 공간{즉 그릴부(531)보다 후방의 공간이면서 열전소자모듈 수용부(53)의 외형을 규정하는 직사각형의 외주 벽체의 안쪽 공간}으로 흡입하는 통로가 된다. 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 내부 공간은, 상기 그릴부(531) 및 흡입부(533)를 통해 열전소자모듈 수용부(53)보다 전방에 마련된 공간과 연통하는 것 외에는, 그릴팬(51)의 전방에 마련된 공간과 격리되는 공간이 된다.
상기 그릴부(531)와 흡입부(533) 사이에는, 그릴부(531)에서 토출되는 냉기가 그와 가까이 배치된 흡입부(533)로 즉시 재유입되는 현상을 방지하기 위해, 그릴부(531)와 흡입부(533) 사이에서 전방으로 연장되는 격벽 형태의 토출가이드(532)가 마련된다. 그릴부(531)에서 토출된 공기가 흡입부(533)로 즉시 재유입되는 것을 방지하기 위해서는, 그릴부(531)와 흡입부(533)가 인접하고 있는 범위에만 토출가이드(532)를 마련하는 것으로 족하다.
그러나 그릴부(531)에서 토출된 냉기가 전방을 향해 유동하려는 성질, 즉 직진성을 향상시키는 효과를 더욱 누리고자 할 때에는 토출가이드(532)가 도시된 바와 같이 그릴부(531)를 전체적으로 둘러싸는 형태인 것이 바람직하다. 토출가이드(532)의 유동 단면은 도시된 바와 같이 정사각형 형태일 수 있으나, 그릴부(531) 또는 그릴부의 후방에 배치된 팬의 블레이드 형태처럼 원형의 형태를 가질 수도 있다. 이러한 유동 단면 형상은, 그릴부에서 토출된 냉기가 흡입부로 재유입되는 것을 방지하면서 냉기의 직진성을 향상할 수 있는 구조라면 반드시 사각형이나 원형의 유동 단면을 가지는 것은 아니며, 다양한 형태로 변형 가능하다.
또한 흡입부(533)의 형성 위치 역시 반드시 냉각팬(190)의 상부 및 하부의 위치에 한정되어야 하는 것은 아니다. 즉 흡입부는 냉각팬(190)의 좌측과 우측에도 마련될 수 있으며, 이들의 설치 위치는 냉각팬의 상부, 하부, 좌측 및 우측 중에서 하나 또는 둘 이상 선택된 위치에 마련될 수 있다.
상기 열전소자모듈 수용부(53)의 후방은 개방된 형태가 된다. 그리고 열전소자모듈조립체(100)는 상기 그릴팬(51)의 후방으로부터 전방으로 삽입되며 상기 열전소자모듈 수용부(53) 내부에 수용된다.
상기 열전소자모듈 수용부(53)의 일측에는 심온냉동칸(200)의 온도와 습도를 감지하기 위한 센서가 그 내부에 설치되는 센서 설치부(54)가 연설(連設)되는 형태로 마련된다. 상기 센서 설치부(54)에는 제상 센서가 설치되어, 후술할 콜드싱크(120)의 제상이 필요한 시기를 센싱하여 제상 여부를 결정할 수 있다. 센서 설치부(54)는 심온냉동 공간의 상태를 측정할 때 심온냉동 공간의 상태를 대표할 수 있는 위치에 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면 흡입부(533)가 열전소자모듈 수용부(53)의 상부와 하부에 배치되어 있기 때문에, 센서 설치부(54)가 이러한 위치를 회피하여 설치하는 것이 보다 정확한 측정을 위해 유리하다. 이에 본 발명에서는 센서 설치부(54)가 열전소자모듈 수용부(53)의 일측면에 설치되도록 하였다. 그리고 상기 센서 설치부(54)는 전방으로 통공이 마련되어 있어 이를 통해 센서 설치부 전방의 공기 분위기가 센서 설치부(54)의 내부 공간에도 전달되도록 할 수 있다.
열전소자모듈조립체(100)는 상기 그릴팬어셈블리(50)의 후방으로부터 전방으로 삽입되어, 상기 열전소자모듈 수용부(53)에 수용 고정된다. 상세히, 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 전방 쪽에는 박스팬 형태의 냉각팬(190)의 외주면이 열전소자모듈 수용부(53)의 내주면에 마주하여 그 위치가 규제된 상태에서, 스크류 등의 고정수단에 의해 열전소자모듈 수용부(53)의 전방 면과 고정된다. 그리고 상기 열전소자모듈조립체(100)는 상기 냉각팬(190)의 후방에 배치되도록 상기 그릴팬어셈블리(50)의 후방으로부터 전방을 향해 삽입되고, 스크류 등의 고정수단으로 상기 그릴팬어셈블리(50)와 체결 고정된다.
한편 후술하겠지만 열전소자모듈조립체(100)의 히트싱크(300)에는 냉매가 지나가는 유로가 마련되고, 히트싱크(300)에는 이러한 냉매의 유입과 유출을 위한 냉매 유입관(360)과 유출관(370)이 구비된다. 냉장고의 조립 과정에서 상기 열전소자모듈조립체의 히트싱크(300)에 마련된 냉매 유입관(360)과 냉매 유출관(370)은 냉장고의 냉동사이클 냉각장치(70)에서 냉매가 흐르는 냉매관과 각각 용접 작업이 이루어져야 한다. 구체적으로, 유입관(360)은 응축기의 후단, 즉 수액기와 캐필러리튜브(모세관) 등의 팽창장치 후방에 연결되고, 유출관(370)은 증발기의 전방에 연결될 수 있다.
이처럼 열전소자모듈조립체(100)는 후술할 도 13에 도시된 각 구성품들(콜트싱크, 열전소자, 히트싱크 및 모듈하우징)이 조립된 모듈 형태로 스페이서(111)에 의해 이너케이스(12)와 소정의 간격을 확보하며 고정되고, 상기 스페이서(111)에 의해 확보되는 공간에서 작업자가 냉매관의 용접 작업을 더욱 수월하게 할 수 있으며, 냉매관 용접 작업 후 그릴팬어셈블리(50)를 냉동실의 후방에 설치하며 그릴팬어셈블리와 열전소자모듈조립체(100)를 고정하는 작업을 할 수 있다. 상기 스페이서(111)는 상기 이너케이스(12)에 스크류 등으로 고정되거나, 이너케이스(12)에 돌출된 돌기에 상기 스페이서(111)의 후방에 마련된 구멍이 끼워 맞춰지는 등의 방식으로 이너케이스(12)에 고정될 수 있다.
도 5는 도 2의 A-A 단면도이다.
도면에 도시된 것과 같이, 심온케이스(210)는 전방이 개구되고, 후방의 일부에 개방구(211)가 형성되며, 대략적으로 직육면체의 형태를 가지는 함체 구조로서, 좌우 측면에 전후 방향으로 연장된 레일 구조가 제공되어 고내측에 고정 장착될 수 있다.
상기 심온케이스(210)는, 냉동실의 공간과 마주하는 아우터케이스(213), 및 상기 아우터케이스(213) 내부에서 상기 아우터케이스(213)와 결합되며 상기 아우터케이스(213)와의 사이에서 소정의 공간을 규정하는 인사이드케이스(214)를 포함한다. 아우터케이스(213)와 인사이드케이스(214) 사이의 공간에는 단열재(80)가 마련되어 심온냉동칸(200) 내부의 공간과 냉동실(40) 공간 사이를 단열한다. 상기 단열재로는 폴리우레탄 등의 발포단열재(81)가 사용될 수 있으며, 발포단열재는 단열의 기능 외에도 아우터케이스(213)와 인사이드케이스(214)를 고정해주는 기능을 하게 된다. 두께가 얇아야 하는 심온케이스(210)의 벽체 부분에는 단열 효율이 더 좋은 진공단열패널(82)이 더 적용될 수도 있다.
심온케이스(210)의 개구된 전방은 심온칸도어(220)에 의해 개폐된다. 심온칸도어(220)는 내부에 소정의 공간을 가지며, 그러한 공간 내에도 마찬가지로 단열재가 마련되어 심온냉동칸(200) 내부의 공간과 냉동실(40) 공간 사이를 단열한다. 심온칸도어(220)는 사용자의 파지감을 위해 어느 정도의 두께를 확보하는 것이 바람직하며, 중공의 내부에 발포단열재를 발포하여 강성을 확보할 수 있다.
심온칸도어(220)의 후방으로는 상기 심온케이스(210)의 내부 공간에 수용되는 심온트레이(526)가 고정 설치된다. 심온트레이(226)는 심온칸도어(220)와 일체로 거동하도록 구성할 수 있으며, 심온칸도어(220)를 전방으로 인출하면, 심온트레이(226)는 심온케이스(210)로부터 전방으로 슬라이드 인출된다. 심온칸도어(220)는 심온케이스(210)의 하부 또는 저면에 마련된 외부레일에 의해 안내되어 전후방으로 슬라이드 이동 가능하다.
상기 심온트레이(226)의 후방 벽 부분에는, 상기 열전소자모듈조립체(100)에서 심온 냉각된 냉기가 냉각팬(190)에 의해 전방으로 유동할 때 심온트레이(226) 내측으로 유입될 수 있도록 개방될 수 있다. 따라서, 심온냉동칸(200)을 냉동실(40) 내에 설치하였을 때 상기 심온트레이(226)의 개방된 후면이 열전소자모듈 수용부(53)와 마주하게 됨으로써, 열전소자모듈 수용부(53)에서 냉각팬(190)에 의해 전방으로 공급되는 심온 냉기가 심온트레이(226) 내부 공간으로 원활히 유입될 수 있다.
한편, 상기 심온케이스(210)의 상면은 이너케이스(12)의 상부부재 부분의 저면, 즉 천장면과 약간 이격되어 있다. 본 발명에 따르면 심온케이스(210)의 상면과 이너케이스(12)의 상부부재 저면이 서로 협력하여 덕트와 같은 구조를 구현하게 되며, 이에 따라 그릴팬(51)의 상단부에 있는 냉기토출구(522)에서 토출된 공기가 상술한 덕트와 같은 구조를 따라 전방으로 안내되어 원활하게 유동한다. 따라서 심온케이스(210)가 설치되더라도, 냉동실 도어(22)의 내측 상부에 설치된 도어바스켓(27)에도 냉기가 원활하게 도달할 수 있다.
상술한 덕트와 같은 구조를 구현하기 위해서는 심온케이스(210)의 상부 벽체의 두께를 얇게 해야 한다. 즉 심온케이스(210)의 상부의 두께가 얇아야만 심온케이스의 내부 체적도 확보하면서 덕트와 같은 구조도 구현하는 것이 가능하다. 이러한 점에서 본 발명에서는 심온케이스의 상부 부재의 내부에 진공단열패널(82; vacuum insulated panel)을 내장한 상태에서 나머지 공간에 발포 단열재(81)를 발포함으로써 심온케이스(210)의 상부 부재의 두께를 얇게 하였다. 발포 단열재는 진공단열패널이 채우지 못하는 아우터케이스(213)와 인사이드케이스(214) 내부의 공간을 채워주게 되고, 이는 단열뿐만 아니라 아우터케이스(213)와 인사이드케이스(214)의 체결력도 더 높여주는 기능을 하게 된다.
아울러 심온케이스(210)의 하부에는 그릴팬(51)의 중간 높이 부근에 있는 냉기토출구(524)가 배치되므로, 이를 통해 토출되는 냉기 역시 전방으로 원활하게 유동할 수 있다.
상기 열전소자모듈조립체(100)는 콜드싱크(120), 열전소자(130), 단열재(140), 및 히트싱크(300)가 적층되어 모듈하우징(110)에 설치됨으로써 모듈 형태를 이루게 되는 조립체이다. 상기 콜드싱크(120), 열전소자(130)와 단열재(140), 및 히트싱크(300)는 스크류 등의 밀착 수단에 의해 상호 밀착 적층된 상태로 모듈하우징(110)의 수용홈(113)에 삽입 고정된다.
그리고, 상기 열전소자모듈조립체(100)는 상기 모듈하우징(110)이 상기 그릴팬어셈블리(50)의 배면에 밀착 고정되는 것에 의해 장착될 수 있다. 상기 열전소자모듈조립체(100)의 구체적인 구조는 아래에서 보다 상세하게 살펴보기로 한다.
도 6은 상기 냉장고의 냉동사이클 냉각장치의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
본 발명에 따른 냉장고의 냉동사이클 냉각장치(70)는 증발, 압축, 응축, 팽창의 열역학적 사이클을 거치는 냉매를 통해 냉동실 내부의 열을 냉장고 외부로 배출하는 장치이다. 본 발명의 냉동사이클 냉각장치는 저압 분위기의 액체 상의 냉매가 냉각실(그릴팬어셈블리와 이너하우징 사이의 공간) 공기와 열교환하며 증발하는 증발기(77), 증발기에서 기화된 기체 상의 냉매를 가압하여 고온 고압의 기체 냉매로 토출하는 압축기(71), 압축기(71)에서 토출된 고온 고압의 기체 냉매가 냉장고 외부(기계실)의 공기와 열교환하며 응축함으로써 열을 배출하는 응축기(73), 응축기(73)에서 응축된 냉매를 저온의 분위기로 압력 강하시키는 모세관 등의 팽창장치(75)를 포함한다. 팽창장치(75)에서 압력이 낮아진 액체 상의 저온 저압의 냉매는 다시 증발기로 유입된다.
본 발명에 따르면 열전소자모듈조립체(100)의 히트싱크(300)의 열을 빠르게 냉각해야 하기 때문에, 상기 팽창장치(75)를 거친 후 압력과 온도가 낮아진 저온 저압의 액체 상의 냉매가 증발기(77)로 유입되기 전에 먼저 열전소자모듈조립체(100)의 히트싱크(300)를 지나도록 구성한다.
따라서, 모세관을 거쳐 나온 냉매는 상기 냉매 유입관(360)을 통해 히트싱크(300)로 유입되어 열전소자(130)의 발열면의 열을 냉각 내지 흡수하고, 냉매 유출관(370)을 통해 나와 증발기(77)로 유입된다.
액체 상의 냉매는 상기 히트싱크(300)를 지나면서, 열전소자(130)의 발열면(130b)에서 발생하는 열을 히트싱크(300)를 통한 열전도 방식으로 빠르게 흡수하며 지나가게 된다. 따라서 히트싱크(300)의 열은 히트싱크를 순환하는 냉매에 의해 빠르게 냉각된다.
이를 보다 상세하게 살펴보면, 상기 압축기(71)는 저온 저압의 기체 상의 냉매를 가압하여 고온 고압의 기체 상의 냉매를 토출한다. 그리고 이러한 냉매는 응축기(73)에서 발열하며 응축 즉 액화된다. 앞서 설명한 바와 같이 이들 압축기(71)와 응축기(73)는 냉장고의 기계실에 배치된다.
응축기(73)를 거치며 액화된 고온 고압의 액 냉매는 모세관과 같은 팽창밸브 등의 장치(75)를 거치며 압력이 떨어진 채로 증발기(77)에 유입된다. 증발기(77)에서 냉매는 주변의 열을 흡수하며 증발하게 된다. 본 발명의 도 6에 도시된 실시 예에 따르면, 응축기(73)를 거친 냉매가 냉장실측 증발기(77b) 또는 냉동실측 증발기(77a)로 분기되는데, 이때 열전소자모듈조립체(100)의 히트싱크(300)가 냉매의 유동 경로 상 상기 냉동실측 증발기(77a)보다 전방에 구비되고, 팽창장치(75)보다 후방에 배치된다.
심온냉동칸(200)은 최대 섭씨 영하 50도를 유지해야 하는 공간으로서, 열전소자(130)의 발열면(130b)을 매우 차갑게 유지해주어야, 흡열면(130a)이 그보다 더 차가운 상태를 유지하기가 원활하다. 따라서 냉매가 경유하며 지나가는 히트싱크(300) 부분을 냉동실측 증발기(77a)보다 냉매의 유동 상 전방에 둠으로써 가장 차가운 상태를 유지할 수 있도록 하였다. 특히 히트싱크(300)는 열전소자(130)와 직접적으로 접촉하여 금속과 같은 열전도체를 통한 전도 방식으로 열전소자(130)로부터 열을 흡수하기 때문에, 열전소자(130)의 발열면(130b)을 확실히 냉각할 수 있다.
그리고, 상기 심온냉동칸(200)의 냉각이 이루어지고 있는 상태 즉, 상기 히트싱크(150) 내부의 냉매가 상기 열전소자(130)의 발열면(130b)을 냉각하게 되는 상태에서는 상기 압축기(71)가 최대출력 또는 설정된 출력보다 더 높게 운전되도록 하여 냉동실의 냉각 효율이 저하되는 것을 방지하도록 할 수 있다.
한편 심온냉동칸(200)을 섭씨 영하 50도의 심온으로 냉각하지 않고, 통상적인 냉동실처럼 섭씨 영하 20도 정도로 사용하고 싶을 때에는, 단지 열전소자(130)에 전원을 공급하지 않는 것만으로 일반 냉동칸으로 사용하는 것이 가능하다. 이러한 경우에는, 열전소자(130)에 전원을 가하지 않으면, 열전소자의 히트싱크에서는 흡열과 발열이 일어나지 않는다. 따라서 히트싱크(300)를 거치게 되는 냉매는 흡열을 하지 않아 증발하지 않은 액 냉매 상태로 냉동실측 증발기(77a)로 유입된다.
즉 일반적인 압축 방식에 의한 냉동 사이클 냉각장치에서 발생된 냉기는 본 발명의 냉장고의 냉동실(40)과 냉장실(30)에 냉기를 공급하며, 심온냉동칸을 동작시킬 때에는 팽창장치(75)를 거친 냉매가 열전소자모듈조립체(100)의 히트싱크(300)를 지나며 열전소자(130)의 발열면에서 발생하는 열을 빠르게 흡수하여 열전소자(130)의 발열면에서 발생하는 열이 빠르게 배출되도록 한 후 증발기(77a)로 들어가는 것이다.
한편, 본 발명의 실시 예는 증발기(77a,77b)의 개수가 복수개 구비되어 냉장실(30)과 냉동실(40)을 개별적으로 냉각할 수 있도록 하는 냉동사이클 냉각장치(70)를 예를 들어 설명하고 있으나, 하나의 증발기(77a)로 상기 냉장실(30)과 냉동실(40) 모두 냉각할 수 있는 냉동사이클 냉각장치에도 동일하게 적용될 수 있을 것이다.
이하에서는, 상기 열전소자모듈조립체(100)의 구조에 관하여 보다 상세하게 살펴보기로 한다.
도 7은 상기 열전소자모듈조립체를 전방에서 본 사시도이다. 그리고, 도 8은 상기 열전소자모듈조립체의 결합 구조를 전방에서 본 분해 사시도이다.
도면에 도시된 것과 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 의한 열전소자모듈조립체(100)는, 열전소자(130)와 콜드싱크(120), 히트싱크(300), 단열재(140) 및 모듈하우징(110)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 열전소자(130)는 펠티어 효과를 이용한 소자이다. 펠티어 효과란 서로 다른 두 개의 소자 양단에 직류 전압을 가했을 때 전류의 방향에 따라 한쪽 면에서는 흡열을 하고 반대 면에서는 발열을 일으키는 현상을 말한다.
열전소자는 전자가 주 캐리어인 n형 반도체 물질과, 정공이 캐리어인 p형 반도채 물질을 교호적으로 직렬로 연결한 구조로서, 전류가 흐르는 어느 일 방향을 기준으로 제1면에는 p형 반도체 물질로부터 n형 반도체 물질로 전류가 흐르도록 하는 전극 부위를 배치하고, 제2면에는 n형 반도체 물질로부터 p형 반도체 물질로 전류가 흐르도록 하는 전극 부위를 배치함으로써, 제1방향으로 전류를 공급하면 제1면이 흡열면이 되고 제2면이 발열면이 되며, 제1방향의 반대방향인 제2방향으로 전류를 공급하면 제1면이 발열면이 되고 제2면이 흡열면이 된다.
본 발명에 따르면 열전소자모듈조립체(100)는 그릴팬어셈블리(50)의 후방에서 전방으로 삽입 고정되며, 열전소자모듈조립체(100)의 전방에 심온냉동칸(200)이 구비되므로, 열전소자의 전방을 이루는 면, 즉 심온냉동칸(200)과 마주하는 면에서 흡열이 일어나고, 열전소자의 후방을 이루는 면, 즉 심온냉동칸(200)을 등지고 있는 면 내지 심온냉동칸(200)을 바라보는 방향의 대향면에서 발열이 일어나도록 구성할 수 있다. 그리고 열전소자에서 심온냉동칸과 마주하는 면에서 흡열이 일어나고 그 대향면에서 발열이 일어나도록 하는 제1방향으로 전류를 공급하면, 심온냉동칸의 냉동이 가능하게 된다.
본 발명의 실시 예에서 열전소자(130)는 전면과 후면을 구비하는 평평한 플레이트와 같은 형태를 가지고, 전면은 흡열면(130a)이 되고 후면은 발열면(130b)이 되는 것이 예시된다. 열전소자(130)에 공급되는 직류 전원은 펠티어 효과를 일으키게 되고, 이에 따라 열전소자(130)의 흡열면(130a)의 열을 발열면(130b) 쪽으로 이동시키게 된다. 따라서 열전소자(130)의 전면은 차가운 면이 되고, 뒷면은 열이 나는 부분이 된다. 즉 이는 심온냉동칸(200)의 내부의 열을 심온냉동칸(200) 외부로 방출시키는 것이라 할 수 있다. 열전소자(130)에 공급되는 전원은 열전소자(130)에 마련된 도선(132)을 통해 열전소자에 인가될 수 있다.
이러한 열전소자(130)의 전면, 즉 심온냉동칸(200)을 바라보는 흡열면(130a)에는 콜드싱크(120)가 접하며 적층된다. 콜드싱크(120)는 열전도도가 높은 알루미늄과 같은 금속 재질 또는 합금 재질로 이루어질 수 있으며, 그 전방 면에는 상하 방향으로 연장된 형태의 열교환핀(122)이 복수 개 좌우로 이격 형성된다.
상기 열전소자(130)의 후면, 즉 심온냉동칸(200)이 배치된 방향과 대향하는 발열면(130b)에는 히트싱크(300)가 접하며 적층된다. 히트싱크(300)는 펠티어 효과에 의해 발열면(130b)에 발생한 열을 빠르게 소산 내지 방출시켜주기 위한 구성으로서, 냉장고의 냉각을 위해 사용되는 냉동사이클 냉각장치(70)의 증발기(77)에 해당하는 부분을 히트싱크(300)로 구성할 수 있다. 즉 히트싱크(300)에서 냉동사이클 상 팽창장치(75)를 거친 저온 저압의 액상의 냉매가 흡열을 하는 과정 또는 흡열을 하며 증발하는 과정이 일어나도록 하면, 열전소자(130)의 발열면(130b)에서 발생한 열을 냉동사이클의 냉매가 흡수하거나 흡수하면서 증발하게 되어, 발열면(130b)의 열을 매우 즉각적으로 냉각할 수 있다.
상술한 콜드싱크(120)와 히트싱크(300)는 납작한 형상의 열전소자(130)를 사이에 두고 서로 적층되어 있기 때문에, 이들 사이의 열을 격리시킬 필요가 있다. 따라서 본 발명의 열전소자모듈조립체(100)는 열전소자(130)의 둘레를 에워싸며 상기 콜드싱크(120)와 히트싱크(300) 사이의 간극을 채워주는 형태의 단열재(140)가 적층된다. 즉 콜드싱크(120)의 면적은 상기 열전소자(130)보다는 크고, 상기 열전소자(130)와 단열재(140)의 면적과는 실질적으로 동일하다. 마찬가지로 상기 히트싱크(300)의 면적도 상기 열전소자(130)보다는 크고, 상기 열전소자(130)와 단열재(140)의 면적과는 실질적으로 동일하다.
한편 콜드싱크(120)와 히트싱크(300)의 크기는 서로 동일한 정도의 크기여야 하는 것은 아니며, 열 배출을 효과적으로 하기 위해 히트싱크(300)를 더 크게 구성하는 것이 가능하다.
다만 본 발명에 따르면, 히트싱크(300)의 열 배출 효율이 즉각적이고 확실하게 일어날 수 있도록 히트싱크를 관통하여 냉동사이클 냉각장치(70)의 냉매가 흐르도록 하되, 냉매의 유동로가 히트싱크의 면적 전체에 걸쳐 배치되도록 함으로써 히트싱크 내에서 냉매가 증발하며 기화열로서 열전소자(130)의 발열면으로부터 열을 빠르게 흡수하도록 하였다. 즉 본 발명에 도시된 히트싱크(300)의 크기는 열전소자(130)에 의해 발생하는 열을 즉각적으로 흡수하여 배출할 수 있을 정도의 크기를 가지도록 설계되었으며, 상기 콜드싱크(120)는 이보다는 작은 크기를 가질 수 있다. 다만, 본 발명에서는, 상기 콜드싱크(120) 쪽이 기체 대 고체 간의 열교환인 반면, 히트싱크(130) 쪽은 액체 대 고체 간의 열교환인 점을 감안하여, 상기 콜드싱크(120)의 크기를 더 키움으로써 상기 콜드싱크(120) 쪽의 열교환 효율도 더욱 높게 한 것임에 주목할 필요가 있다. 이렇게 상기 콜드싱크(120)의 크기를 확대하는 정도에 있어서, 본 발명의 실시 예에서는 열전소자모듈조립체(100)의 컴팩트함을 고려하여 상기 콜드싱크(120)가 히트싱크(130)와 대응하는 크기로 설계된 것을 예시하고 있으나, 상기 콜드싱크(120) 부분의 열교환 효율을 더욱 높이기 위해 히트싱크(130)보다 콜드싱크(120)가 더 크게 구성될 수도 있다.
한편, 상기 모듈하우징(110)은 상기 열전소자모듈조립체(100)가 수용되도록 형성되며, 상기 그릴팬 어셈블리(50)에 고정 장착되어 상기 열전소자모듈조립체(100)의 고정 장착은 물론 효과적으로 상기 심온냉동칸(200)으로 냉기를 공급할 수 있는 구조를 제공하게 된다.
상기 모듈하우징(110)은 수용홈(114)을 포함한다. 상기 수용홈(114)은 상기 열전소자모듈조립체(100)를 구성하는 구성들이 수용되는 공간을 제공할 수 있다. 상기 수용홈(114)은 상기 심온냉동칸(200)을 향하여 개구되며, 상기 열전소자모듈조립체(100)가 상기 그릴팬 어셈블리(50)에 장착되는 것에 의해 상기 수용홈(114)의 전면이 기밀될 수 있게 된다. 따라서, 상기 콜드싱크(120)에서 생성되는 냉기가 효과적으로 상기 심온냉동칸(200)의 내부로 공급될 수 있으며, 상기 히트싱크(300)는 고내측과 상기 심온냉동칸(200)의 온도에 영향을 주지 않고 상기 증발기(77)에 의해 열교환될 수 있다.
그리고, 상기 수용홈(114)의 내측에는 고정보스(114a)가 형성될 수 있다. 상기 고정보스(114a)는 상기 히트싱크(300)와 상기 단열재(140) 및 콜드싱크(120)를 관통하여 연장될 수 있다. 상기 고정보스(114a)의 연장된 단부에는 개구가 형성되며 내부가 중공되도록 형성되어 상기 콜드싱크(120)를 관통하는 고정부재(114b)가 상기 고정보스(114a)의 개구에 체결될 수 있도록 구성된다. 이때, 상기 고정부재(114b)는 상기 고정보스(114a)에 체결되는 스크류, 볼트 또는 이와 대응하는 구성이 사용될 수 있다.
또한, 상기 수용홈(114)의 테두리에는 상기 냉매 유입관(360)과 냉매 유출관(370)이 통과되는 테두리 홀(115)이 더 형성될 수 있다. 상기 테두리 홀(115)은 상기 냉매 유입관 및 냉매 유출관(370)은 물론 상기 열전소자(130)의 도선(132)이 함께 출입될 수 있도록 한쌍이 이격 형성될 수 있다. 또한, 상기 테두리 홀(115)은 상기 수용홈(114)의 둘레 중 하면 적어도 일부가 개구되도록 형성될 수 있으며, 상기 증발기(77)를 향하여 개구될 수 있다. 따라서, 상기 냉매 유입관(360)과 냉매 유출관(370)은 상기 증발기(77)와 인접한 위치에서 용이하게 서로 연결될 수 있다.
상기 수용홈(114)의 개구된 단부 둘레에는 플랜지(112)가 형성되며, 상기 플랜지(112)는 상기 쉬라우드(56) 또는 그릴팬(51)과 밀착된 상태로 결합될 수 있다. 상기 플랜지(112)는 상기 쉬라우드(56) 또는 그릴팬(51)과의 면접촉을 통해서 냉기의 누설을 차단함은 물론, 상기 열전소자모듈조립체(100)의 전면이 상기 그릴팬 어셈블리(50)에 안정적으로 안착되도록 지지할 수 있다.
상기 플랜지(112)의 양측에는 하우징 결합부(117)가 형성될 수 있다. 상기 하우징 결합부(117)는 상기 그릴팬(51) 또는 상기 쉬라우드(56)의 일측과 스크류와 같은 결합부재에 의해 결합되도록 구성될 수 있다. 상기 모듈하우징(110)은 상기 그릴팬 어셈블리(50) 상에 고정 장착될 수 있으며, 상기 그릴팬 어셈블리(50)와 밀착되어 상기 열전소자모듈조립체(100) 및 상기 심온냉동칸(200)의 냉기가 상기 플랜지(112)와 상기 그릴팬 어셈블리(50)의 접촉 부위를 통해 누설되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 그릴팬(51)의 후면에는 후방 즉, 상기 이너케이스(12)를 향하여 연장되는 스페이서(111)가 구비될 수 있다. 상기 스페이서(111)는 상기 모듈 하우징(110)이 상기 이너케이스(12)로부터 이격된 상태를 유지할 수 있도록 지지할 수 있다.
상기 모듈하우징(110)의 내측에는 우선 상기 히트싱크(300)가 수용되고, 이어서 상기 단열재(140)가 적층될 수 있다. 상기 단열재(140)는 사각 틀 형상으로 내부에는 상기 열전소자(130)가 배치될 수 있게 된다. 그리고, 상기 열전소자(130)는 양면이 각각 상기 히트싱크(300)와 콜드싱크(120)에 접촉되어 전원의 인가시 상기 히트싱크(300)에서 발열되고, 콜드싱크(120)에서 흡열될 수 있게 된다.
한편, 상기 단열재(140)까지의 적층 후에는 상기 콜드싱크(120)가 장착될 수 있다. 상기 콜드싱크(120)는 전면이 상기 수용홈(114)의 개구된 크기와 대응하며, 상기 수용홈(114)의 개구된 면을 차폐할 수 있다.
또한, 상기 콜드싱크(120)의 후면 중앙에는 상기 단열재(140) 중앙의 열전소자 수용홀(141)의 내측에 삽입될 수 있는 소자 접촉부(124)가 형성될 수 있다. 상기 소자 접촉부(124)는 상기 열전소자 수용홀(141)과 대응하는 크기로 형성되어 상기 단열재(140)의 내측을 기밀시키게 되며, 상기 열전소자(130)의 흡열면(130a)과 실질적으로 접하여 냉각될 수 있다.
상기 콜드싱크(120)는 양측에 형성된 체결홀(123)에 고정부재(114b)가 체결됨으로써 상기 모듈하우징(110)에 결합되고, 상기 콜드싱크(120)의 소자 접촉부(124)가 상기 열전소자(130)의 흡열면(130a)과 밀착 상태를 유지하게 된다.
한편, 상기 콜드싱크(120)의 전면 일측에는 상기 콜드싱크(120)의 온도를 감지하는 온도센서(125)가 구비될 수 있다. 상기 온도센서(125)는 센서 브라켓(126)에 의해 상기 열교환핀(122) 일측에 고정 장착될 수 있다.
상기 온도센서(125)는 상기 콜드싱크(120)의 온도를 감지하여 상기 열전소자(130)의 운전을 제어하도록 할 수 있다. 예컨데, 상기 온도센서(125)는 심온냉동칸(200)의 제상운전시 상기 열전소자(130)에 역전압이 가해질 때 상기 콜드싱크(120)의 온도가 설정온도 이상 상승되지 않도록 하여 과열되는 것을 방지하게 된다.
도 9는 상기 열전소자모듈조립체와 상기 증발기와의 냉매배관 연결 상태를 보인 도면이다.
도면에 도시된 것과 같이, 상기 열전소자모듈조립체(100)의 히트싱크(300)측은 상기 증발기(77)로 유입되는 저온의 냉매를 이용하여 냉각될 수 있도록 구성된다. 즉, 상기 열전소자(130)의 발열면(130b)의 냉각을 위해서 상기 증발기(77)로 유입되는 냉매 배관의 일부가 바이패스되어 상기 히트싱크(300)로 유입될 수 있도록 한다.
이를 보다 상세하게 살펴보면, 상기 증발기(77)는 상기 이너케이스(12)와 상기 그릴팬 어셈블리(50) 사이의 공간에 장착될 수 있다. 그리고, 상기 열전소자모듈조립체(100)는 상기 그릴팬 어셈블리(50)와 상기 이너케이스(12)에 고정 장착될 수 있으며, 상기 증발기(77)의 상방에 위치될 수 있다.
이때, 상기 열전소자모듈조립체(100)의 위치는 상기 증발기(77) 및 배관조립체(78)와 연결이 용이하도록 상기 증발기(77)의 좌우 양측 중 상기 증발기(77)의 말단 배관과 인접하는 일측에 배치될 수 있다. 즉, 상기 증발기(77)로 냉매가 유입되는 증발기 입력관(771)과 증발기 출력관(772)의 단부와 인접하도록 배치되는 것이 가능할 것이다.
이와 같은 상기 열전소자모듈조립체(100)의 배치 구조 및 상기 모듈하우징(110)의 결합구조에 의해서 상기 열전소자(130)와 상기 증발기(77) 및 배관조립체(78)들과의 연결 작업이 보다 용이하게 이루어질 수 있게 된다.
그리고, 상기 냉매 유입관(360)과 냉매 유출관(370)은 상기 증발기(77)측의 증발기 입력관(771)과 증발기 출력관(772)에 용이하게 연결될 수 있도록 상기 증발기 입력관(771)과 증발기 출력관(772)을 향하여 절곡된 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 배관조립체(78)는 상기 이너케이스(12)의 외측 보다 상세하게는 상기 냉장고 본체(10)의 후벽면에 배치될 수 있다. 상기 배관조립체(78)는 상기 압축기(71)와 연결되는 압축기 연결부(783) 그리고 상기 증발기 입력관(771)과 연결되는 모세관(781) 및 증발기 출력관(772)과 연결되는 출력 연결부(782)로 구성될 수 있다.
상기 증발기(77)와 열전소자모듈조립체(100)가 고정 장착된 상태에서 상기 열전소자모듈조립체(100)의 냉매 유입관(360)은 상기 모세관(781)과 용접에 의해 연결되며, 상기 냉매 유출관(370)은 상기 증발기 입력관(771)과 용접에 의해 연결될 수 있다. 그리고, 상기 증발기 출력관(772)은 상기 배관조립체(78)의 출력 연결부(782)와 용접에 의해 연결될 수 있다.
이와 같은 배관의 연결 구조에 의한 냉매의 유동 경로를 살펴보면, 상기 모세관(781)을 통해 유입되는 저온의 냉매는 상기 히트싱크(300)를 경유하게 되고, 상기 히트싱크(300)와 접하는 상기 열전소자(130)의 발열면(130b)를 냉각할 수 있게 된다. 그리고, 상기 증발기 입력관(771)을 통해 증발기(77)를 경유하면서 열교환된 냉매는 상기 증발기 출력관(772)과 상기 출력 연결부(782)를 통해 상기 배관조립체(78)로 유입되며, 상기 배관조립체(78)의 압축기 연결부(783)를 따라서 상기 압축기(71) 측으로 공급될 수 있게 된다. 이와 같은 상기 증발기(77)측으로 유입되는 저온 냉매의 바이패스를 통해 상기 히트싱크(300)를 효과적으로 냉각할 수 있게 된다.
상기 히트싱크(300)에 의한 상기 발열면(130b)의 냉각을 통해 상기 열전소자(130)의 흡열면(130a)은 극저온 상태가 되도록 할 수 있다. 이때 상기 흡열면(130a)과 발열면(130b)은 대략 30℃이상의 온도차이가 발생될 수 있게 되어 상기 심온냉동칸(200)의 내부를 -40℃~ `50℃의 극저온으로 냉각하는 것이 가능하게 된다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 의한 심온냉동칸(200)의 제상을 위한 구조를 살펴보기로 한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 의한 제상 히터와 제상수 가이드의 배치를 보인 부분 사시도이다.
도면에 도시된 것과 같이, 상기 그릴팬(51) 일측에는 상기 열전소자모듈 수용부(53)가 형성된다. 상기 열전소자모듈 수용부(53)는 후방이 개구되며, 전방으로 돌출되는 공간을 형성하여 상기 열전소자모듈조립체(100)의 적어도 일부를 수용할 수 있다.
상기 열전소자모듈 수용부(53)는 사각형의 단면 구조를 가지며 내부에는 상기 냉각팬(190)이 구비될 수 있다. 상기 냉각팬(190)의 구동에 의해 상기 흡입부(533)를 통해 상기 심온냉동칸(200) 내부의 공기가 흡입되어 상기 열전소자모듈조립체(100)에 의해 냉각될 수 있으며, 냉각된 공기는 상기 그릴부(531)를 통해서 상기 심온냉동칸(200)의 내부로 공급될 수 있다.
상기 냉각팬(190)은 상기 그릴부(531)의 크기와 대응하는 형상의 박스팬으로 구성될 수 있으며, 장착된 상태에서 좌우 양측면이 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 내측면과 밀착될 수 있다.
그리고, 상기 냉각팬(190)의 상단과 하단은 상기 그릴부(531) 상방과 하방에 형성된 상기 흡입부(533)의 단부와 대응하는 위치에 위치될 수 있다. 상세히, 상기 그릴부(531) 상방의 흡입부(533) 하단과, 상기 그릴부(531) 하방의 흡입부(533) 상단에는 상기 팬 지지부(534)가 형성될 수 있다. 상기 팬 지지부(534)는 상기 흡입부(533)의 상단과 하단을 따라서 길게 연장되어 상기 냉각팬(190)의 상단 및 하단을 지지할 수 있다.
따라서, 상기 냉각팬(190)은 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 내측에서 고정 장착된 상태를 유지할 수 있으며, 상기 흡입부(533)로 흡입되는 공기와 상기 그릴부(531)로 토출되는 공기가 누설되지 않고 원활하게 유동될 수 있도록 한다.
상기 열전소자모듈 수용부(53)의 개구된 후면은 상기 콜드싱크(120) 또는 상기 모듈하우징(110)에 의해 차폐될 수 있다. 이때, 상기 냉각팬(190)의 후단은 상기 콜드싱크(120)와 인접하게 배치되며, 따라서 상기 흡입부(533)를 통해 흡입된 공기는 상기 콜드싱크(120)로 모두 안내될 수 있으며, 상기 콜드싱크(120)를 통과하여 냉각된 후 상기 그릴부(531)로 토출될 수 있게 된다.
한편, 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 바닥면에는 제상히터(230)가 구비될 수 있다. 상기 제상히터(230)는 상기 심온냉동칸(200)의 제상 운전시 동작되어 가열되는 것으로, 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 내부 공간을 가열할 수 있다. 특히, 상기 제상히터(230)는 제상운전시 상기 콜드싱크(120)로부터 낙하되는 얼음 덩어리를 녹일 수 있다.
상세히, 상기 심온냉동칸(200)의 제상운전이 시작되면, 상기 열전소자(130)에 역전압이 가해지게 된다. 따라서, 상기 흡열면(130a)가 발열하게 되고, 상기 흡열면(130a)과 접하는 상기 콜드싱크(120)가 가열될 수 있게 된다.
상기 콜드싱크(120)의 가열에 의해 상기 콜드싱크(120)에 착상된 성에 및 성에가 성장하여 생성된 얼음들을 녹일 수 있게 된다. 상기 콜드싱크(120)의 발열에 의해 녹은 얼음 덩어리들은 낙하하여 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 바닥면에 떨어지게 되며, 크기가 큰 얼음 덩어리의 경우에는 상기 콜드싱크(120)의 가열로 녹지 않을 수도 있게 된다.
따라서, 상기 열전소자모듈 수용부(53) 바닥에 떨어지는 얼음은 상기 제상히터(230)에 의해 가열되어 녹일 수 있게 된다. 상기 제상히터(230)는 낙하하는 얼음을 효과적으로 녹일 수 있도록 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 바닥면(535)에 배치될 수 있으며, 상기 바닥면(535) 전체 또는 적어도 상기 콜드싱크의 하방을 가열할 수 있도록 다수회 절곡되도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 제상히터(230)는 상기 제상수가 배출되는 통로상에 완전히 녹지 않은 얼음이 들어가 결빙되는 것을 방지하기 위해서 상기 제상수가 배출되는 통로의 내부에도 배치될 수 있다.
이를 보다 상세하게 살펴보면, 상기 제상히터(230)는 입력부(231)와 출력부(232), 수용부 가열부(233) 및 가이드 가열부(234)를 포함할 수 있다.
상기 입력부(231)와 출력부(232)는 상기 제상히터(230)로 전원을 공급하는 전선과 연결되는 부분으로, 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 외측에서 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 내측을 향하여 연장될 수 있다. 그리고, 상기 수용부 가열부(233)는 상기 입력부(231) 및 출력부(232)에서 연장되어 서로 연결되며, 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 바닥면 전체 또는 특정 영역 전체에 걸쳐서 배치될 수 있도록 다수회 절곡 형성될 수 있다. 그리고, 상기 가이드 가열부(234)는 상기 수용부 가열부(233)의 일부가 절곡되어 아래에서 설명할 제상수 가이드(240)의 내측으로 삽입될 수 있도록 형성된다.
상기 가이드 가열부(234)는 상기 제상수 가이드(240)의 상방에서 상기 제상수 가이드(240)의 하단까지 연장되도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 가이드 가열부(234)는 상기 제상수 가이드(240)의 상단에서 상기 제상수 가이드(240)의 하단까지 연장된 후 상기 제상수 가이드(240)의 하단에서 절곡되어 다시 상기 제상수 가이드(240)의 상단까지 연장되도록 형성될 수 있다. 따라서, 상기 가이드 가열부(234)에 의해 상기 제상수 가이드(240)의 전체 공간이 가열될 수 있으며, 상기 제상수 가이드(240)의 내부에서 결빙이 이루어지거나 얼음에 의해 상기 제상수 가이드(240) 내부가 막히는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.
물론, 상기 제상히터(230)는 상기 가이드 가열부(234)를 제외한 입력부(231)와 출력부(232) 그리고 수용부 가열부(233)로 구성될 수도 있으며, 이 경우 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 바닥면(535)을 집중적으로 가열하도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 개구된 면의 하단에는 상기 심온냉동칸(200)의 제상운전시 발생된 제상수를 배출하기 위한 제상수 가이드(240)가 구비될 수 있다. 상기 제상수 가이드(240)는 상기 심온냉동칸(200)의 제상운전시 발생되는 제상수를 배출할 수 있도록 구성된다.
상기 제상수 가이드(240)는 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 내부 공간과 상기 그릴팬 어셈블리(50)의 후면, 보다 상세하게는 상기 쉬라우드(56)의 후면을 연통시키도록 구성되며, 따라서, 상기 열전소자모듈 수용부(53) 내부의 제상수를 상기 쉬라우드(56) 후방의 공간 즉, 상기 증발기(77)가 수용되는 공간으로 배출할 수 있다.
한편, 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 바닥면(535)은 제상수의 효과적인 배출을 위해서 경사지게 형성될 수 있다. 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 바닥면(535)은 상기 제상수 가이드(240)를 향하여 경사지게 형성될 수 있다.
상기 제상수 가이드(240)는 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 개구 하단에 형성되며, 중앙에 위치될 수 있다. 따라서, 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 바닥면(535)은 제 1 경사면(535a)과, 제 2 경사면(535b) 및 제 3 경사면(535c)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 경사면(535a)은 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 전단에서 후단까지 경사를 가지도록 형성된다. 그리고, 상기 제 2 경사면(535b)과 제 3 경사면(535c)은 각각 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 좌측단과 우측단에서 중앙을 향하여 연장될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 경사면(535a)의 좌우 양측단은 상기 제 2 경사면(535b) 및 제 3 경사면(535c)과 접하도록 형성될 수 있다. 상기 제 1 경사면(535a)과 제 2 경사면(535b) 및 제 3 경사면(535c)의 연장된 단부는 가장 낮은 부분이 상기 제상수 가이드(240)의 개구된 상면과 연통되도록 하여 상기 열전소자모듈 수용부(53) 내부의 제상수가 원활하게 배출되도록 할 수 있다.
즉, 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 내측 하면은 경사지게 형성될 수 있으며, 상기 제상수 가이드(240)의 입구를 향하여 경사면이 형성되어 상기 열전소자모듈 수용부(53) 내측의 물이 상기 제상수 가이드(240) 측으로 향할 수 있도록 한다.
도 11은 상기 제상수 가이드의 결합 구조를 보인 분해 사시도이다. 그리고, 도 12는 상기 그릴팬어셈블리와 상기 제상수 가이드의 결합 구조를 보인 부분 사시도이다.
도면을 참조하면, 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 개구 하단에는 제상수 가이드(240)가 장착되는 가이드 장착부(536)가 형성될 수 있다. 상기 제상수 가이드(240)는 상기 그릴팬(51)의 후면에서 함몰될 수 있으며, 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 중앙을 관통하도록 상하방향으로 연장될 수 있다. 그리고, 상기 가이드 장착부(536)는 상기 제상수 가이드(240)와 대응하는 폭과 두께를 가지도록 형성되어 상기 제상수 가이드(240)의 장착시 상기 제상수 가이드(240)가 다른 구성과 간섭되는 것을 방지하고 상기 제상수 가이드(240)가 견고하게 고정되도록 할 수 있다.
이를 보다 상세하게 살펴보면, 상기 가이드 장착부(536)는 상기 그릴팬(51)의 후면에서 함몰될 수 있으며, 상기 제상수 가이드(240)의 좌우 양측면과 후측면과 접하도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 가이드 장착부(536)의 상단에는 수용부 배출구(536a)가 형성될 수 있다. 상기 수용부 배출구(536a)는 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 바닥면(535)에 개구되며, 상기 제상수 가이드(240)의 개구된 상면과 연통될 수 있다. 이때, 상기 수용부 배출구(536a)는 상기 제상수 가이드(240)의 개구된 상면보다 다소 작게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제상수 가이드(240)는 상기 가이드 장착부(536)에 장착된 상태에서 상단이 상기 가이드 장착부(536)에 구속될 수 있다.
한편, 상기 가이드 장착부(536)에는 장착부 구속홈(536b)이 형성될 수 있다. 상기 장착부 구속홈(536b)은 상기 수용부 배출구(536a)의 하방에 형성되며, 상기 제상수 가이드(240) 상단에서 돌출된 가이드 구속돌기(244)가 삽입될 수 있도록 대응하는 위치에 대응하는 크기로 형성될 수 있다. 물론, 상기 장착부 구속홈(536b)과 가이드 구속돌기(244)는 상기 제상수 가이드(240)가 상기 가이드 장착부(536) 내에서 고정 가능하도록 서로 위치가 바뀌어서 형성되는 것도 가능할 것이다.
상기 가이드 구속홈(245)의 하방에는 장착부 구속돌기(536c)가 형성될 수 있다. 상기 장착부 구속돌기(536c)는 상기 가이드 장착부(536)의 개구된 전단에 형성되며, 좌우 양측에서 서로 마주보는 방향으로 돌출될 수 있다. 따라서, 상기 제상수 가이드(240)가 상기 가이드 장착부(536)에 장착될 때 상기 제상수 가이드(240)에 형성된 가이드 구속홈(245)에 삽입되어 상기 제상수 가이드(240)를 한층 더 고정할 수 있다.
즉, 상기 제상수 가이드(240)가 가이드 장착부(536)에 장착된 상태에서, 상기 제상수 가이드(240)의 상단은 상기 수용부 배출구(536a)의 하단에 구속되고, 상기 가이드 구속돌기(244)는 상기 장착부 구속홈(536b)에 삽입되고, 상기 장착부 구속돌기(536c)는 가이드 구속홈(245)에 구속되어 상기 제상수 가이드(240)가 다중으로 구속될 수 있으며, 견고한 장착상태를 유지할 수 있도록 한다.
한편, 상기 제상수 가이드(240)는 상기 열전소자모듈 수용부(53) 내측의 제상수를 상기 쉬라우드(56)의 후방으로 배출할 수 있도록 안내하는 것으로, 상하 방향으로 길게 형성될 수 있다.
상기 제상수 가이드(240)는 전체적으로 전면(241), 좌측면(242) 및 우측면(243)을 포함하여 구성되며, 상기 후면과 상하면은 개구되도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제상수 가이드(240)의 상하 방향 연장된 길이는 상기 가이드 장착부(536)의 상하 길이보다 더 길게 형성될 수 있다. 상기 제상수 가이드(240)는 상기 가이드 장착부(536)에 장착된 상태에서 하단이 상기 쉬라우드(56)의 관통구(561)를 관통하여 돌출될 수 있는 길이로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제상수 가이드(240)의 전면(241)은 상기 상단에서 하방으로 연장되는 연장부(241a)와 상기 연장부(241a)의 단부에서 하단까지 라운드지게 형성되는 라운드부(241b)로 구성될 수 있다.
상기 연장부(241a)의 하단은 상기 쉬라우드(56)의 관통구(561)까지 연장될 수 있다. 그리고, 상기 라운드부(241b)는 상기 연장부(241a)의 하단에서 전면(241)이 후방을 향하여 소정의 곡률을 가지도록 후방으로 라운드지게 형성될 수 있다.
상기 제상수 가이드(240)를 통해 안내되는 제상수는 상기 연장부(241a)를 따라서 하방으로 이동하게 되며, 상기 쉬라우드(56)를 통과하는 지점, 즉 상기 쉬라우드(56)의 관통구(561)를 지나게 되는 지점에서부터 상기 라운드부(241b)에 의해 안내되어 후방으로 향하게 된다. 따라서, 상기 제상수 가이드(240)를 통해 상기 증발기(77)가 배치된 공간으로 안내되는 제상수는 상기 증발기(77)를 향하여 배출되도록 하여 제상수의 흐르는 소리 또는 낙하하는 소리가 발생되는 것을 최소화 할 수 있다.
그리고, 상기 제상수 가이드(240)의 상단에는 가이드 구속돌기(244)가 형성될 수 있다. 상기 가이드 구속돌기(244)는 상기 제상수 가이드(240)의 상단 둘레를 따라서 형성되며, 외측으로 돌출된 형상을 가지게 된다. 따라서, 상기 제상수 가이드(240)가 상기 가이드 장착부(536)에 장착될 때, 상기 장착부 구속홈(536b)의 내측에 후방에서 전방으로 삽입될 수 있게 된다. 이와 같은 구조로 인해 상기 제상수 가이드(240)의 상단은 세 면에서 구속되어 안정적인 구속 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 가이드 구속돌기(244)의 하방에는 상기 가이드 구속홈(245)이 형성될 수 있다. 상기 가이드 구속홈(245)은 상기 제상수 가이드(240)가 상기 가이드 장착부(536)에 장착되는 과정에서 상기 장착부 구속돌기(536c)가 수용될 수 있도록 상기 제상수 가이드(240)의 좌측면(242)과 우측면(243)에 각각 형성되며, 각각 전후 방향으로 연장될 수 있다. 그리고, 상기 가이드 구속홈(245)에는 상기 제상수 가이드(240)가 완전히 삽입 장착된 상태에서 상기 장착부 구속돌기(536c)가 걸림 구속되는 걸림부(245a)가 돌출 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제상수 가이드(240)가 장착완료된 상태에서는 상기 장착부 구속돌기(536c)가 상기 가이드 구속홈(245)의 내측에 위치되며, 상기 걸림부(245a)에 의해 구속된 상태를 유지할 수 있도록 한다.
한편, 상기 제상수 가이드(240)의 좌측면(242)과 우측면(243)의 하부에는 하부 구속돌기(246)가 더 형성될 수 있다. 상기 하부 구속돌기(246)는 상기 제상수 가이드(240)가 장착된 상태에서 상기 쉬라우드(56)의 관통구(561) 외측으로 노출되는 위치에 돌출될 수 있다. 그리고, 상기 하부 구속돌기(246)는 상기 쉬라우드(56)의 외측면과 접할 수 있다. 이때, 상기 하부 구속돌기(246)는 상기 제상수 가이드(240)의 라운드부(241b)와 대응하는 높이에서 상기 제상수 가이드의 좌측면(242)과 우측면(243)에 위치되는 것이 바람직할 것이다.
따라서, 상기 제상수 가이드(240)의 하단은 상기 쉬라우드(56)에 의해 구속될 수 있으며, 따라서 상기 제상수 가이드(240)의 하단 즉, 상기 라운드부(241b)는 상기 쉬라우드(56)의 관통구(561)를 관통하여 돌출되어 있는 상태를 유지할 수 있게 된다. 그리고, 상기 제상수 가이드(240)에 의해 배출되는 제상수는 상기 쉬라우드(56)의 내측으로 유입되지 않고 항상 상기 쉬라우드(56)의 외측으로 배출되는 상태를 유지할 수 있다.
즉, 도 12에 도시된 것과 같이 상기 제상수 가이드(240)와 상기 쉬라우드(56)가 장착된 상태에서는 상기 쉬라우드(56)의 관통구(561) 외측으로 상기 제상수 가이드(240)의 단부 즉 라운드부(241b)만 돌출되고, 나머지 부분은 차폐될 수 있다.
그리고, 상기 쉬라우드(56)의 장착에 의해 상기 제상수 가이드(240)의 개구된 후면이 차폐될 수 있다. 따라서, 상기 쉬라우드(56)가 장착되면 상기 제상수 가이드(240)는 상하로 개구된 통로를 형성하게 되며, 상기 열전소자모듈 수용부(53) 내측의 제상수는 상기 제상수 가이드(240)에 의해 상기 쉬라우드(56)의 외측으로 배출될 수 있게 된다.
이하에서는 이와 같은 극저온의 구현이 가능한 심온냉동칸(200)의 동작을 위한 구조 및 동작 상태에 관하여 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 13는 상기 열전소자모듈조립체와 그릴팬 어셈블리의 결합 상태를 나타낸 도면이다. 그리고, 도 14는 도 13의 A부 확대도이다. 그리고, 도 15는 도 13의 B부 확대도이다.
상기 냉장실(30)의 내측에는 상기 심온냉동칸(200)을 형성하는 심온케이스(210)가 장착된다. 상기 심온케이스(210)의 개구된 후면은 상기 그릴팬(51)의 전면과 밀착된다. 그리고, 상기 열전소자모듈조립체(100)와 상기 냉각팬(190)이 장착되는 열전소자모듈 수용부(53)가 상기 심온케이스(210)의 개구된 후면을 통해 삽입될 수 있으며, 상기 심온냉동칸(200)의 내부로 냉기를 공급할 수 있다.
한편, 상기 열전소자모듈조립체(100)는 상기 냉각팬(190)의 후방에 배치될 수 있으며, 상기 모듈하우징(110)의 내부에 수용되어 조립된 상태로 상기 그릴팬 어셈블리(50) 및 상기 이너케이스(12)에 고정 장착될 수 있다.
이때, 상기 열전소자모듈조립체(100) 중 냉기가 발생되는 부분은 상기 심온냉동칸(200)의 내측에 배치되고, 상기 열전소자모듈조립체(100) 중 열이 발생되는 부분은 상기 증발기(77)가 수용되는 공간의 내측에 구비될 수 있다.
상기 심온냉동칸(200)과 상기 증발기(77)의 수용공간 사이의 경계가 되는 상기 쉬라우드(56)의 전면의 연장선(DL)으로 정의하여 상기 연전소자모듈조립체의 배치를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
상기 연장선(DL)을 기준으로 할 때, 상기 열전소자모듈조립체(100)의 흡열측은 전방에 배치되고 방열측은 후방에 배치될 수 있다. 이때, 상기 연장선(DL)은 상기 냉장실(30)과 증발기(77)가 수용되는 공간의 경계가 될 수도 있으며, 쉬라우드(56)의 전면이 아닌 그릴팬(51)의 후면으로 정의될 수도 있다.
즉, 상기 열전소자모듈조립체(100)가 장착된 상태에서 상기 콜드싱크(120)는 상기 연장선(DL) 보다 전방에 구비될 수 있으며, 상기 콜드싱크(120)의 후면이 상기 연장선(DL)상에 배치될 수 있다.
따라서, 냉기가 발생되는 콜드싱크(120) 전체는 상기 심온냉동칸(200)의 내측, 보다 상세하게는 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 내측에 위치하게 된다. 따라서, 상기 콜드싱크(120)는 히트싱크(300)와 독립되는 공간상에 배치되며, 상기 콜드싱크(120)에서 발생하는 냉기가 온전히 상기 심온냉동칸(200)의 내측으로 공급될 수 있다. 이때, 상기 콜드싱크(120)가 더 후방으로 위치될 경우 상기 콜드싱크(120)의 일부가 상기 심온냉동칸(200)의 영역을 벗어나게 되어 냉각 성능이 저하될 수 있다. 그리고, 상기 콜드싱크(120)가 더 전방으로 위치될 경우 상기 심온냉동칸(200)의 용적이 줄어들게 되는 문제가 있다.
한편, 상기 연장선(DL)을 기준으로 상기 히트싱크(300)는 물론 상기 단열재(140)와 열전소자(130) 모두 후방에 위치될 수 있으며, 상기 콜드싱크(120) 후면과 접하는 상기 단열재(140)의 전면이 상기 연장선(DL)상에 위치될 수 있을 것이다. 상기 단열재(140)가 상기 연장선(DL)상의 개구를 실질적으로 차폐하게 되어 상기 콜드싱크(120)와 히트싱크(300)의 열전달은 완전히 차단될 수 있다.
그리고, 상기 증발기(77)가 수용되는 영역 즉, 상기 그릴팬 어셈블리(50)와 상기 이너케이스(12)의 사이 영역에 상기 히트싱크(300)가 배치되고, 상기 증발기(77)측으로 공급되는 냉매가 상기 히트싱크(300)를 냉각하게 된다. 저온의 냉매를 이용한 히트싱크(300)의 냉각을 통해 사이 열전소자(130)의 냉각 성능을 극대화 할 수 있게 된다. 한편, 상기 이너케이스(12)와 이격 배치되는 상기 모듈하우징(110)에 의해 상기 히트싱크(300)는 추가적으로 상기 증발기(77) 냉기에 의해 냉각될 수도 있다.
이와 같이, 상기 열전소자모듈조립체(100)는 상기 증발기(77)가 배치되는 영역 내측에서 방열작용을 하게 되고, 상기 심온냉동칸(200)의 내측 영역에서 흡열작용을 하여 상기 심온냉동칸(200)을 극저온의 상태로 냉각시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 심온냉동칸(200)을 이용한 식품의 심온 냉동 저장 중에, 내부로 유입된 수분에 의해 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 내측에 성에가 발생될 수 있으며, 특히 냉각작용이 활발하게 이루어지는 콜드싱크(120)측에 결빙이 집중적으로 발생될 수 있다.
상기 열전소자모듈 수용부(53)의 내측의 성에가 성장하게 되면 상기 심온냉동칸(200) 내부로 냉기의 공급이 원활하게 이루어지지 못하게 되며, 상기 콜드싱크(120)에 착상되는 성에에 의해 상기 콜드싱크(120)의 열교환 성능이 저하될 수 있다.
따라서, 상기 심온냉동칸(200)은 상기 열전소자모듈 수용부(53) 내부의 성에의 제거를 위해 제상운전을 실시하게 된다. 상기 심온냉동칸(200)의 제상운전은 상기 냉장고의 제상운전과 함께 이루어질 수 있다. 상기 심온냉동칸(200)의 제상운전시 상기 냉장고의 제상운전이 개시될 수도 있고, 상기 냉장고의 제상운전시 상기 심온냉동칸(200)의 제상운전이 개시될 수도 있다. 즉, 상기 심온냉동칸(200) 또는 상기 냉장고의 제상운전이 동시에 이루어지게 되며, 따라서 상기 심온냉동칸(200)과 냉장고 내부의 저장공간의 냉각에 제상운전이 영향을 주지 않도록 할 수 있다.
그리고, 상기 심온냉동칸(200)의 제상운전은 상기 온도센서(125)에 의한 온도 감지에 따라 실시될 수 있다. 설정된 시간 이내에 설정된 온도이상의 상승이 이루어진 경우 심온냉동칸(200) 내부에 외기가 유입되거나 부하가 증가된 것으로 판단하여 제상을 실시하게 된다. 예컨데, 3분 이내에 상기 온도센서(125)에서 감지된 온도가 10℃이상 상승하게 되면 2시간 경과 후에 제상운전을 실시하게 된다. 또한, 상기온도센서(125)는 상기 제상운전시 상기 콜드싱크(120)가 과열되는 것을 감지하여 상기 제상운전을 중단하거나 온도를 낮추는 등 제상운전을 조절할 수도 있다.
상기 심온냉동칸(200)의 제상운전이 실시되면, 상기 냉장고의 제상운전이 실시된다. 그리고, 상기 냉각팬(190)은 정지되어, 상기 심온냉동칸(200) 내부로 가열된 공기가 공급되는 것을 차단하게 된다.
상기 심온냉동칸(200)의 제상운전시 상기 열전소자(130)에는 역전압이 공급되며, 이로 인해 상기 열전소자(130)의 흡열면(130a)가 발열되고, 상기 콜드싱크(120)가 가열될 수 있다. 상기 콜드싱크(120)의 가열로 상기 콜드싱크(120)에 착상된 성에와 결빙된 얼음은 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 바닥면(535)으로 낙하된다.
한편, 상기 열전소자(130)로의 역전압 공급과 동시에 상기 제상히터(230) 또한 동작이 시작된다. 상기 제상히터(230)의 동작으로 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 내측 특히 하면이 가열된다. 따라서 상기 콜드싱크(120)로부터 낙하되는 얼음은 상기 제상히터(230)의 발열에 의해 녹게 된다.
상기 제상히터(230)에 의해 녹은 물은 상기 제상수 가이드(240)측으로 안내되며, 상기 제상수 가이드(240)를 통해서 상기 증발기(77)가 수용되는 공간으로 배출될 수 있다. 이때, 상기 제상수 가이드(240) 내측의 상기 제상히터(230)에 의해 완전히 녹지 않은 얼음이 존재하더라도 상기 제상수 가이드(240)를 지나는 동안에 상기 가이드 가열부(234)를 통해서 완전히 녹을 수 있게 되며, 상기 제상수 가이드(240) 내부에서의 결빙을 방지할 수 있다.
상기 심온냉동칸(200)의 제상운전시 발생되는 물은 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 바닥면(535)을 따라서 상기 제상수 가이드(240) 측으로 유입된다. 그리고, 제상수는 상기 제상수 가이드(240)를 통해서 상기 쉬라우드(56)의 외측 즉, 상기 증발기(77)가 위치된 공간으로 배출될 수 있다.
상기 제상수 가이드(240)를 따라 흘러내리는 제상수는 상기 쉬라우드(56)를 지나는 과정에서 상기 라운드부(241b)를 따라 흘러내리게 된다. 그리고, 상기 제상수는 상기 라운드부(241b)의 곡면에 의해 상기 증발기(77)를 향하여 흘러내리게 된다.
이때, 상기 냉장고의 제상운전 또한 실시 중인 상태가 될 수 있으며, 따라서, 증발기 제상히터(230) 또한 구동될 수 있으며, 상기 제상수에 의한 상기 증발기(77) 표면의 결빙을 방지하게 된다.
상기 증발기(77)를 따라서 흘러내리는 물은 상기 증발기(77) 하방의 제상수 팬(791)으로 집수되며, 상기 제상수 팬(791)에 집수된 제상수는 기계실에 구비된 드레인 팬으로 배출될 수 있게 된다.

Claims (15)

  1. 저장공간이 형성되는 본체;
    상기 저장공간과 독립된 단열공간을 형성하는 심온냉동칸;
    상기 저장공간의 내측에 구비되며, 상기 저장공간을 냉각시키는 증발기;
    상기 저장공간과 상기 증발기가 수용되는 공간을 구획하는 그릴팬어셈블리;
    상기 심온냉동칸의 일측에 구비되며, 열전소자와 히트싱크 및 콜드싱크를 포함하여 상기 심온냉동칸이 상기 저장공간보다 낮은 온도로 냉각되도록 하는 열전소자모듈조립체;
    상기 그릴팬 어셈블리의 일측에 형성되며, 상기 열전소자모듈조립체의 적어도 일부가 수용되는 열전소자모듈 수용부;
    상기 열전소자모듈 수용부와 상기 증발기가 수용되는 공간이 연통되도록 형성되어, 상기 심온냉동칸의 제상운전시 발생되는 제상수를 배출하는 제상수 가이드;
    상기 열전소자모듈 수용부에서 상기 제상수 가이드 내부까지 연장되며, 상기 제상운전시 구동되어 상기 열전소자모듈 수용부와 상기 제상수 가이드 내부를 가열하는 제상히터를 포함하는 냉장고.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제상운전시 상기 열전소자는 역전압이 공급되어 상기 콜드싱크가 발열되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전소자모듈 수용부에는 상기 심온냉동칸의 공기를 흡입하여 상기 열전소자에서 열교환시킨 후 상기 심온냉동칸으로 토출되도록 공기의 유동을 강제하는 하는 냉각팬이 구비되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전소자모듈 수용부의 바닥면에는 상기 제상수 가이드와 연통되는 수용부 배출구가 형성되며,
    상기 열전소자모듈 수용부의 바닥면은 상기 수용부 배출구를 향하여 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제상수 가이드는 상기 열전소자모듈 수용부의 바닥면과 연통되며,
    상기 제상히터는 상기 열전소자모듈 수용부의 바닥면에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제상히터는 상기 콜드싱크의 하방에 위치되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제상히터는,
    상기 열전소자모듈 수용부의 바닥면을 따라 다수회 절곡되어 배치되는 수용부 가열부와;
    상기 수용부 가열부의 일측에서 상기 제상수 가이드의 내측으로 연장되는 가이드 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 그릴팬어셈블리는,
    상기 저장공간의 후벽면을 형성하며, 냉각 공기의 흡입 및 토출구가 형성되는 그릴팬과;
    상기 증발기가 수용되는 공간의 벽면을 형성하며, 상기 그릴팬과 이격 결합되어 냉각 공기의 유동 통로를 형성하는 쉬라우드를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 쉬라우드는 상기 열전소자모듈 수용부 및 상기 열전소자 모듈 조립체를 후방에서 차폐하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제상수 가이드는 상기 열전소자모듈 수용부에서 연장되며, 상기 쉬라우드를 관통하여 더 연장되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 쉬라우드에는 상기 제상수 가이드가 관통되는 관통구가 형성되며,
    상기 제상수 가이드에는 상기 관통구의 외측에서 돌출되어 상기 제상수 가이드를 상기 관통구 외측에서 구속시키는 하부 구속돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제상수 가이드는,
    상기 열전소자모듈 수용부에서 연장되어, 제상수를 하방으로 안내하는 연장부와;
    상기 연장부의 단부에서 상기 증발기를 향하여 라운드지게 형성되어, 상기 제상수를 증발기측으로 안내하는 라운드부를 포함하며,
    상기 라운드부는 상기 쉬라우드의 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제상수 가이드는 후면이 개구되도록 형성되며, 상기 쉬라우드에 의해 개구된 후면이 차폐되어 제상수가 유동되는 폐유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 그릴팬에는 상기 제상수 가이드가 장착되도록 함몰되는 가이드 장착부가 형성되며,
    상기 가이드 장착부에 상기 제상수 가이드가 장착된 상태에서, 상기 제상수 가이드의 후단과 상기 그릴팬의 후면은 동일 평면상에 위치되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제상수 가이드의 후면은 개구되며, 상기 쉬라우드의 장착시 상기 제상수 가이드의 개구된 후면을 차폐하는 것을 특징으로 하는 냉장고.

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