KR19990016789A - 열전냉각기가 구비된 냉장고 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전냉각기가 구비된 냉장고에 관한 것이다. 이는, 자연대류에 의해 수행되는 냉각장치에 강제순환팬을 설치하여 열전냉각기의 냉각핀에서 생성된 냉기가 원할하게 순환될 수 있음과 동시에 강제 순환팬을 열전냉각기의 방열팬을 방열시키는 구동모터로 구동시키므로 구동모터의 효율을 극대화하므로 냉각기능이 향상되도록, 단열처리되어 전방에 개폐수단(12)이 형성된 본체캐비넷(10)과, 본체캐비넷(10)의 후방에 설치되며 외부전원이 연결되는 열전소자(24)와 냉각핀(22)과 방열핀(26)으로 이루어진 열전냉각기(20)와, 열전냉각기(20)의 방열핀(26) 일측에 설치되는 구동모터(30)와, 구동모터(30)에 축설되며 열전냉각기(20)를 관통하여 축설되는 팬샤프트(40)와, 팬샤프트(40)의 일측에서 상기 냉각핀(22)측으로 설치되는 순환팬(34)과, 팬샤프트(40)의 타측에서 방열핀(26)측으로 설치되는 방열팬(32)이 구비된 냉장고를 제공한다. 이로써, 열전냉각기의 방열측과 흡열측에 설치된 팬이 단일한 구동수단으로 회전되므로 그 효율을 극대화할 수 있어 기존 냉매를 사용한 냉장고보다 한층 효과적인 냉각성능으로 가동되는 냉장고가 되는 효과가 있는 것이다.

Description

열전냉각기가 구비된 냉장고

본 발명은 열전냉각기가 구비된 냉장고에 관한 것으로, 특히 열전냉각기의 방열핀과 냉각핀에 방열팬 및 냉각팬을 설치하여 단일한 구동모터로 구동시키므로 냉각기능이 향상되는 열전냉각기가 구비된 냉장고에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고 특히, 가정용 냉장고는 냉동사이클로 가동되는 냉매열순환장치가 구비되고, 이 냉매열순환장치의 증발기 즉, 냉각기에서 공기의 온도부하가 변환되므로 냉기가 발생되어 냉장고내의 저장물을 신선한 상태로 오랜동안 보존시키는 냉동설비이다.

이러한 종래의 냉장고는, 냉각기에서 열부하가 변환되어 냉각부하를 갖는 냉기가 냉동 및 냉장실로 각각 배출되는 것으로, 이러한 냉기가 냉장실에 순환시키는 방법은 통상 냉동 및 냉장실의 후벽 및 측벽으로 냉기유출구가 설치되고, 냉각기에서 생성된 냉기는 순환팬으로 공기의 유동이 형성되어 상기 냉기유출구로 배출되므로 냉동 및 냉장실로 순환됨과 동시에 보관식품에 냉기를 전달한 뒤 냉장실전면 상측에 설치된 유입구로 유입되어 냉장고의 내측에 설치된 덕트를 통해 냉각기로 재순환되는 방법을 사용한다.

한편, 상기와 같이 냉매를 이용하여 냉동사이클로 가동되는 냉장고와는 별도로 펠티어효과를 이용한 냉각방식이 최근 개발되었다.

이는 2종의 금속이나 반도체를 접합시키고, 이 금속이나 반도체에 일방향의 전류를 도통시키게 되면 그 접합점에서 흡열이나 방열이 일어나는 현상을 이용한 것으로, 통상 금속으로는 안티모니와 비스머스가 사용되며, 반도체소자로는 P형 반도체와 N형반도체를 상호 접합시켜 사용하게 된다. 이러한 펠티어효과를 이용한 냉각방식은 실용화단계에서 금속 및 반도체에서 열전도가 작게 하는 문제를 해결하므로 일부 군사용기기의 급속냉각에 사용, 개시되었다.

이러한 냉각방식을 상세히 설명하면, 도 1a에 도시된 바와 같이, 금속이나 반도체가 배열형성된 열전소자(112)와, 이 열전소자(112)의 정(定)방향접합부에 형성된 방열핀(116)과, 상기 열전소자(112)의 반(反)방향접합부에 형성된 흡열판(114)과, 상기 정방향접합부 및 역방향접합부를 연결하는 도체와이어(119)와, 전기절연층(118)으로 이루어져 열전냉각기(110)가 이루어진다.

그리고, 이와같은 열전냉각기(110)는 도 1b에 도시된 바와 같이, 통상 냉각보존되는 보관물이 저장되는 캐비넷(100)에 설치되고, 이 캐비넷(100)은 단열처리되며 캐비켓(100) 외측 즉, 방열핀(116)측으로 냉각팬(125)이 설치되고, 이 냉각팬(125)을 구동시키는 구동모터(120)가 설치된다.

이와 같은 열전냉각기(110)가 설치되는 종래 냉각기의 작동은, 상기 도체와이어(119)에 일방향의 전류를 도통시키면 열전소자(112)의 펠티어계수에 따라 열기전력에 비례하는 온도차가 발생되고, 이 열기전력은 전류밀도의 차이에 의하여 열량이 발생된다. 이때, 접합점인 반방향접합부에서는 흡열이 되고, 이 흡열된 열량은 정방향접합부에서 방열되므로 양 접합부사이에는 온도차가 발생된다. 그리고 상기 반방향접합부인 흡열판(114)은 캐비넷(100)의 내측에 설치되어 있으므로 캐비넷(100)의 내측에서는 자연대류에 의하여 냉각이 된다. 그래서, 캐비넷(100)에 보관되는 보관물은 냉장보관이 가능하게 되고, 캐비넷(100)의 외측에 노출되어 있는 정방향접합부인 방열핀(116)은 구동모터(120)의 회전에 의해 냉각팬(125)이 방열핀(116)을 방열시켜 방열핀(116)측이 과열되는 것을 방지한다.

그러나, 상기와 같은 냉각기는 방열핀(116)이 설치되는 캐비넷(100)의 내측이 자연대류에 의해 냉각기능이 수행되므로 냉각효율이 저하되고, 구동모터(120)에 의해 작동되는 냉각팬(125)은 방열만을 시키므로 구동모터(120)의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 발명된 것으로, 자연대류에 의해 수행되는 냉각장치에 강제순환팬을 설치하여 열전냉각기의 냉각핀에서 생성된 냉기가 원할하게 순환될 수 있음과 동시에 강제 순환팬을 열전냉각기의 방열팬을 방열시키는 구동모터로 구동시키므로 구동모터의 효율을 극대화하므로 냉각기능이 향상된 열전냉각기가 구비된 냉장고를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 보관물을 저온으로 보관되도록 단열처리되어 전방에 개폐수단이 형성된 본체캐비넷과, 이 본체캐비넷의 후방에 설치되며 외부전원이 연결되는 열전소자와 냉각핀과 방열핀으로 이루어진 열전냉각기와, 이 열전냉각기의 방열핀 일측에 설치되는 구동모터와, 이 구동모터에 축설되며 상기 열전냉각기를 관통하여 축설되는 팬샤프트와, 이 팬샤프트의 일측에서 상기 냉각핀측으로 설치되는 순환팬과, 상기 팬샤프트의 타측에서 상기 방열핀측으로 설치되는 방열팬과, 이 방열팬 및 상기 순환팬에는 팬커버가 구비된 열전냉각기가 구비된 냉장고를 제공한다.

도 1a은 종래 열전냉각기의 단면도,

도 1b는 종래 열전냉각기가 구비된 냉장고의 단면도,

도 2a는 본 발명에 의한 냉장고의 절개사시도,

도 2b는 도 2a의 단면도,

도 3은 도 2a의 요부단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 본체캐비넷 12 : 개폐수단

20 : 열전냉각기 22 : 냉각핀

24 : 열전소자 26 : 방열핀

30 : 구동모터 32 : 방열팬

34 : 순환팬 40 : 팬샤프트

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

본 발명은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 함체형상으로 벽면이 단열처리된 본체캐비넷(10)과, 이 본체캐비넷(10)의 후방에 설치되는 열전냉각기(20)와, 이 열전냉각기(20)의 외측에 설치되는 구동모터(30)와, 이 구동모터(30)에 축설되며 상기 열전냉각기(20)를 관통하여 축설되는 팬샤프트(40)와, 이 팬샤프트(40)의 양측에 설치되는 순환팬(34) 및 방열팬(32)으로 이루어져 있다.

상기 본체캐비넷(10)은 전면에 개폐수단으로 도어(12)가 설치되는데, 이 도어(12)는 통상 가정용 냉장고의 도어와 유사하게 자력으로 부착되도록 형성되고, 이 본체캐비넷(10)의 용량은 상기 열전냉각기(20)의 냉각용량에 적절하게 실시할 수 있다.

그리고, 상기 열전냉각기(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 열전소자(24)와, 냉각핀(22)과, 방열핀(26)으로 구성되고, 상기 열전소자(24)는 금속이나 반도체가 배열되며, 이 금속이나 반도체 예컨데, 반도체의 경우에는 P형반도체와 N형반도체가 일측방으로 상호 접합되어 이루어진다. 그리고, 이 접합점중 정(定)방향접합부에는 알루미늄재질로 형성되어 대류와의 접촉면적을 넓게하는 냉각핀(22)이 형성되고, 상기 접합점중 반(反)방향접합부에는 일정두께의 알루미늄재 방열핀(26)이 형성된다. 그리고, 상기 정방향접합부와 반방향접합부에는 각각의 접합점을 접속하며 전류를 인가시키는 접속와이어(23)가 외부로 인출되어 외부전원과 연결된다. 그리고, 이 접속와이어(23)의 일측에는 제어스위치(도시안됨)가 연결되어 도시되지 않은 제어부에서 외부전원 즉, 직류전류의 인가를 단속하므로 열전냉각기가 이루어진다.

또한, 상기 구동모터(30)는 상기 열전냉각기(20)의 방열핀(26)측으로 설치되고, 이 구동모터(30)에는 팬샤프트(40)가 축설되어 방열핀(26)측방 즉, 본체캐비넷(10)의 외측으로 방열팬(32)이 축설되며 냉각핀(22)측방 즉, 본체캐비넷(10)의 내측으로 순환팬(34)이 축설된다.

다음에는 상기와 같이 이루어진 본 발명의 작용을 설명한다.

먼저, 본체캐비넷(10)에 저온보관물을 도어(12)를 통해 저장하여 사용자가 제어온도를 설정하여 제어부를 조작하면, 제어부에서는 제어스위치를 온시킨다. 이때, 제어스위치는 제어부의 설정온도에 따라 보관물의 온도를 설정하게 되고, 이는 열전냉각기(20)의 직류전류를 설정하므로 조절되는 것이다.

상기 직류전류의 조절은 제어스위치의 조절로 전류가 단속되고, 열전냉각기(20)의 조절가능온도범위는 통상 80℃정도의 범위내에서 조절가능한 것이다. 이러한 온도조절범위 즉, 열변위는 접합소자(P,N)의 펠티어계수와 전류밀도의 곱에 따라 열량이 정해지고, 펠티어계수는 열전소자(24)의 금속이나 반도체의 고유한 계수이므로 일정한 상수이게 되므로 열변위는 전류밀도를 조절하게 되면 그 변위가 정해지므로 결국에는 열전냉각기(20)의 온도조절범위가 설정된다. 이로써 열전냉각기(20)의 온도조절범위 즉, 냉각부하는 열전소자(24)의 펠티어계수 범위내에서 일정하게 임의로 조절할 수 있게 된다.

그리하여, 열전냉각기(20)의 냉각부하가 정해지면 열전냉각기(20)의 접속와이어(23)가 열전소자(24)내에 전류를 도통시키고, 도통된 전류는 P형반도체와 N형반도체에 전도되면서 반도체 각각의 접합부중 정방향접합부가 알루미늄재질의 핀형상으로 형성되어 이 정방향접합부에는 냉각핀(22)이 형성되어 있으므로 흡열이 일어나게 된다.

이러한 흡열은 정방향접합부의 절연층(25)에서 일어나고, 이 흡열량은 접합부의 단위면적당 열량으로 흡열된다. 그러므로 냉각핀(22)은 접합부에서 수직으로 형성되고, 이 냉각핀(22)은 일정간격을 두고 배열되므로 공기와의 접촉면적을 최대한 넓게 함과 동시에 냉각핀(22)의 간격에서는 대류되는 공기가 일정시간동안 잔류되면서 냉각핀(22)으로부터 주위의 공기로 충분한 열대류가 일어나도록 한다.

한편, 상기와 같이 제어부에서 제어스위치에 의해 열전냉각기(20)가 가동됨과 동시에 열전냉각기(20)의 방열핀(26)측으로 설치된 구동모터(30)도 제어부에 의해 구동되고, 구동모터(30)의 회전으로 팬샤프트(40)에 축설된 순환팬(34)과 방열팬(32)이 회전한다. 이렇게 팬샤프트(40)에 의해 일측에서 회전되는 순환팬(34)은 본체캐비넷(10)의 내측 즉, 냉각핀(22)측에서 회전되므로 냉각핀(22)에서 발생되는 흡열은 본체캐비넷(10) 내부의 온도를 하강시키게 되면서 순환팬(34)에 의해 냉각핀(22)사이에서 잔류되는 공기를 강제유동시킨다. 이로써 냉각핀(22)으로부터 열부하가 전해진 공기는 냉기류로 형성되어 본체캐비넷(10)내에서 순환하게 되므로 저장되는 보관물을 냉각시키게 되며 순환팬(34)의 연속회전으로 본체캐비넷(10)내에서도 냉기의 순환이 원할하게 이루어지게 된다.

또한, 상기 냉각핀(10)에서 흡열되며 본체캐비넷(10)에서 냉각이 발생됨과 동시에 P형반도체와 N형반도체 각각의 접합부중 반방향접합부는 일정두께를 가지는 알루미늄재질의 핀형상으로 형성되어 이 반방향접합부에 형성된 방열핀(26)에서는 상기 냉각핀(22)이 본체캐비넷(10)내에서 흡열한 열량만큼 방열이 일어나게 된다. 이와 동시에 팬샤프트(40)에 의해 타측에서 상기 순환팬(34)과 연동되며 회전하는 방열팬(32)은 본체캐비넷(10)의 외측 즉, 방열핀(26)측에서 회전되므로 상기 냉각핀(22)에서 일어나는 열유동과 마찬가지로 방열핀(26)의 방열을 강제 대류에 의해 신속하게 한다.

그리하여, 냉각핀(22)에서 발생되는 흡열과 순환팬(34)의 회전에 의해 본체캐비넷(10) 내측에서는 냉각핀(22)에 의해 보관물을 저온보관할 수 있고, 상기 냉각핀(22)에서 흡열된 열량은 방열핀(26)을 통해 방열하며, 방열된 열은 방열팬(32)의 회전으로 신속하게 발산되어 냉각핀(22)으로부터 열전도가 신속하게 이루어지므로 냉각핀(22)에서의 흡열 즉, 냉각작용을 원할히 할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명은, 단열처리된 본체캐비넷(10)에 열전소자(24)로 이루어진 열전냉각기(20)를 설치하여 직류전류를 도통시키므로 열전냉각기(20)의 냉각핀(22)에서 냉각작용이 일어나고, 냉각핀(22)에서 흡열된 열량은 방열핀(26)을 통해 방열하며 냉각핀(22)과 방열핀(26)에 각각 순환팬(34)과 방열팬(32)을 회전시켜 각각의 열유동을 원할하게 이루므로 보관물을 원하는 저온으로 냉장보관할 수 있는 것이다.

본 발명 열전냉각기가 구비된 냉장고는, 펠티어효과에 의해 반도체소자를 일정배열하여 접합점에서 열의 출입이 발생하는 현상을 이용한 열전냉각기를 단열처리된 본체캐비넷에 설치하여 직류전류를 도통시키므로 냉각효과를 얻을 수 있고, 열전냉각기의 방열측과 흡열측에 설치된 팬이 단일한 구동수단으로 회전되므로 그 효율을 극대화할 수 있어 기존 냉매를 사용한 냉장고보다 한층 효과적인 냉각성능으로 가동되는 냉장고가 되는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 보관물을 저온저장하는 냉장장치에 있어서,

   보관물이 저장되도록 단열처리되어 전방에 개폐수단(12)이 형성된 본체캐비넷(10)과, 이 본체캐비넷(10)의 후방에 설치되며 외부전원이 연결되는 열전소자(24)와 냉각핀(22)과 방열핀(26)으로 이루어진 열전냉각기(20)와, 이 열전냉각기(20)의 방열핀(26) 일측에 설치되는 구동모터(30)와, 이 구동모터(30)에 축설되며 상기 열전냉각기(20)를 관통하여 축설되는 팬샤프트(40)와, 이 팬샤프트(40)의 일측에서 상기 냉각핀(22)측으로 설치되는 순환팬(34)과, 상기 팬샤프트(40)의 타측에서 상기 방열핀(26)측으로 설치되는 방열팬(32)이 구비된 것을 특징으로 하는 열전냉각기가 구비된 냉장고.