KR19990051576A - 열전반도체소자를 사용한 냉장고의 냉각방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전반도체소자를 사용하여 냉장실을 냉각하는 냉장고의 냉각방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 냉장고의 냉각방법은, 냉장실을 형성하는 본체와, 상기 냉장실의 외부에 위치하는 발열부와 흡열부를 가진 열전반도체소자를 구비한 냉장고의 냉각방법에 있어서, 상기 흡열부에 냉매를, 상기 발열부에 냉각수를 통과시켜 열전달시키는 단계와; 상기 흡열부에서 열전달된 냉매를 상기 냉장실내로 유입시켜 열전달시키고, 상기 발열부에서 열전달된 냉각수를 냉각시키는 단계와; 상기 냉장실내에서 열전달된 냉매를 상기 흡열부로, 상기 냉각된 냉각수를 상기 발열부로 복귀시키는 단계를 포함한다. 이에 의해, 냉장실의 냉각효율을 증대시킬 수 있다.

Description

열전반도체소자를 사용한 냉장고의 냉각방법

본 발명은 열전반도체소자를 사용하여 냉장실을 냉각하는 냉장고의 냉각방법에 관한 것이다.

열전반도체소자는 반도체와 금속의 접합면에 전류가 흐를 때 줄(Joule)열 이외의 열을 발생하고 흡수하는 열전현상을 이용한 것으로서, 전류의 크기와 방향에 의하여 흡열과 발열의 양과 방향 조절이 가능하고, 기계적으로 작동하는 부분이 없으며 또한 설치위치나 방향이 그 동작에 영향을 미치지 않는다는 장점이 있어 부하를 가열하거나 냉각시키는 데 널리 사용되고 있으며, 그 구조는 도 1에 도시된 바와 같다.

도 1은 열전반도체소자의 정면도, 도 2는 도 1의 반도체 열전쌍의 정면도이다. 이들 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 열전반도체소자(1)는 반도체 열전쌍이 직렬로 다수 연결되어 있는 열전쌍부(2)를 가지고 있으며, 이 열전쌍부(2)의 중앙에는 N형 반도체(7) 및 P형 반도체(8)가 있다. 이 N형 반도체(7) 및 P형 반도체(8)의 양측에는 내부접속금속(9)과 외부접속금속(10, 11)이 결합되는 데, 내부접속금속(9)은 반도체(7, 8)와 공통으로, 외부접속금속(10, 11)은 반도체(7, 8)와 독립적으로 결합되어 있다. 특히, 외부접속금속(10, 11)은 다른 열전쌍과의 직렬 연결을 위하여 외측으로 연장가능하다. 여기서, 내부접속금속(9)과 외부접속금속(10, 11)중 어느 금속이 발열측 금속이고, 어느 금속이 흡열측 금속인 지는 전류의 방향에 따라 결정된다. 즉, N형 반도체(7)와 접합하는 금속(9, 10)은 전류가 흘러들어가는 측의 금속에서 발열하고 그 반대측에서 흡열하며, P형 반도체(8)는 그 역으로 발열 및 흡열한다. 이 열전쌍부(2)의 금속(9, 10, 11)들에는 절연판(3, 4)이 각각 결합되어 있으며, 이 절연판(3, 4)은 열전쌍부(2)의 금속(9,10, 11)을 외부와 전기적으로 차단시킨다. 이 절연판(3, 4)에는 각각 발열판(5)과 흡열판(6)이 결합되어 있으며, 이 발열판(5)과 흡열판(6)은 각각 열전쌍부(2)의 금속을 물리적으로 지탱하는 동시에 열을 발산하거나 흡수한다.

이러한 열전반도체소자의 발열량과 흡열량은 전류의 크기 및 반도체와 금속 접합면의 절대온도에 각각 비례하여 증가하고, 발열측 금속의 온도는 흡열측 금속의 온도보다 일정한 차만큼 높게 유지되며, 이러한 특성을 이용하여 냉장고의 냉장실을 냉각하는 데 열전반도체소자를 사용할 수 있다.

도 3은 열전반도체소자를 사용한 종래의 냉장고의 개략적 구성도이다.

이 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 냉장고는, 냉장실(33)과, 이 냉장실(33)의 한 벽면에 장착되어 있는 콜드싱크(Cold Sink, 31)와, 이 콜드싱크(31)에 흡열판(22)이 결합된 열전반도체소자(21)를 가지고 있다. 이 열전반도체소자(21)의 발열판(23)에는 히트싱크(Heat Sink, 32)가 결합되어 있으며, 이 히트싱크(32)에는 열전달을 증대시키기 위해 다수의 전열핀(34)이 형성되어 있다. 히트싱크(32)의 전면에는 전열핀(34)을 향하여 냉각공기를 송풍하는 냉각팬(35)이 설치되어 있다.

이러한 구성을 가지는 냉장고에서, 열전반도체소자(21)가 동작하면, 흡열판(22)은 콜드싱크(31)를 통해 냉장실(33)내의 열을 흡수 즉, 냉장실(33)을 냉각하고, 발열판(23)은 히트싱크(32)를 통해 외부로 열을 방출한다. 이 때, 냉각팬(35)은 히트싱크(32)의 전열핀(34)에 냉각공기를 송풍하여 전열핀(34)의 열발산을 증대시킨다.

그런데, 이러한 종래의 냉장고에서는, 콜드싱크(31)에서의 열흡수가 외부와 차단된 상태에서 이루어지고, 히트싱크(32)의 열방출이 냉각팬(35)을 사용한 공냉식에 의하기 때문에 열전달효율이 비교적 낮다. 특히, 히트싱크(32)의 주위 공기의 온도가 높은 경우 히트싱크(32)에서의 열방출이 곤란하다. 그래서, 콜드싱크(31)의 열흡수효율 및 히트싱크(32)의 열방출효율이 낮아 냉장실의 냉각효율도 아울러 낮아진다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 열전반도체소자를 사용하여 냉장실을 냉각하는 냉장고에 있어, 냉장실의 냉각효율을 증대시킬 수 있는 냉장고의 냉각방법을 제공하는 것이다.

도 1은 열전반도체소자의 정면도,

도 2는 도 1의 반도체 열전쌍의 정면도,

도 3은 종래의 냉장고의 개략적 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 냉장고의 개략적 구성도,

도 5는 도 4의 A-A단면도,

도 6은 도 4에 도시한 냉장고의 제어블럭도,

도 7은 도 4에 도시한 냉장고의 냉각방법을 도시한 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1, 21, 61 : 열전반도체소자 2 : 열전쌍부

3, 4 : 절연판 5, 23, 63 : 발열판

6, 22, 62 : 흡열판 7 : N형 반도체

8 : P형 반도체 9 : 내부접속금속

10, 11 : 외부접속금속 31 : 콜드싱크

32 : 히트싱크 33, 51 : 냉장실

34 : 전열핀 52 : 냉장실 열교환기

53 : 냉장실온도센서 55 : 냉매순환펌프

57 : 방열기 58 : 냉각수 순환펌프

59 : 냉각팬 71 : 제어부

72 : 열전반도체소자 기동스위치 73 : 냉각팬 구동회로

74 : 냉각수 순환펌프 구동회로 75 : 열전반도체소자 구동회로

77 : 냉매순환펌프 구동회로

상기 목적은, 본 발명에 따라, 냉장실을 형성하는 본체와, 상기 냉장실의 외부에 위치하는 발열부와 흡열부를 가진 열전반도체소자를 구비한 냉장고의 냉각방법에 있어서, 상기 흡열부에 냉매를, 상기 발열부에 냉각수를 통과시켜 열전달시키는 단계와; 상기 흡열부에서 열전달된 냉매를 상기 냉장실내로 유입시켜 열전달시키고, 상기 발열부에서 열전달된 냉각수를 냉각시키는 단계와; 상기 냉장실내에서 열전달된 냉매를 상기 흡열부로, 상기 냉각된 냉각수를 상기 발열부로 복귀시키는 단계를 포함하는 냉장고의 냉각방법에 의하여 달성된다.

여기서, 상기 냉각수를 냉각시키는 단계는, 상기 냉각수를 향하여 냉각공기를 송풍하는 단계를 포함하여 구성할 수 있다.

한편, 상기 냉장실의 온도를 검출하는 단계를 더 포함하여, 상기 흡열부에 냉매를 통과시켜 열전달시키는 단계는, 상기 냉장실의 온도가 높을수록 냉매의 통과속도를 증대시키고, 상기 냉장실내로 냉매를 유입시키는 단계는, 상기 냉장실의 온도가 높을수록 냉매의 유입속도를 증대시키는 것이 바람직하다.

한편, 상기 냉각수의 온도를 검출하는 단계를 더 포함하여, 상기 발열부에 냉각수를 통과시키는 단계는, 상기 냉각실의 온도가 높을수록 냉각수의 통과속도를 증대시키고, 상기 냉각공기를 송풍하는 단계는, 상기 냉각수의 온도가 높을수록 냉각공기의 송풍량을 증대시키는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 냉각수를 냉각시키는 단계는, 상기 열전반도체소자의 동작이 중단된 후, 상기 냉각수의 온도가 소정온도 이하가 될 때까지 상기 냉각수를 계속하여 순환시키고, 상기 냉각공기를 계속하여 송풍하도록 구성할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 냉장고의 개략적 구성도, 도 5는 도 4의 A-A단면도,도 6은 도 4에 도시한 냉장고의 제어블럭도, 도 7은 도 4에 도시한 냉장고의 냉각방법을 도시한 흐름도이다.

도 4와 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 냉장고는, 냉장실(51)과, 이 냉장실(51)내부에 설치되며, 지그재그상의 전열관을 가진 냉장실 열교환기(52)와, 이 냉장실 열교환기(52)에 흡열판(62)이 냉매용 호스(54a)를 통해 연결되어 있는 열전반도체소자(61)를 가지고 있다. 냉장실(51)내에는 냉장실온도센서(53)가 설치되어, 냉장실(51)내의 온도를 검출한다. 열전반도체소자(61)의 흡열판(62)에는 냉매유입구(65) 및 냉매 유출구(69)를 가진 냉매수용부(68)가, 열전반도체소자(61)의 발열판(63)에는 냉각수 유입구(67) 및 냉각수 유출구(66)를 가진 냉각수 수용부(64)가 마련되어 있다. 냉매유입구(65)에는 냉매순환펌프(55)가 냉매용 호스(54b)를 통해, 냉각수 유출구(66)에는 지그재그상의 전열관을 갖는 방열기(57)가 냉각수용 배관(56a)을 통해 연결되어 있다. 냉매 순환펌프(55)는 냉매용 배관(54c)을 통해 냉장실 열교환기(52)에 연결되어 있으며, 이 냉매 순환펌프(55)에 의해 냉매는 냉매수용부(68)와 냉장실 열교환기(52)사이에서 순환된다. 방열기(57)에는 냉각수용 배관(56b)을 통해 냉각수 순환펌프(58)가 연결되고, 냉각수 순환펌프(58)의 타단은 냉각수용 배관(56c)을 통해 냉각수 유입구(67)에 연결되어 있으며, 이 냉각수 순환펌프(58)에 의해 냉각수는 냉각수 수용부(64)와 방열기(57)사이에서 순환된다. 냉각수용 배관(56a)의 표면에는 냉각수온도센서(60)가 부착되어 냉각수의 온도를 검출한다. 방열기(57)의 전면에는 냉각팬(59)이 설치되어 있으며, 이 냉각팬(59)은 방열기(57)의 전열관을 향하여 냉각공기를 송풍한다.

이러한 구성을 가지는 냉장고에서, 열전반도체소자 기동스위치(72)로부터 입력되는 기동신호에 따라 제어부(71)는 열전반도체소자 구동회로(75)를 제어하여 열전반도체소자(61)를 기동시키면(S1), 냉매수용부(68)에 수용된 냉매는 열전반도체소자(61)의 흡열판으로 열을 방출하여 냉각되고, 냉각수 수용부(64)에 수용된 냉각수는 열전반도체소자(61)의 발열판(63)으로부터 열을 흡수하여 가열된다. 이 때, 제어부(71)는 열전반도체소자 기동스위치(72)로부터 입력되는 열전반도체소자의 기동신호에 따라 냉매순환펌프 구동회로(77), 냉각수 순환펌프 구동회로(74) 및 냉각팬 구동회로(73)를 제어하여 냉매순환펌프(55), 냉각수 순환펌프(58) 및 냉각팬(59)을 동작시킨다(S2). 냉매수용부(68)에서 냉각된 냉매는 냉매 순환펌프(55)에 의해 냉매용 배관(54a)을 통하여 냉장실 열교환기(52)로, 냉각수 수용부(68)에서 가열된 냉각수는 냉각수 순환펌프(58)에 의해 냉각수용 배관(56a)을 통하여 방열기(57)로 각각 이동된다. 이 때, 냉각수온도센서(60)는 가열된 냉각수의 온도를 검출하고(S3), 이 검출된 신호를 제어부(71)로 출력한다. 제어부(71)는 냉각수온도센서(60)로부터의 검출신호에 따라 냉각수순환펌프 구동회로(74)를 제어하여 냉각수의 온도가 높을수록 냉각수 순환펌프(58)를 고속으로 동작시킨다(S4, S5). 냉장실 열교환기(52)로 이동된 냉매는 냉장실 열교환기(52)의 전열관을 통과하는 동안 냉장실(51)내의 열을 흡수하여 가열되고 즉, 냉장실(51)은 냉각된다. 이 때, 냉장실 온도센서(53)는 냉장실(51)내의 온도를 검출하고(S6), 이 검출신호를 제어부(71)로 출력한다. 방열기(57)로 이동된 냉각수는 전열관을 통과하는 동안 외부로 열을 방출하고 냉각된다. 이 때, 냉각팬(59)의 냉각공기의 송풍에 의하여 전열관의 열방출효율이 증대된다. 제어부(71)는 냉각수온도센서(60) 및 냉장실온도센서(53)로부터의 검출신호에 따라 냉매순환펌프 구동회로(77) 및 냉각팬 구동회로(73)를 제어하여 냉각수의 온도가 높을수록 냉각팬(59)을 고속으로 동작시키고, 냉장실(51)의 온도가 높을수록 냉매순환펌프(55)를 고속으로 동작시키는 한편(S7, S8), 냉장실(51)의 온도가 설정온도에 도달할 때, 열전반도체소자 구동회로(75)를 제어하여 열전반도체소자(61)의 동작을 중단시킨다(S9). 냉장실 열교환기(52)의 전열관을 통과하면서 가열된 냉매는, 냉매용 배관(54b, 54c)을 통해 냉매수용부(68)로 복귀되고, 방열기(57)의 전열관을 통과하면서 냉각된 냉각수는, 냉각수용 배관(56b, 56c)을 통해 냉각수 수용부(64)로 복귀된다.

한편, 제어부(71)는 냉장실(51)의 온도가 설정온도에 도달하여, 열전반도체소자(61)의 동작을 중단시킨 후, 냉매순환펌프 구동회로(77)를 제어하여 냉매순환펌프(55)의 동작을 중지시키고(S10), 냉각수 순환펌프 구동회로(74) 및 냉각팬 구동회로(73)를 제어하여 냉각수의 온도가 소정온도 이하가 될 때까지 냉각수 순환펌프(58) 및 냉각팬(59)을 연장하여 동작시켜 냉각수 수용부(64)와 방열기(57)에서의 냉각수의 가열 및 냉각사이클이 반복되도록 한다(S11). 이에 의해, 열전반도체소자(61)의 발열부에 잔류하는 열이 냉장실(51)내로 전달되는 것을 막을 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 열전반도체소자를 사용하여 냉장실을 냉각함에 있어, 냉장실의 냉각효율을 증대시킬 수 있다.

Claims (11)

1. 냉장실을 형성하는 본체와, 상기 냉장실의 외부에 위치하는 발열부와 흡열부를 가진 열전반도체소자를 구비한 냉장고의 냉각방법에 있어서,

   상기 흡열부에 냉매를, 상기 발열부에 냉각수를 통과시켜 열전달시키는 단계와;

   상기 흡열부에서 열전달된 냉매를 상기 냉장실내로 유입시켜 열전달시키고, 상기 발열부에서 열전달된 냉각수를 냉각시키는 단계와;

   상기 냉장실내에서 열전달된 냉매를 상기 흡열부로, 상기 냉각된 냉각수를 상기 발열부로 복귀시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 냉각수를 냉각시키는 단계는,

   상기 냉각수를 향하여 냉각공기를 송풍하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 냉장실의 온도를 검출하는 단계를 더 포함하며;

   상기 흡열부에 냉매를 통과시켜 열전달시키는 단계는, 상기 냉장실의 온도가 높을수록 냉매의 통과속도를 증대시키고,

   상기 냉장실내로 냉매를 유입시켜 열전달시키는 단계는, 상기 냉장실의 온도가 높을수록 냉매의 유입속도를 증대시키는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각방법.
4. 청구항 2에 있어서,

   상기 냉장실의 온도를 검출하는 단계를 더 포함하며;

   상기 흡열부에 냉매를 통과시켜 열전달시키는 단계는, 상기 냉장실의 온도가 높을수록 냉매의 통과속도를 증대시키고,

   상기 냉장실내로 냉매를 유입시켜 열전달시키는 단계는, 상기 냉장실의 온도가 높을수록 냉매의 유입속도를 증대시키는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각방법.
5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,

   상기 냉각수의 온도를 검출하는 단계를 더 포함하며;

   상기 발열부에 냉각수를 통과시키는 단계는,

   상기 냉각실의 온도가 높을수록 냉각수의 통과속도를 증대시키는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각방법.
6. 청구항 2에 있어서,

   상기 냉각수의 온도를 검출하는 단계를 더 포함하며;

   상기 발열부에 냉각수를 통과시키는 단계는,

   상기 냉각수의 온도가 높을수록 냉각수의 통과속도를 증대시키는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각방법.
7. 청구항 4에 있어서,

   상기 냉각수의 온도를 검출하는 단계를 더 포함하며;

   상기 발열부에 냉각수를 통과시키는 단계는,

   상기 냉각수의 온도가 높을수록 냉각수의 통과속도를 증대시키는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각방법.
8. 청구항 2에 있어서,

   상기 냉각수의 온도를 검출하는 단계를 더 포함하며;

   상기 냉각공기를 송풍하는 단계는,

   상기 냉각수의 온도가 높을수록 냉각공기의 송풍량을 증대시키는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각방법.
9. 청구항 4에 있어서,

   상기 냉각수의 온도를 검출하는 단계를 더 포함하며;

   상기 냉각공기를 송풍하는 단계는,

   상기 냉각수의 온도가 높을수록 냉각공기의 송풍량을 증대시키는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각방법.
10. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,

    상기 냉각공기를 송풍하는 단계는,

    상기 냉각수의 온도가 높을수록 냉각공기의 송풍량을 증대시키는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각방법.
11. 청구항 6 내지 10항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 냉각수를 냉각시키는 단계는,

    상기 열전반도체소자의 동작이 중단된 후, 상기 냉각수의 온도가 소정온도 이하가 될 때까지 상기 냉각수를 계속하여 순환시키고, 상기 냉각공기를 계속하여 송풍하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각방법.