KR20090076564A

KR20090076564A - 냉장고 냉각 장치 및 냉각 방법

Info

Publication number: KR20090076564A
Application number: KR1020080002586A
Authority: KR
Inventors: 강형구
Original assignee: 강형구
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2009-07-13
Also published as: KR100909726B1

Abstract

본 발명은 냉매를 이용한 냉각 방식의 효율성과 열전소자를 이용한 방식의 온도 정밀성 및 정숙성의 장점을 모두 가지는 냉각 장치 및 이러한 냉각 장치를 이용한 냉각 방법에 관한 것으로서, 단열벽을 갖는 냉장고 내의 온도를 낮추는 냉각 장치로서, 단열벽에 설치되는 열전소자; 열전소자의 내측면에 결합되고, 냉장고 내부로 냉기를 방출하는 냉각판; 열전소자의 외측면에 결합되고, 냉장고 외부로 방열하는 방열판; 냉매를 고온, 고압의 기체로 변환시키는 압축기; 단열벽 외부에 설치되고, 압축기를 통과한 냉매를 외기로 방열시켜 상온, 고압의 액체로 변환시키는 응축기; 응축기를 통과한 냉매를 저온, 저압으로 변환시키는 모세관; 단열벽 내부에 설치되고, 모세관을 통과한 냉매가 냉장고 내의 열을 흡수하게 하여 냉매를 저온, 저압의 기체로 변환시키는 증발기; 냉장고 내의 온도를 측정하는 온도 센서; 및 온도 센서에서 측정된 온도에 기초하여 압축기 및 열전소자에 공급되는 전원을 제어하는 제어부;를 포함하는 냉장고 냉각 장치 및 이러한 냉각 장치를 이용한 냉각 방법을 제공한다.

냉장고, 냉각, 냉매, 열전소자

Description

냉장고 냉각 장치 및 냉각 방법{Cooling Equipment and Method of Refrigerator}

본 발명은 냉각 장치 및 냉각 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉매를 이용한 냉각 방식의 효율성과 열전소자를 이용한 방식의 온도 정밀성 및 정숙성의 장점을 모두 가지는 냉각 장치 및 이러한 냉각 장치를 이용한 냉각 방법에 관한 것이다.

냉장고는 음식물 등을 실내 온도보다 낮은 소정의 온도로 유지하기 위해 사용된다.

보통의 냉장고는 프레온 가스 등의 냉매(refrigerants)를 이용하는 방식을 이용한다. 냉매는 압축기에서 고압으로 압축되고, 응축기에서 주위로 열을 발산하며 응축되며, 모세관을 통해 낮은 압력으로 되고, 증발기에서 냉장고 내의 열을 흡수하여 냉장고 내의 온도를 낮추면서 증발하며, 다시 압축기로 유입되는 순환을 반복한다. 이러한 냉매 이용 방식의 냉장고는 압축기를 구동함으로써 소음과 진동을 발생시키고, 냉매의 순환에 따라 냉각을 하여 전원의 On/Off에 따라 즉시로 냉각 과정이 시작 또는 정지하지 않기 때문에 정확하게 냉장고 내의 온도를 맞추기 어려 우며, 비교적 크기가 큰 냉각 장치를 요구하고, 프레온 가스와 같은 냉매는 환경에 악영향을 끼친다.

이러한 문제점을 보완하고자, 열전소자(thermoelectric element)를 이용하는 냉장고가 개발되었다. 이러한 냉장고의 냉각 장치는 열을 외기로 발산하는 방열판, 방열판에 접촉하는 열전소자, 냉장고 내의 열을 흡수하는 냉각판을 포함하여 구성된다. 열전소자는 상이한 두 금속의 접합으로 구성되고, 열전소자에 전류가 흐르면 펠티에(Peltier) 효과에 의해 일측에서는 열을 흡수하고 타측에서는 열을 방출하여 냉장고 내의 온도를 낮춘다. 이러한 열전소자 이용 방식의 냉장고는 압축기를 구동하는 모터를 사용하지 않아 소음과 진동을 발생시키지 않고, 전원의 On/Off에 따라 즉시로 냉각이 시작 또는 정지하여 정확하게 냉장고 내의 온도를 맞출 수 있으며, 냉매 방식에 비하여 현저하게 작은 냉각 장치로 작동 가능하고, 환경을 오염시킬 우려가 작다. 그러나, 현재 사용되는 열전소자는 냉각 효율(COP)이 낮아 소형 냉장고에서만 사용되는 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 냉매를 이용한 냉각 방식의 효율성과 열전소자를 이용한 방식의 온도 정밀성 및 정숙성의 장점을 모두 가지는 냉각 장치 및 냉각 방법을 제공하는 것을 일목적으로 한다.

또한, 본 발명은 냉매 순환 장치와 열전소자를 이용하면서 그 구조를 간단하게 하는 냉각 장치를 제공하는 것을 일목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 단열벽을 갖는 냉장고 내의 온도를 낮추는 냉각 장치로서, 단열벽에 설치되는 열전소자; 열전소자의 내측면에 결합되고, 냉장고 내부로 냉기를 방출하는 냉각판; 열전소자의 외측면에 결합되고, 냉장고 외부로 방열하는 방열판; 냉매를 고온, 고압의 기체로 변환시키는 압축기; 단열벽 외부에 설치되고, 압축기를 통과한 냉매를 외기로 방열시켜 상온, 고압의 액체로 변환시키는 응축기; 응축기를 통과한 냉매를 저온, 저압으로 변환시키는 모세관; 단열벽 내부에 설치되고, 모세관을 통과한 냉매가 냉장고 내의 열을 흡수하게 하여 냉매를 저온, 저압의 기체로 변환시키는 증발기; 냉장고 내의 온도를 측정하는 온도 센서; 및 온도 센서에서 측정된 온도에 기초하여 압축기 및 열전소자에 공급되는 전원을 제어하는 제어부;를 포함하는 냉장고 냉각 장치를 제공한다.

응축기가 열전소자의 외측에 결합되어 열전소자의 방열판 역할을 하거나, 증발기가 열전소자의 내측에 결합되어 열전소자의 냉각판 역할을 하게 하여, 구성을 단순하게 하는 것도 가능하다.

제어부는, 사용자에 의해 설정된 온도와 온도 센서에서 측정된 온도의 차이가 소정의 값 이상이면 압축기에 전원을 공급하고 열전소자에 전원을 중단하며, 소정의 값 미만이면 열전소자에 전원을 공급하고 압축기에 전원을 중단하여, 냉매 방식과 열전소자 방식의 장점을 취하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은, 압축기, 응축기, 모세관 및 증발기로 이루어져 냉매를 순환시켜 냉각시키는 제 1 냉각 장치와, 열전소자, 냉각판, 방열판으로 이루어진 제 2 냉각 장치와, 냉장고 내의 온도를 측정하는 온도 센서와, 온도 센서에서 측정된 온도에 기초하여 제 1 및 제 2 냉각 장치를 제어하는 제어부를 포함하는 냉장고의 냉각 방법으로서, 온도 센서에서 측정된 측정 온도가 사용자가 사전에 입력한 설정 온도보다 높은지 여부를 판단하는 단계; 측정 온도가 설정 온도보다 낮은 경우, 제 1 및 제 2 냉각 장치의 작동을 중지하는 단계; 측정 온도가 설정 온도보다 높은 경우, 측정 온도와 설정 온도의 차이가 소정의 기준값보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 온도 차이가 소정의 기준값보다 큰 경우, 제 1 냉각 장치를 작동시키고 제 2 냉각 장치의 작동을 중지시키는 단계; 및 온도 차이가 소정의 기준값보다 작은 경우, 제 2 냉각 장치를 작동시키고 제 1 냉각 장치의 작동을 중지시키는 단계;를 포함하는 냉장고의 냉각 방법을 제공한다.

상술한 본 발명에 따르면, 냉매 냉각 방식과 열전소자 냉각 방식을 동시에 사용하여, 많은 전력이 필요한 경우에는 냉매 냉각 방식을 이용하고 정확한 냉각이 필요한 경우에는 열전소자 냉각 방식을 이용하여 양 방식의 단점을 보완할 수 있다. 즉, 설정 온도와 냉장고내 온도의 차이가 큰 경우 소비 전력이 비교적 작은 냉매 냉각 방식을 이용하고, 설정 온도와 냉장고내 온도의 차이가 작은 경우 진동과 소음이 적고 정확하게 온도를 맞출 수 있는 열전소자 방식을 이용할 수 있다. 그리하여, 냉매 방식의 큰 진동, 소음과 온도의 부정확성, 그리고 열전소자의 비효율성을 극복할 수 있다. 또한, 기존의 냉장고에 비하여 냉매 사용이 줄어들기 때문에 친환경적이다.

또한, 본 발명에 따르면, 냉매 냉각 방식의 응축기와 열전소자 방식의 방열판을 공유하거나 증발기와 냉각판을 공유함으로써, 냉장고의 장치의 부피 및 제조 단가를 감소시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 기술한다. 본 발명의 추가적인 목적 및 효과는 이하에서 보다 구체화될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 냉장고 냉각 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 냉각 장치는 단열벽(110)을 가진 통상적인 냉장고(100)에 설치된다. 냉각 장치는 열전소자(120), 응축기/발열판(150), 증발기/냉각판(180)으로 구성된 열전소자 냉각 장치와, 압축기(140), 응축기/발열판(150), 모세관(170), 증발기/냉각판(180)의 장치를 포함하고 각 장치들은 냉매 파이프(130)를 통해 연결된 냉매 냉각 장치와, 냉장고(100) 내의 온도를 측정하는 온도 센서(190)와, 냉각 장치를 제어하는 마이컴(200)을 포함한다. 도 1에서 응축 기와 발열판, 증발기와 냉각판 각각은 하나의 장치로 도시되었지만, 이들은 별도의 구성일 수 있다.

열전소자(120)는 단열벽(110)에 설치된다. 열전소자(120)는 상이한 두 금속의 접합으로 구성되고, 열전소자(120)에 전류가 흐르면 펠티에(Peltier) 효과에 의해 일측(단열벽(110) 내측)에서는 열을 흡수하고 타측(단열벽(110) 외측)에서는 열을 방출한다.

열전소자(120) 외측에는 응축기/발열판(150)이 결합된다. 응축기/발열판(150) 내부에는 냉매가 유동할 수 있는 관로가 형성되고, 일측은 열전소자(120)와 넓은 면적으로 접촉할 수 있는 평면 형태이며, 타측은 외기와 넓은 면적으로 접촉할 수 있도록 굴곡진 형태이다. 그리하여, 냉매 순환으로 냉각할 때에는 뜨거운 냉매가 응축기/발열판(150)을 통과함으로써 발열하고, 열전소자로 냉각할 때에는 열전소자(120)의 열이 전달되어 발열된다. 응축기/발열판(150)은 열전달이 뛰어난 금속으로 제작된다. 열전소자(120)와 응축기/발열판(150)은 이들 사이의 공극을 없애고 열전달이 뛰어난 소재를 이용하여 결합된다. 응축기/발열판(150) 외측에는 공기 순환을 시켜 발열을 향상시키기 위한 냉각팬(160)이 설치될 수 있다.

열전소자(120) 내측에는 증발기/냉각판(180)이 결합된다. 증발기/냉각판(180) 내부에는 냉매가 유동할 수 있는 관로가 형성되고, 일측은 열전소자(120)와 넓은 면적으로 접촉할 수 있는 평면 형태이며, 타측은 냉장고(100) 내부 공기와 넓은 면적으로 접촉할 수 있도록 굴곡진 형태이다. 그리하여, 냉매 순환으로 냉각할 때에는 차가운 냉매가 응축기/냉각판(180)을 통과함으로써 냉각을 실행하고, 열 전소자로 냉각할 때에는 열전소자(120)의 냉기가 전달되어 냉각을 실행한다. 증발기/냉각판(180)은 열전달이 뛰어난 금속으로 제작된다. 열전소자(120)와 증발기/냉각판(180)은 이들 사이의 공극을 없애고 열전달이 뛰어난 소재를 이용하여 결합된다.

열전소자(120)이 전류가 공급되면, 열전소자(120)는 증발기/냉각판(180)을 통해 냉장고 내의 열을 흡수하고 응축기/발열판(150)을 통해 외기로 열을 방출한다.

냉매는 냉매 파이프(130)를 통해 압축기(140), 응축기/발열판(150), 모세관(170), 응축기/냉각판(180), 그리고 다시 압축기(140)로 순환한다. 압축기(140)는 모터 등의 구동 장치에 연결되어 저압, 저온 기체 상태의 냉매를 고압, 고온 기체 상태로 압축한다. 냉장고(100) 외부에 설치된 응축기/발열판(150)은 압축기(140)를 통과한 고압, 고온 기체 상태의 냉매를 고압, 고온 액체 상태의 냉매로 응축한다. 이때 발생하는 열은 응축기/발열판(140)을 통해 외기로 방출된다. 모세관(170)은 응축기/발열판(150)을 통과한 고압, 고온 액체 상태의 냉매를 팽창시켜 저압, 저온 액체/기체 혼합 상태로 변환한다. 냉장고(100) 내부에 설치된 증발기/냉각판(180)은 모세관(170)을 통과한 저압, 저온 액체/기체 혼합 상태의 냉매를 저압, 저온 기체 상태의 냉매로 증발시킨다. 증발 과정에서 냉매는 냉장고(100) 내부의 열을 흡수한다.

온도 센서(190)는 냉장고(100) 내부의 온도를 측정한다. 온도 센서(190)에 의해 측정된 온도는 마이컴(200)으로 전달된다. 마이컴(200)은 온도 센서(190)에 의해 측정된 온도에 기초하여 열전소자(120) 및 압축기(140)로 인가되는 전원을 제어한다. 마이컴(200)의 상세한 작동은 후술될 것이다.

상술한 구조에서, 응축기/발열판(140), 증발기/냉각판(180)은 냉매 냉각 방식과 열전소자 냉각 방식 모두에서 공통으로 사용되는 것으로 기재되었지만, 냉매 방식의 응축기와 열전소자 방식의 발열판이 별도의 장치로 분리되어 사용되거나 냉매 방식의 증발기와 열전소자 방식의 냉각판이 별도의 장치로 분리되어 사용되는 것도 가능하다. 그러나, 응축기와 발열판, 증발기와 냉각판을 각각 하나의 장치로 사용하는 것은 구성 부품의 수를 감소시키고 냉장고의 부피를 줄이며 제작 비용을 낮추는 장점을 가진다.

이하에서는, 상술한 구조를 가진 냉장고(100)의 작동 방법을 도 2의 흐름도를 참조하여 기술한다.

사용자는 냉장고(100)에 설치된 입력 장치를 이용하여 원하는 냉각(냉장 또는 냉동) 온도를 설정한다(S10 단계). 설정된 온도는 마이컴(200)에 저장된다.

온도 센서(190)에 의해 측정된 냉장고(100) 내부의 온도는 마이컴(200)으로 전달되고, 사용자가 설정한 온도가 냉장고(100) 내부의 온도보다 높은지 여부가 판단된다(S20 단계).

사용자가 설정한 온도가 냉장고(100) 내부의 온도보다 낮은 경우(S20 단계에서 NO), 마이컴(200)은 열전소자(120), 압축기(140)로 인가되는 전원을 차단하여 열전소자 방식 냉각과 냉매 방식 냉각을 모두 중지시킨다(S30 단계).

사용자가 설정한 온도가 냉장고(100) 내부의 온도보다 높은 경우(S20 단계에 서 YES), 마이컴(200)은 설정 온도와 측정 온도의 차이가 사전에 정해진 소정의 기준값보다 큰지 여부가 판단된다(S40 단계). 기준값은 냉매 방식 냉각의 온도 정확도에 기초하여 정해진다. 예를 들면, 냉매 방식 냉각을 사용하는 경우 0.5℃의 정확도로 냉장고(100) 내부의 온도를 맞출 수 있다면, 기준값은 0.5℃에서 소정의 여유치를 가지는 값인 1.0℃일 수 있다.

온도 차이가 소정의 기준값보다 큰 경우(S40 단계에서 YES), 마이컴(200)은 압축기(140)로의 전원을 연결하여 냉매 방식 냉각을 실행하고 열전소자(120)로의 전원을 차단하여 열전소자 방식 냉각을 중지시킨다(S50 단계). 온도 차이가 큰 경우, 열전소자 방식을 이용하여 냉각하는 것은 많은 전력과 시간을 필요로 하여 비효율적이므로, 냉매 방식을 이용하여 냉각을 한다.

온도 차이가 소정의 기준값보다 작은 경우(S40 단계에서 NO), 마이컴(200)은 열전소자(120)로의 전원을 연결하여 열전소자 방식 냉각을 실행하고 압축기(140)로의 전원을 차단하여 냉매 방식 냉각을 중지시킨다(S60 단계). 온도 차이가 작은 경우, 냉매 방식을 이용하여 냉각하는 것은 냉장고(100) 내부의 온도를 정확하게 맞추기 어렵고 압축기(140) 구동에 의한 소음과 진동이 심하므로, 열전소자 방식을 이용하여 냉각을 한다.

상술한 S20 내지 S60 단계는 일정 시간 간격으로 반복된다.

상술한 방법에 따르면, 사용자가 S10 단계에서 온도를 설정하면, 초기에는 압축기(140)를 구동하여 냉매 방식으로 냉각을 하고, 냉장고(100) 내부 온도가 설정 온도에 근접하면 압축기(140)의 구동을 중지하고 열전소자(120)의 작동을 구동 또는 정지하여 냉장고(100) 내부 온도를 일정하게 유지시킨다. 그리하여, 냉장고 내에 저장되는 저장물의 신선도를 향상시키고 냉장고가 장시간 정숙하게 작동하도록 한다.

비록 본 발명이 상술한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

도 1은 본 발명에 따른 냉각 장치의 구성도, 및

도 2는 본 발명에 따른 냉각 방법의 흐름도.

<도면 부호에 대한 설명>

100: 냉장고 110: 단열벽

120: 열전소자 130: 냉매 파이프

140: 압축기 150: 응축기/발열판

160: 냉각팬 170: 모세관

180: 증발기/냉각판 190: 온도 센서

200: 마이컴

Claims

단열벽을 갖는 냉장고 내의 온도를 낮추는 냉각 장치로서,

상기 단열벽에 설치되는 열전소자;

상기 열전소자의 내측면에 결합되고, 상기 냉장고 내부로 냉기를 방출하는 냉각판;

상기 열전소자의 외측면에 결합되고, 상기 냉장고 외부로 방열하는 방열판;

냉매를 고온, 고압의 기체로 변환시키는 압축기;

상기 단열벽 외부에 설치되고, 상기 압축기를 통과한 냉매를 외기로 방열시켜 상온, 고압의 액체로 변환시키는 응축기;

상기 응축기를 통과한 냉매를 저온, 저압으로 변환시키는 모세관;

상기 단열벽 내부에 설치되고, 상기 모세관을 통과한 냉매가 상기 냉장고 내의 열을 흡수하게 하여 냉매를 저온, 저압의 기체로 변환시키는 증발기;

상기 냉장고 내의 온도를 측정하는 온도 센서; 및

상기 온도 센서에서 측정된 온도에 기초하여 상기 압축기 및 열전소자에 공급되는 전원을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고 냉각 장치.
단열벽을 갖는 냉장고 내의 온도를 낮추는 냉각 장치로서,

상기 단열벽에 설치되는 열전소자;

상기 열전소자의 내측면에 결합되고, 상기 냉장고 내의 열을 흡수하는 냉각판;

냉매를 고온, 고압의 기체로 변환시키는 압축기;

상기 단열벽 외부에 상기 열전소자에 결합되어 설치되고, 상기 압축기를 통과한 냉매를 외기로 방열시켜 상온, 고압의 액체로 변환시키며, 상기 열전소자로부터의 열을 방열하는 응축기;

상기 응축기를 통과한 냉매를 저온, 저압으로 변환시키는 모세관;

상기 단열벽 내부에 설치되고, 상기 모세관을 통과한 냉매가 상기 냉장고 내의 열을 흡수하게 하여 냉매를 저온, 저압의 기체로 변환시키는 증발기;

상기 냉장고 내의 온도를 측정하는 온도 센서; 및

상기 온도 센서에서 측정된 온도에 기초하여 상기 압축기 및 열전소자에 공급되는 전원을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고 냉각 장치.
단열벽을 갖는 냉장고 내의 온도를 낮추는 냉각 장치로서,

상기 단열벽에 설치되는 열전소자;

상기 열전소자의 내측면에 결합되고, 상기 냉장고 내의 열을 흡수하는 냉각판;

상기 열전소자의 외측면에 결합되고, 상기 냉장고 외기로 방열하는 방열판;

냉매를 고온, 고압의 기체로 변환시키는 압축기;

상기 단열벽 외부에 설치되고, 상기 압축기를 통과한 냉매를 외기로 방열시켜 상온, 고압의 액체로 변환시키는 응축기;

상기 응축기를 통과한 냉매를 저온, 저압으로 변환시키는 모세관;

상기 단열벽 내부에 상기 열전소자에 결합되어 설치되고, 상기 모세관을 통과한 냉매가 상기 냉장고 내의 열을 흡수하게 하여 냉매를 저온, 저압의 기체로 변환시키며, 상기 열전소자로부터의 냉기를 방출하는 증발기;

상기 냉장고 내의 온도를 측정하는 온도 센서; 및

상기 온도 센서에서 측정된 온도에 기초하여 상기 압축기 및 열전소자에 공급되는 전원을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고 냉각 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어부는, 사용자에 의해 설정된 온도와 상기 온도 센서에서 측정된 온도의 차이가 소정의 값 이상이면 상기 압축기에 전원을 공급하고 상기 열전소자에 전원을 중단하며, 소정의 값 미만이면 상기 열전소자에 전원을 공급하고 상기 압축기에 전원을 중단하는 것을 특징으로 하는 냉장고 냉각 장치.
압축기, 응축기, 모세관 및 증발기로 이루어져 냉매를 순환시켜 냉각시키는 제 1 냉각 장치와, 열전소자, 냉각판, 방열판으로 이루어진 제 2 냉각 장치와, 냉장고 내의 온도를 측정하는 온도 센서와, 상기 온도 센서에서 측정된 온도에 기초 하여 상기 제 1 및 제 2 냉각 장치를 제어하는 제어부를 포함하는 냉장고의 냉각 방법으로서,

상기 온도 센서에서 측정된 측정 온도가 사용자가 사전에 입력한 설정 온도보다 높은지 여부를 판단하는 단계;

상기 측정 온도가 상기 설정 온도보다 낮은 경우, 상기 제 1 및 제 2 냉각 장치의 작동을 중지하는 단계;

상기 측정 온도가 상기 설정 온도보다 높은 경우, 상기 측정 온도와 상기 설정 온도의 차이가 소정의 기준값보다 큰지 여부를 판단하는 단계;

상기 온도 차이가 상기 소정의 기준값보다 큰 경우, 상기 제 1 냉각 장치를 작동시키고 상기 제 2 냉각 장치의 작동을 중지시키는 단계; 및

상기 온도 차이가 상기 소정의 기준값보다 작은 경우, 상기 제 2 냉각 장치를 작동시키고 상기 제 1 냉각 장치의 작동을 중지시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각 방법.