KR20110007707A - 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고에 관한 것으로, 냉장고 내부벽 배면에 상변화물질이 내장된 용기체를 설치하여 냉장고 도어를 개폐하거나 정전시 냉장고의 온도가 급격히 상승하는 것을 방지할 수 있도록 한 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고에 관한 것이다.
냉장고, 상변화물질, 마이크로캡슐, 냉장고 도어, 내부벽

Description

상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고{ENERGY SAVING REFRIGERATOR WITH PHASE CHANGE MATERIL}
본 발명은 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고에 관한 것으로, 냉장고 내부벽 배면에 상변화물질이 내장된 용기체를 설치하여 냉장고 도어를 개폐하거나 정전시 냉장고의 온도가 급격히 상승하는 것을 방지할 수 있도록 한 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고에 관한 것이다.
일반적으로 냉장고는, 음식물 등을 냉동시키거나 냉장보관하기 위해 사용하는 것으로서, 원리는 냉매인 프레온이 증발기 속에서 기화될 때 저장실 내의 열을 기화열로 흡수하여 냉각시키며, 외부에서는 반대로 액화하여 흡수한 열을 발산하는 작용이 전동기에 의해 반복되어 저장실 안의 온도를 일정한 저온상태로 유지한다.
냉장고의 구조를 살펴보면, 냉매(冷媒)를 압축, 순환시켜 냉장고 내의 열을 흡수하여 외부로 발산시킴으로써, 냉장고 안을 저온으로 유지하는 작용을 하는 냉동기와 식품을 넣는 용기(容器)로서 냉동기에 의해 냉각된 내부 온도가 상승하지 않도록 외기(外氣)와 차단하기 위해 내부상자와 외부상자 사이에 단열재가 들어 있는 저장고와, 온도조절기 및 서리제거장치와 같은 운전제어장치로 이루어진다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 대한민국 특허등록 제0377618호에는, 냉동실(111) 및 냉장실(112)로 분리된 수납공간을 구성하는 케이스(110)와; 상기 케이스(110)의 일측에 장착되어 냉동실(111)과 냉장실(112)을 개폐하는 각 도어(113)와; 기계실에 설치되는 증발기(140), 압축기(120), 응축기(130) 및 모세관과 같이 냉동사이클을 이루는 기기들과; 상기 증발기(140)의 작동으로 저온 상변화됨으로써 냉동실(111) 및 냉장실(112)의 냉각작용을 이루는 상변화물질(170)을 이용한 간접냉각수단과; 상기 간접냉각수단에서 형성된 냉기를 순환시키는 송풍팬(164)을 포함하되, 특히 상기 간접냉각수단은 증발기(140)가 내장되는 축냉조(160)와; 상기 축냉조(160)에 저장되는 상변화물질(170)과; 상기 축냉조(160)에 저장되는 상변화물질(170)과; 상기 축냉조(160) 내부에 그 선단이 연결되며 타단이 냉동실(111)과 냉장실(112)로 연장된 상태에서 다수회 절곡된 열교환부(621, 631)가 됨으로써, 상변화물질(170)이 축냉작용을 통해 냉동실(111)과 냉장실(112)의 열을 흡수하는 히트 파이프(162, 163)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고가 게시된바 있다.
그러나 종래의 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고는, 축냉조에 저장된 상변화물질은 그 특성상 압축기의 작동이 멈추더라도 히트 파이프를 통해 냉동, 냉장실의 열을 계속해서 흡수함으로써 냉각작용을 지속적으로 수행할 수 있으나, 상 변화물질이 냉장고 내부벽 전체를 감싸는 것에 비해서는 냉각작용이 저조한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로, 상변화물질이 내장된 용기체를 냉장고 내부벽 배면에 설치함으로써, 냉장고 도어를 열거나 정전시 냉장고 내부의 온도가 급격히 상승하는 것을 방지할 수 있도록 한 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 격자형태의 구획부 내부에 상변화물질이 내장되는 박판형태의 용기체를 냉장고 내부벽 배면 및 냉장고 도어 내부벽 배면에 설치함으로써 냉장고 도어를 개폐하거나 정전시 냉장고의 온도가 급격히 상승하는 것을 방지할 수 있도록 함을 특징으로 한다.
또한, 상기 용기체의 재질은, 합성수지로 이루어짐을 특징으로 한다.
또한, 상기 용기체의 두께는, 1~3mm 임을 특징으로 한다.
또한, 상기 상변화물질은, 마이크로캡슐형임을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고는 격자형태의 구획부 내부에 상변화물질이 내장되는 박판형태의 용기체를 냉장고 내부벽 배면에 설치함으로써, 냉장고의 도어를 열거나 정전시 냉장고 내부의 온도가 급격히 상승하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 격자형태의 구획부 내부에 상변화물질이 내장되는 박판형태의 용기체를 냉장고 내부벽 배면 및 냉장고 도어 내부벽 배면에 설치함으로써 냉장고 도어를 개폐하거나 정전시 냉장고의 온도가 급격히 상승하는 것을 방지할 수 있도록 함을 특징으로 한다.
또한, 상기 용기체의 재질은, 합성수지로 이루어짐을 특징으로 한다.
또한, 상기 용기체의 두께는, 1~3mm 임을 특징으로 한다.
또한, 상기 상변화물질은, 마이크로캡슐형임을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 용기체의 설치상태 단면도를 각각 도시한 것으로서, 이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고의 구성을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고는, 도 2에 도시된 바와 같이 냉매(冷媒)를 압축, 순환시켜 냉장고 내의 열을 흡수하여 외부로 발산시킴으로써, 냉장고 안을 저온으로 유지하는 작용을 하는 냉동기와, 식품을 넣는 용기(容器)로서 냉동기에 의해 냉각된 내부 온도가 상승하지 않도록 외기(外氣)와 차단하 기 위해 내부상자와 외부상자 사이에 단열재가 들어 있는 저장고와, 온도조절기 및 서리제거장치와 같은 운전제어장치로 구성되는 일반적인 냉장고에 있어서, 냉장고 내부벽(20) 배면에 상변화물질(13)이 내장되는 용기체(11)가 설치됨을 특징으로 한다.
상기 용기체(11)는, 얇은 널빤지나 철판의 박판형태로 형성되면서 격자형태의 구획부(12) 내부에 상변화물질(13)이 내장됨을 특징으로 한다.
즉, 상기 용기체(11)는, 격자형태의 구획부(12)를 형성하여 이 구획부(12) 내부에 상변화물질(13)을 내장함으로써, 냉장고의 도어를 열거나 정전시 냉장고의 온도가 급격히 상승하는 것을 방지한다.
상기 용기체(11)에 격자형태의 구획부(12)를 형성하지 않고 봉지형태로 형성할 수도 있으나 이 경우 고가인 상변화물질(13)이 용기체(11) 내부 전체에 투입됨에 따라 가격 상승과 더불어 많은 량의 상변화물질(13)이 담긴 용기체(11)를 냉장고 내부벽(20) 배면에 설치하기 쉽도록 박판형태로 제작하기 어려운 단점이 있다.
이러한 기술적인 문제를 해결하기 위해 용기체(10)에 격자형태의 구획부(12)를 형성하고 이 구획부(12) 내부에 상변화물질(13)를 내장토록 한다.
상기 용기체(11)의 두께는 얇으면 얇을수록 상변화물질(13)의 열 흡수 및 방출 효과가 커질 수 있고 유연하여 냉장고 내부벽(20) 배면에 설치가 쉬우나, 용기 체(11) 두께가 너무 얇으면 용기체(11)가 찢어지는 등의 손상이 있을 수 있다.
따라서, 용기체(11) 두께에 대한 실험을 자체 내로 실시한 결과 용기체(11)의 두께는 1~3mm 일 때 손상이 없이 가장 적합한 것을 알 수 있었다.
상기 용기체(11)의 재질은, 비닐, 합성수지, 금속 등 상변화물질(13)을 담을 수 있는 것은 모두 가능하나, 냉장고 배부벽(20) 배면에 밀착 설치를 위해서는 유연한 재질을 사용하는 것이 좋으므로 용기체(11)의 재질로 합성수지 필름을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 상변화물질(13)은, 도 3에 도시된 바와 같이 용기체(11)의 구획부(12) 내부에 내장된다.
상변화물질(PCM; Phase Change Material)이란, 물질이 갖고 있는 잠열의 흡수 또는 방출 효과를 이용하여 에너지를 저장하거나 온도를 일정하게 유지하는 목적으로 사용되는 물질을 말한다.
여기에서, 잠열이란, 물질이 상변화 될 때 즉, 고체에서 액체 또는 액체에서 고체, 액체에서 기체 또는 기체에서 액체로 변할 때에, 같은 온도에서 흡수하거나 방출하는 열을 의미하는 것으로서, 잠열은 현열 즉 상변화가 일어나지 않은 상태에서의 흡수 또는 방출되는 열의 양보다 매우 크다.
따라서, 상변화물질(PCM)은 주변온도가 높을 때에는 서서히 온도가 상승되도록 하고, 주변온도가 낮을 때에는 서서히 온도가 하강되도록 하여 주변온도가 높은 여름철 등에는 시원한 상태를 오랜 시간동안 유지할 수 있도록 하고, 주변온도가 낮은 겨울철 등에는 따뜻한 상태를 오랜 시간동안 유지할 수 있는 기능이 있는 것이다.
즉, 구체적으로, 상기 PCM에 대하여 일정한 온도를 기억시켜 놓으면 해당 온도범위에서 상변환물질이 상을 변화시키면서 열을 방출하거나 열을 저장하여 주변의 온도를 높이거나 낮출 수 있게 되는 것인 바, 여름철에 시원한 장소에서 더운 장소로 옮긴 경우 고체에서 액체로 상이 변화되면서 주변의 열을 빼앗아 주변을 시원하게 할 수 있게 되며, 겨울철에 더운 장소에서 차가운 장소로 옮긴 경우 액체에서 고체로 상이 변화되면서 주변에 열을 방출하여 주변을 따뜻하게 할 수 있게 된다.
본 발명에서 사용되는 상변환물질은 마이크로캡슐화된 것을 사용하며, 상변환물질로서는 테트라데칸, 에이코산, 옥타데칸, 헥사데칸, 프로피온아미드, 나프탈렌, 아세트아미드, 스테아르산, 폴리글리콜, 왁스, 팔미트산, 미리스트산, 리그노세레이트, 캄펜, 3-헵타네카논, 폴리에틸렌 글리콜, 테트라데칸, 시안아미드, 라우르산, 카르폴론, 트리미리스트린, 헥사데카논, 카프르산, 카프릴산 및 폴리글리콜로 이루어지는 군에서 선택되는 하나인 것을 사용할 수 있고, 마이크로캡슐화하는 고분자 물질로는 아크릴 수지, 멜라민 수지 및 또는 요소수지 등이 사용될 수 있으며, 상기 마이크로캡슐 크기는 40~50㎛인 것을 사용할 수 있다.
한편 본 발명에 있어서 상변환물질의 기억온도의 설정범위는 -20℃에서 120℃까지 광범위한 것을 사용할 수 있다.
이와 같이 격자형태의 구획부(12) 내부에 상변화물질(13)이 내장된 용기체(11)를 냉장고 내부벽(20) 배면에만 밀착 설치하거나, 또는 냉장고 내부벽(20) 배면 및 냉장고 도어 내부벽(20) 배면에 밀착 설치한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고는, 상변화물질(13)이 내장된 용기체(11)를 냉장고 내부벽(20) 배면에 설치함으로써, 냉장고 도어를 열거나 정전시 냉장고 내부의 온도가 급격히 상승하는 것을 방지할 수 있도록 한 것으로서, 이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고의 작용을 설명하면 다음과 같다.
일반적인 냉장고는 도어를 열면 냉장고 내부의 냉기가 외부로 빠져나가면서 냉장고 내부의 온도가 급격하게 상승하기 때문에 이를 방지하기 위해 가정에서는 냉장고 내부에 비닐커버 커튼을 부착하는 등의 방법을 사용하고 있다.
그러나 본 발명에 따른 냉장고 내부벽(20) 배면에는 상변화물질(13)이 내장된 용기체(11)가 설치되어 있어 냉장고 도어를 열 때 냉기가 외부로 빠져나가더라도 용기체(11) 내부의 상변화물질(13)이 고체에서 액체로 상이 변화되면서 주변의 열을 빼앗아 냉장고 내부의 온도가 급격히 상승하는 것을 막을 수 있다.
또한, 정전시에도 마찬가지로 일반적인 냉장고의 경우 냉장고의 작동이 멈추면 냉장고 내부의 온도가 상승하게 되나, 본 발명에 따른 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고는 용기체(11) 내부의 상변화물질(13)이 고체에서 액체로 상이 변 화되면서 주변의 열을 빼앗아 냉장고 내부의 온도가 상승하는 것을 막을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고는 냉장고 도어를 열거나 정시 냉장고의 온도가 급격히 상승하는 것을 방지함과 더불어 상변화물질(13)에 의해 냉장고 온도를 일정온도 이하로 유지할 수 있어 냉장고의 사용에 따른 전력을 대폭 절감할 수 있다.
도 1은 종래의 상변화물질을 이용한 냉장고의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 용기체의 설치상태 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11:용기체 12:구획부 13:상변화물질
20:냉장고 내부벽 21:냉장고 도어 내부벽

Claims (4)

  1. 격자형태의 구획부 내부에 상변화물질이 내장되는 박판형태의 용기체를 냉장고 내부벽 배면 및/ 또는 냉장고 도어 내부벽 배면에 설치함으로써 냉장고 도어를 개폐하거나 정전시 냉장고의 온도가 급격히 상승하는 것을 방지할 수 있도록 함을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고.
  2. 청구항 1항에 있어서,
    상기 용기체의 재질은, 합성수지로 이루어짐을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고.
  3. 청구항 1항에 있어서,
    상기 용기체의 두께는, 1~3mm 임을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 상변화물질은, 마이크로캡슐형임을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 에너지 저감 냉장고.
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