KR20110100415A - 열전소자를 이용한 냉장고 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 열전소자를 이용한 냉장고에 관한 것으로서, 일측에는 냉각면이 형성되고 타측에는 발열면이 형성되어 있으며, 냉각면과 발열면 사이의 접합부에 공급되는 전류에 의해 냉기 및 열기를 발생시키는 열전소자와, 열전소자의 냉각면과 접촉되고, 열전소자에서 발생하는 냉기로 배관 내의 유체를 냉각하며, 배관 내의 냉각된 유체의 열교환을 토대로 냉장고 내부의 온도를 낮추는 냉각부와, 열전소자의 발열면과 접촉되고, 열전소자에서 발생하는 열기로 배관 내의 유체를 가열하며, 배관 내의 가열된 유체의 열을 외부로 배출하는 발열부와, 열전소자와 전기적으로 연결되어 있으며, 열전소자의 접합부에 공급되는 전류량을 조절하여 냉장고의 냉장온도를 제어하는 제어부를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉각효율이 우수하면서 유효수명을 크게 증대시킬 수 있고, 소비전력을 줄일 수 있으며, 종래에서와 같이 압축기와 냉매를 사용하지 않으므로 환경보호 효과를 얻을 수 있다.

Description

열전소자를 이용한 냉장고{Refrigerator using a thermoelectric element}

본 발명은 열전소자를 이용한 냉장고에 관한 것이다.

일반적으로 음료나 주류 등을 시원하게 음용하거나 각종 음식물을 낮은 온도에서 보관하기 위해서는 주로 냉장고나 냉동고 등을 사용한다. 이러한 냉장고나 냉동고의 경우 하나의 단일물품으로 상품화되어 있으므로 가격이 비교적 고가이고, 기능에 비해 부피가 비대하여 공간의 차지가 과도하게 소요될 뿐만 아니라 주로 실내 전용으로 사용하였으며, 압축기를 사용함에 따라 크기가 매우 대형이며 작동 소음 역시 비교적 크다.

도 1은 이와 같은 일반적인 압축식 냉장고의 구동원리를 설명하기 위한 도면이다.

도시된 바와 같이 일반적인 압축식 냉장고(1)는, 증발기(2), 압축기(3), 응축기(4), 팽창밸브(5)로 구성되며, 배관(6)을 통해 상호 연결되어 있다.

증발기(2)는 압축식 냉장고(1)의 내측에 구비되며, 냉매를 기화시켜 냉장고 내의 온도를 급격히 낮춘다.

압축기(3)는 증발기(2)를 통해 증발된 냉매 기체를 고압의 냉매 기체로 변화시키다.

응축기(4)는 압축식 냉장고(1)의 외측에 구비되며, 압축기(3)를 통해 유입된 고압의 냉매 기체를 응결시켜 냉장고 내의 열을 외부로 배출시킨다.

팽창밸브(5)는 압축기(3)와 응축기(4) 사이를 연결하는 배관(6) 상에 구비되며, 응축기(4)를 통해 유입되는 응축된 냉매 액체를 저온 저압의 냉매 기체로 변화시킨다.

이와 같이 구성된 압축식 냉장고(1)는, 냉매(예를 들어, 프레온 가스)가 증발기(2)를 통해 기화되어 압축식 냉장고(1) 내의 온도를 급격히 낮추고, 압축기(3)를 통해 고온 고압의 기체로 압축된 후 응축기(4)를 통과하면서 압축식 냉장고(1) 내의 열을 외부로 배출시킨다. 이후 응축기(4)를 통해 팽창밸브(5)로 공급되는 냉매는 팽창밸브(5)를 거치면서 저온 저압의 냉매 기체로 변화된 후 증발기(2)로 보내져 다시 냉각작용을 반복한다.

즉 배관(6) 내부에 충진된 냉매가 압축기(3)에서 고온 고압의 상태로 압축되며, 그 압축 냉매는 응축기(4)를 통과하면서 저온 고압의 상태로 바뀌고, 배관(6)을 통해 팽창밸브(5)를 지나 증발기(2)에서 저온 저압으로 바뀌어 주변의 공기와 열교환함으로써, 냉장고 내부의 온도를 낮추게 되는 것이다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 압축식 냉장고는, 압축기를 작동시키는데 따른 소비전력이 크게 소모되었음은 물론, 소비전력에 비해 냉각효율이 비교적 낮았고, 압축기가 정지와 작동을 반복적으로 수행하기 때문에 상대적으로 수명단축이 빠르게 진행되었으며, 이에 따라 점진적으로 냉장고의 냉장성능이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 압축식 냉장고는 소요부품이 많아 제조 및 조립이 복잡하여 제조원가가 상승되었으며, 냉장고의 설치공간도 크게 차지하여 냉장고의 부피가 증대되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록, 압축기와 냉매를 사용하지 않고 열전소자를 사용하여 냉장효과를 얻을 수 있도록 하는 열전소자를 이용한 냉장고를 제공하는 데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 냉장고는, 일측에는 냉각면이 형성되고 타측에는 발열면이 형성되어 있으며, 냉각면과 발열면 사이의 접합부에 공급되는 전류에 의해 냉기 및 열기를 발생시키는 열전소자와, 열전소자의 냉각면과 접촉되고, 열전소자에서 발생하는 냉기로 배관 내의 유체를 냉각하며, 배관 내의 냉각된 유체의 열교환을 토대로 냉장고 내부의 온도를 낮추는 냉각부와, 열전소자의 발열면과 접촉되고, 열전소자에서 발생하는 열기로 배관 내의 유체를 가열하며, 배관 내의 가열된 유체의 열을 외부로 배출하는 발열부와, 열전소자와 전기적으로 연결되어 있으며, 열전소자의 접합부에 공급되는 전류량을 조절하여 냉장고의 냉장온도를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

이때 상술한 열전소자는 열교환 가속을 위하여 하나 이상 구비하는 것이 바람직하다.

그리고 상술한 냉각부는, 저면이 열전소자의 냉각면과 접촉되며, 일측면에 구비된 유입구로부터 유입되는 유체를 열전소자의 냉각면에서 발생된 냉기에 의해 냉각시켜 타측면에 구비된 유출구로 배출하는 저온 몸체부와, 저온 몸체부의 유출구 측에 구비되어 있으며, 배관 내로 유체를 공급하는 유체 주입구와, 냉장고 내부에 구비되어 있으며, 배관을 통해 유체 주입구로부터 유입되는 냉각된 유체의 열교환을 수행하여 냉장고 내부의 온도를 낮추는 증발부와, 증발부를 통해 냉장고 내부로 냉기를 배출한 유체를 저온 몸체부로 공급하는 순환펌프를 포함할 수 있다.

그리고 상술한 발열부는, 상부면이 열전소자의 발열면과 접촉되며, 일측면에 구비된 유입구로부터 유입되는 유체를 열전소자의 발열면에서 발생된 열기에 의해 가열시켜 타측면에 구비된 유출구로 배출하는 고온 몸체부와, 고온 몸체부의 유출구 측에 구비되어 있으며, 배관 내로 유체를 공급하는 유체 주입구와, 배관을 통해 유체 주입구로부터 유입되는 가열된 유체의 열을 외부로 배출하는 응축부와, 응축부를 통해 외부로 열을 배출한 유체를 고온 몸체부로 공급하는 순환펌프와, 고온 몸체부의 저면에 설치되는 방열핀과, 방열핀으로 공기를 공급하여 방열핀에 축적된 열을 발산시키는 응축 팬 모터로 구성된 방열부를 포함할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 열전소자를 이용한 냉장고에 따르면, 열전소자를 사용하여 냉장을 수행함으로써, 냉각효율이 우수하면서 유효수명을 크게 증대시킬 수 있고, 소비전력을 줄일 수 있으며, 종래에서와 같이 압축기, 프레온 가스 등의 냉매를 사용하지 않으므로 환경보호 효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 압축식 냉장고의 구동원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 냉장고의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 사용되는 열전소자의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 열전소자를 이용한 냉장고를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 냉장고의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명에 사용되는 열전소자의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 열전소자를 이용한 냉장고는, 열전소자(100), 냉각부(200), 발열부(300), 제어부(400) 등으로 구성된다.

열전소자(100)는 두 금속의 접합부에 전류를 흘렸을 때 접합부에서 열이 흡수되거나 또는 열이 발생되는 펠티어 효과(Peltier Effect)를 이용한 소자로서, 일측에는 냉각면(110)이 형성되고 타측에는 발열면(120)이 형성되어 있으며, 제어부(400)로부터 냉각면(110)과 발열면(120) 사이의 접합부(130)에 공급되는 전류에 의해 냉각면(110)에서는 온도가 하강하여 냉기가 발생되고 발열면(120)에서는 온도가 상승하여 열이 발생되는 특성을 갖는다. 따라서 열전소자(100)는 제어부(400)로부터 공급되는 전류량에 따라 냉장고 내부의 온도를 조절할 수 있다.

이때 상술한 열전소자(100)는 열교환 가속을 위하여 하나 이상 구비하는 것이 바람직하다.

냉각부(200)는 열전소자(100)의 냉각면(110)과 접촉되고, 열전소자(100)에서 발생하는 냉기로 배관 내의 유체를 냉각하며, 배관 내의 냉각된 유체의 열교환을 토대로 냉장고 내부의 온도를 낮춘다.

이때 상술한 냉각부(200)는, 저면이 열전소자(100)의 냉각면(110)과 접촉되며, 일측면에 구비된 유입구(211)로부터 유입되는 유체를 열전소자(100)의 냉각면(110)에서 발생된 냉기에 의해 냉각시켜 타측면에 구비된 유출구(212)로 배출하는 저온 몸체부(210)와, 저온 몸체부(210)의 유출구(212) 측에 구비되어 있으며, 배관(250) 내로 유체(예를 들어, 부동액)를 공급하는 유체 주입구(220)와, 냉장고 내부에 구비되어 있으며, 배관(250)을 통해 유체 주입구(220)로부터 유입되는 냉각된 유체의 열교환을 수행하여 냉장고 내부의 온도를 낮추는 증발부(230)와, 증발부(230)를 통해 냉장고 내부로 냉기를 배출한 유체를 저온 몸체부(210)로 다시 공급하는 순환펌프(240) 등으로 구성된다.

발열부(300)는 열전소자(100)의 발열면(120)과 접촉되고, 열전소자(100)에서 발생하는 열기로 배관 내의 유체를 가열하며, 배관 내의 가열된 유체의 열을 외부로 배출한다.

이때 상술한 발열부(300)는, 상부면이 열전소자(100)의 발열면(120)과 접촉되며, 일측면에 구비된 유입구(311)로부터 유입되는 유체를 열전소자(100)의 발열면(120)에서 발생된 열기에 의해 가열시켜 타측면에 구비된 유출구(312)로 배출하는 고온 몸체부(310)와, 고온 몸체부(310)의 유출구(312) 측에 구비되어 있으며, 배관(360) 내로 유체를 공급하는 유체 주입구(320)와, 배관(360)을 통해 유체 주입구(320)로부터 유입되는 가열된 유체의 열을 외부로 배출하는 응축부(330)와, 응축부(330)를 통해 외부로 열을 배출한 유체를 고온 몸체부(310)로 다시 공급하는 순환펌프(340)와, 고온 몸체부(310)의 저면에 설치되는 방열핀(351)과, 방열핀(351)으로 공기를 공급하여 방열핀(351)에 축적된 열을 발산시키는 응축 팬 모터(352)로 구성된 방열부(360) 등으로 구성된다.

제어부(400)는 열전소자(100)와 전기적으로 연결되어 있으며, 열전소자(100)의 접합부(130)에 공급되는 전류량을 조절하여 냉장고의 냉장온도를 제어한다.

다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 냉장고의 동작과정을 상세하게 설명한다.

우선, 제어부(400)에서 전기적으로 연결된 열전소자(100)의 접합부(130)로 전류가 공급되면, 제어부(400)에서 공급된 전류에 의해 열전소자(100)의 냉각면(110)에서는 온도가 하강하여 냉기가 발생되고, 발열면(120)에서는 온도가 상승하여 열이 발생된다. 이때 제어부(400)에서 열전소자(100)의 접합부(130)로 공급되는 전류량의 크기에 따라 냉기 및 열 발생량이 달라지기 때문에 제어부(400)는 열전소자(100)의 접합부(130)로 공급하는 전류량의 크기를 조절하여 냉장고 내부의 온도를 제어한다.

그러면 열전소자(100)의 냉각면(110)에서 발생된 냉기에 의해 냉각부(200)의 저온 몸체부(210) 내에 흐르는 유체가 냉각된다. 그리고 저온 몸체부(210)에서 냉각된 유체는 배관(250)을 통해 냉장고 내부로 공급되며, 증발부(230)를 통해 냉각된 유체의 열교환이 수행되어 냉장고 내부의 온도가 낮아진다.

증발부(230)를 통해 열교환이 이루어진 이후에는, 유체가 순환펌프(240)를 통해 다시 저온 몸체부(210)로 공급되어 다시 냉각 작용을 반복하여 수행한다.

이와 함께 열전소자(100)의 발열면(120)에서 발생된 열기에 의해 발열부(300)의 고온 몸체부(310) 내에 흐르는 유체가 가열된다.

그리고 고온 몸체부(310)에서 가열된 유체는 배관(360)을 통해 응축부(330)로 공급되며, 응축부(330)에서는 이를 외부 공기와 열교환하여 가열된 유체의 열을 외부로 배출한다. 응축부(330)를 통해 열교환이 이루어져 외부로 열이 배출된 이후에는, 유체가 순환펌프(340)를 통해 다시 고온 몸체부(310)로 공급된다.

또한, 고온 몸체부(310)의 저면에 설치되는 방열부(350)를 통해 고온 몸체부(310)에서 발생된 열이 외부로 배출된다. 즉 응축 팬 모터(352)에서 고온 몸체부(310)의 저면에 설치된 방열핀(351)으로 차가운 공기를 공급하여 방열핀(351)에 축적된 열을 발산시키는 것이다.

이처럼 열전소자(100)에서 발생되는 냉기 및 열기를 토대로 냉장고 내부의 온도를 낮추도록 함으로써, 종래와 같이 압축기를 작동시키는데 따른 소비전력이 크게 감소되는 것은 물론, 소비전력에 비하여 냉각효율이 크게 높아지게 된다.

여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 열전소자 110 : 냉각면
120 : 발열면 130 : 접합부
200 : 냉각부 210 : 저온 몸체부
211 : 유입구 212 : 유출구
220 : 유체 주입구 230 : 증발부
240 : 순환펌프 250 : 배관
300 : 발열부 310 : 고온 몸체부
311 : 유입구 312 : 유출구
320 : 유체 주입구 330 : 응축부
340 : 순환펌프 350 : 방열부
351 : 방열핀 352 : 응축 팬 모터
360 : 배관 400 : 제어부

Claims (4)

1. 일측에는 냉각면이 형성되고 타측에는 발열면이 형성되어 있으며, 상기 냉각면과 발열면 사이의 접합부에 공급되는 전류에 의해 냉기 및 열기를 발생시키는 열전소자,
   상기 열전소자의 냉각면과 접촉되고, 상기 열전소자에서 발생하는 냉기로 배관 내의 유체를 냉각하며, 배관 내의 냉각된 유체의 열교환을 토대로 냉장고 내부의 온도를 낮추는 냉각부,
   상기 열전소자의 발열면과 접촉되고, 상기 열전소자에서 발생하는 열기로 배관 내의 유체를 가열하며, 배관 내의 가열된 유체의 열을 외부로 배출하는 발열부, 그리고
   상기 열전소자와 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 열전소자의 접합부에 공급되는 전류량을 조절하여 냉장고의 냉장온도를 제어하는 제어부를
   포함하는 열전소자를 이용한 냉장고.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열전소자는,
   열교환 가속을 위하여 하나 이상 구비된 열전소자를 이용한 냉장고.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각부는,
   저면이 상기 열전소자의 냉각면과 접촉되며, 일측면에 구비된 유입구로부터 유입되는 유체를 상기 열전소자의 냉각면에서 발생된 냉기에 의해 냉각시켜 타측면에 구비된 유출구로 배출하는 저온 몸체부,
   상기 저온 몸체부의 유출구 측에 구비되어 있으며, 배관 내로 유체를 공급하는 유체 주입구,
   냉장고 내부에 구비되어 있으며, 배관을 통해 상기 유체 주입구로부터 유입되는 냉각된 유체의 열교환을 수행하여 냉장고 내부의 온도를 낮추는 증발부, 그리고
   상기 증발부를 통해 냉장고 내부로 냉기를 배출한 유체를 상기 저온 몸체부로 공급하는 순환펌프를
   포함하는 열전소자를 이용한 냉장고.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 발열부는,
   상부면이 상기 열전소자의 발열면과 접촉되며, 일측면에 구비된 유입구로부터 유입되는 유체를 상기 열전소자의 발열면에서 발생된 열기에 의해 가열시켜 타측면에 구비된 유출구로 배출하는 고온 몸체부,
   상기 고온 몸체부의 유출구 측에 구비되어 있으며, 배관 내로 유체를 공급하는 유체 주입구,
   배관을 통해 상기 유체 주입구로부터 유입되는 가열된 유체의 열을 외부로 배출하는 응축부,
   상기 응축부를 통해 외부로 열을 배출한 유체를 상기 고온 몸체부로 공급하는 순환펌프, 그리고
   상기 고온 몸체부의 저면에 설치되는 방열핀과, 상기 방열핀으로 공기를 공급하여 상기 방열핀에 축적된 열을 발산시키는 응축 팬 모터로 구성된 방열부를
   포함하는 열전소자를 이용한 냉장고.

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