KR20180049670A

KR20180049670A - 냉장고

Info

Publication number: KR20180049670A
Application number: KR1020160145885A
Authority: KR
Inventors: 오민규; 임형근; 설혜연; 최지훈
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2018-05-11

Abstract

본 발명의 냉장고는, 냉장실을 구비하는 캐비닛; 상기 냉장실의 전면 개구부를 개폐하는 냉장실 도어에 설치되고, 얼음을 생성하도록 형성되는 제빙기; 압축기, 응축기, 냉장실 팽창기 및 냉장실 증발기에서 순차적으로 이루어지는 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발을 통해 상기 냉장실의 냉장에 필요한 냉기를 생성하도록 형성되는 냉동사이클; 및 냉매의 흐름을 기준으로 상기 냉장실 팽창기의 하류측에 설치되고, 상기 제빙기의 제빙 동작에 필요한 냉기를 생성하도록 이루어지는 열전소자모듈을 포함하고, 상기 열전소자모듈은, 흡열부와 방열부를 구비하는 열전소자; 상기 흡열부와 접촉하도록 배치되는 히트 싱크; 상기 히트 싱크를 마주보도록 설치되며, 상기 히트 싱크의 열 교환을 촉진하도록 바람을 일으키는 냉각팬; 및 상기 방열부와 접촉하도록 배치되고, 상기 냉동사이클을 순환하는 냉매와 상기 방열부를 서로 열 교환시키도록 이루어지는 열교환기를 포함한다.

Description

냉장고{REFRIGERATOR}

본 발명은 열전소자모듈을 이용하여 얼음을 만드는 냉장고에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고는 내부에 단열재로 충전된 캐비닛과 도어에 의해, 외부에서 침투하는 열을 차단 가능한 식품 저장공간을 형성하고, 상기 식품 저장공간 내부의 열을 흡수하는 증발기와 상기 식품저장공간 외부로 수집된 열을 배출하는 방열장치로 구성된 냉동장치를 구비하여, 상기 식품 저장공간을 미생물의 생존 및 증식이 어려운 저온의 온도영역으로 유지하여, 저장된 식품을 장기간 변질 없이 보관하는 장치이다.

상기 냉장고는 영상(零上)의 온도영역으로 식품을 저장하는 냉장실과 영하(零下)의 온도영역으로 식품을 저장하는 냉동실로 분리하여 형성되고, 상기 냉장실과 냉동실의 배치에 따라, 상부 냉동실과 하부 냉장실을 배치한 탑 프리저(Top Freezer) 냉장고와 하부 냉동실과 상부 냉장실을 배치한 바텀 프리저(Bottom Freezer) 냉장고, 그리고 좌측 냉동실과 우측 냉장실을 배치한 사이드 바이 사이드(Side by side) 냉장고 등으로 분류된다.

냉장고는 제빙기를 구비하기도 하며, 제빙기는 냉기를 이용하여 열음을 만들도록 이루어진다. 물을 얼음으로 만들기 위해서는 제빙실 내부의 온도가 물의 상변화 온도인 0 ℃보다 낮은 온도까지 내려가야 한다. 그런데 냉장실은 영상의 온도 영역으로 식품을 저장하기 때문에, 냉장실의 냉기를 이용하여 얼음을 만들 수는 없다. 이에 따라 종래의 냉장고들은 냉동실의 냉기를 이용하여 얼음을 만들도록 이루어진다.

냉동실의 냉기를 이용하여 얼음을 만드는 냉장고가 한국 공개특허공보 제10-2006-0088143호(2006.08.04.)에 개시되어 있다. 이 특허에 개시된 냉장고는 냉동실의 냉기를 냉장고의 측벽 덕트를 따라 냉장실 도어에 설치된 제빙기로 공급하여 얼음을 만들도록 이루어진다.

상기와 같이 구성된 특허에는 다음과 같은 한계가 존재한다.

먼저, 냉동실의 냉기를 냉장실 도어까지 공급해야 하므로, 냉동실과 냉동실을 연결하는 긴 덕트가 필요한데 긴 덕트는 곧 냉기의 열손실을 유발하게 된다. 따라서 긴 덕트는 인해 제빙 효율 저하를 일으킨다.

다음으로 제빙 온도가 냉동실의 온도로 제한된다는 점이다. 냉기를 이용하여 구현 가능한 최저 온도는 냉동실의 온도이므로, 그보다 낮은 온도를 만들 수는 없다. 제빙 온도는 제빙 속도와 관련되기 때문에, 제비 온도의 제한은 제빙 속도를 제한하게 만들고 신속하게 제빙하기 어려워진다.

또한, 제빙을 위해 불필요하게 냉동실에까지 냉기를 공급해야 한다. 냉동실은 이미 설정 온도를 만족하기 때문에 냉장고가 제빙 동작만을 수행하면 될 경우가 있을 수 있는데, 이러한 경우에도 냉동실에 냉기가 공급되게 된다. 이로 인해 냉동실의 온도를 설정 온도보다 훨씬 더 낮은 온도까지 낮추게 되면 이는 냉장고가 불필요한 동작을 하는 것이다.

한국 공개특허공보 제10-2006-0088143호(2006.08.04.)

본 발명은 상기와 같은 배경기술의 문제점을 개선하기 위한 것이다.

본 발명의 일 목적은 제빙실로 냉기를 공급하기 위한 덕트의 길이를 종래보다 짧게 만들어 열손실을 줄이고, 제빙 효율을 향상시킬 수 있는 구조의 냉장고를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 제빙 온도를 기존보다 더 낮은 온도로 설정하여 신속하게 얼음을 만들 수 있는 냉장고를 제안하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 식품 저장공간에 냉기를 공급하지 않고도 제빙실에만 냉기를 공급할 수 있고, 이에 따라 제빙 동작만 독립적으로 수행할 수 있는 구조의 냉장고를 제시하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 냉장고는 제빙기, 냉동사이클, 및 열전소자모듈을 포함한다.

제빙기는 냉장실의 전면 개구부를 개폐하는 냉장실 도어에 설치되고, 얼음을 생성하도록 형성된다. 냉동사이클은 냉장실의 냉장에 필요한 냉기를 생성하도록 형성되고, 열전소자모듈은 제빙기의 제빙 동작에 필요한 냉기를 생성하도록 이루어진다.

열전소자모듈은 열전소자, 히트 싱크, 냉각팬, 및 열교환기를 포함한다. 열전소자는 흡열부와 방열부를 구비한다. 히트 싱크는 흡열부와 접촉하도록 배치된다. 냉각팬은 히트 싱크를 마주보도록 설치되며, 히트 싱크의 열 교환을 촉진하도록 바람을 일으킨다. 열교환기는 방열부와 접촉하도록 배치되고, 냉동사이클을 순환하는 냉매와 방열부를 서로 열 교환시키도록 이루어진다.

상기 캐비닛은 상기 냉장실의 후벽 뒤에 형성되는 냉각실을 구비하고, 상기 열전소자모듈은 상기 냉각실에 설치되며, 상기 냉장고는, 상기 냉장실의 측벽 내부에 설치되고, 상기 히트 싱크와 열 교환하여 생성된 냉기를 상기 제빙기로 공급하는 유로를 형성하도록 상기 냉각실과 상기 제빙기에 연결되는 공급 덕트; 및 상기 냉장실의 측벽 내부에 설치되며, 상기 제빙기에서 얼음 생성에 이용된 냉기를 상기 냉장실로 배출하는 유로를 형성하도록 상기 제빙기와 상기 냉장실에 연결되거나, 상기 제빙기에서 얼음 생성에 이용된 냉기를 상기 냉각실로 배출하는 유로를 형성하도록 상기 제빙기와 상기 냉각실에 연결되는 귀환 덕트를 포함한다.

상기 열전소자모듈은 상기 냉각팬을 부분적으로 감싸도록 형성되는 에어 가이드를 포함하고, 상기 에어 가이드는 상기 냉각팬에 의해 유동하는 냉기를 상기 공급 덕트로 가이드 하도록 상기 공급 덕트를 향해 개방된 영역을 구비한다.

상기 냉각실은 상기 히트 싱크가 설치되는 제1 영역과 상기 열교환기가 설치되는 제2 영역을 포함하며, 상기 열전소자모듈은 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 간의 직접적인 열 교환을 차단하도록 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계에 설치된다.

상기 냉장실 증발기와 상기 열전소자모듈은 냉매의 흐름을 기준으로 직렬 연결된다.

상기 열전소자모듈은 냉매의 흐름을 기준으로 상기 냉장실 증발기의 하류측에 설치되고, 상기 열교환기의 입구는 상기 냉장실 증발기의 출구에 연결되고, 상기 열교환기의 출구는 상기 압축기의 입구와 연결된다.

상기 열전소자모듈은 냉매의 흐름을 기준으로 상기 냉장실 증발기의 상류측에 설치되고, 상기 열교환기의 입구는 상기 냉장실 팽창기의 출구에 연결되고, 상기 열교환기의 출구는 상기 냉장실 증발기의 입구와 연결된다.

상기 냉장실 증발기와 상기 열전소자모듈은 냉매의 흐름을 기준으로 상기 냉장실 팽창기의 하류측에 병렬로 설치되고, 상기 냉장고는 하나의 입구와 두 개의 출구를 갖는 3방 밸브를 포함하며, 상기 3방 밸브는 상기 냉장실 팽창기의 하류측에서 상기 냉장실 증발기와 상기 열전소자모듈로 분기되는 지점에 설치되고, 상기 두 개의 출구는 상기 냉장실 증발기와 상기 열전소자모듈의 동시 작동 시 모두 개방되고, 상기 냉장실 증발기와 상기 열전소자모듈 중 어느 하나만 작동 시 두 개의 출구 중 어느 하나만 개방된다.

상기 냉장고는 상기 냉장실 증발기에서 생성된 냉기를 상기 냉장실로 공급하도록 이루어지는 냉장실 팬을 더 포함하고, 상기 냉장실 증발기와 상기 열전소자모듈은 선택적으로 제어 가능하도록, 상기 냉장실 증발기의 작동은 상기 냉장실 팬의 작동에 의해 제어되고, 상기 열전소자모듈은 상기 열전소자에 인가되는 전압에 의해 제어된다.

일반 제빙 시 상기 냉장실 팬이 회전하고, 상기 열전소자로 기준 전압보다 낮은 전압이 공급되며, 상기 냉각팬이 기준 속도보다 저속으로 회전한다.

급속 제빙 시 상기 냉장실 팬이 정지되고, 상기 열전소자로 기준 전압보다 높은 전압이 공급되며, 상기 냉각팬이 기준 속도보다 고속으로 회전한다.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 냉장실을 구비하는 캐비닛; 상기 냉장실의 전면 개구부를 개폐하는 냉장실 도어에 설치되고, 얼음을 생성하도록 형성되는 제빙기; 압축기, 응축기, 냉장실 팽창기 및 냉장실 증발기에서 순차적으로 이루어지는 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발을 통해 상기 냉장실의 냉장에 필요한 냉기를 생성하도록 형성되는 냉동사이클; 상기 냉장실 증발기에서 생성된 냉기를 상기 냉장실로 공급하도록 이루어지는 냉장실 팬; 및 냉매의 흐름을 기준으로 상기 냉장실 팽창기의 하류측에 설치되고, 상기 제빙기의 제빙 동작에 필요한 냉기를 생성하도록 이루어지는 열전소자모듈을 포함하고, 상기 열전소자모듈은, 흡열부와 방열부를 구비하는 열전소자; 상기 흡열부와 접촉하도록 배치되는 히트 싱크; 상기 히트 싱크를 마주보도록 설치되며, 상기 히트 싱크의 열 교환을 촉진하도록 바람을 일으키는 냉각팬; 및 상기 방열부와 접촉하도록 배치되고, 상기 냉동사이클을 순환하는 냉매와 상기 방열부를 서로 열 교환시키도록 이루어지는 열교환기를 포함하고, 상기 냉장실 팬의 회전 여부, 상기 열전소자의 입력 전압 및 상기 냉각팬의 회전 속도를 조절하여 상기 제빙기의 작동을 제어하도록 이루어지는 냉장고를 개시한다.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 냉장실 증발기에서 생성된 냉기를 냉장실로 공급하도록 이루어지는 냉장실 팬; 및 열전소자, 상기 열전소자의 흡열부와 접촉하도록 배치되는 히트 싱크, 및 상기 히트 싱크를 마주보도록 설치되는 냉각팬을 구비하고, 상기 냉장실 증발기와 동일한 공간에 설치되며, 상기 냉장실 증발기를 흐르는 냉매를 공급받아 제빙기의 제빙 동작에 필요한 냉기를 생성하도록 이루어지는 열전소자모듈을 포함하고, 일반 제빙 시 상기 냉장실 팬이 회전하고, 상기 열전소자로 기준 전압보다 낮은 전압이 공급되며, 상기 냉각팬이 기준 속도보다 저속으로 회전하고, 급속 제빙 시 상기 냉장실 팬이 정지되고, 상기 열전소자로 기준 전압보다 높은 전압이 공급되며, 상기 냉각팬이 기준 속도보다 고속으로 회전하는 냉장고를 포함한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 냉장실 뒤의 냉각실에서 열전소자모듈에 의해 제빙에 필요한 저온의 냉기를 생성할 수 있다. 열전소자의 방열부가 냉장실 증발기의 온도로 설정되면, 열전소자의 흡열부는 방열부의 온도보다 더 낮은 온도로 설정될 수 있다. 냉장실 증발기에 의해 생성되는 냉기의 온도는 냉동실 증발기에 의해 생성되는 냉기에 온도보다 고온이지만, 열전소자모듈을 이용하면 냉장실로 공급될 냉기보다 저온의 냉기를 생성할 수 있는 것이다.

그리고 냉장실 뒤의 냉각실에서 생성된 냉기를 냉장실 도어에 설치된 제빙기로 공급하여 얼음이 생성될 수 있다. 냉동실 뒤의 냉각실에서 생성된 냉기를 냉장실 도어로 공급하는 덕트의 길이보다 냉장실 뒤의 냉각실에서 생성된 냉기를 냉장실 도어로 공급하는 덕트의 길이가 더 짧게 구현될 수 있다. 냉장실 뒤의 냉각실과 냉장실 도어의 제빙기가 동일 높이에 설치될 수 있기 때문이다. 또한 짧은 덕트를 이용하면 냉기 손실을 줄여 제빙 효율이 향상될 수 있다.

또한 본 발명은, 냉장실 팬의 회전 여부, 열전소자에 인가되는 입력 전압, 냉각팬의 회전 속에 따라 제빙 속도를 조절할 수 있으므로, 일반 제빙 모드와 상기 일반 제빙 모드보다 빠른 속도로 얼음을 만드는 급속 제빙 모드가 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 냉장고를 보인 개념도다.
도 2는 본 발명의 냉장고를 보인 정면도다.
도 3은 본 발명의 냉장고를 보인 사시도다.
도 4는 제빙 동작을 수행하기 위한 구성들을 보인 사시도다.
도 5는 제빙 동작을 수행하기 위한 구성들을 보인 일 측면도다.
도 6은 열전소자모듈을 보인 사시도다.
도 7은 본 발명과 관련된 냉동사이클의 일 예를 보인 개념도다.
도 8은 본 발명과 관련된 냉동사이클을 다른 일 예를 보인 개념도다.
도 9는 본 발명과 관련된 냉동사이클의 또 다른 일 예를 보인 개념도다.
도 10은 냉장고의 일반 제빙 방법을 보인 흐름도다.
도 11은 냉장고의 급속 제빙 방법을 보인 흐름도다.

이하, 본 발명에 관련된 냉장고에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일, 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명과 관련된 냉장고(100)의 개념도다.

냉장고(100)는 냉기를 이용하여 내부에 저장된 식품을 저온으로 보관하는 장치를 가리킨다. 냉기는 압축-응축-팽창-증발의 과정을 연속적으로 구현하는 냉동사이클에 의해 생성된다.

캐비닛(cabinet)(110)은 냉장고(100)의 외관을 형성하는 아웃 케이스(111), 상기 아웃 케이스(111) 내부에 저장공간들(121, 122)을 형성하는 이너 케이스(112) 및 상기 아웃 케이스(111)와 상기 이너 케이스(112) 사이에 배치되는 단열재(113)로 이루어진다.

캐비닛(110)은 내부에 식품의 저장을 위한 저장공간들(121, 122)을 구비한다. 저장공간들(121, 122)은 격벽(114)에 의해 서로 분리될 수 있다. 저장공간들(121, 122)은 설정 온도에 따라 냉장실(121)과 냉동실(122)로 구분될 수 있다.

도 1에서는 냉장실(121)이 냉동실(122)의 위에 배치되는 바텀 프리저 타입의 냉장고(100)를 보이고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 사이드 바이 사이드 타입과 탑 프리저 타입에도 적용될 수 있다.

캐비닛(110)에는 도어(131, 132)가 연결된다. 도어(131, 132)는 캐비닛(110)의 전면 개구부를 개폐하도록 이루어진다. 도 1에서는, 냉장실 도어(131)와 냉동실 도어(132)가 각각 냉장실(121)과 냉동실(122)의 전면부를 개폐하도록 이루어진 구조를 보이고 있다. 도어(131, 132)는 회전형 또는 서랍형 등으로 다양하게 구성될 수 있다. 회전형은 캐비닛(110)에 회전 가능하게 연결되며, 서랍형은 캐비닛(110)에 슬라이드 이동 가능하게 연결된다.

캐비닛(110) 및 도어(131, 132)에는 내부 저장공간들(121, 122)의 효율적인 활용을 위한 수납유닛{140, 예를 들어, 선반(141), 트레이(142), 바스켓(143) 등}이 적어도 하나 이상 구비된다. 예를 들어, 선반(141)과 트레이(142)는 캐비닛(110) 내부에 설치될 수 있고, 바스켓(143)은 캐비닛(110)에 연결되는 도어(131, 132)의 내측에 설치될 수 있다.

캐비닛(110)의 뒷부분에는 기계실(115)과 냉각실(116a, 116b)이 마련된다.

기계실(115)은 캐비닛(110)의 하부에 형성되고, 냉동사이클의 일부 구성요소들을 비롯해 냉장고(100)의 기계 장치들을 설치하기 위한 공간에 해당한다.

냉각실(116a, 116b)은 냉장실(121)과 냉동실(122)의 후방측에 각각 형성된다. 두 냉각실(116a, 116b)은 냉장실(121)과 냉동실(122)에 공급되는 냉기를 생성하는 공간에 해당한다. 두 냉각실(116a, 116b)은 격벽(114)에 의해 서로 격리되어 있다.

냉장고(100)의 냉동사이클에서는 냉매의 압축-응축-팽창-증발이 연속적으로 이루어진다. 이하에서는 냉매의 흐름에 따라 냉동사이클을 구성하는 구성요소들에 대해 순서대로 설명한다.

압축기(151)는 기계실(115)에 설치되며, 냉매를 압축하도록 이루어진다. 냉매는 압축기(151)에 의해 고압으로 압축된다.

응축기(152)도 압축기(151)와 함께 기계실(115)에 설치되며, 압축기(151)로부터 냉매를 공급받는다. 응축기(152)는 압축기(151)에서 압축된 냉매를 응축시키도록 이루어진다. 손실을 무시할 경우 이론적으로 냉매는 응축기(152)에 의해 일정한 압력을 유지하면서 응축된다. 아웃 케이스(111)는 응축기(152)와 인접한 위치에 방열홀(115a)을 구비하며, 상기 응축기(152)에서 방출된 열은 상기 방열홀(115a)을 통해 냉장고(100)의 외부로 배출된다.

팽창기(미도시)는 응축기(152)로부터 냉매를 공급받으며, 냉매를 팽창시키도록 이루어진다. 일반적으로 팽창기는 모세관으로 구현될 수 있다. 다만 도 1에서는 팽창기가 생략되어 있다. 팽창기는 기계실(115a)에 설치될 수 있으나 반드시 그러한 것은 아니다.

증발기(154a, 154b)는 냉장실(121) 또는 냉동실(122)의 공기와의 열 교환을 통해 냉매를 증발시키도록 이루어진다. 냉장실 증발기(154a)는 냉장실(121) 뒤의 냉각실(116a)에 설치되고, 냉동실 증발기(154b) 냉동실(122) 뒤의 냉각실(116b)에 설치된다. 두 냉매의 증발에 의해 냉장실(121)과 냉동실(122)에는 냉기가 형성된다. 냉장실 증발기(154a)와 냉동실 증발기(154b)에서 증발된 냉매는 압축기(151)로 귀환된다.

압축기(151), 응축기(152), 팽창기, 냉장실 증발기(154a), 냉동실 증발기(154b) 및 이들을 서로 연결하는 냉매 유로들은 상기 냉동사이클을 형성한다. 냉동사이클은 폐쇄유로로 이루어지므로, 냉매는 폐쇄된 냉동사이클을 계속 순환한다.

냉동사이클에는 상기 설명된 구성요소들 외에 필요에 따라 다른 장치들이 추가될 수 있다. 예를 들어 드라이어(미도시)는 냉매의 흐름을 기준으로 증발기(154a, 154b)의 상류측에 설치되며, 증발기(154a, 154b)로 공급되는 증기의 건도를 조절하도록 이루어진다. 증발기(154a, 154b)로 공급되는 증기의 건도가 조절되면, 냉동사이클의 효율이 개선될 수 있다. 또한 어큐뮬레이터는 냉매의 흐름을 기준으로 증발기(154a, 154b)의 하류측에 설치되며, 증발기(154a, 154b)에서 배출되는 이상(two phase)의 냉매에서 증기만을 선별하여 압축기(151)로 공급하도록 이루어진다.

이제 냉기의 흐름과 관련된 구성들을 설명한다.

냉장실(121)의 공기는 냉장실 증발기(154a)에서 냉매와의 열교환을 통해 냉각되어 냉기가 된다. 냉장실(121) 뒤의 냉각실(116a)에는 냉기의 유동을 도와주는 냉장실 팬(161)이 설치될 수 있다.

냉동실(122)의 공기도 냉동실 증발기(154b)에서 냉매와의 열교환을 통해 냉각되어 냉기가 된다. 냉동실(122)은 냉장실(121)보다 낮은 온도로 설정되기 때문에, 냉동실 증발기(154b)에 의해 생성된 냉기는 냉장실 증발기(154a)에 의해 생성된 냉기보다 낮은 온도를 갖는다. 냉동실 증발기(154b)의 상측에도 냉기의 유동을 도와주는 냉동실 팬(162)가 설치될 수 있다.

격벽(114)에는 냉장실 귀환덕트(114a) 및 냉동실 귀환덕트(114b)가 형성된다. 냉장실 귀환덕트(111a)는 냉장실(121)의 공기가 냉각실(116a) 측으로 복귀될 수 있도록 하는 유로를 형성한다. 마찬가지로 냉동실 귀환덕트(111b)는 냉동실(122)의 공기가 냉각실(116b) 측으로 복귀될 수 있도록 하는 유로를 형성한다. 냉장실(121)과 냉각실(116a) 사이, 냉동실(122)과 냉각실(116b) 사이에는 냉기덕트(117, 118)가 설치될 수 있다.

냉장실(121)의 공기는 냉장실 귀환덕트(111a)를 통해서 냉각실(116a)로 흡입된다. 냉각실(116a)로 흡입된 공기는 냉장실 증발기(154a)와 열교환하여 냉각되고 냉기가 된다. 냉기는 다시 냉장실(121)의 후벽(121a)에 형성된 냉기토출구(121a')를 통하여 냉장실(121)로 토출된다. 냉동사이클이 작동하면 냉장실(121)의 공기는 흡입, 냉각 토출의 과정을 반복하게 된다.

냉동실(122)의 공기도 냉동실 귀환덕트(114b)를 통해서 냉각실(116b)로 흡입된다. 냉각실(116b)로 흡입된 공기는 냉동실 증발기(154b)와 열교환하여 냉각된다. 냉각된 공기는 다시 냉동실(122)의 후벽(122a)에 형성된 냉기토출구(122a')를 통하여 냉동실(122)로 토출된다. 냉동사이클이 작동하면 냉동실(122)의 공기는 흡입, 냉각, 토출의 과정을 반복하게 된다.

두 증발기(154a, 154b)의 표면에는 냉장실 귀환덕트(114a) 또는 냉동실 귀환덕트(114b)를 통하여 재유입되는 순환 공기와의 온도차에 의해서 성에가 착상될 수 있다. 성에를 제거하기 위해 각 증발기(154a, 154b)에는 제상 장치(155a, 155b)가 구비될 수 있다.

냉장고(100)는 얼음을 제조 가능하도록 형성되는 제빙기(170)를 구비한다. 도 1에 도시된 바텀 프리저 타입의 냉장고의 경우 제빙기(170)는 냉장실 도어(131)에 설치되는 것이 바람직하다. 만일 제빙기(170)가 냉동실 도어(132)에 설치된다면 사용자가 허리를 숙여 얼음을 취출해야 하므로 불편하고, 또는 얼음 생성을 위한 냉기가 냉동실 도어(132)로 이송되어야 하므로 이를 위한 별도의 장치들이 추가되어야 한다.

제빙기(170)의 제빙 동작에 필요한 냉기는 냉장실(121) 뒤의 냉각실(116a)에 설치된 열전소자모듈(190)에 의해 생성된다. 열전소자모듈(190)에 대하여는 후술한다.

이하에서는 제빙기(170)와 관련된 구성들에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 냉장고(200)를 보인 정면도다.

도 2에 개시된 냉장고(200)는 하부에 냉동실(222)이 배치되고, 상부에 냉장실(221)이 배치된 구성을 갖는다. 그리고 냉장고(200)는 두 냉장실 도어(231) 중 어느 하나(231a와 231b 중 어느 하나, 도 2에서는 231a)에 디스펜서(271)를 구비한다. 디스펜서(271)는 냉장고(200)에서 제공하는 물이나 얼음을 배출하도록 이루어지다. 디스펜서(271)는 냉장실 도어(231a)의 전면부에 설치되기 때문에 냉장실 도어(231a)를 열지 않고도 물이나 얼음이 취출될 수 있다.

냉장고(200)는 일부 도어(231, 232 중 일부)에 입력부(272)와 출력부(273)를 구비한다. 입력부(272)는 냉장고(200) 제어에 필요한 사용자의 입력을 인가받도록 이루어진다. 예를 들어 입력부(272)는 냉장실(221)과 냉동실(222)의 설정 온도를 입력받을 수 있다. 출력부(273)는 냉장고(200)의 상태 정보를 사용자에게 시각적으로 표시하도록 이루어진다. 예를 들어 출력부(273)는 냉장실(221)과 냉동실(222)의 설정 온도와 현재 온도를 표시할 수 있다.

입력부(272)와 출력부(273)는 디스펜서(271)의 제어에도 이용될 수 있다. 예를 들어, 입력부(272)는 물이나 얼음의 취출을 입력받을 수 있고, 이를 통해 디스펜서(271)에서 물이나 얼음이 배출될 수 있다. 또한 출력부(273)는 사용자가 선택한 취출 대상을 표시할 수 있으며, 예를 들어 냉수, 각 얼음, 분쇄 얼음 등을 시각적으로 표시할 수 있다.

도 2에서 미설명된 도면부호 232는 냉동실 도어를 가리킨다.

도 3은 본 발명의 냉장고(200)를 보인 사시도다.

냉장실 도어(231a)에 설치되는 제빙기(270)는 얼음을 생성하도록 이루어진다. 제빙기(270)로 물이 공급되어 있는 상태에서 냉기가 제빙기(270)로 공급되면, 물이 냉기에 노출되면서 서서히 얼어 얼음으로 변하게 된다. 이와 같이 얼음은 냉기를 이용하여 생성되기 때문에, 얼음이 생성되기 위해서는 냉기가 냉각실에서 제빙기(270)로 공급되어야 한다.

앞서 발명이 배경이 되는 기술 항목에서 냉동실(222)의 냉기를 이용하여 얼음을 생성할 경우, 몇 가지 문제가 있음을 지적한 바 있다. 그 중 하나가 냉동실(222) 뒤의 냉각실(216b)에서 생성된 냉기가 냉장실 도어(231a)의 제빙기(270)로 공급되기 위해서는 긴 덕트를 필요로 하기 때문에, 냉기 손실이 발생한다는 것이다.

본 발명의 냉장고(200)는 이러한 문제를 해결하고자 냉장실(221) 뒤의 냉각실(216a)에서 생성된 냉기를 이용하여 얼음을 생성하도록 이루어진다. 냉장실(221) 뒤의 냉각실(216a)로부터 제빙기(270)로 냉기를 공급하기 위해, 공급 덕트(281)와 귀환 덕트(282)를 포함한다.

공급 덕트(281)는 냉각실의 냉기를 제빙기(270)로 공급하는 유로를 형성하도록 냉각실(216a)과 제빙기(270)에 연결된다. 공급 덕트(281)는 냉장실(221)의 측벽(211b) 내부에 설치된다. 냉장실(221)의 측벽(211b) 내부란 캐비닛(210)에서 아웃 케이스(211)와 이너 케이스(212) 사이의 영역을 가리킨다.

냉장실(221)의 측벽(211b)에는 냉장실 도어(231a)의 제빙기(270)로 냉기를 배출하는 홀이 형성된다. 이 홀은 공급 덕트(281)의 출구(281b)에 해당한다. 냉장실 도어(231a)에는 공급 덕트(281)의 출구(281b)에 대응되는 홀이 형성되며, 이 홀은 제빙기(270)의 냉기 입구(274)에 해당한다. 냉장실 도어(231a)가 닫히면 공급 덕트(281)의 출구(281b)와 제빙기(270)의 냉기 입구(274)가 서로 만나게 되어 하나의 냉기 유로를 형성하게 된다. 따라서 냉장실 도어(231a)가 닫힌 상태에서, 냉기는 공급 덕트(281)를 통해 냉각실(216a)로부터 제빙기(270)로 공급될 수 있다.

귀환 덕트(282)는 제빙기(270)에서 얼음 생성에 이용된 냉기를 냉장실(221)로 배출하는 유로를 형성하도록 제빙기(270)와 냉장실(221)에 연결된다. 혹은 귀환 덕트(282)는 제빙기(270)에서 얼음 생성에 이용된 냉기를 냉장실(221) 뒤의 냉각실(216a)로 배출하는 유로를 형성하도록 제빙기(270)와 냉각실(216a)에 연결된다.

귀환 덕트(282)도 냉장실(221)의 측벽(211b) 내부에 설치된다. 도 3에는 냉장실(221)의 측벽(211b) 내부에 공급 덕트(281)와 귀환 덕트(282)가 함께 매립되어 있는 것으로 도시되어 있다.

냉장실 도어(231a)에는 제빙기(270)에서 귀환 덕트(282)로 냉기를 배출하는 홀이 형성된다. 이 홀은 제빙기(270)의 냉기 출구(275)에 해당한다. 냉장실(221)의 측벽(211b)에는 제빙기(270)의 냉기 출구에 대응되는 홀이 형성되며, 이 홀은 귀환 덕트(282)의 입구(282a)에 해당한다. 냉장실 도어(231a)가 닫히면 제빙기(270)의 냉기 출구(275)와 귀환 덕트(282)의 입구(282a)가 서로 만나게 되어 하나의 냉기 유로를 형성하게 된다. 따라서 냉장실 도어(231a)가 닫힌 상태에서, 냉기는 귀환 덕트(282)를 통해 제빙기(270)로부터 냉장실(221)이나 냉장실(221) 뒤의 냉각실(216a)로 배출될 수 있다.

냉장실(221) 뒤의 냉각실(216a)은 냉장실 도어(231a)와 같은 높이에 형성된다. 따라서 냉장실(221) 뒤의 냉각실(216a)로부터 냉장실 도어(231a)의 제빙기(270)로 냉기를 공급하는 것은 상대적으로 짧은 덕트만으로 가능하다. 그리고 짧은 덕트를 이용하면 냉기 손실 감소를 통해 제빙 효율이 향상될 수 있다.

다만, 냉장실(221)로 공급되는 냉기는 냉동실(222)로 공급되는 냉기에 비해 고온이기 때문에, 냉장실(221)로 공급되는 냉기만으로는 제빙기(270)에서 얼음을 생성하기에 충분한 저온이라 보기 어렵다. 따라서 본 발명의 냉장고(200)는 냉장실(221) 뒤의 냉각실(216a)에서 충분한 저온의 냉기를 생성하여 제빙 동작을 수행하기 위한 별도의 구성들을 가지며, 도 4에서 이 구성들에 대하여 설명한다.

도 3에서 미설명된 도면부호 221a는 냉장실(221)의 후벽, 232는 수평 방향 회전축을 중심으로 회전하여 개폐되는 냉동실 도어, 231b는 냉장실 도어, 243은 바스켓을 가리킨다.

도 4는 제빙 동작을 수행하기 위한 구성들을 보인 사시도다. 도 5는 제빙 동작을 수행하기 위한 구성들을 보인 일 측면도다.

도 4와 도 5에는 제빙기(270), 일부 냉동사이클, 열전소자모듈(290), 공급 덕트(281), 귀환 덕트(282) 등이 도시되어 있다. 이중 열전소자모듈(290)을 제외한 나머지 구성들은 앞의 도면들을 참조하여 이미 설명하였다. 따라서 여기서는 열전소자모듈(290)에 대하여 설명한다.

열전소자모듈(290)은 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221) 뒤의 냉각실(도 1의 116a, 도 3의 216a)에 설치되며, 제빙기(270)의 제빙 동작에 필요한 냉기를 생성하도록 이루어진다. 냉장실 증발기(254a)에 의해 생성되는 냉기만으로는 제빙 동작에 필요한 저온의 냉기를 생성할 수 없기 때문에, 열전소자모듈(290)이 제빙 동작에 필요한 냉기를 생성하게 된다.

열전소자모듈(290)은 열전소자(291, 도 6 참조)를 구비하며, 열전소자는 전압을 인가 받아 일측에서 흡열, 타측에서 발열하도록 이루어진다. 일측을 흡열부(291a, 도 6 참조)라고 하고 타측을 방열부(291b, 도 6 참조)라고 한다면, 흡열부와 방열부의 온도차는 열전소자에 인가되는 전압에 의해 결정된다. 흡열부에서 이루어지는 흡열 작용을 제1 영역(도 7의 316a1, 도 8의 416a1, 도 9의 516a1)의 냉각에 이용하고 방열부에서 이루어지는 방열 작용을 제2 영역(도 7의 316a2, 도 8의 416a2, 도 9의 516a2)의 가열에 이용하게 되면, 제1 영역은 냉각되고 제2 영역은 가열된다. 그리고 열전소자에 인가되는 전압을 제어하면, 제1 영역과 제2 영역의 온도를 제어할 수 있게 된다.

열전소자모듈(290)이 냉장실 증발기(254a)와 마찬가지로 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221) 뒤의 냉각실(도 1의 116a, 도 3의 216a)에 설치되고, 열전소자의 방열부 온도가 냉장실 증발기(254a)에 의해 생성되는 냉기의 온도로 설정되면, 흡열부의 온도는 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221)의 온도보다 더욱 낮은 온도로 낮아진다. 그리고 열전소자에 인가되는 전압을 증가시키면 흡열부의 온도가 더욱 낮아지게 된다.

이러한 원리를 이용하면, 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221) 뒤의 냉각실(도 1의 116a, 도 3의 216a)에서 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221)로 공급될 냉기보다 더 낮은 온도의 냉기를 생성할 수 있게 되며, 이렇게 생성된 냉기를 제빙기(270)로 공급하게 되면 얼음을 생성할 수 있게 된다.

열전소자모듈(290)은 냉각팬(293)과 에어 가이드(297)를 포함한다.

냉각팬(293)은 후술하게 될 히트 싱크(292, 도 6 참조)의 열 교환을 촉진하도록 바람을 일으킨다. 또한 냉각팬(293)은 열전소자모듈(290)에 의해 생성된 냉기를 공급 덕트(281)로 공급하도록 이루어진다.

에어 가이드(297)는 냉각팬(293)에 의해 생성된 바람을 공급 덕트(281) 쪽으로 가이드한다. 에어 가이드(297)는 냉각팬(293)을 부분적으로 감싸도록 이루어진다. 여기서 부분적이라는 의미는 에어 가이드(297)가 공급 덕트(281)를 향해 개방된 영역을 구비하고, 나머지 영역은 막혀있는 것을 의미한다.

도 4에서 에어 가이드(297)의 전면부가 개방된 것으로 도시되어 있으나, 에어 가이드(297)의 전면부에는 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221)의 후벽(도 1의 121a, 도 3의 221a)이 결합되기 때문에 실제로는 공급 덕트(281)를 향해 개방된 영역을 제외하고 나머지 영역은 막혀있다. 에어 가이드(297)에는 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221)의 후벽(도 1의 121a, 도 3의 221a)과 결합되기 위한 체결홀(298)이 형성될 수 있다. 상기 체결홀에 스크류 등의 체결부재(미도시)가 삽입되어 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221)의 후벽(도 1의 121a, 도 3의 221a)에 체결되면, 에어 가이드(297)와 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221)가 후벽(도 1의 121a, 도 3의 221a)에 고정될 수 있다.

에어 가이드(297)의 개방된 영역과 공급 덕트(281)는 서로 통하도록 연결되어 있다. 따라서 냉각팬(293)에 의해 유동하는 냉기는 에어 가이드(297)의 개방된 영역을 통해 자연스럽게 공급 덕트(281)로 가이드 된다.

냉기는 공급 덕트(281)의 입구(281a)를 통과하여 공급 덕트(281) 내부로 흘러 들어 가게 된다. 냉기는 공급 덕트(281)를 따라 흐르며, 공급 덕트(281)의 출구(281b)와 제빙기(270)의 냉기 입구(274)를 통해 제빙실(276)로 흘러 들어간다. 냉기의 흐름이 도 4와 도 5에 화살표로 표시되어 있으며, 제빙실(276)로 흘러 들어간 냉기는 제빙기(270)의 제빙 동작에 이용된다.

도 4를 참조하면, 냉장실 도어(231a)가 닫힘에 따라 공급 덕트(281)의 출구(281b)와 제빙기(270)의 냉기 입구(274)는 서로 맞닿게 되고, 서로 통하는 하나의 냉기 유로를 형성하게 된다. 또한 제빙기(270)의 출구(275)와 귀환 덕트(282)의 입구(282a)도 서로 맞닿게 되고, 서로 통하는 하나의 냉기 유로를 형성하게 된다.

제빙기(270)에서 얼음 생성에 이용된 냉기는 제빙기(270)의 냉기 출구(275)와 귀환 덕트(282)의 입구(282a)를 통해 귀환 덕트(282) 내부로 흘러 들러 가게 된다. 귀환 덕트(282)의 끝에는 출구(282b)가 형성되며, 냉기는 이 출구(282b)를 통해 배출된다.

출구(282b)는 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221)을 향해 개방되거나 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221) 뒤의 냉각실(도 1의 116a, 도 3의 216a)을 향해 개방되며, 이에 따라 냉기는 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221) 또는 냉각실(도 1의 116a, 도 3의 216a)로 배출된다. 도 4에는 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221)의 측벽(221b)에 귀환 덕트(282)의 출구(282b)가 형성되는 것으로 도시되어 있다. 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221)의 냉기나 냉각실(도 1의 116a, 도 3의 216a)의 냉기는 계속 순환하게 되므로, 얼음 생성에 이용된 냉기도 계속 순환하게 된다.

냉장실(도 1의 121, 도 3의 221) 뒤의 냉각실(도 1의 116a, 도 3의 216a)은 제1 영역(도 7의 316a1, 도 8의 416a1, 도 9의 516a1)과 제2 영역(도 7의 316a2, 도 8의 416a2, 도 9의 516a2)으로 구분될 수 있다. 열전소자의 흡열부에 의해 냉각될 제1 영역과 열전소자의 방열부에 이해 가열될 제2 영역이 서로 직접 열 교환 가능하다면 열전소자의 성능 저하를 유발하게 된다. 예를 들어 제1 영역과 제2 영역이 서로 구분되지 않는 영역이라면 두 영역 사이에서 직접적인 열 교환이 이루어지게 되므로, 제1 영역에 충분한 저온을 구현할 수 없게 되고, 또한 저온의 냉기를 생성할 수 없게 된다.

그 이유는 열전소자가 단순한 열전도체가 아니며, 일측이 냉각되어야 타측이 가열될 수 있고, 반대로 타측이 가열되어야 일측이 냉각될 수 있기 때문이다. 따라서 충분한 저온의 냉기를 생성하기 위해서는 제1 영역과 제2 영역 간의 직접적인 열 교환이 차단되는 것이 바람직하다.

열전소자모듈(290)은 제1 영역과 제2 영역의 경계에 설치되어 제1 영역과 제2 영역 간의 직접적인 열 교환을 차단하도록 이루어진다. 여기서 제1 영역은 히트 싱크가 설치되는 영역 또는 공급 덕트(281)와 통하는 영역에 해당하고, 제2 영역은 후술하게 될 열교환기가 설치되는 영역 또는 냉장실 증발기(254a)가 설치되는 영역에 해당한다.

제1 영역과 제2 영역 간의 직접적인 열 교환을 차단하기 위해 열전소자모듈(290)은 단열재(미도시)를 포함할 수 있다. 단열재는 히트 싱크와 열교환기 사이에 배치된다. 예를 들어 단열재는 열전소자의 둘레를 감싸도록 이루어질 수 있다.

이러한 열전소자모듈(290)의 세부 구성에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다.

도 5에 미설명된 도면부호 254b는 냉동실 증발기를 가리키며, 255는 냉동사이클 구성품들을 서로 연결하는 냉매 배관을 가리킨다.

도 6은 열전소자모듈(290)을 보인 사시도다.

열전소자모듈(290)은 열전소자(291), 히트 싱크(292), 냉각팬(293) 및 열교환기(294)를 포함한다.

열전소자(291)는 PN접합으로 구성된다. 앞서 설명한 것과 같이 열전소자(291)는 흡열부(291a)와 방열부(291b)를 구비하며, 흡열부(291a)와 방열부(291b)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 열전소자(291)에 전압이 인가되면, 흡열부(291a)의 온도는 낮아지고 방열부(291b)의 온도는 상승하게 된다.

히트 싱크(292)는 흡열부(291a)와 접촉하도록 배치된다. 열전소자(291)에 전압이 인가되면 흡열부(291a)의 온도가 내려가면서 히트 싱크(292)의 열이 흡열부(291a)로 이동하게 된다. 히트 싱크(292)는 제1 영역의 공기와 열 교환하도록 제1 영역에 노출되므로, 히트 싱크(292)는 제1 영역을 냉각시키게 된다. 이에 따라 제1 영역에 존재하는 공기는 냉각되어 얼음을 생성할 수 있는 저온의 냉기가 된다.

히트 싱크(292)는 베이스(base)(292a)와 핀들(fins)(292b)을 포함한다.

베이스(292a)는 열전소자(291)의 흡열부(291a)와 면 접촉하도록 배치된다. 열전도율은 열 교환 면적에 비례하기 때문에, 열전도율을 최대화 하기 위해서는 베이스(292a)와 흡열부(291a)가 서로 면 접촉하는 것이 바람직하다.

베이스(292a)에는 체결홀(296)이 구비되며, 상기 체결홀(296)에 스크류 등의 체결부재가 삽입되면, 열전소자모듈(290)의 나머지 구성들이 베이스(292a)에 결합될 수 있다. 여기서 나머지 구성이란, 예를 들어 열전소자(291)나 열교환기(294) 등을 가리킨다.

핀들(292b)은 베이스(292a)로부터 냉각팬(293)을 향해 돌출되며, 서로 이격되게 배열된다. 열은 제1 영역(도 7의 316a1, 도 8의 416a1, 도 9의 516a1)의 공기로부터 핀들(292b), 베이스(292a), 흡열부(291a) 순으로 전달된다. 열 전달 매커니즘은 전도, 대류, 복사가 있는데, 핀들(292b)과 제1 영역 사이에서는 전도에 의해 열이 전달된다. 따라서 핀들(292b)에 의해 형성되는 열 전달 면적이 넓을수록 제1 영역의 공기와 히트 싱크(292) 간의 열전도율이 증가하게 된다.

냉각팬(293)은 히트 싱크(292)를 마주보도록 설치되며, 히트 싱크(292)의 열 교환을 촉진하도록 바람을 일으킨다. 제1 영역의 공기와 히트 싱크(292) 간에는 전도에 의해 열이 전달되므로, 히트 싱크(292)의 열 전달 면적이 넓을수록, 그리고 공기가 히트 싱크(292)와 더 자주 접촉할수록 열전도율을 증가하게 된다. 따라서 냉각팬(293)이 바람을 일으켜 공기 입자를 히트 싱크(292)의 핀들(292b)에 충돌시키면, 히트 싱크(292)의 열 교환이 촉진될 수 있다.

냉각팬(293)은 회전축에 결합되어 회전축을 중심으로 회전되는 허브(293a), 상기 허브(293a)의 둘레에 설치되는 베인들(vanes)(293b), 그리고 베인(293b)에 의해 생성되는 바람을 가이드하도록 상기 베인들(293b)로부터 이격된 위치에서 베인들(293b)을 감싸는 슈라우드(293c)를 포함한다.

또한 냉각팬(293)은 히트 싱크(292)에 의해 생성된 냉기를 공급 덕트(281)로 공급하도록 이루어진다. 앞서 설명한 것과 같이 열전소자모듈(290)은 에어 가이드(297, 도 4 참조)를 구비할 수 있다. 따라서 냉각팬(293)이 바람을 일으켜 냉기를 유동시키면, 냉기는 에어 가이드(297)를 따라 자연스럽게 공급 덕트(281)로 유입될 수 있다.

열전소자(291)의 흡열부(291a)가 제1 영역의 공기를 냉각하여 냉기를 생성하기 위해서는 열전소자(291)의 방열부(291b)로 전달된 열이 원활하게 방열되어야 한다. 본 발명에서는 방열부(291b)의 온도가 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221)로 공급되는 냉기의 온도로 설정될 수 있도록, 방열부(291b)가 냉동사이클을 순환하는 냉매와 열 교환한다.

열교환기(294)는 냉동사이클을 순환하는 냉매와 방열부(291b)를 서로 열 교환시키도록 이루어진다. 열교환기(294)에는 냉매 유로가 연결되며, 냉매는 열교환기(294)로 유입되어 열을 전달받는다. 따라서 열전소자(291)의 방열부(291b)에서 발생된 열은 열교환기(294)에 의해 냉매로 전달된다.

열교환기(294)는 냉각실의 제2 영역(도 7의 316a2, 도 8의 416a2, 도 9의 516a2)에 설치되며, 제1 영역과 제2 영역은 열전소자모듈(290)에 의해 서로 구분되어 있다. 따라서 방열부(291b)에서 열교환기(294)로 전달된 열은 다시 제1 영역으로 전달되지 않고, 열교환기(294)를 흐르는 냉매로 전달되며, 냉매는 열교환기(294)에서 열을 전달받아 냉동사이클을 순환하게 된다. 열교환기(294)에는 냉매 유로(295)가 연결된다.

냉장실 증발기(254a)를 흐르는 냉매가 열교환기(294)를 흐르기 때문에, 방열부(291b)의 온도는 냉장실 증발기(254a)로 공급될 냉기의 온도로 설정될 수 있다. 일측에서 흡열 작용이 이루어지면 타측에서 방열 작용이 이루어지는 열전소자(291)의 특성으로 인해, 방열부(291b)의 온도가 냉장실 증발기(254a)로 공급될 냉기의 온도로 설정되면 흡열부(291a)의 온도는 그보다 낮은 온도로 설정된다. 그리고 이렇게 설정된 흡열부(291a)의 온도로 인해, 제1 영역에서 얼음을 생성할 수 있을 정도로 낮은 온도의 냉기가 생성될 수 있는 것이다.

이와 같이 구성되는 냉장고(200)에서는 냉동실(도 1의 122, 도 3의 222)의 냉기를 이용하지 않더라도 얼음 생성에 필요한 저온의 냉기가 제빙기(270)로 공급될 수 있다. 제빙기(270)는 냉장실 도어(231a)에 설치되고, 얼음 생성에 필요한 냉기는 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221) 뒤의 냉각실(도 1의 116a, 도 3의 216a)에서 형성되므로, 공급 덕트(281)와 귀환 덕트(282)의 길이는 냉기를 냉동실 뒤의 냉각실(도 1의 116b, 도 3의 216b)에서 공급하는 경우보다 짧아질 수 있다. 또한 공급 덕트(281)와 귀환 덕트(282)의 길이가 짧아지는 만큼 냉기 손실을 줄여 제빙 효율이 향상될 수 있다.

이하에서는 열전소자모듈(290)이 포함된 냉동사이클에 대하여 설명한다.

도 7은 본 발명과 관련된 냉동사이클의 일 예를 보인 개념도다.

냉동사이클은 하나의 압축기(351)와 두 개의 증발기(354a, 354b)를 구비한다. 압축기(351), 응축기(352)는 직렬로 연결되고, 냉매는 압축기(351)에서 압축된 후 응축기(352)로 흐르게 된다. 그리고 응축기(352)에서 응축된 냉매는 응축기(352)의 하류측에 설치된 3방 밸브(356)에 의해 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221) 뒤의 냉각실(316a) 또는 냉동실(도 1의 122, 도 3의 222) 뒤의 냉각실(도 1의 116b, 도 3의 216b)로 공급된다.

3방 밸브(356)란 하나의 입구와 두 개의 출구를 갖는 밸브를 의미한다. 3방 밸브(356)의 입구는 응축기(352)의 출구와 연결되고, 두 개의 출구 중 하나는 냉장실 팽창기(353a)에 연결되며, 나머지 하나의 출구는 냉동실 팽창기(353b)에 연결된다.

냉장실 팽창기(353a)와 냉동실 팽창기(353b)에서는 냉매의 팽창이 이루어지며, 냉장실 팽창기(353a)와 냉동실 팽창기(353b)는 각각 모세관으로 구현될 수 있다.

냉매의 흐름을 기준으로 냉장실 팽창기(353a)의 하류측에는 냉장실 팽창기(353a)와 열전소자모듈(390)이 설치된다. 도 7에서는 냉장실 팽창기(353a)와 열전소자모듈(390)이 직렬 연결되되, 열전소자모듈(390)이 냉장실 증발기(354a)의 하류측에 설치된 구성을 보이고 있다. 따라서 열교환기(394)는 냉동사이클을 구성하는 하나의 구성품에 해당한다. 열교환기(394)의 입구는 냉장실 증발기(354a)의 출구에 연결되고, 열교환기(394)의 출구는 압축기(351)의 입구에 연결된다.

냉장실(도 1의 121, 도 3의 221) 뒤의 냉각실(316a)은 제1 영역(316a1)과 제2 영역(316a2)을 포함하며, 제1 영역(316a1)과 제2 영역(316a2)의 경계에는 열전소자(391)가 배치된다. 그리고 제1 영역(316a1)에는 히트 싱크(392)와 냉각팬(393)이 설치되고, 제2 영역(316a2)에는 열교환기(394)가 설치된다. 또한 제2 영역(316a2)에는 냉장실 증발기(354a)가 설치된다.

열전소자모듈(390)의 열교환기(394)는 냉장실 증발기(354a)로부터 냉매를 공급받도록 배치되므로, 냉장실 증발기(354a)를 통과한 냉매가 열전소자모듈(390)의 열교환기(394)로 공급되게 된다. 열교환기(394)는 열전소자(391)의 방열부(도 6의 291b)와 접촉되고, 방열부의 열이 열교환기(394)에 의해 냉매로 전달된다. 이것은 냉각실(316a)의 열이 냉장실 증발기(354a)에 의해 냉매로 전달되는 것과 같은 원리이므로, 방열부의 온도는 냉장실 증발기(354a)에서 생성되는 냉기의 온도와 같아질 수 있다. 따라서 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221)로 공급될 냉기의 온도가 곧 방열부의 온도로 설정될 수 있다.

열교환기(394)의 동작으로 방열부의 열은 냉매로 방열되고, 냉매는 냉동사이클을 계속 순환하게 된다. 열교환기(394)의 하류측에는 압축기(351)가 설치되므로, 열교환기(394)의 출구로 배출된 냉매는 압축기(351)의 입구로 유입된다. 냉동실 증발기(354b)의 하류측에는 역류 방지 밸브(357)가 설치되며, 역류 방지 밸브(357)는 열교환기(394)에서 배출된 냉매가 냉동실 증발기(354b)로 유입되는 것을 방지하도록 이루어진다.

냉장실 증발기(354a)의 작동은 냉장실 팬(도 1의 161)에 의해 제어될 수 있다. 냉장실 팬(도 1의 161)이 작동하게 되면, 냉장실 증발기(354a)를 통과하는 냉매와 냉각실(316a) 공기 간의 열교환이 이루어지게 된다. 반면, 냉장실 팬(도 1의 161)이 작동하지 않는다면, 냉매는 냉장실 증발기(354a)를 통과할 뿐 유의미한 열교환이 이루어지지 않는다.

열전소자모듈(390)의 작동은 전압 인가에 의해 제어될 수 있다. 열전소자(391)에 인가되는 전압에 따라 흡열부(도 6의 291a)와 방열부(도 6의 291b)의 온도차가 결정된다.

이와 같이 냉장실 증발기(354a)와 열전소자모듈(390)은 서로 다른 매커니즘에 의해 제어된다. 따라서 냉장실 증발기(354a)와 열전소자모듈(390)이 서로 직렬로 연결되고, 냉매가 냉장실 증발기(354a)와 열전소자모듈(390)의 열교환기(394)를 모두 흐르더라도, 냉장실 증발기(354a)와 열전소자모듈(390)의 선택적인 작동 제어가 가능하다. 냉매가 냉장실 증발기(354a)와 열전소자모듈(390)을 모두 흐른다고 하더라도 냉장실 증발기(354a)와 열전소자모듈(390)이 반드시 동시에 작동되어야 하는 것은 아니다.

도 8은 본 발명과 관련된 냉동사이클을 다른 일 예를 보인 개념도다.

도 8에 도시된 냉동사이클은 도 7의 냉동사이클과 동일하다. 다만, 냉매의 흐름을 기준으로 열전소자모듈(490)이 냉장실 증발기(454a)의 상류측에 설치된다는 점에서 도 7의 냉동사이클과 차이가 있다.

열교환기(494)의 입구는 출구는 냉장실 팽창기(453a)의 출구와 연결되고, 열교환기(494)의 출구는 냉장실 증발기(454a)의 입구와 연결된다. 냉장실 증발기(354a)도 본질적으로 열교환 장치라는 점에서 열전소자모듈(490)의 열교환기(494)와 차이가 없고, 냉장실 증발기(454a)와 열교환기(494)가 모두 제2 영역(416a2)에 설치된다는 점에서 도 8과 같이 그 배치의 순서가 바뀌어도 무방하다.

열전소자모듈(490)의 열교환기(494)는 냉장실 팽창기(453a)로부터 냉매를 공급받도록 배치된다. 냉매는 냉장실 팽창기(453a), 열전소자모듈(490)의 열교환기(494), 냉장실 증발기(454a)를 순차적으로 흐르게 된다.

나머지 구성에 대한 설명은 도 7의 설명으로 갈음한다. 도 8에서 미설명된 도면부호 416a1은 냉각실(416a)의 제1 영역, 451은 압축기, 452는 응축기, 453b는 냉동실 팽창기, 454b는 냉동실 증발기, 456은 3방 밸브, 457은 역류 방지 밸브, 491은 열전소자, 492는 히트 싱크, 493은 냉각팬을 가리킨다.

도 9는 본 발명과 관련된 냉동사이클의 또 다른 일 예를 보인 개념도다.

냉장실 증발기(554a)와 열전소자모듈(590)은 냉매의 흐름을 기준으로 냉장실 팽창기(553a)의 하류측에 병렬로 설치될 수 있다. 직렬과의 차이점은 냉매가 냉장실 증발기(554a)와 열전소자모듈(590) 중 어느 하나에 선택적으로 공급될 수 있다는 점이다.

냉매의 선택적인 공급을 위해 3방 밸브(558)가 냉장실 팽창기(553a)의 하류측에서 냉장실 증발기(554a)와 열전소자모듈(590)로 분기되는 지점에 추가로 설치된다. 냉장실 증발기(554a)와 열전소자모듈(590)이 동시에 작동하는 경우에는 3방 밸브(558)의 두 출구가 모두 개방된다. 이와 달리 냉장실 증발기(554a)와 열전소자모듈(590) 중 어느 하나만 작동하는 경우에는 두 출구 중 어느 하나만 개방된다.

냉장실 증발기(554a)의 출구는 압축기(551)의 입구에 연결되고, 열교환기(594)의 출구도 압축기(551)의 입구에 연결된다. 냉매의 역류를 방지하기 위해 냉장실 증발기(554a)의 하류측과 열교환기(594)의 하류측에 각각 역류 방지 밸브(559a)(559b)가 추가 설치될 수 있다.

도 10에서 미설명된 도면부호 516a1과 516a2는 각각 냉각실(516a)의 제1 영역과 제2 영역, 552는 응축기, 553b는 냉동실 팽창기, 554b는 냉동실 증발기, 556은 3방 밸브, 557은 역류 방지 밸브, 591은 열전소자, 592는 히트 싱크, 593은 냉각팬을 가리킨다.

이하에서는 열전소자모듈을 이용한 일반 제빙 방법과 급속 제빙 방법에 대하여 설명한다.

도 10은 냉장고(도 1의 100, 도 2 내지 도 3의 200)의 일반 제빙 방법을 보인 흐름도다.

제빙기(도 1의 170, 도 3 내지 도 5의 270)의 작동 제어는 냉장실 팬(도 1의 161)의 회전 여부, 열전소자(도 6의 291, 도 7의 391, 도 8의 491, 도 9의 591)의 입력 전압, 및 냉각팬(도 4와 도 6의 293, 도 7의 393, 도 8의 493, 도 9의 593)의 회전 속도에 의해 결정될 수 있다.

냉장실 팬이 회전하게 되면 냉장실 증발기(도 1의 154a, 도 4와 도 5의 254a, 도 7의 354a, 도 8의 454a, 도 9의 554a)에서 유의미한 열교환이 이루어지고, 이를 통해 냉장실(도 1의 121, 도 3의 221)로 공급될 냉기가 생성된다. 열전소자의 입력 전압에 따라 열전소자의 흡열부(도 6의 291a)와 방열부(도 6의 291b)의 온도차가 결정되며, 이에 따라 제빙기(도 1의 170, 도 3 내지 도 5의 270)로 공급될 냉기의 온도가 결정된다. 냉각팬의 회전 속도에 따라 히트 싱크(도 6의 292)의 열 교환 성능과 냉각실(도 1의 116a, 도 3의 216a, 도 7의 316a, 도 8의 416a, 도 9의 516a)에서 제빙기로 공급되는 냉기의 속도가 결정된다.

일반 제빙이란 신속한 제빙을 필요로 하지 않는 경우를 의미한다. 따라서 냉장실 증발기와 열전소자모듈(도 4와 도 5의 290, 도 7의 390, 도 8의 490, 도 9의 590)이 선택적으로 또는 동시에 작동될 수 있다.

일반 제빙 시 냉장실 팬이 회전하고, 열전소자로 기준 전압보다 낮은 전압이 공급되며, 냉각팬이 기준 속도보다 저속으로 회전한다.

냉장실 팬이 회전하게 되면, 냉장실 증발기에서 열교환이 이루어지며, 냉장실로 공급될 냉기가 생성된다.

열전소자의 기준 전압과 냉각팬의 기준 속도는 제빙 속도를 결정하는 인자다. 일반 제빙은 신속한 제빙을 필요로 하지 않으므로, 열전소자에 높은 전압이 공급될 필요가 없으며, 냉각팬이 빠르게 회전할 필요가 없다. 오히려 열전소자에 과도하게 높은 전압이 공급되거나 냉각팬이 빠르게 회전하게 되면 소모 전력을 증가시키게 된다. 따라서 일반 제빙 시 열전소자로 기준 전압보다 낮은 전압이 공급되며, 냉각팬이 기준 속도보다 저속으로 회전하는 것이 바람직하다.

도 11은 냉장고의 급속 제빙 방법을 보인 흐름도다.

급속 제빙이란 신속한 제빙을 필요로 하는 경우를 의미한다. 따라서 냉장고의 작동은 제빙에만 초점을 맞추고, 냉장실의 온도를 만족하기 위한 냉장실 증발기의 작동은 제빙 완료 후에 이루어져야 한다.

급속 제빙 시 냉장실 팬이 정지되고, 열저소자로 기준 전압보다 높은 전압이 공급되며, 냉각팬이 기준 속도보다 고속으로 회전한다.

냉장실 팬이 정지되면, 냉장실 증발기에서 유의미한 열교환이 이루어지지 않는다.

급속 제빙 시에는 소모 전력 증가에도 불구하고, 제빙 속도를 증가시키기 위해 열전소자로 기준 전압보다 높은 전압이 공급되며, 냉각팬이 기준 속도보다 고속으로 회전하는 것이 바람직하다.

급속 제빙 제어에 의해 일반 제빙 제어보다 저온의 냉기가 생성될 수 있고, 이 냉기가 신속하게 제빙기로 공급되어 얼음이 신속하게 생성될 수 있다.

이상에서 설명된 냉장고는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims

냉장실을 구비하는 캐비닛;
상기 냉장실의 전면 개구부를 개폐하는 냉장실 도어에 설치되고, 얼음을 생성하도록 형성되는 제빙기;
압축기, 응축기, 냉장실 팽창기 및 냉장실 증발기에서 순차적으로 이루어지는 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발을 통해 상기 냉장실의 냉장에 필요한 냉기를 생성하도록 형성되는 냉동사이클; 및
냉매의 흐름을 기준으로 상기 냉장실 팽창기의 하류측에 설치되고, 상기 제빙기의 제빙 동작에 필요한 냉기를 생성하도록 이루어지는 열전소자모듈을 포함하고,
상기 열전소자모듈은,
흡열부와 방열부를 구비하는 열전소자;
상기 흡열부와 접촉하도록 배치되는 히트 싱크;
상기 히트 싱크를 마주보도록 설치되며, 상기 히트 싱크의 열 교환을 촉진하도록 바람을 일으키는 냉각팬; 및
상기 방열부와 접촉하도록 배치되고, 상기 냉동사이클을 순환하는 냉매와 상기 방열부를 서로 열 교환시키도록 이루어지는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서,
상기 캐비닛은 상기 냉장실의 후벽 뒤에 형성되는 냉각실을 구비하고,
상기 열전소자모듈은 상기 냉각실에 설치되며,
상기 냉장고는,
상기 냉장실의 측벽 내부에 설치되고, 상기 히트 싱크와 열 교환하여 생성된 냉기를 상기 제빙기로 공급하는 유로를 형성하도록 상기 냉각실과 상기 제빙기에 연결되는 공급 덕트; 및
상기 냉장실의 측벽 내부에 설치되며, 상기 제빙기에서 얼음 생성에 이용된 냉기를 상기 냉장실로 배출하는 유로를 형성하도록 상기 제빙기와 상기 냉장실에 연결되거나, 상기 제빙기에서 얼음 생성에 이용된 냉기를 상기 냉각실로 배출하는 유로를 형성하도록 상기 제빙기와 상기 냉각실에 연결되는 귀환 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제2항에 있어서,
상기 열전소자모듈은 상기 냉각팬을 부분적으로 감싸도록 형성되는 에어 가이드를 포함하고,
상기 에어 가이드는 상기 냉각팬에 의해 유동하는 냉기를 상기 공급 덕트로 가이드 하도록 상기 공급 덕트를 향해 개방된 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제2항에 있어서,
상기 냉각실은 상기 히트 싱크가 설치되는 제1 영역과 상기 열교환기가 설치되는 제2 영역을 포함하며,
상기 열전소자모듈은 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 간의 직접적인 열 교환을 차단하도록 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계에 설치되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서,
상기 냉장실 증발기와 상기 열전소자모듈은 냉매의 흐름을 기준으로 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서,
상기 열전소자모듈은 냉매의 흐름을 기준으로 상기 냉장실 증발기의 하류측에 설치되고,
상기 열교환기의 입구는 상기 냉장실 증발기의 출구에 연결되고, 상기 열교환기의 출구는 상기 압축기의 입구와 연결되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서,
상기 열전소자모듈은 냉매의 흐름을 기준으로 상기 냉장실 증발기의 상류측에 설치되고,
상기 열교환기의 입구는 상기 냉장실 팽창기의 출구에 연결되고, 상기 열교환기의 출구는 상기 냉장실 증발기의 입구와 연결되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서,
상기 냉장실 증발기와 상기 열전소자모듈은 냉매의 흐름을 기준으로 상기 냉장실 팽창기의 하류측에 병렬로 설치되고,
상기 냉장고는 하나의 입구와 두 개의 출구를 갖는 3방 밸브를 포함하며,
상기 3방 밸브는 상기 냉장실 팽창기의 하류측에서 상기 냉장실 증발기와 상기 열전소자모듈로 분기되는 지점에 설치되고, 상기 두 개의 출구는 상기 냉장실 증발기와 상기 열전소자모듈의 동시 작동 시 모두 개방되고, 상기 냉장실 증발기와 상기 열전소자모듈 중 어느 하나만 작동 시 두 개의 출구 중 어느 하나만 개방되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서,
상기 냉장고는 상기 냉장실 증발기에서 생성된 냉기를 상기 냉장실로 공급하도록 이루어지는 냉장실 팬을 더 포함하고,
상기 냉장실 증발기와 상기 열전소자모듈은 선택적으로 제어 가능하도록, 상기 냉장실 증발기의 작동은 상기 냉장실 팬의 작동에 의해 제어되고, 상기 열전소자모듈은 상기 열전소자에 인가되는 전압에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제9항에 있어서,
일반 제빙 시 상기 냉장실 팬이 회전하고, 상기 열전소자로 기준 전압보다 낮은 전압이 공급되며, 상기 냉각팬이 기준 속도보다 저속으로 회전하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제9항에 있어서,
급속 제빙 시 상기 냉장실 팬이 정지되고, 상기 열전소자로 기준 전압보다 높은 전압이 공급되며, 상기 냉각팬이 기준 속도보다 고속으로 회전하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
냉장실을 구비하는 캐비닛;
상기 냉장실의 전면 개구부를 개폐하는 냉장실 도어에 설치되고, 얼음을 생성하도록 형성되는 제빙기;
압축기, 응축기, 냉장실 팽창기 및 냉장실 증발기에서 순차적으로 이루어지는 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발을 통해 상기 냉장실의 냉장에 필요한 냉기를 생성하도록 형성되는 냉동사이클;
상기 냉장실 증발기에서 생성된 냉기를 상기 냉장실로 공급하도록 이루어지는 냉장실 팬; 및
냉매의 흐름을 기준으로 상기 냉장실 팽창기의 하류측에 설치되고, 상기 제빙기의 제빙 동작에 필요한 냉기를 생성하도록 이루어지는 열전소자모듈을 포함하고,
상기 열전소자모듈은,
흡열부와 방열부를 구비하는 열전소자;
상기 흡열부와 접촉하도록 배치되는 히트 싱크;
상기 히트 싱크를 마주보도록 설치되며, 상기 히트 싱크의 열 교환을 촉진하도록 바람을 일으키는 냉각팬; 및
상기 방열부와 접촉하도록 배치되고, 상기 냉동사이클을 순환하는 냉매와 상기 방열부를 서로 열 교환시키도록 이루어지는 열교환기를 포함하고,
상기 냉장실 팬의 회전 여부, 상기 열전소자의 입력 전압 및 상기 냉각팬의 회전 속도를 조절하여 상기 제빙기의 작동을 제어하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제12항에 있어서,
일반 제빙 시 상기 냉장실 팬이 회전하고, 상기 열전소자로 기준 전압보다 낮은 전압이 공급되며, 상기 냉각팬이 기준 속도보다 저속으로 회전하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제12항에 있어서,
급속 제빙 시 상기 냉장실 팬이 정지되고, 상기 열전소자로 기준 전압보다 높은 전압이 공급되며, 상기 냉각팬이 기준 속도보다 고속으로 회전하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
냉장실 증발기에서 생성된 냉기를 냉장실로 공급하도록 이루어지는 냉장실 팬; 및
열전소자, 상기 열전소자의 흡열부와 접촉하도록 배치되는 히트 싱크, 및 상기 히트 싱크를 마주보도록 설치되는 냉각팬을 구비하고, 상기 냉장실 증발기와 동일한 공간에 설치되며, 상기 냉장실 증발기를 흐르는 냉매를 공급받아 제빙기의 제빙 동작에 필요한 냉기를 생성하도록 이루어지는 열전소자모듈을 포함하고,
일반 제빙 시 상기 냉장실 팬이 회전하고, 상기 열전소자로 기준 전압보다 낮은 전압이 공급되며, 상기 냉각팬이 기준 속도보다 저속으로 회전하고,
급속 제빙 시 상기 냉장실 팬이 정지되고, 상기 열전소자로 기준 전압보다 높은 전압이 공급되며, 상기 냉각팬이 기준 속도보다 고속으로 회전하는 것을 특징으로 하는 냉장고.