KR20180080649A - 심온 냉동칸을 구비하는 냉장고 - Google Patents

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박유민
이명하
손진호
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 심온냉동 공간의 냉기가 외부로 유출되는 것을 확실히 방지하면서도 심온냉동칸과 열전소자모듈조립체를 간편하게 설치할 수 있는 냉장고에 관한 것으로, 이는 열전소자모듈 수용부 부근에 위치하는 그릴팬과 쉬라우드 사이의 단턱 형상, 열전소자모듈 조립체와 열전소자모듈 수용부의 결합 부위의 밀착 구조, 및 심온케이스와 열전소자모듈 수용부의 결합부 형상과, 상술한 부위들에 밀착 개재되는 실링재를 포함하고, 심온케이스와 심온칸도어 사이의 개스킷 구조, 그리고 심온케이스에 대한 심온칸도어의 압착 구조를 포함한다.

Description

심온 냉동칸을 구비하는 냉장고{A Refrigerator Having Deeply Low Temperature Freezer}
본 발명은 심온 냉동칸을 구비하는 냉장고에 관한 것으로, 보다 상세하게는 심온냉동 공간의 냉기가 외부로 유출되는 것을 확실히 방지하면서도 심온냉동칸과 열전소자모듈조립체를 간편하게 설치할 수 있는 냉장고에 관한 것이다.
통상적인 냉장고는 저온으로 음식물을 보관하는 가전으로서, 냉장고의 고내에 보관되는 음식물의 온도에 따라 냉장실과 냉동실로 구분할 수 있다. 통상 냉장실은 섭씨 영상 3~4도의 온도를 유지하도록 하는 것이 일반적이며, 냉동실은 섭씨 영하 20도 내외의 온도를 유지하도록 하는 것이 일반적이다.
섭씨 영하 20도 내외의 온도를 가지는 냉동실은 음식물이 결빙된 상태로 보존되는 공간으로서, 소비자들이 음식물을 장기간 보관할 때 주로 사용된다. 그러나 영하 20도 내외를 유지하는 기존의 냉동실은 육류나 해산물 등을 얼릴 때 세포 내에 있는 수분이 빙결될 때 수분이 세포 밖으로 빠져나가는 등의 현상이 발생하여 세포가 파괴되고, 이로 인해 해동 후 조리를 할 때 원래의 맛을 잃어버리거나 식감이 변해버리는 문제가 발생한다.
반면 육류나 해산물 등을 얼릴 때, 세포 내 얼음이 형성되는 빙결점 온도 대역을 빠르게 지나며 냉각이 이루어지면, 세포 파괴를 최소화할 수 있어 해동 후에도 육질과 식감이 신선하게 살아나거나 재현되어 요리를 맛있게 할 수 있는 장점이 있다.
이런 연유로, 고급 음식점에서는 육류나 어류, 해산물 등을 급속하게 얼릴 수 있는 심온 냉동고를 사용하기도 한다. 그러나 대량의 음식을 보존해야 하는 음식점들과 달리, 일반 가정집에서는 심온 냉동고를 항상 사용할 필요가 없기 때문에, 음식점에서 사용되는 것과 같은 심온 냉동고를 별도로 구매하여 사용하기가 수월치 않다.
그러나 삶의 질이 향상되면서, 음식을 보다 맛있게 먹기 위한 소비자들의 욕구도 강해지게 되었고, 이에 따라 심온 냉동고의 사용을 원하는 소비자들이 증가하게 되었다.
이러한 소비자들의 요구를 만족시키기 위해, 냉동실 일부에 심온 냉동칸을 설치한 가정용 냉장고의 개발이 이루어지고 있다. 심온 냉동칸은 섭씨 영하 50도 정도의 온도를 만족하는 것이 바람직한데, 이러한 정도의 극저온은 통상적인 냉매를 사용한 냉동사이클 만으로는 도달할 수 없는 온도이다.
이에, 섭씨 영하 20도 정도까지는 냉동사이클을 이용하여 냉각하고, 그보다 더 낮은 심온으로 냉각할 때에는 열전소자(TEM; Thermoelectric Module)를 이용하여 냉각하는 방식으로 냉동실 내에 심온 냉동칸을 별도로 구비하는 가정용 냉장고들이 개발되고 있다.
그러나, 섭씨 영하 20도의 냉동실과 섭씨 영하 50도의 심온 냉동칸 사이의 온도 차는 상당히 크기 때문에, 이에 따라 기존의 냉동실 설계에 적용되던 단열, 제상, 냉기 공급 등의 구조를 심온 냉동칸에 그대로 적용하여서는 섭씨 영하 50도라는 온도를 구현하는 것 자체가 쉽지 않다.
따라서 심온냉동칸의 극저온을 원활하게 구현하기 위해서는, 심온냉동칸 내부의 섭씨 영하 50도를 유지하는 심온냉동 공간 내로 그보다 뜨거운 섭씨 영하 20도의 냉동실 공기가 유입되는 것을 각별히 차단할 필요가 있다.
심온냉동칸을 구성하는 심온케이스는 그릴팬어셈블리와는 별도로 제작되어 조립되어야 하며, 심온케이스의 전방에는 심온케이스를 개폐할 수 있는 심온칸도어를 설치해야 한다. 따라서 심온케이스와 그릴팬어셈블리 사이의 조립 구조는 심온케이스가 그릴팬어셈블리에 견고하게 고정되는 것뿐만 아니라, 이들 고정 부위를 통해 냉동실의 공기가 심온케이스 내부 공간으로 유입되는 것을 방지하기에 적합한 구조를 가져야 하며, 심온케이스와 심온칸도어 사이에서도 냉동실의 공기가 심온케이스 내부 공간으로 유입되는 것을 방지하기 위한 구조가 요구된다.
또한 심온냉동칸의 심온냉동 공간의 냉각을 위해 설치되는 열전소자를 포함하는 조립체는 그릴팬어셈블리에 설치되므로, 열전소자의 조립체와 그릴팬어셈블리의 체결부위에 존재하는 틈새가 심온냉동 공간과 일반 냉동 공간을 연통하는 부위라면, 이들 사이에, 냉동실의 공기가 심온케이스 내부 공간으로 유입되는 것을 방지하기 위한 구조, 즉 실링 구조가 요구된다.
아울러 열전소자의 조립체가 설치되는 그릴팬어셈블리의 그릴팬과 쉬라우드 사이의 틈새가 심온냉동 공간과 일반 냉동 공간을 연통하는 부위인 경우에도, 이들 사이에, 냉동실의 공기가 심온케이스 내부 공간으로 유입되는 것을 방지하기 위한 구조, 즉 실링 구조가 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 심온냉동 공간과 일반적인 냉동실의 냉동 공간이 연통할 가능성이 있는 심온냉동 공간 주변의 모든 틈새가 철저히 실링되어 극저온을 원활하게 구현하고 유지할 수 있는 냉장고 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 열전소자모듈조립체를 조립하기에 편리한 구조와 실링이 확실히 이루어지는 구조를 동시에 구현한 구조를 가지는 냉장고를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 개폐가 이루어지는 심온케이스와 심온칸도어 사이에서도 확실한 밀봉이 이루어질 수 있는 압착구조를 더 포함하는 냉장고를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 심온케이스(210)에 의해 규정되는 심온냉동 공간을 냉각하는 열전소자모듈조립체(100)가 수용되고, 냉동실에 공급되는 냉기를 분배하는 쉬라우드(56)가 설치되는 그릴팬(51)을 포함하는 냉동실의 그릴팬어셈블리(50) 구조로서, 상기 그릴팬(51)으로부터 전방으로 돌출되는 형태로 상기 그릴팬(51)에 마련되어 상기 열전소자모듈조립체를 수용하는 열전소자모듈 수용부(53); 및 상기 쉬라우드(56)에 마련되며, 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 후방에서 상기 그릴팬(51)의 후면과 접하고, 내측 가장자리면을 따라 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 내부 공간과 연통하는 열전소자모듈 삽입홀(563)이 마련되는 맞댐면(561);을 포함하고, 상기 그릴팬(51)의 후면과 상기 맞댐면(561) 사이에는 이들 둘 사이의 틈을 밀봉하는 제1실링재(61)가 개재되는 그릴팬어셈블리를 제공한다.
통상 열전소자모듈조립체가 그릴팬어셈블리에 마련된 열전소자모듈 수용부에 설치되는 경우, 상기 열전소자모듈 수용부의 공간은 심온냉동 공간에 연통하므로, 결국 그릴팬어셈블리에서 상기 열전소자모듈 수용부와 인접하는 틈새 부위는 실링이 요구된다. 이에 본 발명에서는 심온냉동 공간과 연통하는 그릴팬과 쉬라우드 사이의 틈새를 실링재로 실링함으로써, 극저온의 냉기가 심온냉동 공간으로부터 유출되는 것을 차단할 수 있다.
상기 그릴팬(51)의 후면에는 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 외측 둘레로부터 후방으로 연장된 형태의 후방리브(511)가 마련되고, 상기 쉬라우드(56)의 맞댐면(561)의 외측 둘레에는 상기 후방리브(511)의 내면과 접하도록 후방으로 연장된 형태의 리브맞댐면(562)이 마련되며, 상기 후방리브(511)와 리브맞댐면(562) 사이에는 제2실링재(62)가 개재되도록 할 수 있다.
또한 상기 열전소자모듈조립체(100)의 모듈하우징(110)에서 외향되는 플랜지(112)의 외측 가장자리가 상기 쉬라우드(56)의 리브맞댐면(562)의 내면에 의해 위치가 규제됨으로 인해, 상기 모듈하우징(110)이 상기 쉬라우드(56)의 맞댐면(561) 후면에 대해 위치가 정렬됨으로써 열전소자모듈조립체(100)의 설치 과정에서 위치 정렬이 자연스럽게 이루어지도록 할 수 있다.
이와 같은 구조에 따르면, 제1실링재(61)가 설치되는 틈새 부위로부터 절곡되어 제1실링재 설치 부위와 수직을 이루는 틈새를 더 형성할 수 있고, 이러한 틈새에도 제2실링재(62)를 더 개재할 수 있기 때문에, 밀봉력을 충분히 확보할 수 있다. 이와 같이 실링 부위가 절곡되도록 한 구조는 실링이 필요한 두 부재 사이의 중첩구간을 크게 확보할 수 없는 경우에도 밀봉력을 확보할 수 있는 수단이 된다. 아울러 이러한 절곡구조는 단턱구조로서 구현되는데, 단턱구조는 다른 부품을 끼워 맞추거나 위치 규제해야 할 필요가 있을 때 매우 유용한 구조인바, 본 발명에서는 이러한 단턱구조 부분에 심온냉동모듈조립체가 끼워져 위치 규제되도록 함으로써, 조립 역시 편리하게 할 수 있다는 추가적인 효과를 더 가지게 된다.
상기 열전소자모듈조립체(100)는, 흡열면(130a) 및 이와 대향하는 면에 마련된 발열면(130b)을 구비하는 열전소자(130); 상기 흡열면(130a)과 접하고, 상기 냉각팬과 매주하는 콜드싱크(120); 상기 발열면(130b)과 접하는 히트싱크(150); 상기 콜드싱크(120)와 히트싱크(150)가 마주하는 공간으로서 상기 열전소작(130)가 배치되지 않은 공간에 적층되는 단열재(140); 및 상기 콜드싱크, 열전소자, 단열재 및 히트싱크를 수용하며 고정하는 모듈하우징(110);을 포함하고, 상기 모듈하우징(110)에는 외향 연장된 형태의 플랜지(112)가 마련되며, 상기 플랜지(112)가 상기 쉬라우드(56)의 맞댐면(561) 후면에 접하여 고정되도록 할 수 있다.
그릴팬과 쉬라우드는 합성수지로 제작되는 것이 통상적인데, 이들은 판재 형태로 사출 성형되므로 다른 구조물을 견고하게 지지해줄 수 있을 정도로 충분한 강도를 가지지 못하는 경우가 대부분이다. 이에 본 발명에서는 그릴팬어셈블리에 있어서 그릴팬과 쉬라우드가 중첩되는 부분에 열전소자모듈조립체(100)가 고정되도록 함으로써, 그릴팬어셈블리가 열전소자모듈조립체에 대해 충분한 지지력을 제공할 수 있도록 하였다.
여기서 상기 플랜지(112)와 맞댐면(561) 사이에 제3실링재(63)가 개재되도록 함으로써, 열전소자모듈조립체를 그릴팬어셈블리에 조립하면서 발생하는 틈새를 통해 심온냉동 공간의 냉기가 유출되는 것을 차단할 수 있다.
상기 플랜지와 맞댐면 사이에서 이들의 중첩부위에 개재되는 제3실링재의 폭(w)은 5 mm 이상 15 mm 이하이다. 폭이 5mm 이상이어야 냉기 유출을 방지하기 위해 요구되는 최소한의 실링력을 확보할 수 있으며, 폭이 15mm 이상이면 냉기 유출 방지 효과의 향상은 거의 없으면서 공간을 지나치게 차지하게 된다.
상기 모듈하우징(110)의 플랜지(112)에는, 상기 플랜지(112)로부터 후방으로 연장되어 그 후단부가 상기 그릴팬어셈블리(50)의 후방에 배치되는 냉장고 본체(10)의 이너케이스(12)에 의해 지지되도록 하는 스페이서(111)가 더 구비되므로, 스페이서에 의해 그릴팬어셈블리와 이너케이스 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있음은 물론, 모듈하우징의 플랜지를 그릴팬어셈블리 쪽으로 더욱 압착할 수 있는 지지력을 확보하여 냉기의 유출을 확실히 방지할 수 있다.
상기 모듈하우징(100)은 상기 플랜지(112)의 내측 가장자리에서 후방으로 연장되는 수용홈(113)을 포함하고, 상기 콜드싱크, 열전소자, 단열재 및 히트싱크는 상기 수용홈(113)에 수용되며, 상기 열전소자(130)와 히트싱크(150)는, 상기 그릴팬어셈블리(50)에 의해 규정되는 냉동실(40) 공간의 후방 면보다 더 후방에 배치된다. 즉 모듈하우징의 수용홈 구조는 열전소자의 발열부위를 냉동실 공간과는 별도의 공간에 배치하게 되어, 냉동실의 냉기 손실을 방지할 수 있다.
그리고 상기 콜드싱크(120)의 전단부(front end)는 상기 그릴팬어셈블리(50)에 의해 규정되는 냉동실(40) 공간의 후방 면보다 더 전방에 배치되므로, 냉기가 생성될 수 있는 부위를 심온냉동 공간과 최대한 가까이 두어 심온냉동 효율을 높일 수 있다.
또한 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 냉동실(40) 내부에 심온냉동칸(200)을 구비하는 냉장고로서, 상기 냉동실(40)의 후방에 설치되어 냉동실(40) 공간의 후방 측 범위를 규정하는 그릴팬어셈블리(50); 상기 그릴팬어셈블리(50)의 전면(front face)으로부터 전방으로 돌출된 형태로 마련되며, 내부에 열전소자모듈조립체(100)가 수용되는 열전소자모듈 수용부(53); 상기 심온냉동칸(200)의 외관을 규정하며, 대략 직육면체 형상으로서, 전방이 개방되고, 후방에는 상기 열전소자모듈수용부(53)가 삽입되는 개방구(211)가 구비되는 심온케이스(210); 및 상기 심온케이스(210)의 개구된 전방을 개폐하는 심온칸도어(220);를 포함하고, 상기 심온케이스(210)의 개방구(211)의 내주면(211a)은 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 외주면(534)을 에워싸고, 상기 내주면(211a)과 외주면(534) 사이에는 제4실링재(64)가 밀착 개재되는 냉장고를 제공한다.
냉동실에 심온냉동칸을 설치하고자 할 때에는, 그릴팬어셈블리에 열전소자모듈조립체를 설치하고 그릴팬어셈블리 전방에 심온냉동칸을 조립하는 구조를 적용함으로써 제작과 조립을 단순하게 할 수 있다. 본 발명에 따르면 그릴팬어셈블리의 전방으로 열전소자모듈 수용부를 돌출 형성하고, 심온케이스(210)의 후방에 개방구(211)를 두며, 심온케이스를 전방에서 후방으로 서랍을 끼우듯이 조립하면 개방구의 내주면이 열전소자모듈 수용부의 외주면을 둘러싸며 끼워맞춤되도록 하여 조립 과정이 단순하다. 또한 이들 내주면과 외주면 사이에 실링재가 협지되도록 함으로써, 이들 틈으로 냉기가 새나오는 것을 방지하면서, 개방구와 열전소자모듈 수용부 사이의 결합력을 더욱 높일 수 있다.
상기 심온케이스(210)의 개방구 둘레의 후면은 상기 그릴팬의 열전소자모듈 수용부 둘레의 전면과 접하도록 하여, 전체적으로 "ㄴ"자의 접촉면을 구성하여 밀착력을 더욱 높임으로써 냉기 누설 방지 효과를 더 높일 수 있다.
또한 상기 내주면(211a)은 후방으로 갈수록 외향하는 경사면을 포함하고, 상기 외주면(534)도 상기 내주면과 대응하는 형태로 후방으로 갈수록 외향하는 경사면을 포함하여서 조립을 더 원활하게 할 수 있다. 이러한 테이퍼 각도는 약 1도 ~ 5도 정도일 수 있다.
상기 내주면(211a)과 외주면(534)의 중첩 부위에 개재되는 제4실링재의 길이(OL)는 30 mm 이상이고 40mm 이하로 구성함으로써, 공간의 낭비를 최소화하며 실링력을 확보할 수 있다.
또한 상기 냉장고는 상기 심온칸도어의 후방에 마련되며, 상기 심온케이스(210)의 전면(front face) 테두리와 접하여 심온칸도어(220)와 심온케이스(210) 사이의 간극을 차폐하는 개스킷(65)을 더 포함한다.
상기 심온칸도어와 심온케이스에는 상기 심온칸도어를 상기 심온케이스 쪽으로 밀착시키는 힘을 작용하여 상기 개스킷을 압착하는 압착구조가 더 구비될 수 있다.
일례로서 상기 압착구조는, 상기 심온칸도어 및 심온케이스에 각각 설치되어 상호 인력이 작용하는 자성체를 포함할 수 있다.
일례로서 상기 압착구조는, 상기 심온칸도어와 심온케이스에 각각 마련되는 돌기와 걸림홈을 포함할 수 있다.
상기 심온칸도어의 후방에는, 상기 심온칸도어가 상기 심온케이스의 개구된 전방을 개폐함에 따라 상기 심온케이스에 의해 규정되는 심온냉동 공간에 인출 및 인입되는 심온트레이(226)가 설치되고, 상기 심온트레이가 설치되는 상기 심온칸도어의 후방 하부에는 후방으로 연장된 형태의 외부 레일가이드(221)가 설치되고, 상기 심온케이스(210)의 저면부에는 상기 외부 레일가이드(221)의 전후 방향 슬라이드 이동을 안내하는 외부 레일(216)이 설치되며, 상기 압착구조의 일례로서 상기 압착구조는 상기 외부 레일(216) 또는 외부 레일가이드(221)에 마련되어 상기 외부 레일가이드(221)를 제어된 속도로 후방으로 잡아당기는 댐핑클로저(216)를 포함할 수 있다.
일례로서 상기 압착구조는 냉동실 도어(22)가 닫힌 상태에서 냉동실 도어(22)의 후면부가 상기 심온칸도어(220)를 눌러주는 구조를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 심온냉동 공간과 일반적인 냉동실의 냉동 공간이 연통할 가능성이 있는 심온냉동 공간 주변의 모든 틈새가 철저히 실링되어 극저온을 원활하게 구현하고 유지할 수 있다.
또한 본 발명은, 열전소자모듈조립체를 조립하기에 편리한 구조와 실링이 확실히 이루어지는 구조를 동시에 가진다.
또한 본 발명에 의하면, 심온케이스와 그릴팬어셈블리 사이의 조립과 실링이 간단하면서도 확실히 이루어지고, 개폐가 일어나는 심온케이스와 심온칸도어 사이에도 실링이 확실히 이루어짐으로써, 심온냉동을 구현하고 유지하는 것이 가능하다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 도어를 열어 놓은 상태의 냉장고를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 냉장고 본체의 냉동실 쪽 이너케이스에 그릴팬어셈블리와 심온냉동칸이 설치된 상태 및 분할벽과 이너케이스 측벽을 각각 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 냉동실의 그릴팬어셈블리와, 심온냉동칸, 그리고 열전소자모듈조립체가 분해된 상태를 나타낸 전방 사시도,
도 4는 그릴팬어셈블리의 쉬라우드를 나타낸 사시도,
도 5는 열전소자모듈 수용부의 확대 사시도,
도 6은 도 3의 후방 사시도,
도 7은 도 2의 A-A 단면도,
도 8은 도 3의 B-B 단면도(열선이 생략되어 있음),
도 9는 열전소자모듈조립체가 설치된 그릴팬어셈블리의 측면 단면을 후방에서 바라본 사시도,
도 10은 도 9의 Z-Z 단면도,
도 11은 도 9의 X-X 단면도,
도 12는 도 7의 C-C 단면도,
도 13은 본 발명에 따른 열전소자모듈조립체의 분해사시도,
도 14는 본 발명에 따른 열전소자모듈조립체의 변형례를 나타낸 전방 사시도,
도 15는 도 14의 변형례의 후방사시도,
도 16은 도 6의 I-I 부분의 단면도,
도 17은 도 8의 J 부분을 후방에서 바라본 확대 사시도,
도 18은 본 발명에 따른 냉장고에 적용된 냉동사이클을 나타낸 도면,
도 19는 본 발명에 따른 냉장고에 적용된 냉동사이클의 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 20은 그릴팬어셈블리에 고정된 열전소자모듈조립체의 냉매유입관(151)과 냉매유출관(152)에 냉동사이클의 모세관 후방의 냉매관과 증발기 전방의 모세관이 각각 연결된 상태를 도시한 확대 사시도,
도 21은 본 발명의 심온냉동칸이 냉장실에 설치된 예를 나타낸 측면 단면도,
도 22는 도 6의 I-I 부분의 단면 확대도,
도 23은 도 8의 J 부분을 후방에서 바라본 확대 사시도,
도 24는 그릴어셈블리에 조립된 심온케이스에 대해 심온칸도어와 심온트레이를 인출한 상태를 나타낸 측면 단면도,
도 25는 도 24의 심온케이스에 심온칸도어가 닫힌 상태를 확대하여 나타낸 측면 단면도, 그리고
도 26은 도 24의 Q-Q 부분과 R-R 부분의 단면을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명에서 "심온"이라 함은, 냉동실의 통상적인 냉동 보관 온도인 섭씨 영하 20도보다 더 낮은 온도를 의미하는 것이며, 수치적으로 그 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한 심온냉동칸이라 하더라도 그 저장 온도는 섭씨 영하 20도를 포함하며 그보다 더 높을 수도 있다.
[심온냉동칸을 구비하는 냉장고의 전반적인 구조]
도 1은 본 발명에 따른 도어를 열어 놓은 상태의 냉장고를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 냉장고 본체의 냉동실 쪽 이너케이스에 그릴팬어셈블리와 심온냉동칸이 설치된 상태 및 분할벽과 이너케이스 측벽을 각각 나타낸 사시도이다.
본 발명에 따른 냉장고는 직육면체 형태의 냉장고 본체(10)와, 상기 본체의 전방에서 캐비닛의 각 공간을 개폐하는 냉장고 도어(20)를 구비한다. 본 발명의 냉장고는 냉장실(30)이 상부에 구비되고 냉동실(40)이 하부에 구비되는 바텀프리저(bottom freezer) 구조로서, 냉장실과 냉동실은 각각 양단부의 힌지(25)를 기준으로 회전하며 개방되는 양문형 도어(21, 22)를 구비한다. 다만 본 발명은 바텀프리저 구조의 냉장고에 한정되는 것은 아니며, 냉동실에 심온 냉동칸을 설치할 수 있는 구조의 냉장고라면, 냉장실과 냉동실이 좌우로 각각 배치되는 사이드 바이 사이드(side by side) 구조의 냉장고, 냉동실이 냉장실의 위쪽에 배치되는 탑 마운트(top mount) 구조의 냉장고 등에도 적용될 수 있다.
냉장고 본체(10)는 외장을 구성하는 아웃케이스(11)와, 상기 아웃케이스(11)와 소정의 공간을 두고 설치되며 냉장실(30)과 냉동실(40)의 내장을 구성하는 이너케이스(12)를 포함한다. 상기 아웃케이스(11)와 이너케이스(12) 사이의 공간에는 단열재(80)가 발포되어 채워짐으로써 실내공간으로부터 냉장실(30)과 냉동실(40)의 단열이 이루어지게 된다.
냉장실(30)과 냉동실(40)의 저장 공간에는 공간 활용 효율을 높여 음식물을 보관할 수 있도록 선반(13)과 서랍(14)이 설치되어 있으며, 선반과 서랍은 그 좌우에 배치된 레일(15)을 따라 가이드 되어 저장 공간 내에 설치될 수 있다. 냉장실 도어(21)와 냉동실 도어(22)의 내측에는 도시된 바와 같이 도어바스켓(27)이 설치되어 있어 음료수 등의 용기를 저장하기에 적합하다.
본 발명에 따른 심온냉동칸(200)은 냉동실(40) 내에 구비된다. 냉동실(40)의 공간은 효율적인 사용을 위해 좌우로 분할되어 있으며, 이는 냉동실의 중앙에서 상하로 연장된 형태의 분할벽(42)에 의해 구획된다. 도 2를 참조하면, 이러한 분할벽(42)은 캐비닛의 전방으로부터 안쪽으로 끼워져 설치되며, 냉장고 바닥에 마련된 설치가이드(42-1)를 통해 냉동실 내에서 지지될 수 있다. 본 발명에 따르면 심온냉동칸(200)이 냉동실(40)의 우측 상부에 위치하는 것이 예시된다. 다만 본 발명의 심온냉동칸(200)이 반드시 냉동실 내에 구비되어야 하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 즉 본 발명의 심온냉동칸(200)은 냉장실(30)에 구비되는 것도 가능하다. 다만 냉동실(40)에 심온냉동칸(200)을 배치하는 경우에는 심온냉동칸의 내부와 외부(냉동실 분위기)의 온도 차이가 더 작으므로, 냉기의 누설 방지나 단열의 관점에서는 냉동실에 설치하는 것이 더 유리하다 할 것이다.
냉동실의 후방 하부에는 냉동실과 격리되어 있는 기계실이 위치하며, 기계실에는 냉매에 의한 냉동사이클 냉각장치(70)의 압축기(71)와 응축기(73)가 배치된다. 냉동실을 이루는 공간과 이너케이스(12)의 후방 벽 사이에는 냉동실의 후 벽면을 규정하는 그릴팬(51)과, 상기 그릴팬(51)의 후방에 결합되어 냉각실 내의 냉기를 분배하는 쉬라우드(56)를 포함하는 그릴팬어셈블리(50)가 설치되어 있다. 그리고 그릴팬어셈블리(50)와 이너케이스(12)의 후방 벽 사이의 소정 공간에는 냉동사이클 냉각장치(70)의 증발기(77)가 설치되어 있다. 증발기(77) 내부의 냉매가 증발될 때 증발하는 냉매는 냉동실 내부 공간을 유동하게 되는 공기와 열 교환을 하고, 이러한 열 교환에 의해 냉각된 공기가 상기 그릴팬(51)과 쉬라우드(56)에 의해 규정되는 냉기 분배 공간 내에서 분배되어 냉동실을 유동함으로써, 냉동실의 냉각이 이루어지게 된다.
[심온냉동칸이 구비된 냉동실과 심온냉동칸의 냉각 구조]
도 3은 본 발명에 따른 냉동실의 그릴팬어셈블리와, 심온냉동칸, 그리고 열전소자모듈조립체가 분해된 상태를 나타낸 전방 사시도, 도 4는 그릴팬어셈블리의 쉬라우드를 나타낸 사시도, 도 5는 열전소자모듈 수용부의 확대 사시도, 도 6은 도 3의 후방 사시도, 도 7은 도 2의 A-A 단면도, 도 8은 도 3의 B-B 단면도, 도 9는 열전소자모듈조립체가 설치된 그릴팬어셈블리의 측면 단면을 후방에서 바라본 사시도, 도 10은 도 9의 Z-Z 단면도, 도 11은 도 9의 X-X 단면도, 그리고 도 12는 도 7의 C-C 단면도이다.
먼저 도 3, 도 4 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 일실시예로서, 심온냉동칸(200)이 적용되기 위한 그릴팬어셈블리(50)는, 냉동실 후방 벽을 규정하는 그릴팬(51) 부분과, 그릴팬(51)의 후면에서 상술한 증발기(77)와 열교환하여 냉각된 냉기를 분배하여 냉동실 내부로 공급하기 위한 쉬라우드(56)를 포함한다.
그릴팬(51)에는, 도시된 바와 같이 전방을 향해 냉기를 토출하는 통로가 되는 냉기토출구들(52)이 마련된다. 도시된 실시예에서는 냉기토출구(52)가 상단부 좌우 측(52-1,52-2), 중앙부 좌우 측(52-3,52-4), 그리고 하부 좌우 측(52-5,52-6)에 마련되어 있다(도 3에서는 중앙 좌측 하부 좌측의 냉기토출구가 심온냉동칸에 가려져 있다).
쉬라우드(56)는 상기 그릴팬(51) 후방에 결합되며, 결합된 후에는 상기 그릴팬(51)의 후면과 함께 소정의 공간을 규정하게 된다. 이러한 공간은 그릴팬어셈블리(50) 내지 쉬라우드(56)의 후면에 마련된 증발기(77)에서 냉각된 공기를 분배하는 공간이 된다. 쉬라우드(56)의 대략 중앙 상부에는, 쉬라우드(56) 후방의 공간과, 그릴팬(51) 및 쉬라우드(56) 사이의 공간을 연통하는 냉기흡입공(58)이 마련된다. 그리고 그릴팬(51) 및 쉬라우드(56) 사이의 공간에서 상기 냉기흡입공(58)의 내측에는, 상기 냉기흡입공(58)을 통해 쉬라우드(56) 후방 공간의 냉기를 흡입하여 상기 그릴팬(51) 및 쉬라우드(56) 사이의 공간으로 분배 가압하는 팬(57)이 설치된다.
팬(57)에 의해 가압된 냉기는 그릴팬(51)과 쉬라우드(56) 사이의 공간을 유동하며 적절히 분배되어, 그릴팬(51)의 전방으로 개구된 냉기토출구들(52)을 통해 전방으로 토출된다. 도 4를 참조하면 냉기흡입공(58)의 전방에 설치된 팬(도 6 참조)은 가령 반시계반향으로 회전하는 시로코 팬으로서, 냉기흡입공(58)을 통해 냉각실의 냉기를 흡입한 후 반경 방향으로 토출한다. 그리고 이러한 냉기는 공기의 유동 손실을 줄여주고 공기의 유동 방향을 안내하는 가이드격벽(591, 592, 593, 594)에 의해 안내되어 그릴팬의 상부 양측(52-1,52-2), 중앙부 양측(52-3,52-4), 그리고 하부 양측(52-5,52-6)에 있는 냉기토출구들(52)로 분배 유동한다. 도 12의 그릴팬(51)의 냉기토출구(52-3) 상부에 마련된 돌출부위는 살빼기 형식으로 전방으로 돌출된 물길홈(512)으로서, 그릴팬(51)의 내벽에 맺힐 수 있는 결로가 하부로 흘러내리면서 냉기토출구(52-3. 52-5)를 통해 흘러나오지 않도록 하기 위한 구성이다. 즉 그릴팬(51)의 물길홈(512)은 그릴팬의 이면에서는 오목하게 들어간 홈 형상으로서, 위쪽으로부터 흘러내리는 물방울이 타고 내릴 수 있도록 좌측에서 중앙부로 갈수록 하향 경사진 형태를 가지며, 이로 인해 물방울은 냉기토출구로 이동하지 않게 된다.
냉기토출구들(52)을 통해 냉동실(40) 내부로 토출된 공기는 냉동실 내부에 골고루 퍼지고, 또한 냉동실 도어(22)의 도어바스켓(27)까지 유동하게 된다. 따라서 증발기(77)에 의해 냉각된 공기는 냉동실 내부에 골고루 공급되어 냉동실을 냉각하게 된다.
한편 도 3, 도 5 내지 도 12를 참조하면, 그릴팬(51)의 우측 상부로서, 우측 상단의 냉기토출구(52-2)와 우측 중앙의 냉기토출구(52-4) 사이에는, 심온냉동칸(200)의 심온 냉각을 담당하는 열전소자모듈조립체(100)가 설치되는 열전소자모듈 수용부(53)가 마련된다.
먼저 도 3과 도 5를 참조하면, 열전소자모듈 수용부(53)는 냉동실(40)에서 심온냉동칸(200)이 설치되는 위치에 대응하는 그릴팬(51)의 전면에 마련된다. 열전소자모듈 수용부(53)는, 냉동사이클 냉각장치(70)에 의해 냉각이 이루어지는 저장공간의 하나인 냉동실(40)의 후방 경계를 규정하는 벽체, 즉 그릴팬(51)과 일체로 성형되거나, 상기 벽체와 별도의 부품으로 제작되어 조립되는 방식으로 설치할 수 있다. 예를 들면 그릴팬의 경우 사출 성형에 의해 제작될 수 있는데, 이때 열전소자모듈 수용부(53)에 해당하는 부분을 함께 성형하는 방식이 적용될 수 있다. 반면 저장공간의 후방 경계가 이너케이스(12)에 의해 규정되고, 이너케이스(12)를 성형하는 과정에서 열전소자모듈 수용부(53) 형상을 함께 성형하는 것이 공정 상 어려운 경우에는, 도 21에 도시된 바와 같이 열전소자모듈 수용부(53)를 별도의 부품으로 제작하여 벽체에 고정 조립하는 방식이 적용될 수도 있다.
상기 열전소자모듈 수용부(53)는 그릴팬(51)의 전면에서 전방으로 돌출 연장된 대략 직육면체 형태(후방은 증발기가 마련된 냉각실 쪽으로 개방되어 있음)로서, 전방에서 본 형상은 대략 상하로 더 긴 직사각형 형태가 된다. 전방에서 보았을 때 직사각형 형태의 중앙부에는 열전소자모듈조립체(100)에 의해 냉각된 공기가 토출되는 그릴부(531)가 마련되고, 그 상부와 하부에는 각각 전방으로 개구된 흡입부(533)가 마련된다. 흡입부(533)는 흡입부(533) 외부의 공기를 열전소자모듈 수용부(53)의 내부 공간{즉 그릴부(531)보다 후방의 공간이면서 열전소자모듈 수용부(53)의 외형을 규정하는 직사각형의 외주 벽체의 안쪽 공간}으로 흡입하는 통로가 된다. 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 내부 공간은, 상기 그릴부(531) 및 흡입부(533)를 통해 열전소자모듈 수용부(53)보다 전방에 마련된 공간과 연통하는 것 외에는, 그릴팬(51)의 전방에 마련된 공간과 격리되는 공간이 된다.
상기 그릴부(531)와 흡입부(533) 사이에는, 그릴부(531)에서 토출되는 냉기가 그와 가까이 배치된 흡입부(533)로 즉시 재유입되는 현상을 방지하기 위해, 그릴부(531)와 흡입부(533) 사이에서 전방으로 연장되는 격벽 형태의 토출가이드(532)가 마련된다. 그릴부(531)에서 토출된 공기가 흡입부(533)로 즉시 재유입되는 것을 방지하기 위해서는, 그릴부(531)와 흡입부(533)가 인접하고 있는 범위에만 토출가이드(532)를 마련하는 것으로 족하다.
그러나 그릴부(531)에서 토출된 냉기가 전방을 향해 유동하려는 성질, 즉 직진성을 향상시키는 효과를 더욱 누리고자 할 때에는 토출가이드(532)가 도시된 바와 같이 그릴부(531)를 전체적으로 둘러싸는 형태인 것이 바람직하다. 토출가이드(532)의 유동 단면은 도시된 바와 같이 정사각형 형태일 수 있으나, 그릴부(531) 또는 그릴부의 후방에 배치된 팬의 블레이드 형태처럼 원형의 형태를 가질 수도 있다. 이러한 유동 단면 형상은, 그릴부에서 토출된 냉기가 흡입부로 재유입되는 것을 방지하면서 냉기의 직진성을 향상할 수 있는 구조라면 반드시 사각형이나 원형의 유동 단면을 가지는 것은 아니며, 다양한 형태로 변형 가능하다.
또한 흡입부(533)의 형성 위치 역시 반드시 냉각팬(190)의 상부 및 하부의 위치에 한정되어야 하는 것은 아니다. 즉 흡입부는 냉각팬(190)의 좌측과 우측에도 마련될 수 있으며, 이들의 설치 위치는 냉각팬의 상부, 하부, 좌측 및 우측 중에서 하나 또는 둘 이상 선택된 위치에 마련될 수 있다.
도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 후방은 개방된 형태가 된다. 그리고 열전소자모듈조립체(100)는 상기 그릴팬(51)의 후방으로부터 전방으로 삽입되며 상기 열전소자모듈 수용부(53) 내부에 수용된다.
상기 열전소자모듈 수용부의 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 일측에는 심온냉동칸(200)의 온도와 습도를 감지하기 위한 센서가 그 내부에 설치되는 센서 설치부(54)가 연설(連設)되는 형태로 마련된다(도 3, 도 5 및 도 10 참조). 상기 센서 설치부(54)에는 제상 센서가 설치되어, 후술할 콜드싱크(120)의 제상이 필요한 시기를 센싱하여 제상 여부를 결정할 수 있다. 센서 설치부는 심온냉동 공간의 상태를 측정할 때 심온냉동 공간의 상태를 대표할 수 있는 위치에 구비되는 것이 바람직하다. 또한 본 발명의 실시예에 따르면 흡입부가 열전소자모듈 수용부의 상부와 하부에 배치되어 있기 때문에, 센서 설치부가 이러한 위치를 회피하여 설치하는 것이 보다 정확한 측정을 위해 유리하다. 이에 본 발명에서는 센서 설치부(54)가 열전소자모듈 수용부(53)의 일측면에 설치되도록 하였다. 그리고 상기 센서 설치부(54)는 전방으로 통공이 마련되어 있어 이를 통해 센서 설치부 전방의 공기 분위기가 센서 설치부(54)의 내부 공간에도 전달되도록 할 수 있다.
도 7 내지 도 11을 참조하면, 열전소자모듈조립체(100)가 수용된 상태에서 열전소자모듈 수용부(53)의 하부에는 약간의 공간이 존재한다. 이러한 공간은 상기 공간의 전방에 마련된 흡입부(5332)의 후방에 마련되는 열전소자모듈 수용부의 내부 공간으로서, 상기 흡입부(5332)를 통해 수용부 내부 공간으로 유입되는 공기의 유동로가 된다. 즉 상기 흡입부(5332)를 통해 유입된 공기는 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 하부에 마련된 약간의 공간을 거치며 상부로 이동하여 콜드싱크(120)와 열교환한다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 바닥면으로서 상기 흡입부(5332)가 마련된 위치의 후방으로는 흡입부(5332)에서 그릴팬(51) 본체 쪽으로 이동할수록 하향 경사진 형태의 배수구배(535; slope for drain)가 마련된다. 배수구배(535)는 열전소자 수용부(53)의 바닥면이 하향 경사진 형태임을 의미한다. 그리고 상기 배수구배(535)의 낮은 쪽 단부 중앙에는 배수홀(536;drain hole)이 마련된다. 배수홀은 그리고 상기 배수구배(535)의 바로 위쪽에 콜드싱크(120)가 배치된다.
이러한 구조에 따르면, 콜드싱크(120)의 결로수에 대한 제상이 이루어짐에 따라 콜드싱크(120)로부터 떨어진 물이 배수구배(535) 상으로 떨어지게 되고, 배수구배(535)에 떨어진 물은 하향 경사면을 타고 흘러 내려 배수홀(536)까지 이동하게 된다. 그리고 최종적으로는 배수홀(536)을 따라 아래로 빠져 나간다.
상기 배수구배(535)와 배수홀(536)이 마련된 위치는 심온냉동 공간과 연통하는 공간이다. 따라서 제상에 의해 콜드싱크(120) 및 그 열교환핀(122)으로부터 배수구배 상에 떨어진 물은 심온 냉동의 분위기에서 배수구배 상에 그리고 배수홀(536) 내에서 다시 결빙될 우려가 있다.
이러한 점을 감안하여 상기 바닥면과 배수홀 부분에는 열선(537)이 설치됨으로써 제상수가 다시 결빙되는 현상을 방지할 수 있다. 센서 설치부의 제상 센서에 의해 열전소자모듈 수용부(53) 내에 배치된 콜드싱크(120)의 제상이 이루어지면, 콜드싱크(120)에서 배수구배(535) 상에 떨어지는 물은 배수구배(535)의 경사면을 따라 배수홀(536) 쪽으로 흐르게 되고, 열선(537)에서 발생하는 열에 의해 결빙되지 않은 상태로 상기 배수홀(536)로 안내될 수 있다. 또한 상기 열선은 배수홀(536) 내부까지 연장되어 설치되므로, 배수홀(536)을 따라 하강하는 제상수도 얼지 않고 흘러내리게 된다. 배수홀(536)에서 떨어진 제상수는 배수홀의 하부에 위치하는 쉬라우드에 난 구멍을 통해 쉬라우드 후방에 위치하는 냉각실의 증발기(77)용 제상수 받이(drain tray)로 수거된다. 이처럼 심온의 분위기에서 물이 배수되지 못하고 배수구배와 배수홀에서 다시 결빙되는 현상은 상기 열선(537)의 발열에 의해 방지될 수 있다.
이하 심온냉동칸(200)의 설치 방식에 대해 설명한다. 심온냉동칸(200)의 심온케이스(210) 양측에는 도 3과 도 6에 도시된 바와 같이 전후방향으로 연장된 형태의 가이드레일(212)이 마련되어 있다. 구체적으로, 가이드레일(212)은, 상하로 이격 배치된 한 쌍의 돌출부인 상부가이드부(212-1)과 하부가이드부(212-2)이 전후 방향으로 길게 연장되며 측방으로 돌출된 형태를 이룬다. 이에 따라 한 쌍의 돌출부 사이에는 전후 방향으로 함몰된 공간 형태의 홈이 마련된다. 즉 가이드레일(212)은 "["자 형태와 유사한 단면으로 돌출된다.
한편 도 2에 도시된 바와 같이, 냉동실(40)의 이너케이스(12)의 측면과 분할벽(42)의 측면에는 상기 가이드레일(212)의 함몰된 공간과 대응하는 형상을 가지되 전후 방향으로 길게 연장되며 측방으로 돌출된 레일(15)이 마련된다. 상기 레일은, 형상 정확도와 강도를 확보하기 위해 이너케이스(12)와는 별도로 사출 제작된 후, 이너케이스(12)의 내측면에 결합되는 형태로 설치될 수 있다. 이들 레일은 선반이나 서랍을 설치할 때 받침대 구조로서 활용될 수 있다. 또한 본 발명에 따르면 상기 레일을 사용하여 심온냉동칸을 설치할 수도 있다. 상기 레일(15)은 냉동실 측면 내벽과 분할벽 측면에 부착될 수 있다. 레일(15)은 상하로 이격 배치된 한 쌍의 돌출부인 상부레일(15-1)과 하부레일(15-2)이 전후 방향으로 길게 연장되며 측방으로 돌출된 형태를 이루어 "]"자 형태와 유사한 단면으로 돌출된다. 또한 상부레일(15-1)과 하부레일(15-2)의 후방 단부는 서로 연결되어 심온케이스의 가이드레일(212)의 삽입 깊이를 규제한다. 상기 가이드레일(212)과 레일(15)은, 하부가이드부(212-2)가 하부레일(15-2) 상에 얹어지고, 상부가이드부(212-1)가 상부레일(15-1) 상에 얹어지도록 하며 상호 체결될 수 있다. 이러한 구조에 의하면, 가이드레일(212)이 레일(15)에 의해 상하 2단 지지되므로 더 견고한 고정이 가능하다.
이처럼 상기 심온케이스(210)의 양측에 마련된 가이드레일(212)의 홈 공간을 냉동실의 이너케이스(12)의 측면과 분할벽(42)의 측면에 각각 마련된 레일(15)에 끼우며 심온케이스(210)를 후방으로 밀어 넣어 고정하면, 도 7 내지 도 12에 도시된 바와 같이 상기 심온냉동칸(200)의 내부 공간은 상기 열전소자모듈 수용부(53) 및 센서 설치부(54)와 마주하게 된다. 그리고 심온냉동칸(200)의 심온케이스(210) 후방에는 상기 열전소자모듈 수용부(53) 및 센서 설치부(54)가 삽입되는 개방구(211)가 마련되어 있으며, 상기 개방구(211)의 내주면은 상기 열전소자모듈 수용부(53) 및 센서 설치부(54)의 외주면에 끼워 맞춰진다.
이들의 끼움 작업이 보다 용이하게 하기 위해, 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 내주면(534) 및 센서 설치부(54)의 외주면, 그리고 심온케이스(210)의 개방구(211)의 내주면은 전방으로 갈수록 점점 좁아지고 후방으로 갈수록 점점 넓어지는 약간의 경사면을 가지는 형태로 제작될 수 있다(도 7 내지 도 9 참조). 이러한 경사면 형태를 가지게 되면, 열전소자모듈 수용부(53)와 센서 설치부(54)의 전방 단부의 단면적보다 심온케이스의 개방구 후방 단부의 단면적이 조금 더 크게 되므로, 삽입 초기에는 열전소자모듈 수용부(53)와 센서 설치부(54)가 심온케이스(210)의 개방구 안으로 자연스럽게 가이드되며 삽입이 시작되고, 삽입이 완료될 즈음에는 열전소자모듈 수용부(53) 및 센서 설치부(54)의 단면적과 심온케이스의 개방구(211)의 단면적이 일치하게 되어 이들이 단단히 끼워 맞춰지게 된다.
열전소자모듈조립체(100)는 상기 그릴팬어셈블리(50)의 후방으로부터 전방으로 삽입되어, 상기 열전소자모듈 수용부(53)에 수용 고정된다. 도 6 내지 도 10을 참조하여 이에 대해 구체적으로 살펴보면, 먼저 열전소자모듈 수용부(53)의 전방 쪽에는 박스팬 형태의 냉각팬(190)의 외주면이 열전소자모듈 수용부(53)의 내주면에 마주하여 그 위치가 규제된 상태에서, 스크류 등의 고정수단에 의해 열전소자모듈 수용부(53)의 전방 면과 고정된다. 그리고 상기 열전소자모듈조립체(100)는 상기 냉각팬(190)의 후방에 배치되도록 상기 그릴팬어셈블리(50)의 후방으로부터 전방을 향해 삽입되고, 스크류 등의 고정수단으로 상기 그릴팬어셈블리(50)와 체결 고정된다.
열전소자모듈조립체(100)가 고정되는 그릴팬어셈블리(50) 부분은, 그릴팬(51) 부분만 존재하거나, 그릴팬(51)과 쉬라우드(56)가 겹쳐진 형태로 존재하거나, 일부분은 그릴팬만 존재하고 나머지 부분은 그릴팬과 쉬라우드가 겹쳐진 형태로 존재하는 형태일 수 있다. 그릴팬과 쉬라우드가 겹쳐진 부분에 상기 열전소자모듈조립체(100)가 스크류 등의 고정수단으로 고정되면, 그릴팬과 쉬라우드를 상호 고정할 때 열전소자모듈조립체(100)도 일거에 고정할 수 있다는 조립의 편의성을 가져올 수 있으며, 아울러 그릴팬과 쉬라우드가 적층되어 보다 더 견고한 지점에 열전소자모듈조립체(100)를 고정할 수 있게 된다.
열전소자모듈조립체(100)에는 후방으로 스페이서(111)가 연장 형성되며, 그 단부는 이너케이스(12)와 접하게 된다. 즉 스페이서(111)는 이너케이스(12)에 의해 지지되며 상기 이너케이스(12)로부터 상기 열전소자모듈조립체(100)가 전방으로 이격된 위치를 유지하도록 지지해주는 기능을 하게 된다. 이와 같이 스페이서(111)의 단부를 이너케이스(12)에 고정함으로 인해 열전소자모듈조립체(100)는 이너케이스(12)와 확실히 이격된 위치를 유지하므로, 열전소자모듈조립체(100)의 발열부의 방열 효율이 더욱 좋아진다.
한편 후술하겠지만 열전소자모듈조립체(100)의 히트싱크(150)에는 냉매가 지나가는 유로가 마련되고, 히트싱크에는 이러한 냉매의 유입과 유출을 위한 유입관(151)과 유출관(152)이 구비된다. 냉장고의 조립 과정에서 상기 열전소자모듈조립체의 히트싱크(150)에 마련된 냉매의 유입관과 유출관은 냉장고의 냉동사이클 냉각장치(70)에서 냉매가 흐르는 냉매관과 각각 용접 작업이 이루어져야 한다. 구체적으로, 유입관(151)은 응축기의 후단, 즉 수액기와 캐필러리튜브(모세관) 등의 팽창장치 후방에 연결되고, 유출관(152)은 증발기의 전방에 연결될 수 있다.
이처럼 열전소자모듈조립체(100)는 후술할 도 13에 도시된 각 구성품들(콜트싱크, 열전소자, 히트싱크 및 모듈하우징)이 조립된 모듈 형태로 스페이서(111)에 의해 이너케이스(12)와 소정의 간격을 확보하며 고정되고, 상기 스페이서(111)에 의해 확보되는 공간에서 작업자가 냉매관의 용접 작업을 더욱 수월하게 할 수 있으며, 냉매관 용접 작업 후 그릴팬어셈블리(50)를 냉동실의 후방에 설치하며 그릴팬어셈블리와 열전소자모듈조립체(100)를 고정하는 작업을 할 수 있다. 상기 스페이서(111)는 상기 이너케이스(12)에 스크류 등으로 고정되거나, 이너케이스(12)에 돌출된 돌기에 상기 스페이서(111)의 후방에 마련된 구멍이 끼워 맞춰지는 등의 방식으로 이너케이스(12)에 고정될 수 있다.
심온케이스(210)는 전방이 개구되고, 후방의 일부에 개방구(211)가 형성되며, 대략적으로 직육면체의 형태를 가지는 함체 구조로서, 앞서 설명한 바 있듯이 좌우 측면에 전후 방향으로 연장된 가이드레일(212)이 마련된다. 그리고 상기 심온케이스(210)는, 냉동실의 공간과 마주하는 아우터케이스(213), 및 상기 아우터케이스(213) 내부에서 상기 아우터케이스(213)와 결합되며 상기 아우터케이스(213)와의 사이에서 소정의 공간을 규정하는 인사이드케이스(214)를 포함한다. 아우터케이스(213)와 인사이드케이스(214) 사이의 공간에는 단열재(80)가 마련되어 심온냉동칸(200) 내부의 공간과 냉동실(40) 공간 사이를 단열한다. 상기 단열재로는 폴리우레탄 등의 발포단열재(81)가 사용될 수 있으며, 발포단열재는 단열의 기능 외에도 아우터케이스와 인사이드케이스를 고정해주는 기능을 하게 된다. 이러한 단열재는 심온케이스(210)의 후방에 마련된 발포주입구(218; 도 6 참조)를 통해 아우터케이스(213)와 인사이드케이스(214) 사이의 공간에 채워지며, 주입 후에는 발포주입구(218)를 덮개(미도시) 등으로 막아 마감할 수 있다. 두께가 얇아야 하는 심온케이스의 벽체 부분에는 단열 효율이 더 좋은 진공단열패널(82)이 더 적용될 수도 있다.
심온케이스(210)의 개구된 전방은 심온칸도어(220)에 의해 개폐된다. 심온칸도어(220)는 내부에 소정의 공간을 가지며, 그러한 공간 내에도 마찬가지로 단열재가 마련되어 심온냉동칸(200) 내부의 공간과 냉동실(40) 공간 사이를 단열한다. 심온칸도어(220)는 사용자의 파지감을 위해 어느 정도의 두께를 확보하는 것이 바람직하며, 중공의 내부에 발포단열재를 발포하여 강성을 확보할 수 있다.
심온칸도어(220)의 후방으로는 상기 심온케이스(210)의 내부 공간에 수용되는 심온트레이(226)가 고정 설치된다. 심온트레이(226)는 심온칸도어(220)와 일체로 거동하도록 구성할 수 있으며, 심온칸도어(220)를 전방으로 인출하면, 심온트레이(226)는 심온케이스(210)로부터 전방으로 슬라이드 인출된다. 심온칸도어(220)는 심온케이스(210)의 하부 또는 저면에 마련된 외부레일에 의해 안내되어 전후방으로 슬라이드 이동 가능하다.
심온트레이(226)의 후방 벽 부분에는, 상기 열전소자모듈조립체(100)에서 심온 냉각된 냉기가 냉각팬(190)에 의해 전방으로 유동할 때 심온트레이(226) 내측으로 유입될 수 있도록 개방된 형태의 개방홈(227)이 마련된다. 개방홈(227)의 형태는 도 8과 도 12에 도시된 바와 같이 열전소자모듈 수용부(53)와 대응하는 형태로서, 심온냉동칸(200)을 냉동실(40) 내에 설치하였을 때 개방홈(227)이 열전소자모듈 수용부(53)와 마주하게 됨으로써, 열전소자모듈 수용부(53)에서 냉각팬(190)에 의해 전방으로 공급되는 심온 냉기가 심온트레이(226) 내부 공간으로 원활히 유입될 수 있다.
한편 도 7을 참조하면, 심온케이스(210)의 상면은 이너케이스(12)의 상부부재 부분의 저면, 즉 천장면과 약간 이격되어 있다. 본 발명에 따르면 심온케이스(210)의 상면과 이너케이스(12)의 상부부재 저면이 서로 협력하여 덕트와 같은 구조를 구현하게 되며, 이에 따라 그릴팬(51)의 상단부에 있는 냉기토출구(52-2)에서 토출된 공기가 상술한 덕트와 같은 구조를 따라 전방으로 안내되어 원활하게 유동한다. 따라서 심온케이스(210)가 설치되더라도, 냉동실 도어(22)의 내측 상부에 설치된 도어바스켓(27)에도 냉기가 원활하게 도달할 수 있다.
상술한 덕트와 같은 구조를 구현하기 위해서는 심온케이스(210)의 상부 벽체의 두께를 얇게 해야 한다. 즉 심온케이스(210)의 상부의 두께가 얇아야만 심온케이스의 내부 체적도 확보하면서 덕트와 같은 구조도 구현하는 것이 가능하다. 이러한 점에서 본 발명에서는 심온케이스의 상부 부재의 내부에 진공단열패널(82; vacuum insulated panel)을 내장한 상태에서 나머지 공간에 발포 단열재(81)를 발포함으로써 심온케이스의 상부 부재의 두께를 얇게 하였다. 발포 단열재는 진공단열패널이 채우지 못하는 아우터케이스와 인사이드케이스 내부의 공간을 채워주게 되고, 이는 단열뿐만 아니라 아우터케이스와 이너케이스의 체결력도 더 높여주는 기능을 하게 된다.
아울러 심온케이스(210)의 하부에는 그릴팬(51)의 중간 높이 부근에 있는 냉기토출구(52-4)가 배치되므로, 이를 통해 토출되는 냉기 역시 전방으로 원활하게 유동할 수 있다.
[열전소자모듈조립체의 구조 및 설치 구조]
도 13은 본 발명에 따른 열전소자모듈조립체의 분해사시도이다.
상기 열전소자모듈조립체(100)는 콜드싱크(120), 열전소자(130), 단열재(140), 및 히트싱크(150)가 적층되어 모듈하우징(110)에 설치됨으로써 모듈 형태를 이루게 되는 조립체이다.
열전소자(130)는 펠티어 효과를 이용한 소자이다. 펠티어 효과란 서로 다른 두 개의 소자 양단에 직류 전압을 가했을 때 전류의 방향에 따라 한쪽 면에서는 흡열을 하고 반대 면에서는 발열을 일으키는 현상을 말한다.
열전소자는 전자가 주 캐리어인 n형 반도체 물질과, 정공이 캐리어인 p형 반도채 물질을 교호적으로 직렬로 연결한 구조로서, 전류가 흐르는 어느 일 방향을 기준으로 제1면에는 p형 반도체 물질로부터 n형 반도체 물질로 전류가 흐르도록 하는 전극 부위를 배치하고, 제2면에는 n형 반도체 물질로부터 p형 반도체 물질로 전류가 흐르도록 하는 전극 부위를 배치함으로써, 제1방향으로 전류를 공급하면 제1면이 흡열면이 되고 제2면이 발열면이 되며, 제1방향의 반대방향인 제2방향으로 전류를 공급하면 제1면이 발열면이 되고 제2면이 흡열면이 된다.
본 발명에 따르면 열전소자모듈조립체(100)는 그릴팬어셈블리(50)의 후방에서 전방으로 삽입 고정되며, 열전소자모듈조립체(100)의 전방에 심온냉동칸(200)이 구비되므로, 열전소자의 전방을 이루는 면, 즉 심온냉동칸(200)과 마주하는 면에서 흡열이 일어나고, 열전소자의 후방을 이루는 면, 즉 심온냉동칸(200)을 등지고 있는 면 내지 심온냉동칸(200)을 바라보는 방향의 대향면에서 발열이 일어나도록 구성할 수 있다. 그리고 열전소자에서 심온냉동칸과 마주하는 면에서 흡열이 일어나고 그 대향면에서 발열이 일어나도록 하는 제1방향으로 전류를 공급하면, 심온냉동칸의 냉동이 가능하게 된다.
본 발명의 실시예에서 열전소자(130)는 전면과 후면을 구비하는 평평한 플레이트와 같은 형태를 가지고, 전면은 흡열면(130a)이 되고 후면은 발열면(130b)이 되는 것이 예시된다. 열전소자(130)에 공급되는 직류 전원은 펠티어 효과를 일으키게 되고, 이에 따라 열전소자(130)의 흡열면(130a)의 열을 발열면(130b) 쪽으로 이동시키게 된다. 따라서 열전소자(130)의 전면은 차가운 면이 되고, 뒷면은 열이 나는 부분이 된다. 즉 이는 심온냉동칸(200)의 내부의 열을 심온냉동칸(200) 외부로 방출시키는 것이라 할 수 있다. 열전소자(130)에 공급되는 전원은 열전소자(130)에 마련된 도선(132)을 통해 열전소자에 인가될 수 있다.
이러한 열전소자(130)의 전면, 즉 심온냉동칸(200)을 바라보는 흡열면(130a)에는 콜드싱크(120)가 접하며 적층된다. 콜드싱크(120)는 열전도도가 높은 알루미늄과 같은 금속 재질 또는 합금 재질로 이루어질 수 있으며, 그 전방 면에는 상하 방향으로 연장된 형태의 열교환핀(122)이 복수 개 좌우로 이격 형성된다. 상기 열교환핀(122)은 상하로 길게 연장된 형태이면서, 끊김 없이 연속적으로 연장된 형태인 것이 바람직하다. 이는 콜드싱크(120) 제상 시 콜드싱크에서 녹아 내리는 물이 중력 방향으로 상하로 연장된 열교환핀의 연속적인 형태를 타고 원활하게 흘러내리도록 하기 위한 것이다. 이러한 열교환핀(122) 사이의 간격은, 최소한 이웃하는 두 열교환핀(122) 사이에 맺힌 물이 표면장력에 의해 흘러내리지 않는 것이 방지될 정도의 간격을 가지는 것이 좋다.
열전소자의 흡열면에 부착되어 있는 콜드싱크(120)에는 심온냉동칸 내부의 공기가 유동하며 열교환을 하게 되는데, 심온냉동칸 내부의 음식을 냉각하며 공기가 함유하게 된 수분은 더 차가운 콜드싱크의 표면에 결빙되는 현상이 발생한다. 이러한 결빙수를 제거하기 위해서는, 앞서 설명한 전류의 공급방향, 즉 제1방향의 반대방향인 제2방향으로 전원을 인가한다. 그러면 제1방향으로 전원을 인가하였을 때와 대비하여 열전소자(130)의 흡열면과 발열면이 서로 바뀌게 된다. 이에 따라, 히트싱크가 접하는 열전소자의 면이 흡열면으로서 작용하고 콜드싱크가 접하는 면이 발열면으로서 작용하게 된다. 따라서 콜드싱크에 결빙되어 있던 결빙수는 용융되어 중력 방향으로 흘러 내림으로써 제상이 이루어지게 된다. 즉 본 발명에 따르면, 상기 콜드싱크(120)에 결로가 발생하여 제상이 필요한 경우, 심온 냉각 작용을 일으키기 위해 가하던 전류의 방향인 제1방향과는 반대 방향인 제2방향으로 전류를 가함으로써 제상을 하는 것이 가능하다.
상기 열전소자(130)의 후면, 즉 심온냉동칸(200)이 배치된 방향과 대향하는 발열면(130b)에는 히트싱크(150)가 접하며 적층된다. 히트싱크(150)는 펠티어 효과에 의해 발열면(130b)에 발생한 열을 빠르게 소산 내지 방출시켜주기 위한 구성으로서, 냉장고의 냉각을 위해 사용되는 냉동사이클 냉각장치(70)의 증발기(77)에 해당하는 부분을 히트싱크(150)로 구성할 수 있다. 즉 히트싱크(150)에서 냉동사이클 상 팽창장치(75)를 거친 저온 저압의 액상의 냉매가 흡열을 하는 과정 또는 흡열을 하며 증발하는 과정이 일어나도록 하면, 열전소자(130)의 발열면(130b)에서 발생한 열을 냉동사이클의 냉매가 흡수하거나 흡수하면서 증발하게 되어, 발열면(130b)의 열을 매우 즉각적으로 냉각할 수 있다.
상술한 콜드싱크(120)와 히트싱크(150)는 납작한 형상의 열전소자(130)를 사이에 두고 서로 적층되어 있기 때문에, 이들 사이의 열을 격리시킬 필요가 있다. 따라서 본 발명의 열전소자모듈조립체(100)는 열전소자(130)의 둘레를 에워싸며 상기 콜드싱크(120)와 히트싱크(150) 사이의 간극을 채워주는 형태의 단열재(140)가 적층된다. 즉 콜드싱크(120)의 면적은 상기 열전소자(130)보다는 크고, 상기 열전소자(130)와 단열재(140)의 면적과는 실질적으로 동일하다. 마찬가지로 상기 히트싱크(150)의 면적도 상기 열전소자(130)보다는 크고, 상기 열전소자(130)와 단열재(140)의 면적과는 실질적으로 동일하다.
한편 콜드싱크(120)와 히트싱크(150)의 크기는 서로 동일한 정도의 크기여야 하는 것은 아니며, 열 배출을 효과적으로 하기 위해 히트싱크(150)를 더 크게 구성하는 것이 가능하다.
다만 본 발명에 따르면, 히트싱크(150)의 열 배출 효율이 즉각적이고 확실하게 일어날 수 있도록 히트싱크를 관통하여 냉동사이클 냉각장치(70)의 냉매가 흐르도록 하되, 냉매의 유동로가 히트싱크의 면적 전체에 걸쳐 배치되도록 함으로써 히트싱크 내에서 냉매가 증발하며 기화열로서 열전소자(130)의 발열면으로부터 열을 빠르게 흡수하도록 하였다. 즉 본 발명에 도시된 히트싱크의 크기는 열전소자에 의해 발생하는 열을 즉각적으로 흡수하여 배출할 수 있을 정도의 크기를 가지도록 설계되었으며, 콜드싱크는 이보다는 작은 크기를 가질 수 있다. 다만, 본 발명에서는, 콜드싱크 쪽이 기체 대 고체 간의 열교환인 반면, 히트싱크 쪽은 액체 대 고체 간의 열교환인 점을 감안하여, 콜드싱크의 크기를 더 키움으로써 콜드싱크 쪽의 열교환 효율도 더욱 높게 한 것임에 주목할 필요가 있다. 이렇게 콜드싱크의 크기를 확대하는 정도에 있어서, 본 발명의 실시예에서는 열전소자모듈조립체의 컴팩트함을 고려하여 콜드싱크가 히트싱크와 대응하는 크기로 설계된 것을 예시하고 있으나, 콜드싱크 부분의 열교환 효율을 더욱 높이기 위해 히트싱크보다 콜드싱크가 더 크게 구성될 수도 있다.
상기 콜드싱크(120), 열전소자(130)와 단열재(140), 및 히트싱크(150)는 스크류 등의 밀착 수단에 의해 상호 밀착 적층된 상태로 모듈하우징(110)의 수용홈(113)에 삽입 고정된다. 그리고 상기 모듈하우징(110)의 수용홈(113) 전방 단부의 테두리에는 외향 연장된 형태의 플랜지(112)가 구비된다. 플랜지(112)는 열전소자모듈조립체(100)가 그릴팬어셈블리(50)에 밀착 고정되는 부분이다.
이하 도 16과 도 17을 참조하여 열전소자모듈조립체(100)의 설치 구조에 대해 더 자세히 살펴본다. 도 16은 도 6의 I-I 부분의 단면도이고, 도 17은 도 8의 J 부분을 후방에서 바라본 확대 사시도이다.
앞서 설명한 바와 같이 그릴팬어셈블리(50)는 열전소자모듈조립체(100)를 수용하는 열전소자모듈 수용부(53)를 구비한다. 열전소자모듈 수용부(53)는 그릴팬(51)에서 전방으로 돌출된 형태로 마련되며, 열전소자모듈조립체(100)는 그릴팬어셈블리의 후방에서 상기 열전소자모듈 수용부(53)에 끼워진다.
도 16의 (a)를 참조하면, 그릴팬(51)의 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 후방에는 쉬라우드(56)의 일부가 중첩 배치된다. 보다 구체적으로, 상기 열전소자모듈 수용부(53)를 둘러싸는 그릴팬(51)의 후면에는 쉬라우드의 맞댐면(561)이 접하며 고정된다. 상기 쉬라우드의 맞댐면(561)의 내측 가장자리 둘레에는 열전소자모듈 삽입홀(563)이 마련되며, 상기 열전소자모듈 삽입홀(563)에 의해 개구된 부분은 그릴팬어셈블리(50)의 후방으로부터 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 내부 공간과 연통하는 통로가 된다.
그리고 도 17의 (a)를 참조하면, 상술한 열전소자모듈 조립체(100)는 상기 그릴팬(51)의 후면과 쉬라우드(56)의 맞댐면(561)이 중첩되는 위치에 고정된다. 그릴팬(51)과 쉬라우드(56)는 합성수지의 사출물로 제작되는 것이 통상적인데, 이들은 플레이트 형태로 제조된다. 플레이트 형태의 합성수지는 공간을 구획하는 구조로서는 충분하지만, 해당 플레이트 상에 특정 구성을 고정하기에는 강성이 부족할 수 있다는 우려가 있다. 하지만 본 발명에 따르면, 그릴팬(51)의 후면과 쉬라우드의 맞댐면(561)이 상호 중첩된 위치에서 열전소자모듈 조립체(100)가 고정되므로, 열전소자모듈 조립체(100)를 고정하고 지지하는 강성을 충분히 확보할 수가 있다.
이에 대한 변형례로서, 도 16의 (b)와 도 17의 (b)에 도시된 바와 같이 열전소자모듈 조립체(100)는 그릴팬의 후면에 직접 접하며 고정될 수도 있다. 상기 변형례에서는 열전소자모듈 조립체(100)의 플랜지(112)가 그릴팬(51)의 후면에 직접 고정되는 구조가 예시된다.
또한 상기 그릴팬(51)의 후면에는 후방으로 연장된 형태의 후방리브(511)가 구비된다. 상기 후방리브(511)는 열전소자모듈 수용부(53)와 약간 거리를 두고 있는 그릴팬(51) 후면의 외측 둘레에 마련된다. 보다 구체적으로 상기 후방리브(511)는 상기 그릴팬의 후면과 상기 쉬라우드의 맞댐면(561)이 중첩되는 위치 또는 열전소자모듈 조립체(100)가 설치되는 위치보다 상기 열전소자모듈 수용부(53)에서 더 외측에 형성된다.
아울러 상기 쉬라우드 맞댐면(561)의 외주면에는, 상기 후방리브(511)의 내면과 접할 수 있도록 마찬가지로 후방으로 연장되는 형태의 리브맞댐면(562)이 마련된다. 즉 맞댐면(561)과 리브맞댐면(562)은 절곡된 형태가 되며, 단턱 형상을 이룬다. 따라서 쉬라우드 맞댐면(561)과 리브맞댐면(562)은 상기 그릴팬(51)의 후면 및 후방리브(511)와 "ㄴ"자 형태로 서로 맞대어진다.
상기 후방리브(511)와 리브맞댐면(562)은 단턱 형상의 특성 상 강성을 더 확보함은 물론, 상기 쉬라우드 맞댐면(561)의 후면에 고정되는 열전소자모듈조립체(100)의 조립을 더욱 용이하게 해준다. 즉 열전소자모듈조립체(100)의 모듈하우징(110)에 마련되는 플랜지(112)의 외측 가장자리가 상기 리브맞댐면(562)의 내측에 어느 정도, 즉 약간 여유 있게 형합되는 형태로 제작되면, 열전소자모듈조립체(100)를 그릴팬어셈블리(50)에 고정할 때 리브맞댐면(562)에 의한 단턱 형상부에 상기 열전소자모듈조립체(100)의 플랜지(112)의 외주면이 헐겁게 맞추어져 들어감으로써 열전소자모듈조립체(100)의 위치를 정확히 규제하며 간단하게 열전소자모듈조립체(100)를 그릴팬어셈블리(50)에 고정할 수 있다. 또한 도 10과 도 17에 도시된 바와 같이 플랜지(112)의 외측 가장자리에서 후방으로 연장되는 형태의 절곡면(112a)을 마련하면, 절곡면(112a)이 상기 리브맞댐면(562)의 내주면과 접하며 위치 규제가 더 확실하게 되며 플랜지(112)의 강성을 보강해준다.
그리고 상술한 바 있는 스페이서(111)는 플랜지(112)로부터 후방으로 길게 연장되어 냉장고 본체(10)의 이너케이스(12)에 맞닿은 상태에서 이너케이스(12)에 스크류 등의 고정 수단이나 홈-돌기 끼워맞춤(groove-boss press-fit) 방식으로 고정될 수 있다. 따라서 상기 모듈하우징(110)은 열전소자모듈조립체(100)를 그릴팬어셈블리(50)과 이너케이스(12) 쪽 모두에 견고히 고정시켜주게 된다. 모듈하우징(110)의 스페이서(111)는 열전소자모듈조립체(100)를 이너케이스(12)로부터 이격된 상태로 고정시켜주므로, 히트싱크의 방열효율을 높이고 열전소자를 지나는 냉매의 유입관과 유출관을 냉동 사이클 냉각장치(70)의 냉매관과 용접하기에 충분한 작업 공간을 확보함은 앞서 설명한 바와 같다.
상기 열전소자모듈조립체(100)의 최전방에 구비되는 냉각팬(190)은 도면 상에 도시된 본 발명의 실시예에서와 같이 그릴팬(51)의 열전소자모듈 수용부(53) 부분에 체결 고정되어 열전소자모듈조립체(100)와 별도의 구성이 될 수도 있고, 콜드싱크(120)에 스크류 등의 체결수단으로 소정 간격 이격 고정된 형태로 열전소자모듈조립체(100)와 일체화되어 열전소자모듈조립체(100)의 일 구성이 될 수도 있다. 냉각팬(190)이 회전하게 되면 냉각팬(190)은 전방, 즉 심온냉동칸(200) 쪽으로 공기를 가압 유동시킨다. 따라서 냉각팬(190)의 후방에 있던 공기는 냉각팬(190)에 의해 전방으로 토출되고, 이에 따라 냉각팬(190)의 후방에는 심온냉동칸(200) 내에 있던 공기가 다시 채워지게 된다. 열전소자모듈 수용부(53)로 제차 채워진 공기는 상기 콜드싱크(120)와 열교환하여 심온으로 냉각된다.
본 발명에 따른 심온냉동칸을 구비하는 냉장고에 따르면, 냉동실(40)의 후벽을 이루는 그릴팬(51)이 이루는 면보다 열전소자모듈조립체(100)의 열전소자(130)와 히트싱크(150)가 더 후방에 배치되도록 함으로써, 열전소자(130)에서 발생하는 열이 냉동실(40)로 유입되는 것을 원천적으로 차단하도록 한 것을 하나의 특징으로 한다.
도 7, 도 10, 도 16 및 도 17을 참조하면, 냉동실(40)의 공간은 그릴팬(51)의 전방 공간으로 규정되며, 심온냉동칸(200)은 상기 그릴팬(51)과 심온케이스(210) 및 심온칸도어(220)에 의해 구획되는 내부 공간으로 규정된다. 본 발명의 열전소자모듈조립체(100)는 상기 심온케이스(210)의 후방에 배치되며, 특히 열전소자모듈조립체(100)의 열전소자(130)를 비롯한 단열재(140)와 그 후방의 히트싱크(150) 부분은 그릴팬(51)에 의해 규정되는 냉동실(40)의 후방 단면(도 7과 도 10의 D-D)보다도 더 후방에 위치한다. 즉 열전소자(130)를 비롯한 그 후방의 히트싱크(150) 부분은 그릴팬(51)의 후방과 이너케이스(12) 사이에 위치하며, 보다 구체적으로, 그릴팬 후방에 위치하되 증발기(77a)가 구비된 열교환 공간(냉동실과는 별도로 구획된 공간인 냉각실)에 배치된다.
이러한 열전소자모듈조립체(100)의 배치 위치에 따르면, 발열면(130b)과 히트싱크(150)에서 발생하는 열이 냉동실(40) 공간의 온도에 영향을 미치는 것이 원천적으로 차단되어, 열전소자(130)에 의한 냉동실(40) 내부 공간의 열 손실을 방지할 수 있다. 즉 본 발명은, 열전소자모듈조립쳬(100)가 냉동실과 냉각실을 구분하는 벽인 그릴팬(51)의 뒤쪽에 설치되도록 함으로써, 냉동실 쪽에 설치되는 심온냉동칸과는 구별되는 공간에 설치됨으로써, 심온냉동은 원활하게 하면서도 냉동실의 열손실이 발생하는 것을 방지할 수 있는 것이다.
상기 모듈하우징(110)의 수용홈(113)은 플랜지(112)에 대해서 후방으로 연장되도록 마련된다. 플랜지(112)는 냉동실의 후방면을 규정하는 그릴팬(51)에 쉬라우드(56)를 사이에 두고 고정된다. 그런데 앞서 설명한 바와 같이 열전소자모듈조립체의 열전소자와 히트싱크 부분은 냉동실과는 별도의 공간에 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
이에 본 발명에서는 플랜지(112)에 대해 수용홈(113)이 후방으로 연장 형성되도록 하고, 여기에 히트싱크, 열전소자, 콜드싱크의 순으로 조립체의 각 구성을 수용함으로써 히트싱크와 열전소자가 냉동실로 규정되는 공간보다 후방에 물러나 위치하도록 하였다.
이러한 열전소자와 히트싱크의 배치와 대비하여, 상기 심온냉동칸(200)은 냉동실 내부에 배치된다. 그리고 열전소자모듈조립체(100)의 콜드싱크(120) 부분 역시 냉동실(40)의 후방 단면(D-D; 도 7 및 도 10 참조)보다 전방에 배치된다. 콜드싱크(120)는 냉동실보다 더 차가운 부분으로서 냉동실의 후방 단면보다 전방에 배치되어도 무방하며, 오히려 심온냉동칸(200)과 최대한 가까이 배치되는 것이 심온냉동칸의 냉각 측면에서 더 바람직하다.
즉 본 발명에 따르면, 심온냉동칸(200), 그리고 콜드싱크(120)는 그릴팬에 의해 규정되는 냉동실의 후방 단면보다 전방, 즉 냉동실 쪽에 위치하고, 열전소자(130)와 히트싱크(150)는 냉동실의 후방 단면보다 후방, 즉 냉각실 쪽에 위치한다.
도 14는 본 발명에 따른 열전소자모듈조립체의 변형례를 나타낸 전방 사시도이고, 도 15는 도 14의 변형례의 후방사시도이다.
도 14와 도 15에 도시된 변형례가 도 13의 열전소자모듈조립체와 다른 점은 스페이서(111)가 상부에 2개 마련되어 있다는 점이다. 즉 변형례에 따르면 스페이서(111)는 일직선 상에 배치되지 않은 3개의 스페이서를 구비함으로써, 상하 2개만 스페이서가 구비된 열전소자모듈조립체에 비해 이너케이스(12)에 대한 스페이스의 고정력을 더욱 확보할 수 있다.
또한 변형례에 따르면, 스페이서의 후방에 홀 또는 홈이 마련되고, 이너케이스(12)에는 이러한 홀 또는 홈에 끼워 맞춰질 수 있는 형태의 돌기가 마련되어 있어서, 홈-돌기 끼워맞춤(groove-boss press-fit) 방식으로 스페이서(111)가 이너케이스(12)에 고정될 수 있어 설치가 더 편리하다. 이는 도 17에 도시된 스페이서(111)의 나사구멍을 통해 스페이서와 이너케이스를 스크류로 체결하는 방식보다 더 간편한 방식이라 할 수 있다.
한편 상기 심온냉동칸(200)이 냉장실(30)에 설치되는 것도 가능하다. 도 21을 참조하면, 냉장실(30)의 저장 공간의 후방 경계를 규정하는 벽체는 이너케이스(12)일 수 있다. 또한 도시하지는 아니하였으나, 냉장실에 냉기를 골고루 분배하기 위한 멀티덕트가 냉장실 저장 공간의 후방 경계를 규정하는 벽체의 적어도 일부를 이룰 수도 있다.
이너케이스(12)와 아웃케이스(11) 사이의 공간에는 발포단열재가 채워질 수 있으며, 상기 발포단열재를 발포할 때 열전소자모듈조립체(100)가 배치될 수 있는 공간이 확보되도록 할 수 있다. 또한 발포단열재가 발포될 때 제상수가 빠져나갈 수 있는 배수홀(536)이 형성되도록 하고, 아울러 열전소자모듈조립체(100)의 히트싱크(150)에 연결되는 냉매관이 매립된 상태로 발포단열재가 채워질 수 있다. 물론 매립된 냉매관은 열전소자모듈조립체(100)를 설치하는 과정에서 히트싱크(150)의 냉매관들(151, 152)과 용접 등의 방식으로 연결될 수 있다.
상기 열전소자모듈조립체(100)를 정위치에 배치하는 과정에서 그 모듈하우징(110)의 플랜지(112) 부분은 상기 이너케이스(12)의 전면(front surface)에 고정될 수 있다. 그리고 별도의 부품으로 제작된 열전소자모듈 수용부(53)가 상기 이너케이스(12)의 전면에 고정될 수 있다. 이때 상기 열전소자모듈수용부(53)와 모듈하우징(110)의 플랜지(112) 부분이, 도시된 바와 같이 겹쳐지며 이너케이스(12)에 고정될 수도 있고, 도시하지는 아니하였으나 서로 겹쳐지지 않도록 이너케이스(12)에 고정될 수도 있다. 열전소자모듈 수용부(53)는 이너케이스(12)에 고정됨으로써 이너케이스(12)와 일체화된다.
심온냉동칸(200)의 심온케이스(210) 후면(211-1; 도 6 참조)은 저장공간의 후방면을 규정하는 벽체인 상기 이너케이스(12)의 전방에 밀착될 수 있다. 이너케이스의 전방에 밀착된다는 의미는, 심온케이스의 후면이 이너케이스의 전면에 직접 접하거나, 상기 이너케이스 전면에 설치된 열전소자모듈 수용부(53)의 표면에 접함으로써 결과적으로 이너케이스와 접하게 되는 경우 등을 모두 포함한다.
그리고 상기 심온케이스(210)의 후방에 마련된 개방구(211)의 내주면(211a)은 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 외주면(534)에 밀착될 수도 있다.
상술한 구조에 의하더라도, 상기 열전소자모듈조립체(100)의 열전소자(130)와 히트싱크(150)는 냉동사이클 냉각장치에 의해 냉각되는 저장공간{냉장실(30)}의 후방 경계(D-D)를 규정하는 벽체{이너케이스(12)}보다 더 뒤쪽에 배치되도록 함으로써, 열전소자모듈조립체(100)에서 발생하는 열이 냉장실(30)에 미치는 영향이 최소화되도록 하면서, 콜드싱크(120)의 열교환핀(122)은 후방 경계(D-D)보다 전방에 위치하도록 하여 심온냉동칸(200)의 냉각 효율은 높게 유지되도록 할 수 있다.
[심온냉동칸의 극저온 구현을 위한 냉동사이클 냉각장치]
도 18은 본 발명에 따른 냉장고에 적용된 냉동사이클을 나타낸 도면이고, 도 19는 본 발명에 따른 냉장고에 적용된 냉동사이클의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 냉장고의 냉동사이클 냉각장치(70)는 증발, 압축, 응축, 팽창의 열역학적 사이클을 거치는 냉매를 통해 냉동실 내부의 열을 냉장고 외부로 배출하는 장치이다. 본 발명의 냉동사이클 냉각장치는 저압 분위기의 액체 상의 냉매가 냉각실(그릴팬어셈블리와 이너하우징 사이의 공간) 공기와 열교환하며 증발하는 증발기(77), 증발기에서 기화된 기체 상의 냉매를 가압하여 고온 고압의 기체 냉매로 토출하는 압축기(71), 압축기에서 토출된 고온 고압의 기체 냉매가 냉장고 외부(기계실)의 공기와 열교환하며 응축함으로써 열을 배출하는 응축기(73), 응축기(73)에서 응축된 냉매를 저온의 분위기로 압력 강하시키는 모세관 등의 팽창장치(75)를 포함한다. 팽창장치(75)에서 압력이 낮아진 액체 상의 저온 저압의 냉매는 다시 증발기로 유입된다.
본 발명에 따르면 열전소자모듈조립체(100)의 히트싱크(150)의 열을 빠르게 냉각해야 하기 때문에, 상기 팽창장치(75)를 거친 후 압력과 온도가 낮아진 저온 저압의 액체 상의 냉매가 증발기(77)로 유입되기 전에 먼저 열전소자모듈조립체(100)의 히트싱크(150)를 지나도록 구성한다.
도 20은 그릴팬어셈블리에 고정된 열전소자모듈조립체의 냉매유입관(151)과 냉매유출관(152)에 냉동사이클의 모세관 후방의 냉매관과 증발기 전방의 모세관이 각각 연결된 상태를 도시한 확대 사시도이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 열전소자모듈조립체(100)의 모듈하우징(110) 하부, 보다 구체적으로는 수용홈의 하부에 마련된 개방홀을 통해 모듈하우징 후방으로 노출되는 냉매 유입관(151)은 모세관 등의 팽창장치를 거쳐 나온 냉동사이클의 냉매관이 연결된다. 또한 모듈하우징 후방으로 노출되는 냉매 유출관(152)은 증발기로 유입되는 냉매관과 연결된다. 따라서 모세관을 거쳐 나온 냉매는 상기 냉매 유입관(151)을 통해 히트싱크(150)로 유입되어 열전소자(130)의 발열면의 열을 냉각 내지 흡수하고, 냉매 유출관(152)을 통해 나와 증발기(77)로 유입된다.
액체 상의 냉매는 상기 히트싱크(150)를 지나면서, 열전소자(130)의 발열면(130b)에서 발생하는 열을 히트싱크(150)를 통한 열전도 방식으로 빠르게 흡수하며 지나가게 된다. 따라서 히트싱크(150)의 열은 히트싱크를 순환하는 냉매에 의해 빠르게 냉각된다.
도 18을 참조하여 이를 구체적으로 설명한다. 압축기(71)는 저온 저압의 기체 상의 냉매를 가압하여 고온 고압의 기체 상의 냉매를 토출한다. 그리고 이러한 냉매는 응축기(73)에서 발열하며 응축 즉 액화된다. 앞서 설명한 바와 같이 이들 압축기(71)와 응축기(73)는 냉장고의 기계실에 배치된다.
응축기(73)를 거치며 액화된 고온 고압의 액 냉매는 모세관과 같은 팽창밸브 등의 장치(75)를 거치며 압력이 떨어진 채로 증발기(77)에 유입된다. 증발기(77)에서 냉매는 주변의 열을 흡수하며 증발하게 된다. 본 발명의 도 18에 도시된 실시예에 따르면, 응축기(73)를 거친 냉매가 냉장실측 증발기(77b) 또는 냉동실측 증발기(77a)로 분기되는데, 이때 열전소자모듈조립체(100)의 히트싱크(150)가 냉매의 유동 경로 상 상기 냉동실측 증발기(77a)보다 전방에 구비되고, 팽창장치(75)보다 후방에 배치된다.
심온냉동칸(200)은 최대 섭씨 영하 50도를 유지해야 하는 공간으로서, 열전소자(130)의 발열면(130b)을 매우 차갑게 유지해주어야, 흡열면(130a)이 그보다 더 차가운 상태를 유지하기가 원활하다. 따라서 냉매가 경유하며 지나가는 히트싱크(150) 부분을 냉동실측 증발기(77a)보다 냉매의 유동 상 전방에 둠으로써 가장 차가운 상태를 유지할 수 있도록 하였다. 특히 히트싱크(150)는 열전소자(130)와 직접적으로 접촉하여 금속과 같은 열전도체를 통한 전도 방식으로 열전소자(130)로부터 열을 흡수하기 때문에, 열전소자(130)의 발열면(130b)을 확실히 냉각할 수 있다.
한편 심온냉동칸(200)을 섭씨 영하 50도의 심온으로 냉각하지 않고, 통상적인 냉동실처럼 섭씨 영하 20도 정도로 사용하고 싶을 때에는, 단지 열전소자(130)에 전원을 공급하지 않는 것만으로 일반 냉동칸으로 사용하는 것이 가능하다. 이러한 경우에는, 열전소자(130)에 전원을 가하지 않으면, 열전소자의 히트싱크에서는 흡열과 발열이 일어나지 않는다. 따라서 히트싱크(150)를 거치게 되는 냉매는 흡열을 하지 않아 증발하지 않은 액 냉매 상태로 냉동실측 증발기(77a)로 유입된다.
열전소자모듈 수용부(53)에는 앞서 설명한 콜드싱크(120)의 제상에 의해 발생한 제상수가 빠져나가기 위한 구멍, 즉 배수홀(536)이 마련되며, 이는 그릴팬(51)과 쉬라우드(56) 사이의 공간 및/또는 그릴팬어셈블리(50)와 이너케이스(12) 사이의 공간과 연통된다. 따라서 열전소자(130)에 전원을 공급하지 않은 상태에서 냉각팬(190)을 작동하게 되면, 그릴팬(51)과 쉬라우드(56) 사이의 공간 및/또는 그릴팬어셈블리(50)와 이너케이스(12) 사이의 공간의 냉기가 열전소자모듈 수용부(53) 쪽으로 유입되고 냉각팬(190)에 의해 심온냉동칸(200) 내부로 토출될 수 있다. 또한 그릴팬(51)과 쉬라우드(56) 사이의 공간 및/또는 그릴팬어셈블리(50)와 이너케이스(12) 사이의 공간의 냉기가 열전소자모듈 수용부(53) 쪽으로 유입되는 것을 촉진하기 위해, 추가적인 팬(미도시)를 더 설치하는 것도 가능하다. 아울러 심온냉동칸을 일반적인 냉동칸으로 사용할 때 선택적으로 냉동사이클 냉각장치(70)에 의해 냉각된 공기를 공급할 수 있도록, 댐퍼 구조를 추가하는 것도 가능하다.
즉 일반적인 압축 방식에 의한 냉동 사이클 냉각장치에서 발생된 냉기는 본 발명의 냉장고의 냉동실과 냉장실에 냉기를 공급하며, 심온냉동칸을 동작시킬 때에는 팽창장치(75)를 거친 냉매가 열전소자모듈조립체(100)의 히트싱크(150)를 지나며 열전소자(130)의 발열면에서 발생하는 열을 빠르게 흡수하여 열전소자(130)의 발열면에서 발생하는 열이 빠르게 배출되도록 한 후 증발기(77a)로 들어가는 것이다.
도 18에 대한 변형례인 도 19의 냉동사이클 냉각장치(70)는 도 18에 도시된 냉동사이클 냉각장치(70)와 대비하여, 냉장실을 위한 별도의 증발기(77b) 없이 하나의 증발기(77)로 냉동실과 냉장실의 냉각을 실시하는 냉동사이클 냉각장치(70)의 구조임에 차이가 있다. 즉 도 18과 대비하여 삼방밸브나 역류방지밸브 등이 필요 없고, 냉장실 쪽의 팽창장치(75)와 증발기(77b) 분기부가 없다는 점 외에는 도 19의 냉동사이클 구조와 차이가 없다. 즉 본 발명에 따르면 하나의 증발기(77)로 냉각을 실시하는 냉동사이클의 경우에도, 증발기(77)의 전방, 그리고 팽창장치(75)의 후방에 해당하는 위치에서 냉매가 열전소자모듈조립체(100)의 히트싱크(150)와 열교환하며 지나도록 배치하여, 열전소자(130)의 발열면(130b)의 냉각이 최우선적으로 이루어질 수 있도록 하였다.
[심온냉동칸의 운전]
상기 심온냉동칸(200)은 일반적인 냉동실의 온도인 섭씨 영하 20도보다 더 낮은 온도로 음식물을 보관할 수 있으며, 최저 섭씨 영하 50도까지 냉각될 수 있다. 그러나 이러한 극저온의 환경은, 앞서 설명한 바와 같이 수분이 세포로부터 빠져나가거나 분리되는 현상을 막기 위한 급랭 환경을 조성하기 위한 것이고, 일단 한번 급랭이 된 후에는 저장 온도가 급랭 환경의 온도(-50℃)보다는 높아도 무방하다.
따라서 이미 급랭이 된 후의 음식물까지 급랭 환경의 온도에서 보관하는 것은 에너지 소모율을 높이는 결과를 가져올 수 있다. 이에 본 발명에서는 냉각 초기에는 음식물을 -50℃로 급랭한 뒤, 그보다는 약간 높은 온도(가령 -45 ~ -40℃)로 유지함으로써 저장물의 신선도는 유지하면서도 소비전력을 절약하도록 할 수 있다.
이러한 운전 조건은 다양한 변경이 가능하다. 가령 초기에는 음식물을 -50℃로 급랭한 뒤, 그보다는 다소 높은 온도(가령 -35 ~ -30℃)로 유지함으로써 급랭을 통해 저장물의 신선도를 확보하고 냉각 시간을 줄이되, 소비전력을 더 절약하도록 할 수도 있다.
또한 -50℃의 온도를 구현하지 않고, 초기 급랭 온도를 약 -35℃ 정도로 하고, 그 후에도 지속적으로 -35℃ 정도로 유지하는 신선실의 개념으로 심온냉동칸을 운전할 수도 있다.
이러한 운전 모드는 사용자에 의해 선택되도록 할 수 있다. 이렇게 심온 온도를 선택 가능한 것은 열전소자 모듈의 특성에 기인한다. 즉 압축기와 냉매에 의한 냉각 방식은 급격하게 운전모드를 변경하는 것이 어렵고, 세부적인 온도 제어가 어렵지만, 열전소자모듈은 거기에 인가하는 전류에 따라 심온냉동칸의 온도를 세부적으로 조정할 수 있기 때문에, 상술한 다양한 운전 모드가 가능하다.
[열전소자모듈조립체의 배치 및 작동]
열전소자모듈조립체(100)는 그릴팬어셈블리(50)에 마련된 열전소자모듈 수용부(53)에 수용된다. 그리고 열전소자모듈 수용부 내에서 열전소자모듈조립체(100)의 전방에는 냉각팬(190)이 구비된다. 냉각팬(190)은 열전소자모듈 수용부(53)의 전면부의 후면에 밀착 고정되며, 본 발명에서는 열전소자모듈 수용부(53)의 전면부의 네 코너 부분에서 스크류를 관통하여 냉각팬(190)을 고정하는 구조가 예시된다.
박스팬 형태의 냉각팬(190)은 전방으로 평평한 원형의 공기토출면(191)을 제공하며, 상기 공기토출면(191)은 열전소자모듈 수용부(53)의 전면부에 마련된 그릴부(531)의 후면에 접한다. 상기 공기토출면(191)과 대응하는 크기의 그릴부(531)는 냉각팬(190)에서 토출된 공기는 원활히 배출시키면서 외부로부터 냉각팬(190)의 팬 블레이드에 접근하는 것을 방지하여 팬을 보호한다. 상기 박스팬 형태의 냉각팬(190) 후방에는 열전소자모듈조립체(100)의 전방에 마련된 콜드싱크(120)가 배치된다.
또한 본 발명에 따르면, 냉각팬(190)의 공기토출면(191)과 맞닿아 있는 그릴부(531)의 가장자리에는, 그릴부(531)로부터 전방으로 돌출된 덕트 형태의 토출가이드(532)가 형성된다. 토출가이드(532)는 냉각팬(190)이 정사각형 박스팬 형태로 이루어져 있는 것에 대응하여 정사각형의 유동 단면을 가지는 형태로 제작되는 것이 예시되어 있다. 그러나 앞서 설명한 바와 같이 토출가이드(532)의 형태는 다양한 변형이 가능하다.
상기 토출가이드(532)의 단부는 심온트레이(226)의 후방에 마련된 개방홈(227)과 마주하게 된다. 따라서 토출가이드(532)를 통해 토출된 냉기는 심온트레이(226) 내부로 유입됨은 물론, 전방으로 강하게 유동하여 심온냉동 공간을 고루 냉각하게 된다.
전방으로 개방된 형태의 상술한 흡입부(533)는, 상기 공기토출면과 실질적으로 동일한 평면 상에 배치되고, 상기 토출가이드(532)는 냉각팬의 공기토출면(191)과 흡입부(533) 사이에 배치된다. 흡입부가 공기토출면보다 더 전방에 배치되면, 공기토출면에서 토출된 공기가 흡입부로 즉시 재흡입 되어버리는 현상이 커지게 되고, 반대로 흡입부가 공기토출면보다 더 후방에 배치되면, 흡입부의 흡입력이 약해지게 되어 심온냉동칸 내부 공간을 순환하는 냉기의 순환력이 약화된다.
또한 전방으로 개방된 형태의 흡입부(533)는, 상기 공기토출면의 상부와 하부에 각각 배치된다. 냉각팬(190)의 상부에 위치한 흡입부(5331)는 상기 심온냉동칸(200)에서 열을 흡수하여 상승된 공기를 빨아들이게 된다. 그리고 냉각팬(190)의 하부에 위치한 흡입부(5332)는, 심온트레이(226)의 전방으로 토출 공급된 냉기가 상기 심온트레이(226)를 넘어 심온트레이의 저면과 심온케이스(210)의 바닥면 사이의 공간(h)을 통해 다시 심온냉각모듈 수용부(53) 내부로 흡입되도록 하는 통로가 된다.
상기 심온트레이의 저면과 심온케이스의 바닥면 사이의 간격(h)은 4mm 보다는 크고 7mm보다는 작은 것이 바람직하다. 이들 사이의 간격이 4mm보다 좁으면 냉기가 유동하기에 저항이 커져서 냉기의 순환 유동이 저하된다. 반대로 이들 사이의 간격이 7mm보다 커지면, 냉기의 순환 유동의 향상은 거의 없으면서 심온트레이(226)의 저장 용량 체적만 줄어들게 된다.
상기 흡입부(533)를 통해 심온냉각모듈 수용부(53)의 내부 공간으로 흡입된 공기는 중간에 있는 냉각팬(190)의 공기흡입면에서 발생하는 음압 부위 쪽으로 유동하며 콜드싱크(120)의 열교환핀(122)과 접촉하여 열교환 한다. 흡입부가 상하에 마련되어 있기 때문에, 심온냉각모듈 수용부 내에서도 냉기의 유동은 주로 상하 방향으로 일어난다. 이에 대응하여 콜드싱크(120)의 열교환핀(122)은 상하로 길게 연장된 형태로 형성된다.
[심온냉동칸을 운전하기 위한 그릴팬어셈블리의 실링 구조]
도 22는 도 6의 I-I 부분의 단면 확대도, 도 23은 도 8의 J 부분을 후방에서 바라본 확대 사시도, 도 24는 그릴어셈블리에 조립된 심온케이스에 대해 심온칸도어와 심온트레이를 인출한 상태를 나타낸 측면 단면도, 도 25는 도 24의 심온케이스에 심온칸도어가 닫힌 상태를 확대하여 나타낸 측면 단면도, 그리고 도 26은 도 24의 Q-Q 부분과 R-R 부분의 단면을 나타낸 도면이다.
앞서 설명한 바와 같이 그릴팬어셈블리(50), 보다 구체적으로 그릴팬(51)은 열전소자모듈조립체(100)를 수용하는 열전소자모듈 수용부(53)를 구비한다. 열전소자모듈 수용부(53)는 그릴팬(51)에서 전방으로 돌출된 형태로 마련되며, 열전소자모듈조립체(100)는 그릴팬어셈블리의 후방에서 상기 열전소자모듈 수용부(53)에 끼워진다.
그릴팬(51)의 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 후방에는 쉬라우드(56)의 일부가 중첩 배치된다. 보다 구체적으로, 상기 열전소자모듈 수용부(53)를 둘러싸는 그릴팬(51)의 후면에는 쉬라우드의 맞댐면(561)이 접하며 고정된다. 상기 쉬라우드의 맞댐면(561)의 내측 가장자리 둘레에는 열전소자모듈 삽입홀(563)이 마련되며, 상기 열전소자모듈 삽입홀(563)에 의해 개구된 부분은 그릴팬어셈블리(50)의 후방으로부터 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 내부 공간과 연통하는 통로가 된다.
그리고 상술한 열전소자모듈 조립체(100)는 상기 그릴팬(51)의 후면과 쉬라우드(56)의 맞댐면(561)이 중첩되는 위치에 고정된다. 그릴팬(51)과 쉬라우드(56)는 합성수지의 사출물로 제작되는 것이 통상적인데, 이들은 플레이트 형태로 제조된다. 플레이트 형태의 합성수지는 공간을 구획하는 구조로서는 충분하지만, 해당 플레이트 상에 특정 구성을 고정하기에는 강성이 부족할 수 있다는 우려가 있다. 하지만 본 발명에 따르면, 그릴팬(51)의 후면과 쉬라우드의 맞댐면(561)이 상호 중첩된 위치에서 열전소자모듈 조립체(100)가 고정되므로, 열전소자모듈 조립체(100)를 고정하고 지지하는 강성을 충분히 확보할 수가 있다.
다만 이와 같이 열전소자모듈 수용부(53)의 둘레에서 그릴팬(51)과 쉬라우드의 맞댐면(561)이 서로 맞대져 있기 때문에, 이들 맞댐면에 의해 규정되는 간극 내지 갭은 상기 열전소자모듈 수용부(53)와 연통되고, 결과적으로 상기 간극은 심온냉동 공간과 연통하는 상기 열전소자모듈 수용부(53)와 일반 냉동 공간이 서로 연통되는 통로가 된다. 따라서 상기 그릴팬(51)과 쉬라우드의 맞댐면 사이의 간극은 심온냉동 공간의 냉기가 일반 냉동 공간으로 유출되는 경로가 될 수 있다.
이에 본 발명에서는 열전소자모듈 수용부(53)의 둘레의 그릴팬(51) 후면 부분 및 이와 중첩되는 쉬라우드의 맞댐면(561) 사이에 제1실링재(61)를 압착 개재하는 것을 하나의 특징으로 한다. 상기 실링재로서는 실링 성능이 뛰어난 EPDM(ethylene propylene diene monomer) 고무를 적용할 수 있다. 이러한 실링재의 재질은 비단 제1실링재뿐만 아니라 후술할 제2 내지 제4실링재에 대해서도 마찬가지로 적용될 수 있다.
한편 심온냉동 공간과 일반 냉동 공간 사이에는 섭씨 30도 정도의 온도 차이가 발생하므로, 실링력을 충분히 확보해야 하고, 이에 따라 실링재를 개재하더라도 충분한 중첩 폭이 요구된다. 반면 이러한 중첩 폭을 유지하기 위해서는 그릴팬과 쉬라우드의 맞댐면의 중첩 부위가 소정 폭 이상 확보되어야 하는데, 이는 냉동실 내지 심온냉동칸의 체적을 차지하는 요인이 된다.
이러한 점을 감안하여 본 발명에서는, 상기 그릴팬(51)의 후면에서 후방으로 연장된 형태의 후방리브(511)를 형성한다. 상기 후방리브(511)는 열전소자모듈 수용부(53)와 약간 이격된 그릴팬(51) 후면의 외측 둘레에 마련된다. 보다 구체적으로 상기 후방리브(511)는 상기 그릴팬의 후면과 상기 쉬라우드의 맞댐면(561)이 중첩되는 위치보다 상기 열전소자모듈 수용부(53)에서 더 외측에 형성된다.
아울러 상기 쉬라우드 맞댐면(561)의 외주면에는, 상기 후방리브(511)의 내면과 접할 수 있도록 마찬가지로 후방으로 연장되는 형태의 리브맞댐면(562)이 마련된다. 즉 맞댐면(561)과 리브맞댐면(562)은 절곡된 형태가 되며, 단턱 형상을 이룬다. 따라서 쉬라우드 맞댐면(561)과 리브맞댐면(562)은 상기 그릴팬(51)의 후면 및 후방리브(511)와 "ㄴ"자 형태로 서로 맞대어진다. 그리고 상기 후방리브(511)와 리브맞댐면(562) 사이에는 마찬가지로 제2실링재(62)가 압착 개재된다.
이와 같이 절곡된 형태의 두 맞댐 부위에 제1실링재와 제2실링재가 각각 개재되면, 더욱 확실한 실링력을 확보할 수 있다. 이들 제1실링재와 제2실링재는 도시된 바와 같이 별도로 제작되어 각각 개재될 수 있다. 또한 제1실링재와 제2실링재는 서로 "ㄴ"자 단면을 가지도록 일체로 제작되어 상기 절곡된 맞댐면에 압착 개재될 수도 있다.
상기 후방리브(511)와 리브맞댐면(562)은 좁은 공간 내에서도 실링력을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 그 단턱 형상의 특성 상 상기 쉬라우드 맞댐면(561)의 후면에 고정되는 열전소자모듈조립체(100)의 조립을 더욱 용이하게 해준다. 즉 열전소자모듈조립체(100)의 모듈하우징(110)에 마련되는 플랜지(112)의 외측 가장자리가 상기 리브맞댐면(562)의 내측에 어느 정도, 즉 약간 여유 있게 형합되는 형태로 제작되면, 열전소자모듈조립체(100)를 그릴팬어셈블리(50)에 고정할 때 리브맞댐면(562)에 의한 단턱 형상부에 상기 열전소자모듈조립체(100)의 플랜지(112)의 외주면이 헐겁게 맞추어져 들어감으로써 열전소자모듈조립체(100)의 위치를 정확히 규제하며 간단하게 열전소자모듈조립체(100)를 그릴팬어셈블리(50)에 고정할 수 있다.
즉 상기 단턱 구조는 그릴팬과 쉬라우드 사이의 간극의 실링력 확보뿐만 아니라, 열전소자모듈조립체(100)의 조립 편의성을 함께 제공한다는 이점이 있다.
또한 상기 쉬라우드의 맞댐면(561)과 모듈하우징(110)의 플랜지(112)가 상호 접하는 중첩 부위 사이에도 간극이 발생할 수 있고, 이러한 간극을 통해 심온냉동 공간의 냉기가 일반 냉동 공간 쪽으로 빠져나갈 수 있다. 이러한 점을 감안하여 본 발명에서는 상기 쉬라우드의 맞댐면(561)과 모듈하우징(110)의 플랜지(112)가 중첩되는 부위에 제3실링재(63)를 개재하는 것을 하나의 특징으로 한다. 이때 실링력을 확보하기 위해 제3실링재(63)의 폭 역시 충분히 확보되어야 한다.
다만 본 발명에 따르면, 모듈하우징(110)의 플랜지(112)로부터 후방으로 연장되는 형태의 스페이서(111)가 구비되고, 상기 스페이서(111)의 후단부(rear end)는 그릴팬어셈블리(50)의 후방에 위치하는 이너케이스(12)에 의해 지지되므로, 상기 스페이서(111)로 인해 상기 맞댐면(561)의 후면과 상기 플랜지(112)의 앞면 사이의 밀착력을 더욱 확보할 수 있다.
본 발명에서는 상기 제3실링재(63)의 폭(w)이 5mm 이상 15mm 이하의 범위를 가지는 것을 개시한다. 상기 제3실링재(63)의 폭이 5mm 이하인 경우 실링력이 현저히 떨어지는 문제점이 있다. 본 발명에서는 실링재의 폭이 5mm 정도에 불과하더라도 실링력을 확보할 수 있게 되는데, 이는 상술한 스페이서의 지지력이 더해지는 결과이다. 또한 상기 제3실링재의 폭이 15mm를 넘어서게 되면, 냉기의 유출을 방지하는 밀봉력의 향상은 거의 없으면서 의미 없이 치수(dimension)만 커지는 현상이 발생한다.
상술한 구조에 따르면, 열전소자모듈조립체(100)를 그릴팬어셈블리(50)에 고정하기 위해 마련한 각 구성과 형상 부위의 실링을 확실히 하면서도, 열전소자모듈조립체(100)를 그릴팬어셈블리(50)에 조립하는 것을 용이하게 할 수 있다.
참고적으로, 상기 수용홈(113)은 플랜지(112)에 대해서 후방으로 연장되도록 마련된다. 플랜지(112)는 냉동실의 후방면을 규정하는 그릴팬(51)에 쉬라우드(56)를 사이에 두고 고정된다. 그런데 앞서 설명한 바와 같이 열전소자모듈조립체의 열전소자와 히트싱크 부분은 냉동실과는 별도의 공간에 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
이에 본 발명에서는 플랜지(112)에 대해 수용홈(113)이 후방으로 연장 형성되도록 하고, 여기에 히트싱크, 열전소자, 콜드싱크의 순으로 조립체의 각 구성을 수용함으로써 히트싱크와 열전소자가 냉동실로 규정되는 공간보다 후방에 물러나 위치하도록 하였다.
상술한 구조는 도 21에 도시된 열전소자모듈조립체(100) 설치 구조의 경우에도 그대로 적용 가능하다. 열전소자모듈 수용부(53)의 내부 공간은 냉장실(30)의 저장공간과 격리되어야 하므로, 모듈하우징(110)의 플랜지(112) 후면과 이너케이스(12)의 전면 사이에 실링재가 개재될 수 있다.
마찬가지로 도 21의 열전소자모듈 수용부(53) 후면이 이너케이스(12)와 맞닿는 부위, 보다 구체적으로는 상기 이너케이스(12)에 밀착된 모듈하우징(110)의 플랜지(112)의 전면 부위 사이에도 실링재가 개재될 수 있다.
그리고 이러한 실링재의 폭 역시 앞서 설명한 폭(w)과 같이 대략 5 내지 15mm의 범위를 가질 수 있다.
[심온냉동칸의 실링 구조]
이하 도 23 내지 도 26을 참조하여, 본 발명의 심온냉동칸의 조립 구조에서 발생하는 갭 부분과 심온케이스 및 심온칸도어 사이의 밀봉 구조에 대해 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 그릴팬(51)에는 전방으로 돌출된 형상의 열전소자모듈 수용부(53)가 마련되며, 심온냉동칸(200)의 전체적인 외형을 규정하는 심온케이스(210)는 상기 열전소자모듈 수용부(53)와 형합되는 형태로 결합된다. 상기 심온케이스(210)의 양측면에는 이너케이스(12)의 측면과 분할벽(42)의 측면에 각각 마련되는 보조레일(15-1)에 의해 전후로 슬라이드 이동이 안내되는 가이드레일(212)이 마련되어 있다. 또한 심온케이스(210)의 후면에는 상기 열전소자모듈 수용부(53)를 수용하도록 개방된 형태의 개방구(211)가 마련된다. 따라서 상기 가이드레일(212)이 레일 또는 보조레일에 의해 안내되도록 상호 결합한 상태에서 상기 심온케이스(210)를 냉동실(40)의 전방으로부터 후방으로 밀어 넣으면, 개방구(211)에 상기 열전소자모듈 수용부(53)가 끼워지면서 상기 개방구(211)의 내주면(211a)과 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 외주면(534)와 마주하게 된다.
상기 내주면(211a)은 소정의 깊이를 가지며, 상기 열전소자모듈 수용부(53)를 에워싸는 형태로 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 외주면(534)과 중첩(overlap) 된다. 상기 내주면(211a)과 외주면(534)는 소정의 압력을 가지며 상호 밀착된다.
본 발명에 따르면 상기 내주면(211a)와 외주면(534) 사이에는 제4실링재(64)가 개재된 상태로 압착된다. 상기 내주면(211a)과 외주면(534)이 상호 형합되는 규격을 가지면서, 그 사이에 제4실링재(64)를 압착 개재하면, 상기 심온케이스(210)는 상기 열전소자모듈 수용부(53)에 억지 끼움 형태로 상호 체결되어 고정된다. 따라서 본 발명에 따르면 내주면(211a)와 외주면(534) 사이에 제4실링재(64)가 개재되도록 하며 심온케이스(210)를 후방으로 밀어 넣으면, 심온케이스와 열전소자모듈 수용부가 서로 단단히 고정되어 조립이 이루어지고, 아울러 심온케이스와 열전소자모듈 수용부 사이의 틈새로 심온냉동 공간의 냉기가 냉동실 쪽으로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이 상기 내주면(211a)가 외주면(534)에 약간의 경사가 있음에도 불구하고, 상술한 다른 실링부위와 달리, 상기 내주면(211a)과 외주면(534)의 중첩 부위는 상호 밀착되는 방향과 조립 방향이 서로 실질적으로 직교한다. 따라서 내주면(211a)과 외주면(534) 사이의 압착력은 앞서 살펴본 그릴팬의 후면과 쉬라우드의 맞댐면(561) 사이의 압착력, 그리고 맞댐면의 후면과 열전소자모듈조립체(100)의 플랜지(112) 사이의 압착력에 못 미칠 수 있다.
이러한 점을 감안하여 본 발명에서는, 상기 내주면(211a)과 외주면(534)의 중첩 부위에 개재되는 제4실링재의 길이(OL)가 30 mm 이상 및 40mm 이하의 범위를 가지도록 하였다. 중첩 길이(제4실링재의 길이)가 30mm에 못 미치면 실링력이 부족하여 심온냉동 공간의 냉기가 냉동실로 빠져나갈 우려가 있다. 30mm 이상의 중첩 길이를 가지면 냉기가 빠져나가는 것을 방지하기 위한 실링력은 충분히 확보할 수 있으며, 40mm를 넘어서면 이미 충분한 실링력을 확보하지만 의미 없이 중첩길이가 길어지게 된다. 중첩길이가 길어지면 그만큼 심온냉동 공간을 차지하게 되어 체적용량이 줄어들게 된다.
그릴팬에 대해 열전소자모듈 수용부가 전방으로 돌출된 구조는, 상술한 바와 같이 심온케이스에 대한 중첩 범위를 확보하는 효과를 가지며, 또한 열전소자모듈 수용부에 수용되는 열전소자모듈조립체의 콜드싱크가 심온냉동 공간에 가까이 배치되도록 하여 냉기 손실을 방지한다는 효과를 가진다.
더불어 본 발명에 따르면, 상기 심온케이스(210)의 개방구 둘레의 후면은 상기 그릴팬의 열전소자모듈 수용부 둘레의 전면과 접하도록 할 수도 있다. 이는 앞서 설명한 그릴팬과 쉬라우드 사이의 "ㄴ"자 밀착 구조와 마찬가지로 밀봉력을 향상시키는 효과를 가진다. 물론 상기 내주면(211a)과 외주면(534) 사이에 실링재가 설치되는 것과 마찬가지로, 개방구 둘레의 후면(211-1)과 그릴팬의 전면 사이에 실링재가 압착 개재되도록 할 수도 있다.
또한 앞서 설명하였듯이 상기 내주면(211a)은 후방으로 갈수록 외향하는 경사면을 포함하고, 상기 외주면(534)도 상기 내주면과 대응하는 형태로 후방으로 갈수록 외향하는 경사면을 포함하여서 열전소자모듈 수용부에 대한 심온케이스의 조립을 더 원활하게 할 수 있다. 그리고 이러한 테이퍼 각도는 약 1도 ~ 5도 정도일 수 있다.
상술한 구조는 도 21에 도시된 심온냉동칸(200)의 설치 구조의 경우에도 그대로 적용 가능하다. 즉 심온케이스(210)의 후면과 이너케이스(12)가 접하는 부위에도 실링재가 압착 개재될 수 있고, 심온케이스(210)의 개방구 내주면과 열전소자모듈 수용부(53)의 외주면 사이에도 실링재가 압착 개재될 수 있다.
다시 말해, 냉동사이클 냉각장치에 의해 냉각되는 저장공간의 후방 벽체와 심온냉동칸의 후면이 서로 접하며 이들 사이에 실링재가 압착 개재되는 구조, 및/또는 상기 후방 벽체에 마련된 열전소자모듈 수용부의 외주면과 심온냉동칸의 후방에 마련된 개방구의 내주면이 서로 접하며 이들 사이에 실링재가 압착 개재되는 구조를 통해, 상기 심온냉동칸과 후방 벽 사이가 확실히 밀봉되도록 할 수 있다.
심온냉동 공간의 후면 및 상하좌우 면을 규정하는 심온케이스(210)의 아우터케이스(213)와 인사이드케이스(214) 사이의 공간에는, 앞서 설명한 바와 같이 단열재(80)가 채워져 심온냉동 공간과 냉동실 사이에 열교환이 이루어지는 것을 방지할 수 있다.
한편 심온케이스(210)의 개구된 전방을 차폐하는 심온칸도어(220) 역시 그 내부에 발포단열재(81)와 같은 단열재(80)가 채워져 심온냉동 공간과 냉동실 사이에 열교환이 이루어지는 것을 방지할 수 있다. 다만 심온칸도어(220)는 심온케이스의 전방을 개폐하는 구성이므로, 심온칸도어(220)와 심온케이스(210)의 전방 단부 사이에도 간극이 발생할 수 있고, 이러한 부위를 통해 냉동실의 열이 심온케이스 내부로 유입되거나 심온케이스 내부의 냉기가 냉동실 쪽으로 빠져나갈 우려가 있다.
이러한 점을 감안하여 본 발명에서는, 심온칸도어(220)의 후면의 외측 가장자리에, 상기 심온케이스의 앞면과 밀착될 수 있는 실리콘 재질의 개스킷(65)을 설치한다. 다만 통상적인 냉장고 도어에 설치되는 개스킷과 달리, 상술한 개스킷(65)은 안쪽으로는 섭씨 영하 50도의 환경이고, 바깥쪽으로도 섭씨 영하 20도의 환경이기 때문에, 개스킷의 탄력이 저하되어 심온냉동 공간의 냉기가 누설될 우려가 있다.
이러한 점을 감안하여 본 발명에서는 상기 심온칸도어(220)를 상기 심온케이스(210) 쪽으로 밀어붙이는 압착력을 더 제공하는 압착구조를 더 제공한다.
간단하게는 상기 압축구조는 냉동실 도어(22)일 수 있다. 즉 냉동실 도어(22)를 닫은 상태에서, 상기 냉동실 도어(22)의 내측에 설치된 도어바스켓(27) 등의 구조물이 상기 심온칸도어(220)를 후방으로 밀어주어 상기 심온칸도어(220)가 상기 심온케이스(210) 쪽으로 가압되도록 할 수 있다.
또한 상기 압축구조는 상기 심온케이스(210)와 심온칸도어(220)가 마주하는 부분에 각각 내장된 마그넷 등의 자성체(230)를 포함할 수 있다. 도 8을 참조하면, 상기 심온케이스(210)의 전방 단부는 직사각형 형태의 프레임 형태로 되어 있으며, 상기 심온칸도어(220) 후면의 외측 가장자리는 상기 심온케이스의 전방 단부와 마주한다. 따라서 도 24에 도시된 바와 같이 심온케이스(210)의 전방 단부의 테두리를 따라 전부 또는 일부분에 자성체(230)를 내장하고, 상기 심온칸도어(220) 내에서 상기 심온케이스의 자성체 매설 위치와 대응하는 위치에 자성체(230)를 매설하게 되면, 두 자성체의 인력에 의해 심온칸도어(220)가 심온케이스(210)에 압착된다.
또한 상기 압축구조는, 상기 심온케이스(210)와 심온칸도어(220)에 각각 마련되는 돌기(240)와 걸림홈(245)의 걸어 맞춤 구조일 수 있다. 도 24, 그리고 심온트레이를 생략한 상태에서 심온케이스와 심온칸도어를 상부에서 바라본 단면 형태인 도 26를 참조하면, 심온칸도어(220)의 양측에는 외향 돌출된 형태의 돌기(240)가 마련되고, 심온케이스(210)의 전방에서 전방으로 돌출된 형태의 돌출부(219) 내측에는 상기 돌기가 끼워 맞춰지는 걸림홈(245)이 형성될 수 있다. 따라서 심온칸도어(220)를 밀어 넣어 닫게 되면, 걸림홈(245)과 돌기(240)가 걸린 상태를 유지하며 심온칸도어(220)가 심온케이스(210) 쪽으로 밀어붙여지는 압착력을 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 걸림홈(245)이 심온케이스(210)에 마련되고 돌기(240)가 심온칸도어(220)에 설치된 구조를 예시하였으나, 걸림홈(245)이 심온칸도어(220)에 마련되고 돌기(240)가 심온케이스(210)에 마련될 수도 있다. 아울러 걸림홈과 돌기의 구조는 반드시 도시된 형태에 한정되는 것은 아니며, 돌기는 후크나 톱니 등과 같은 형태로 다양한 변형이 가능하며, 걸림홈은 이러한 돌기의 형태에 대응하여 돌기가 잘 걸려질 수 있는 형상이면 족하다.
앞서 설명한 냉동실 도어의 도어바스켓의 밀어붙임 구조, 자성체 구조 및 돌기-걸림홈 구조는 냉장고에 개별적으로 적용될 수도 있고 복합적으로 적용될 수도 있다. 그리고 이는 후술할 댐핑클로저(216)에 대해서도 마찬가지이다.
도 24을 참조하면, 심온칸도어(220)의 뒷면 하부에는 후향 연장되도록 외부 레일가이드(221)가 설치된다. 그리고 심온케이스(210)의 하부에는 상기 레일가이드(221)가 안착되며 상기 레일가이드를 전후로 슬라이드 안내하는 외부 레일(215)이 설치되어 있다. 상기 레일가이드(221)와 외부 레일(215)은 심온냉동 공간 외부, 즉 냉동실의 공간에 배치되며, 강성이 좋은 금속 재질로 마련될 수 있다.
심온냉동 공간은 섭씨 영하 50도의 극저온 환경이므로, 합성수지 재질인 심온케이스(210), 심온칸도어(220), 및 심온트레이(226)와 달리, 열전도율이 좋은 금속 재질의 레일과 레일가이드를 심온냉동 공간 내에 배치하면, 냉기가 순환하면서 음식물로부터 흡수한 수분이 금속 재질의 레일과 레일가이드에 달라붙어 버릴 우려가 있다. 이는 심온칸도어의 개폐 작동에 직접적인 영향을 주는 문제가 있다. 또한 금속 재질의 레일과 레일가이드에 엉겨 붙은 결빙수는 제상이 어렵다는 문제가 있다.
그렇다고 레일과 레일가이드를 합성수지 재질로 제작한다면, 극저온의 환경에서 합성수지가 깨지기 쉬운 상태로 변성하여, 상호 외력과 마찰을 받을 때 파손될 우려가 높다.
상술한 점을 감안하여 본 발명에서는, 상기 심온냉동 공간 내에 레일을 배치하지 않고, 앞서 설명한 바와 같이 심온케이스의 저면부에 금속 재질의 외부 레일(215)을 설치하고, 심온칸도어(220)의 후면 하부에 외부 레일가이드(221)를 설치하였다. 따라서 심온트레이(226)를 인입 및 인출하는 동작에 대해서는 상기 외부 레일(215)과 상기 외부 레일가이드(221)가 지지한다. 한편 이와 같이 레일을 외부에 배치하면 심온 공간을 더욱 확보할 수 있다는 이점도 있다.
다만 심온트레이(226) 자체의 자중, 그리고 심온트레이(226)에 담겨 있는 음식물의 자중에 의해 심온트레이가 처지는 현상을 방지하기 위해 심온트레이의 측면이나 저면에 합성수지 재질의 추가적인 서브 레일 및 레일가이드를 더 구비할 수도 있다. 본 발명의 실시예에서는 이러한 처짐을 방지하고 심온트레이와 심온냉동칸 바닥 사이의 공간을 유지하기 위해, 앞서 도 9를 참조하여 설명한 리브(214b, 226a) 구조를 예시한바 있다.
본 발명에 따르면, 심온케이스에 대한 심온칸도어의 압착구조로서, 상기 외부 레일(215) 또는 외부 레일가이드(221)에 마련되는 댐핑클로저(216)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 외부 레일(215)의 후방 쪽에 댐핑클로저(216)가 설치된 구조가 예시된다. 예를 들어, 심온칸도어(230)를 어느 정도, 가령 전체 인입 스트로크(s; 도 24 참조)의 80% 정도 닫게 되면, 외부 레일가이드(221)의 단부는 상기 댐핑클로저(216)에 다다르게 되고, 외부 레일가이드(221)가 댐핑클로저(216)의 걸림금구(216-1)에 걸려 고정되면서 사용자가 외력을 주지 않더라도 댐핑클로저 내에 있는 인장스프링으로 구성된 탄성체(216-2)의 수축력에 의해 후방으로 힘을 받으며 이동하게 된다. 걸림금구(216-1)의 가이드돌기(216-11)는 가이드슬롯(216-4)에 끼워져 가이드슬롯을 따라 이동한다. 이때 탄성체는 댐핑클로저 내에 있는 점성 오일(216-3)에 의해 감쇠력을 받기 때문에 제어된 속도로 천천히 후방으로 레일가이드(221)를 잡아당겨주게 되고, 상기 탄성체의 가세력으로 상기 심온칸도어는 심온케이스에 밀착될 수 있다. 점성 오일은 냉동실의 분위기 내에 있으므로 해당 분위기의 온도에서 적절한 점성을 가지는 오일을 채택하는 것이 바람직하다.
반대로 심온 도어를 열 때에는, 가령 전체 인출 스트로크의 초기에 약 20% 정도 까지는 상기 탄성체(216-2)가 수축하려고 하는 가세력을 이기며 심온칸도어(230)를 잡아당겨야 하기 때문에 약간 힘이 들지만, 20%를 넘어가게 되면 댐핑클로저(216)의 걸림금구(216-1)로부터 외부 레일가이드(221)가 걸림 해제되면서 쉽게 외부로 인출하는 것이 가능하다. 외부 레일가이드(221)가 댐핑클로저(216)의 걸림금구로부터 걸림 해제될 때 걸림금구는 가이드슬롯(216-4)의 걸림 위치(216-41)에 자리잡아 해당 위치에 머무르게 된다.
비단 상술한 구조를 가지는 댐핑클로저(216) 뿐만 아니라 외부 레일이나 외부 레일가이드에 설치되어 상기 외부 레일가이드를 후방으로 탄성 가세하는 구조의 클로저라면 본 발명에 적용 가능할 것이다.
본 발명에 따르면, 심온냉동 공간 내의 냉기가 냉동실 쪽으로 유출되는 것을 방지하면서도, 심온냉동칸을 구현하기 위한 각종 구성 부품의 조립 역시 용이하다는 점이 명백하다.
본 발명의 실시예에서는 열전소자모듈조립체(100)가 냉동실(40)의 후방이면서 심온냉동칸(200)의 후방에 배치되는 구조를 예시하였다. 그러나 열전소자모듈조립체(100)가 반드시 이러한 위치에 한정되어야 하는 것은 아니다. 가령 열전소자모듈조립체(100)는 냉동실의 이너케이스(12) 상부 쪽에 매립됨으로써, 심온냉동칸(200)의 상부에 위치하도록 할 수도 있다. 열전소자모듈조립체(100)의 히트싱크(150)는 냉장고의 냉동사이클 냉각장치(70)의 냉매가 히트싱크 내부로 유동하도록 하여 열전도에 의한 냉각을 하는 점에서, 반드시 공기와 접촉할 필요는 없다. 따라서 열전소자모듈조립체(100)는 냉동실의 이너케이스(12) 상부 쪽에 매립된 구조 역시 얼마든지 가능하다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10: 냉장고 본체
11: 아웃케이스
12: 이너케이스
15: 레일
15-1: 상부레일
15-2: 하부레일
13: 선반
14: 서랍
20: 냉장고 도어
21: 냉장실 도어
22: 냉동실 도어
25: 힌지
27: 도어바스켓
30: 냉장실
40: 냉동실
42: 분할벽
42-1: 설치가이드
50: 그릴팬어셈블리
51: 그릴팬
511: 후방리브
512: 물길홈
52: 냉기토출구
53: 열전소자모듈 수용부
531: 그릴부
532: 토출가이드
533: 흡입부
5331: 상부흡입부
5332: 하부흡입부
534: 외주면
535: 배수구배
536: 배수홀
537: 열선
54: 센서 설치부
56: 쉬라우드
561: 맞댐면
562: 리브맞댐면
563: 열전소자모듈 삽입홀
57: 팬
58: 냉기흡입공
591: 열전소자모듈측 상부 가이드격벽
592: 타측 하부 가이드격벽
593: 타측 상부 가이드격벽
594: 열전소자모듈측 하부 가이드격벽
60: 실링재
61: 제1실링재
62: 제2실링재
63: 제3실링재
64: 제4실링재
65: 개스킷
70: 냉동사이클 냉각장치
71: 압축기
73: 응축기
75: 팽창장치
77: 증발기
77a: 냉동실측 증발기
77b: 냉장실측 증발기
80: 단열재
81: 발포단열재(폴리우레탄)
82: 진공단열패널(VIP)
100: 열전소자모듈조립체
110: 모듈하우징
111: 스페이서
112: 플랜지
112a: 절곡면
113: 수용홈
120: 콜드싱크
122: 열교환핀
130: 열전소자{TEM(Thermoelectric Module)}
130a: 흡열면
130b: 발열면
132: 도선
140: 단열재
150: 히트싱크
151: 냉매 유입관
152: 냉매 유출관
190: 냉각팬
191: 공기토출면
192: 공기흡입면
200: 심온냉동칸
210: 심온케이스
211: 개방구
211-1: 후면
211a: 내주면
212: 가이드레일
212-1: 상부가이드부
212-2: 하부가이드부
213: 아우터케이스
214: 인사이드케이스
214b: 리브
215: 외부 레일
216: 댐핑클로저
216-1: 걸림금구
216-2: 탄성체
216-3: 점성오일
216-4: 가이드슬롯
216-41: 걸림 위치
219: 돌출부
220: 심온칸도어
221: 외부 레일가이드
226: 심온트레이
226a: 리브
227: 개방홈
230: 자성체
240: 돌기
245: 걸림홈

Claims (21)

  1. 냉동사이클 냉각장치(70)에 의해 냉각되는 저장공간(30,40);
    상기 저장공간 후방에 위치하여 저장공간의 후방 경계를 규정하는 벽체(12,51);
    상기 저장공간 내측에 구비되며 상기 벽체 전면에 위치하는 심온케이스(210);
    상기 심온케이스 후방부에 위치하고, 적어도 일부가 상기 심온케이스가 위치한 벽체의 전면과 대응되는 벽체의 후면에 위치하여 상기 케이스로 냉기를 공급하는 열전소자모듈조립체(100); 및
    상기 벽체의 전면(front face)으로부터 전방으로 돌출된 형태로 마련되며, 내부에 상기 열전소자모듈조립체(100)가 수용되는 열전소자모듈 수용부(53);를 포함하고,
    상기 심온케이스(210)의 후방에는 상기 열전소자모듈수용부(53)가 삽입되는 개방구(211)가 구비되고,
    상기 심온케이스(210)의 후방과 상기 벽체 사이에는 제4실링재(64)가 밀착 개재되는 냉장고.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 심온케이스(210)의 개방구(211)의 내주면(211a)은 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 외주면(534)을 에워싸고,
    상기 제4실링재는 상기 내주면(211a)과 외주면(534) 사이에 밀착 개재되는 냉장고.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 심온케이스(210)의 개방구 둘레의 후면은 상기 벽체의 열전소자모듈 수용부 둘레의 전면과 접하고,
    상기 제4실링재는 상기 심온케이스(210)의 개방구 둘레의 후면과 상기 벽체 사이에 밀착 개재되는 냉장고.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 내주면(211a)은 후방으로 갈수록 외향하는 경사면을 포함하고,
    상기 외주면(534)도 상기 내주면과 대응하는 형태로 후방으로 갈수록 외향하는 경사면을 포함하는 냉장고.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 내주면(211a)과 외주면(534)의 중첩 부위의 길이(OL)는 30 mm 이상이고 40mm 이하인 냉장고.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 심온케이스(210)의 개구된 전방을 개폐하는 심온칸도어(220);를 더 포함하고,
    상기 심온칸도어의 후방에 마련되며, 상기 심온케이스(210)의 전면(front face) 테두리와 접하여 심온칸도어(220)와 심온케이스(210) 사이의 간극을 차폐하는 개스킷(65)을 더 포함하는 냉장고.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 심온칸도어와 심온케이스에는 상기 심온칸도어를 상기 심온케이스 쪽으로 밀착시키는 힘을 작용하여 상기 개스킷을 압착하는 압착구조가 더 구비되는 냉장고.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 압착구조는, 상기 심온칸도어 및 심온케이스에 각각 설치되어 상호 인력이 작용하는 자성체를 포함하는 냉장고.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 압착구조는, 상기 심온칸도어와 심온케이스에 각각 마련되는 돌기와 걸림홈을 포함하는 냉장고.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 심온칸도어의 후방에는, 상기 심온칸도어가 상기 심온케이스의 개구된 전방을 개폐함에 따라 상기 심온케이스에 의해 규정되는 심온냉동 공간에 인출 및 인입되는 심온트레이(226)가 설치되고,
    상기 심온트레이가 설치되는 상기 심온칸도어의 후방 하부에는 후방으로 연장된 형태의 외부 레일가이드(221)가 설치되고,
    상기 심온케이스(210)의 저면부에는 상기 외부 레일가이드(221)의 전후 방향 슬라이드 이동을 안내하는 외부 레일(216)이 설치되며,
    상기 압착구조는 상기 외부 레일(216) 또는 외부 레일가이드(221)에 마련되어 상기 외부 레일가이드(221)를 제어된 속도로 후방으로 잡아당기는 댐핑클로저(216)를 포함하는 냉장고.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 압착구조는 냉장고 도어(20)가 닫힌 상태에서 냉장고 도어(20)의 후면부가 상기 심온칸도어(220)를 눌러주는 구조를 포함하는 냉장고.
  12. 냉동실(40);
    상기 냉동실 후방에 위치하는 그릴팬(51);
    상기 냉동실 내측에 구비되며 그릴팬 전면에 위치하는 심온케이스(210);
    상기 심온케이스 후방부에 위치하고, 상기 심온케이스가 위치한 그릴팬 전면과 대응되는 그릴팬의 후면에 위치하여 상기 케이스로 냉기를 공급하는 열전소자모듈조립체(100);
    상기 그릴팬에 마련되며 상기 열전소자모듈조립체(100)를 수용하는 열전소자모듈 수용부(53);
    상기 그릴팬(51)에 마련되어 냉동실에 공급되는 냉기를 분배하는 쉬라우드(56);
    상기 쉬라우드(56)에 마련되며, 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 후방에서 상기 그릴팬(51)의 후면과 접하고, 내측 가장자리면을 따라 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 내부 공간과 연통하는 열전소자모듈 삽입홀(563)이 마련되는 맞댐면(561); 및
    상기 그릴팬(51)의 후면과 상기 맞댐면(561) 사이에 개재되어 이들 둘 사이의 틈을 밀봉하는 제1실링재(61);를 포함하는 냉장고.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 그릴팬(51)의 후면에는 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 외측 둘레로부터 후방으로 연장된 형태의 후방리브(511)가 마련되고,
    상기 쉬라우드(56)의 맞댐면(561)의 외측 둘레에는 상기 후방리브(511)의 내면과 접하도록 후방으로 연장된 형태의 리브맞댐면(562)이 마련된 냉장고.
  14. 냉동실(40);
    상기 냉동실 후방에 위치하는 그릴팬(51);
    상기 냉동실 내측에 구비되며 그릴팬 전면에 위치하는 심온케이스(210);
    상기 심온케이스 후방부에 위치하고, 상기 심온케이스가 위치한 그릴팬 전면과 대응되는 그릴팬의 후면에 위치하여 상기 케이스로 냉기를 공급하는 열전소자모듈조립체(100);
    상기 그릴팬에 마련되며 상기 열전소자모듈조립체(100)를 수용하는 열전소자모듈 수용부(53);
    상기 그릴팬(51)에 마련되어 냉동실에 공급되는 냉기를 분배하는 쉬라우드(56);
    상기 그릴팬(51)의 후면에 마련되며 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 외측 둘레로부터 후방으로 연장된 형태의 후방리브(511); 및
    상기 쉬라우드(56)에 마련되며 상기 후방리브(511)의 내면과 접하도록 후방으로 연장된 형태의 리브맞댐면(562); 및
    상기 후방리브(511)와 리브맞댐면(562) 사이에 개재되는 제2실링재(62);를 포함하는 냉장고.
  15. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 열전소자모듈조립체(100)는 전방으로부터 후방으로 콜드싱크(120), 열전소자(130), 및 히트싱크(150)를 차례로 포함하고, 상기 콜드싱크, 열전소자, 단열재 및 히트싱크 중 적어도 일부를 수용하며 고정하는 모듈하우징(110)을 더 포함하며,
    상기 모듈하우징(110)에는 외향 연장된 형태의 플랜지(112)가 마련되고,
    상기 플랜지(112)가 상기 쉬라우드(56)의 맞댐면(561) 후면에 접하여 고정되는 냉장고.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 플랜지(112)와 맞댐면(561) 사이에는 제3실링재(63)가 개재되는 냉장고.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 플랜지와 맞댐면 사이에서 이들의 중첩부위에 개재되는 제3실링재의 폭(w)은 5 mm 이상 15 mm 이하인 냉장고.
  18. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전소자모듈조립체(100)는 전방으로부터 후방으로 콜드싱크(120), 열전소자(130), 및 히트싱크(150)를 차례로 포함하고, 상기 콜드싱크, 열전소자, 단열재 및 히트싱크 중 적어도 일부를 수용하며 고정하는 모듈하우징(110)을 더 포함하며,
    상기 모듈하우징(110)에는 외향 연장된 형태의 플랜지(112)가 마련되고,
    상기 모듈하우징(110)의 플랜지(112)에는, 상기 플랜지(112)로부터 후방으로 연장되어 그 후단부가 상기 그릴팬(51)의 후방에 이격 배치되는 냉장고 본체(10)의 이너케이스(12)에 의해 지지되도록 하는 스페이서(111)가 구비되는 냉장고.
  19. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전소자모듈조립체(100)는 전방으로부터 후방으로 콜드싱크(120), 열전소자(130), 및 히트싱크(150)를 차례로 포함하고, 상기 콜드싱크, 열전소자, 단열재 및 히트싱크 중 적어도 일부를 수용하며 고정하는 모듈하우징(110)을 더 포함하며,
    상기 열전소자(130)와 히트싱크(150)는, 상기 그릴팬(51)에 의해 규정되는 냉동실(40) 공간의 후방 면보다 더 후방에 배치되는 냉장고.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 콜드싱크(120)의 전단부(front end)는 상기 그릴팬어셈블리(50)에 의해 규정되는 냉동실(40) 공간의 후방 면보다 더 전방에 배치되는 냉장고.
  21. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 열전소자모듈조립체(100)는 전방으로부터 후방으로 콜드싱크(120), 열전소자(130), 및 히트싱크(150)를 차례로 포함하고, 상기 콜드싱크, 열전소자, 단열재 및 히트싱크 중 적어도 일부를 수용하며 고정하는 모듈하우징(110)을 더 포함하며,
    상기 열전소자모듈조립체(100)의 모듈하우징(110)에서 외향되는 플랜지(112)의 외측 가장자리가 상기 쉬라우드(56)의 리브맞댐면(562)의 내면에 의해 위치가 규제됨으로 인해, 상기 모듈하우징(110)이 상기 쉬라우드(56)의 맞댐면(561) 후면에 대해 위치가 정렬되는 냉장고.
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