KR20180080652A - 냉장고 및 냉장고에 설치되는 심온 냉동칸 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉동실의 체적용량이 줄어드는 것을 최소화하고 간단한 구조와 구성만으로도 심온냉동칸 내부의 냉각과 냉기 순환이 원활하게 이루어지는 냉장고에 관한 것으로, 이는 열전소자모듈 수용부에서 냉각팬의 공기 토출면을 둘러싸며 전방으로 연장된 토출가이드 구조와, 토출가이드 외측에서 상기 공기 토출면의 상하에 각각 배치된 흡입부 구조에 의해 달성된다.
Description
본 발명은 심온 냉동칸을 구비하는 냉장고와, 상기 냉장고에 설치된 심온 냉동칸에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉동실의 체적용량이 줄어드는 것을 최소화하고 간단한 구조와 구성만으로도 심온냉동칸 내부의 냉각과 냉기 순환이 원활하게 이루어지는 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.
또한 냉동실 자체의 공간을 차지하며 심온냉동칸을 제공할 때에는, 냉동실의 체적 용량이 줄어드는 것을 최소화해야 하므로 심온냉동칸 내부의 냉기를 냉각하고 순환하는 구조가 차지하는 공간을 최소화해야 할 필요가 있다.
특히 열전소자를 이용하여 극저온을 구현하는 경우, 열전소자의 흡열측과 발열측에서 모두 열교환이 원활하게 일어나고, 흡열측에서 열교환을 통해 냉각된 냉기가 원활하게 순환해야 하며, 최대한 간단한 구조를 가지면서도 열교환 손실이나 유동 손실이 발생하여서는 아니 된다.
아울러 극저온을 구현하기 위해 설치되는 열전소자와 관련 구성들이 차지하는 체적으로 인해, 기존의 그릴팬어셈블리 구조의 유속이나 압력 분포가 변화하게 되어 냉동실의 냉동이 원활하게 이루어지지 않을 우려도 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 냉동실의 체적 용량이 줄어드는 것을 최소화하면서도 심온냉동칸 내부의 냉각과 냉기 순환이 원활하게 이루어지는 냉장고 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 심온냉동칸이 냉동실 내에서 차지하는 체적으로 인한 냉기 유동의 변화는 물론, 심온냉동칸의 극저온을 구현하기 위해 설치되는 열전소자 및 그 관련 부품들이 그릴팬어셈블리를 차지하며 발생하는 냉동실의 냉기 유동 문제를 해결한 냉장고 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 심온케이스(210)에 의해 규정되는 심온냉동 공간을 냉각하는 열전소자모듈조립체(100)가 수용되는 냉동실의 그릴팬(51) 구조로서, 상기 그릴팬(51)에 마련되며 열전소자모듈조립체가 수용되는 열전소자모듈 수용부(53); 상기 열전소자모듈 수용부의 전방에 설치되어 전방으로 냉기를 토출하는 냉각팬(190); 상기 열전소자모듈 수용부의 상기 냉각팬 설치 위치보다 전방으로 돌출 연장되어 상기 냉각팬(190)의 공기 토출면에서 토출된 냉기의 유동을 전방으로 가이드하는 토출가이드(532); 상기 열전소자모듈 수용부에서 상기 토출가이드를 사이에 두고 상기 냉각팬 설치 위치의 상부와 하부에 각각 마련되며, 상기 심온냉동 공간의 공기를 열전소자모듈 수용부의 내측 공간으로 흡입하는 흡입부(533); 및 상기 그릴팬(51)의 열전소자모듈 수용부 전방에 마련되며 내부에 저장 공간을 구비하는 심온냉동칸을 포함하는 냉장고를 제공한다.
상기 열전소자모듈 수용부의 전면(front face)에는 상기 냉각팬에서 토출된 냉기는 통과시키고 외측에서 상기 열전소자모듈 수용부에 설치된 냉각팬에 접촉하는 것은 방지하는 그릴부(531)가 마련되고, 상기 냉각팬의 공기 토출면은 상기 그릴부의 후면에 배치되며, 상기 토출가이드(532)는 상기 그릴부(531)의 가장자리에서 전방으로 연장된 형태를 포함할 수 있다.
상기 그릴팬어셈블리에 있어서, 상기 토출가이드는 상기 냉각팬의 공기 토출면으로부터 전방으로 15 mm 내지 30 mm 돌출 연장될 수 있다.
상기 그릴팬어셈블리에 있어서, 상기 흡입부(533)는 전방을 향해 개방된 형태이고, 상기 흡입부(533)의 형성 면과 상기 냉각팬의 공기 토출면은 실질적으로 동일한 평면 상에 배치될 수 있다.
상기 그릴팬어셈블리에 있어서, 상기 냉각팬(190)의 후방에 배치되는 냉각팬의 공기흡입면(192)은 상기 열전소자모듈조립체(100)의 콜드싱크(120)와 마주하며, 상기 콜드싱크(120)와 4 mm 내지 7 mm의 범위에서 이격 배치될 수 있다.
상기 그릴팬어셈블리에 있어서, 상기 콜트싱크(120)의 전방에 돌출 형성된 열교환핀(122)은 끓어지지 않는 형태로 상하방향으로 연장된 형태로서, 복수 개가 좌우로 2 mm 내지 5 mm의 범위 내에서 상호 이격 배치될 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); 상기 심온케이스(210)의 개구된 전방을 개폐하는 심온칸도어(220); 상기 심온칸도어(220)의 후방에 설치되며, 상기 심온칸도어(220)가 상기 심온케이스의 개구된 전방을 개폐함에 따라 상기 심온케이스에 의해 규정되는 심온냉동 공간에 인출 및 인입되는 심온트레이(226); 상기 열전소자모듈 수용부의 전방에 설치되어 전방으로 냉기를 토출하는 냉각팬(190); 상기 열전소자모듈 수용부의 상기 냉각팬 설치 위치보다 전방으로 돌출 연장되어 상기 냉각팬(190)의 공기 토출면에서 토출된 냉기의 유동을 전방으로 가이드하는 토출가이드(532); 상기 심온트레이(226)의 후방면에 마련되며, 상기 토출가이드(532)의 양측면 및 하부면과 대응하는 형상을 가지되 상방으로는 트인 형상이고, 상기 심온트레이(226)가 인입된 상태에서 상기 토출가이드의 선단부와 마주하게 되는 개방홈(227); 및 상기 열전소자모듈 수용부에서 상기 토출가이드를 사이에 두고 상기 냉각팬 설치 위치의 적어도 상부에 마련되며, 상기 심온냉동 공간의 공기를 열전소자모듈 수용부의 내측 공간으로 흡입하는 흡입부(533);를 포함하는 냉장고를 제공한다.
상기 냉장고에 있어서, 상기 열전소자모듈 수용부에서 상기 토출가이드를 사이에 두고 상기 냉각팬 설치 위치의 하부에 흡입부가 더 마련되고, 상기 심온트레이의 측면이 상기 심온케이스(210)의 내측면과 이격되거나, 상기 심온트레이의 앞면이 상기 심온칸도어(220)의 뒷면과 이격되고, 상기 심온트레이의 저면은 상기 심온케이스의 내측 밑면과 이격될 수 있다.
상기 냉장고에 있어서, 상기 심온트레이의 저면과 상기 심온케이스의 내측 밑면은 4 mm 내지 7mm 의 범위 내에서 상호 이격될 수 있다.
상기 냉장고에 있어서, 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); 및 상기 콜드싱크(120)와 히트싱크(150)가 마주하는 공간으로서 상기 열전소작(130)가 배치되지 않은 공간에 적층되는 단열재(140);를 포함하고, 상기 열전소자(130)와 히트싱크(150)는, 상기 그릴팬어셈블리(50)에 의해 규정되는 냉동실(40) 공간의 후방 면보다 더 후방에 배치될 수 있다.
그리고 상기 콜드싱크(120)의 전단부(front end)는 상기 그릴팬어셈블리(50)에 의해 규정되는 냉동실(40) 공간의 후방 면보다 더 전방에 배치되도록 할 수 있다.
상기 냉장고에 있어서, 상기 열전소자모듈조립체는, 상기 콜드싱크, 열전소자, 단열재 및 히트싱크를 수용하며 고정하는 모듈하우징(110)을 더 포함하고, 상기 모듈하우징(110)은 상기 그릴팬어셈블리에 고정되며, 상기 모듈하우징(110)은 후방으로 연장된 스페이서(111)를 구비하고, 상기 스페이서의 후단부는 상기 그릴팬어셈블리(50)의 후방에 배치되는 냉장고 본체(10)의 이너케이스(12)에 의해 지지될 수 있다.
또한 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)의 양측에 각각 마련되며 전방을 향해 개방된 제1냉기토출구; 상기 그릴팬의 양측에 마련되되 상기 제1냉기토출구보다 하부에 배치되며 전방을 향해 개방된 제2냉기토출구; 상기 제1냉기토출구와 제2냉기토출구 사이에 마련되며, 상기 열전소자모듈조립체가 수용되는 열전소자모듈 수용부(53); 상기 그릴팬(51)과 쉬라우드(56)에 의해 규정되는 냉기 분배 공간에서 상기 제1냉기토출구와 제2냉기토출구가 배치되는 위치에 대해 중앙 부근에 배치되는 팬(57); 상기 팬(57)이 설치된 위치와 대응하는 위치에 마련되어 냉동사이클의 증발기에서 냉각된 냉기가 유동하는 통로가 되는 냉기흡입공(58); 상기 쉬라우드(56)에 마련되며, 상기 팬에 의해 상기 냉기흡입공을 통해 유입된 공기를 상기 열전소자모듈 수용부(53) 상부에 마련된 제1냉기토출구로 안내하는 열전소자모듈측 상부 가이드격벽(591); 및 상기 쉬라우드(56)에 마련되며, 상기 팬을 기준으로 상기 열전소자모듈측 상부 가이드격벽(591)이 마련된 위치와 대향하는 위치에 마련되는 타측 하부 가이드격벽(592);을 포함하고, 상기 열전소자모듈측 상부 가이드격벽(591)의 곡률반경이 상기 타측 하부 가이드격벽(592)의 곡률반경보다 더 작은 그릴팬어셈블리를 제공한다.
상기 그릴팬어셈블리에 있어서, 상기 열전소자모듈측 상부 가이드격벽(591)의 하부에는, 상기 열전소자모듈 수용부(53) 상부에 마련된 제1냉기토출구로 냉기를 안내하도록 상기 팬에서 멀어질수록 점점 상향 연장되는 유선형의 열전소자모듈측 서브 가이드격벽(595)을 더 포함할 수 있다.
상기 그릴팬어셈블리에 있어서, 상기 열전소자모듈측 서브 가이드격벽(595)은 상기 팬의 하부로부터 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 측면까지 연장될 수 있다.
본 발명에 의하면, 하나의 냉각팬을 운용하되 냉각팬의 공기토출면 전방으로 토출가이드를 구성함으로써, 열전소자모듈조립체가 냉장고 내부에서 차지하는 체적을 최소화할 수 있으면서도, 상기 토출가이드를 사이에 두고 상기 냉각토출면의 상하에 각각 흡입부를 두며 심온케이스와 심온트레이 사이에 간격을 둠으로써, 심온냉동칸 전체를 원활하게 냉각하고 냉기를 원활하게 순환시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 심온냉동칸과 이를 위한 극저온을 구현하기 위한 열전소자모듈조립체를 적용하면서 발생할 수 있는 냉기 유동의 변화를 최소화할 수 있고 냉동실의 냉각과 냉기 유동이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 심온냉동칸의 냉각을 위한 냉기 순환 과정에서 열전소자의 흡열면 쪽에 설치된 콜드싱크에 맺히는 결로수가 냉각팬에 영향을 주지 않아 냉각팬의 신뢰성을 보장할 수 있고, 결로수가 원활하게 배출되도록 하면서도, 냉기의 순환이 매우 효율적이고 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 열전소자모듈조립체에서 발열이 일어나는 부분이 냉동실과 확실히 격리되도록 함으로써, 냉동실의 열손실을 최소화할 수 있다. 특히 이는 모듈하우징의 수용홈 구조에 의해 달성될 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 열전소자모듈조립체가 매우 견고하게 제 위치에 고정되면서, 동시에 열전소자모듈조립체가 그릴팬어셈블리와 이너케이스 사이의 간격도 적절히 유지해주는 기능을 할 수 있다. 이는 모듈하우징의 스페이서와 플랜지 구조에 의해 달성될 수 있다.
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 심온케이스가 장착된 그릴팬어셈블리에 열전소자모듈조립체가 설치된 상태를 나타낸 측면 단면 사시도,
도 23은 심온냉동칸이 장착된 그릴팬어셈블리에 열전소자모듈조립체가 설치된 상태를 나타낸 측면 단면도,
도 24는 도 11의 L-L단면을 따라 바라본 도면으로서 그릴팬어셈블리에 장착된 열전소자모듈조립체의 정면도,
도 25는 쉬라우드에 팬과 열전소자모듈조립체가 조립되어 있는 상태를 나타낸 정면도,
도 26은 열전소자모듈조립체가 설치됨에 따라 냉기 분배 구조가 달라진 쉬라우드에서 가이드격벽의 변경 전 후의 형태를 각각 나타낸 정면 확대도,
도 27은 본 발명에 따라 가이드격벽을 변경하기 전과 변경한 후의 공기 유동을 해석한 도면,
도 28은 도 27의 E-E 단면도, 그리고
도 29는 도 27의 F-F 단면도이다.
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 심온케이스가 장착된 그릴팬어셈블리에 열전소자모듈조립체가 설치된 상태를 나타낸 측면 단면 사시도,
도 23은 심온냉동칸이 장착된 그릴팬어셈블리에 열전소자모듈조립체가 설치된 상태를 나타낸 측면 단면도,
도 24는 도 11의 L-L단면을 따라 바라본 도면으로서 그릴팬어셈블리에 장착된 열전소자모듈조립체의 정면도,
도 25는 쉬라우드에 팬과 열전소자모듈조립체가 조립되어 있는 상태를 나타낸 정면도,
도 26은 열전소자모듈조립체가 설치됨에 따라 냉기 분배 구조가 달라진 쉬라우드에서 가이드격벽의 변경 전 후의 형태를 각각 나타낸 정면 확대도,
도 27은 본 발명에 따라 가이드격벽을 변경하기 전과 변경한 후의 공기 유동을 해석한 도면,
도 28은 도 27의 E-E 단면도, 그리고
도 29는 도 27의 F-F 단면도이다.
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.
[열전소자모듈 수용부의 구조]
도 22은 심온케이스가 장착된 그릴팬어셈블리에 열전소자모듈조립체가 설치된 상태를 나타낸 측면 단면 사시도, 도 23는 심온냉동칸이 장착된 그릴팬어셈블리에 열전소자모듈조립체가 설치된 상태를 나타낸 측면 단면도, 그리고 도 24은 그릴팬어셈블리에 장착된 열전소자모듈조립체의 정면도이다.
열전소자모듈조립체(100)는 열전소자모듈 수용부(53)에 수용된다. 그리고 열전소자모듈 수용부 내에서 열전소자모듈조립체(100)의 전방에는 냉각팬(190)이 구비된다. 본 발명에서 냉각팬(190)으로는 박스팬이 사용된다. 박스팬은 크기에 비해 유동 가압력이 뛰어나고 공기흡입면(192)와 공기토출면(191)이 평면 형상으로서 서로 대향 배치된다. 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, 본 발명의 열전소자모듈 수용부(53)의 전면부에는 상기 공기토출면(191)과 대응하는 크기의 그릴부(531)가 마련된다. 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. 상기 냉각팬(190)의 공기흡입면(192)과 상기 콜드싱크(120)의 열교환핀(122) 부분은 서로 마주보도록 배치되며, 이들 사이에는 소정의 간격(g)이 마련된다.
상기 그릴부(531)가 형성된 위치의 상부와 하부에는 심온냉동 공간에서 열전소자모듈 수용부(53) 내부의 공간으로 공기를 흡입하는 통로가 되는 흡입부(533)가 각각 마련되어 있다. 상기 흡입부(533)에서 흡입된 공기는 상기 콜드싱크(120)의 열교환핀(122)과 접하며 열교환을 하며 냉각되고, 다시 냉각팬(190)에 의해 전방으로 토출되어 심온냉동칸(200)의 저장공간으로 토출된다.
그릴부(531)의 상부에 위치한 흡입부(5331)는 상기 심온냉동칸(200)에서 열을 흡수하여 상승된 공기를 빨아들이게 된다. 따라서 심온냉동칸의 내부 온도를 유지하지 못하고 승온된 냉기는 상부의 흡입부(5331)를 통해 즉시 흡입된다. 다음으로 그릴부의 하부에 위치한 흡입부(5332)는, 상기 심온냉동칸(200)에 수용되어 있는 심온트레이(226)의 전방으로 공급된 냉기가 상기 심온트레이(226)를 넘어 심온트레이의 저면과 심온케이스(210)의 바닥면 사이의 공간(h)을 통해 다시 열전소자모듈 수용부(53) 내부로 흡입되도록 하는 통로가 된다. 즉 하부의 흡입부(5332)는 냉각팬(190)에 의해 토출된 냉기가 전방으로 이동하며 심온냉동칸 내부 공간을 냉각하고, 즉시 심온트레이(226)의 하부 공간을 통해 열전소자모듈 수용부(53) 쪽으로 되돌아오도록 함으로써, 냉기가 빠르게 순환하도록 한다. 이러한 효과는 흡입부가 그릴부의 상하에 형성된 경우에 누릴 수 있는 효과이다. 다만 본 발명에 따르면 흡입부가 그릴부의 상하에 형성된 것에만 한정되는 것은 아니며, 그릴부의 좌우에도 별도로 또는 추가적으로 배치될 수 있다.
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.
심온트레이의 저면과 심온케이스의 바닥면 사이의 간격을 유지하기 위해 심온트레이와 바닥면에는 스페이서 기능을 하는 리브가 마련된다. 도 12를 참조하면 심온트레이(226)의 저면 중앙에서 하향 돌출된 리브(226a)의 하단부는 인사이드케이스(214)의 바닥의 상면과 접촉한다. 또한 상기 리브(226a)를 사이에 두고 양측에는 인사이드케이스 바닥면에서 상부로 돌출되어 상기 심온트레이의 저면과 접촉하는 리브(214b)가 더 구비된다. 심온트레이의 리브(226a)는 전후방향으로 길게 연장된 형태이며, 상기 인사이드케이스의 리브(214b)는 전후 방향으로 띄엄띄엄 마련된 구조일 수 있다.
이렇게 심온트레이(226)의 저면과 심온케이스(210)의 바닥면 사이의 공간으로 냉기가 원활하게 유동하기 위해서는, 상기 심온트레이의 측면이 심온케이스의 내측면과 약간 이격되고(거나), 심온트레이의 앞면이 심온칸도어(220)의 뒷면과 약간 이격되어 있어서, 냉각팬에 의해 전방으로 토출된 냉기가 심온트레이의 전방벽 또는 측벽을 타고 넘어 심온트레이(226)의 저면과 심온케이스(210)의 바닥면 사이로 유입되도록 하는 것이 좋다.
상기 흡입부들(5331, 5332)은 냉각팬(190)이 설치된 그릴부(531)의 상부와 하부에 배치되어 공기를 흡입하는 경로가 되고, 이렇게 상부와 하부로부터 열전소자모듈 수용부(53)의 내부 공간으로 흡입된 공기는 중간에 있는 냉각팬(190)의 후방인 공기흡입면(192)에서 발생하는 음압 부위 쪽으로 유동하며 콜드싱크(120)의 열교환핀(122)과 접촉하여 열교환하게 되는 것이다. 즉 흡입부가 상하에 있음으로 인해, 열전소자모듈 수용부 내에서도 냉기의 유동은 상하 방향으로 일어나게 된다. 이러한 점을 감안하여 본 발명에서는 열교환핀(122)이 상하로 길게 연장된 형태로 형성되도록 하였다. 따라서 열전소자모듈 수용부 내에서 유동하는 공기는, 상하로 연장된 열교환핀들 사이의 공간으로 유동하며 넓은 표면적에서 콜드싱크(120)와 접촉하여 열교환하게 된다.
이렇게 열교환핀을 상하로 길게 연장되도록 하는 것은 단지 공기의 유동만을 고려한 것이 아니다. 심온냉동칸(200) 내에는 극저온이 유지되기 때문에, 앞서 설명한 바와 같이 심온냉동칸(200)을 순환하는 냉기는 음식물의 수분을 일부 함유하며 콜드싱크(120)와 열교환하게 되고, 이에 따라 콜드싱크(120)에서는 결빙이 발생하며, 이러한 결빙수는 점점 성장하게 된다.
상기 센서 설치부(54)에 마련된 제상센서는 결빙수가 성장함에 따라 변화되는 온도나 습도의 변화를 감지하고, 그 감지 결과에 따라 제상의 실시 여부를 결정하게 된다. 제상이 이루어지면, 열교환핀(122)에 엉겨 붙어 있던 결빙수는 중력 방향을 따라 하방으로 흘러내려야 하는데, 본 발명에서는 이러한 점을 감안하여 콜트싱크(120)의 열교환핀(122)이 상하로 연장된 구조를 채택하였다. 즉 열교환핀(122)이 상하로 연장된 것은, 공기의 유동 방향과 일치할 뿐만 아니라, 제상수의 흐름을 원활하게 하기 위한 것이다. 또한 도시된 바와 같이 열교환핀이 끊어진 부분은 열전소자모듈조립체를 조립하기 위해 스크류가 고정되는 부분을 제외하고는, 제상수의 흐름을 원활하게 하기 위해, 열교환핀(122)이 끊어지지 않은 형태로 상하로 연장되도록 하였다.
이러한 열교환핀(122) 사이의 간격(k)은 약 2mm 이상이고 5mm 이하인 것이 바람직하다. 이들 간격이 2mm 이하인 경우에는 제상수가 장력에 의해 엉겨서 잘 흘러내리지 않는 문제가 있으며, 이들 간격이 5mm 이상인 경우에는 지나치게 단면적이 줄어들어 열교환 효율이 떨어지는 문제가 있다.
또한 이와 유사한 연유에서, 앞서 설명한 냉각팬의 공기흡입면(192)과 열교환핀(122) 선단부 사이의 간격(g)은 4mm 내지 7mm의 범위 내에서 상호 이격 배치되는 것이 바람직하다. 이들 사이의 간격이 4mm보다 좁으면 열교환핀의 결빙수가 팬 쪽으로 옮겨 붙을 우려가 있다. 이는 냉각팬의 작동의 신뢰성을 크게 떨어뜨린다. 또한 이들 사이의 간격이 7mm 이상이면 흡입부(533)를 통해 열전소자모듈 수용부 내부로 유입된 공기가 열교환핀과 접촉하지 않고 바로 냉각팬에 의해 되돌아나가는 비중이 커져 심온 냉동 효율을 크게 떨어뜨린다.
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 이러한 토출가이드(532)는 그릴부(531)의 원형 형상에 대응하여 원형의 유동 단면을 가지는 형태로 제작될 수도 있다.
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. 그리고 토출가이드(532)는 냉각팬의 공기토출면(191)에 대해 전방으로 약 15mm 내지 30mm 돌출 형성된다.
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 상기 토출가이드(532)의 돌출 길이가 15mm 이하인 경우, 공기토출면에서 토출된 공기가 흡입부로 즉시 재흡입 되어버리는 현상이 커져 유동 손실이 크게 발생하고, 이는 콜드싱크에서의 열교환 손실로도 이어진다. 토출가이드의 돌출 길이가 15 내지 30 mm 정도의 범위 내에서는 공기토출면에서 토출된 공기가 흡입부로 재흡입되는 현상이 현저히 줄게 되고, 공기토출면에서 토출된 공기의 직진 유동성을 더욱 가해준다는 이점이 있다. 반면 토출가이드의 돌출 길이가 30mm 이상인 경우에는 더 이상 공기의 직진 유동성은 향상되지 않으면서 심온냉동칸(200)의 내부 체적만 차지해버린다는 문제가 있다.
상기 토출가이드(532)의 단부는 도 23에 도시된 바와 같이 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.
본 발명의 실시예에서 토출가이드는 그릴부(531)를 전체적으로 둘러싸는 형태인 것이 예시되었으나, 흡입부로 냉기가 재유입되는 것을 방지하는 정도라면 그릴부(531) 둘레 중 흡입부가 마련된 영역에 대해서만 토출가이드(532)가 마련되는 형태를 적용할 수도 있음은 앞서 살핀바와 같다. 가령 상하에 각각 흡입부가 배치된 구조에서 토출가이드(532)는 냉각팬의 상부와 하부 쪽에 마련될 수 있다. 또한 흡입부가 냉각팬을 기준으로 좌우에 마련되어 있다면 토출가이드 역시 좌우에 마련될 수 있다.
아울러 토출가이드의 형상 역시 정사각형의 유동 단면을 가지는 것을 한정될 필요는 없으며, 팬의 형태와 대응하는 원형의 유동 단면이나, 기타 다양한 단면을 가지는 것이 가능하다.
[열전소자모듈 수용부가 적용된 쉬라우드 구조]
도 25는 쉬라우드에 팬과 열전소자모듈조립체가 조립되어 있는 상태를 나타낸 정면도, 도 26는 열전소자모듈조립체가 설치됨에 따라 냉기 분배 구조가 달라진 쉬라우드에서 가이드격벽의 변경 전 후의 형태를 각각 나타낸 정면 확대도, 도 27은 본 발명에 따라 가이드격벽을 변경하기 전과 변경한 후의 공기 유동을 해석한 도면, 도 28은 도 27의 E-E 단면도, 그리고 도 29은 도 27의 F-F 단면도이다.
심온냉동칸(200)이 설치되지 않은 냉동실 구조에 대비하여, 본 발명에서와 같이 심온냉동칸(200)이 설치됨으로 인해, 그릴팬어셈블리(50)의 그릴팬(51)과 쉬라우드(56) 사이에 형성되는 냉기의 분배 유동 공간 내에는 열전소자모듈 수용부(53)가 자리잡게 된다. 물론 열전소자모듈 수용부(53) 내에 수용된 열전소자모듈조립체(100)는 그릴팬(51)과 쉬라우드(56) 사이에 형성되는 냉기의 분배 유동 공간과는 격리 배치된다}. 따라서 열전소자모듈 수용부(53)가 차지하는 공간은 냉기의 분배 유동 공간으로 활용할 수 없게 된다. 하지만 앞서 설명한 바와 같이 열전소자모듈 수용부의 상부와 하부에는 냉동사이클 냉각장치(70)에 의해 냉각된 공기를 냉동실로 토출하기 위한 냉기토출구(52-2.52-4)가 여전히 구비되어 있으며, 냉동실 도어(22)를 포함하는 냉동실(40)의 모든 공간에 냉기를 골고루 공급하기 위해서 이들 냉기토출구(52-2,52-4)는 심온냉동칸(200)의 상부와 하부에 모두 위치해야 한다.
쉬라우드(56)의 대략 중앙부에는 쉬라우드(56)와 그릴팬(51)에 의해 규정되는 냉기 분배 유동 공간 내에 공기를 유동시키는 팬(57)이 구비된다. 또한 쉬라우드(56)의 중앙부로서 상기 팬(57)의 흡입면 쪽과 마주하는 위치에는 냉기흡입공(58)이 마련되어 있다. 냉기흡입공(58)은 증발기(77a, 77)가 배치되는 그릴팬어셈블리(50)와 이너케이스(12) 사이의 공간에서 증발기에 의해 냉각된 냉기를 상기 쉬라우드(56)와 그릴팬(51)에 의해 규정되는 냉기 분배 유동 공간 내로 유입시키는 통로가 된다. 상기 팬(57)은 시로코 팬으로서, 상기 냉기흡입공(58)에서 흡입되는 공기를 도 25에 도시된 바와 같이 팬의 반경 방향으로 토출한다.
그릴팬(51)에 마련된 냉기토출구들(52)은 도시된 바와 같이 상기 쉬라우드(56)를 기점으로 상방 좌측(52-1), 상방 우측(52-2), 하방 좌측(52-3), 하방 우측(52-4)에 마련되어 있으며, 상기 열전소자모듈 수용부(53)는 상기 그릴팬(51)에서 우측에 마련되어 있다. 상기 열전소자모듈 수용부(53)로 인해 상방 우측, 하방 우측에 마련된 냉기토출구에 원활하게 냉기를 공급하기 위해서는, 상기 상방 우측과 하방 우측, 특히 비좁은 유동로를 가지는 상방 우측으로 공급되는 냉기가 원활하게 공급될 수 있도록 하는 구조가 요구된다.
도 25에 도시된 쉬라우드(56)에 설치된 팬(57)은 반시계방향으로 회전하며, 이에 따라 도시된 화살표 방향으로 냉기가 토출된다. 이에 본 발명에서는 도면 상 팬의 우측 상부에, 우측으로 볼록한 유선 형태의 열전소자모듈측 상부 가이드격벽(591)을 설치함으로써 우측 상부에 마련된 냉기토출구(52-2)로 유동하는 냉기를 안내하고, 상기 가이드격벽(591)으로부터 좌측으로 이어지며 오목한 유선 형태의 타측 상부 가이드격벽(593)을 마련함으로써 좌측 상부에 마련된 냉기토출구(52-1)로 유동하는 냉기를 안내한다.
이와 유사하게, 팬의 좌측 하부에, 좌측으로 볼록한 유선 형태의 타측 하부 가이드격벽(592)를 설치함으로써 좌측 하부에 마련된 냉기토출구(52-3)로 유동하는 냉기를 안내하고, 상기 가이드격벽(592)으로부터 우측으로 이어지며 오목한 유선 형태의 열전소자모듈측 하부 가이드격벽(594)을 마련함으로써 우측 하부에 마련된 냉기토출구(52-4)로 유동하는 냉기를 안내한다.
도 25를 참조하면, 팬(57)으로부터 타측 상부와 하부의 냉기토출구로 향하는 유동 단면적은 냉기토출구로 토출되는 냉기의 유동 속도를 확보하기에 충분하다. 또한 팬(57)이 반시계방향으로 회전하므로 팬으로부터 열전소자모듈측 하부의 냉기토출구로 향하는 유동 단면적도 냉기토출구로 토출되는 냉기의 유동 속도를 확보하기에 부족함이 없다. 반면 팬으로부터 열전소자모듈측 상부의 냉기토출구로 향하는 유동 단면적은 크게 감소된 형태를 가진다.
이에 본 발명에서는 도 26에 도시된 바와 같이 열전소자모듈측 상부 가이드격벽(591)을 타측 하부 가이드격벽(592)보다 더욱 볼록하게 형성하였다. 타측 하부 가이드격벽(592)의 곡률반경이 적용된 프로파일을 도시한 도 26의 도면부호 591-1 의 라인을 살펴보면, 열전소자모듈측 상부 가이드격벽(591)이 더욱 작은 곡률반경을 가지고 있어 우측으로 더 볼록하게 되어 있음을 확인할 수 있다.
도 27을 참조하면, 우측 상부의 가이드격벽이 상기 591-1의 프로파일을 따르는 경우를 도시한 (a)와 대비하여, 우측 상부 가이드격벽을 더 볼록하게 한 프로파일을 따르는 경우를 도시한 (b)에서, 우측 상부의 냉기토출구(52-2)를 향해 유동하는 냉기가 더 빠르게 가속됨을 확인할 수 있다. 이러한 결과, 도 28에 도시된 바와 같이 심온냉동칸(200)이 마련된 우측에도 냉기토출구(52-2)를 통해 토출되는 냉기가 빠르게 토출되어 전방까지 잘 도달함을 확인할 수 있다. 또한 도 29에 도시된 바와 같이, 심온냉동칸(200)의 상부와 하부의 냉기토출구(52-2,52-4)에서 토출되는 냉기가 모두 빠른 속도로 토출되어 냉동실 도어(22)까지 잘 도달함을 확인할 수 있다.
또한 본 발명에서는, 상술한 열전소자모듈측 상부 가이드격벽(591)의 프로파일에 더하여, 도 25에 도시된 바와 같이 열전소자모듈측 상부 가이드격벽(591)의 하부에 서브 가이드격벽(595)을 더 설치한 구조를 제공한다.
상기 서브 가이드격벽(595)은 상기 팬의 하부에서 시작하여 상기 열전소자모듈 수용부 쪽으로 연장되되, 상기 팬에서 멀어질수록 점점 상향 만곡하는 유선형 프로파일을 갖는다. 이러한 유선형 프로파일은 아래로 볼록한 형태로서 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 측벽과 자연스럽게 연결되는 형태로 종결된다.
이러한 서브 가이드격벽(595)에 의하면, 평평한 열전소자모듈 수용부의 측벽과 부딪혀 유동 손실되는 냉기의 양을 현저히 줄여주기 때문에, 열전소자모듈 수용부(53)의 상부에 배치된 냉기토출구로 유동하는 냉기를 더욱 가속할 수 있게 된다.
<01>
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.
<02>
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
595: 열전소자모듈측 서브 가이드격벽
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: 하부가이브부
213: 아우터케이스
214: 인사이드케이스
214b: 리브
220: 심온칸도어
226: 심온트레이
226a: 리브
227: 개방홈
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
595: 열전소자모듈측 서브 가이드격벽
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: 하부가이브부
213: 아우터케이스
214: 인사이드케이스
214b: 리브
220: 심온칸도어
226: 심온트레이
226a: 리브
227: 개방홈
Claims (17)
- 냉동사이클 냉각장치(70)에 의해 냉각되는 저장공간(30,40);
상기 저장공간냉동실 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 상기 벽체의 전면과 대응되는 상기 벽체의 후면에 위치하여 상기 케이스로 냉기를 공급하는 열전소자모듈조립체(100);를 포함하고,
상기 열전소자모듈조립체(100)는 전방으로부터 후방으로 콜드싱크(120), 열전소자(130), 및 히트싱크(150)를 차례로 포함하며,
상기 콜드싱크(120)의 전방에는 냉각팬(190)이 구비되고,
상기 냉각팬과 상기 심온케이스의 저장공간 사이에는 그릴부(531)가 위치하고,
상기 냉각팬과 대응되는 그릴부(531)의 중앙부에는 상기 심온케이스의 저장공간으로 냉기가 토출되는 공기토출면(191)이 형성되며, 상기 공기토출면 주변에 적어도 상기 심온케이스의 저장공간 쪽으로 돌출된 토출가이드(532)를 포함하는 냉장고.
- 청구항 1에 있어서,
상기 토출가이드(532)는 상기 그릴부(531)의 가장자리에서 전방으로 연장된 형태를 포함하는 냉장고.
- 청구항 1에 있어서,
상기 토출가이드는 상기 냉각팬의 공기토출면으로부터 전방으로 15 mm 내지 30 mm 돌출 연장된 냉장고.
- 청구항 1에 있어서,
상기 열전소자모듈조립체는 상기 벽체에서 전방으로 돌출된 열전소자모듈 수용부(53)에 수용되고,
상기 열전소자모듈 수용부(53)에는 상기 심온케이스의 저장 공간의 공기를 열전소자모듈 수용부(53) 내측 공간으로 흡입하는 통로가 되는 흡입부(533)가 구비되며,
상기 흡입부(533)는 전방을 향해 개방된 형태이고, 상기 흡입부(533)의 형성 면과 상기 냉각팬의 공기 토출면은 실질적으로 동일한 평면 상에 배치되는 냉장고.
- 청구항 1에 있어서,
상기 냉각팬(190)의 후방에 배치되는 냉각팬의 공기흡입면(192)은 상기 열전소자모듈조립체(100)의 콜드싱크(120)와 마주하며,
상기 콜드싱크(120)와 4 mm 내지 7 mm의 범위에서 이격 배치되는 냉장고.
- 청구항 1에 있어서,
냉각팬(190)의 후방에 배치되는 냉각팬의 공기흡입면(192)은 상기 열전소자모듈조립체(100)의 콜드싱크(120)와 마주하며,
상기 콜트싱크(120)의 전방에 돌출 형성된 열교환핀(122)은 끓어지지 않는 형태로 상하방향으로 연장된 형태로서, 복수 개가 좌우로 2 mm 내지 5 mm의 범위 내에서 상호 이격 배치되는 냉장고.
- 냉동사이클 냉각장치에 의해 냉각되는 저장공간(30,40) 내부에 심온냉동칸(200)을 구비하는 냉장고로서,
상기 저장공간(30,40)의 후방에 설치되어 상기 저장공간의 후방 측 범위를 규정하는 벽체(12,51);
상기 벽체의 전면(front face)으로부터 전방으로 돌출된 형태로 마련되며, 내부에 열전소자모듈조립체(100)가 수용되는 열전소자모듈 수용부(53);
상기 심온냉동칸(200)의 외관을 규정하며, 전방이 개방되고, 후방에는 상기 열전소자모듈수용부(53)가 삽입되는 개방구(211)가 구비되는 심온케이스(210);
상기 심온케이스(210)의 개구된 전방을 개폐하는 심온칸도어(220);
상기 심온칸도어(220)의 후방에 설치되며, 상기 심온칸도어(220)가 상기 심온케이스의 개구된 전방을 개폐함에 따라 상기 심온케이스에 의해 규정되는 저장공간에 인출 및 인입되는 심온트레이(226);
상기 열전소자모듈 수용부의 전방에 설치되어 전방으로 냉기를 토출하는 냉각팬(190);
상기 열전소자모듈 수용부의 상기 냉각팬 설치 위치보다 전방으로 돌출 연장되어 상기 냉각팬(190)의 공기 토출면에서 토출된 냉기의 유동을 전방으로 가이드하는 토출가이드(532);
상기 심온트레이(226)의 후방면에 마련되고, 상기 토출가이드(532)의 적어도 일부분과과 대응하는 형상을 가지며, 상기 심온트레이(226)가 인입된 상태에서 상기 토출가이드의 전방 단부와 마주하게 되는 개방홈(227); 및
상기 열전소자모듈 수용부에서 상기 토출가이드를 사이에 두고 상기 냉각팬 설치 위치의 반대편에 마련되며, 상기 심온냉동 공간의 공기를 열전소자모듈 수용부의 내측 공간으로 흡입하는 흡입부(533);를 포함하는 냉장고.
- 청구항 7에 있어서,
상기 열전소자모듈 수용부에서 상기 토출가이드를 사이에 두고 상기 냉각팬 설치 위치의 상부에 흡입부가 마련되고,
상기 심온트레이의 후방면에 마련된 개방홈(227)은 상부가 개방되고 상기 토출가이드(532)의 양측면 및 하부면과 대응하는 형상을 포함하는 냉장고.
- 청구항 7에 있어서,
상기 열전소자모듈 수용부에서 상기 토출가이드를 사이에 두고 상기 냉각팬 설치 위치의 하부에 흡입부가 마련되고,
상기 심온트레이의 측면이 상기 심온케이스(210)의 내측면과 이격되거나, 상기 심온트레이의 앞면이 상기 심온칸도어(220)의 뒷면과 이격되고,
상기 심온트레이의 저면은 상기 심온케이스의 내측 밑면과 이격되는 냉장고.
- 청구항 9에 있어서,
상기 심온트레이의 저면은 상기 심온케이스의 내측 밑면과 4 mm 내지 7mm 의 범위 내에서 상호 이격된 냉장고.
- 청구항 10에 있어서,
상기 심온트레이의 저면 또는 상기 심온케이스의 내측 밑면에는 상기 심온트레이와 심온케이스의 간격을 유지하는 리브(214b 또는 226a)가 마련되는 냉장고.
- 청구항 7에 있어서,
상기 열전소자모듈조립체(100)는,
전원을 제1방향으로 인가하였을 때 흡열이 일어나는 흡열면(130a) 및 이와 대향하는 면에 마련며 발열이 일어나는 발열면(130b)을 구비하는 열전소자(130);
상기 흡열면(130a)과 접하고, 상기 냉각팬과 매주하는 콜드싱크(120);
상기 발열면(130b)과 접하는 히트싱크(150); 및
상기 콜드싱크(120)와 히트싱크(150)가 마주하는 공간으로서 상기 열전소자(130)가 배치되지 않은 공간에 적층되는 단열재(140);를 포함하고,
상기 열전소자(130)와 히트싱크(150)는, 상기 벽체에 의해 규정되는 저장공간의 후방 면보다 더 후방에 배치되는 냉장고.
- 청구항 12에 있어서,
상기 콜드싱크(120)의 전단부(front end)는 상기 벽체에 의해 규정되는 저장공간의 후방 면(D-D)보다 더 전방에 배치되는 냉장고.
- 청구항 12에 있어서,
상기 열전소자모듈조립체는, 상기 콜드싱크, 열전소자, 단열재 및 히트싱크를 수용하며 고정하는 모듈하우징(110)을 더 포함하고,
상기 모듈하우징(110)은 상기 벽체인 그릴팬(51)에 대해 고정되며,
상기 모듈하우징(110)은 후방으로 연장된 스페이서(111)를 구비하고,
상기 스페이서의 후단부는 상기 그릴팬어셈블리(50)의 후방에 배치되는 냉장고 본체(10)의 이너케이스(12)에 의해 지지되는 냉장고.
- 냉동실에 공급되는 냉기를 분배하는 쉬라우드(56)가 설치되는 그릴팬(51)을 포함하고, 심온케이스(210)에 의해 규정되는 심온냉동 공간을 냉각하는 열전소자모듈조립체(100)가 수용되는 냉동실의 그릴팬어셈블리(50) 구조로서,
상기 그릴팬(51)의 양측에 각각 마련되며 전방을 향해 개방된 제1냉기토출구(52-1,52-2);
상기 그릴팬의 양측에 마련되되 상기 제1냉기토출구보다 하부에 배치되며 전방을 향해 개방된 제2냉기토출구(52-3.52-4);
상기 제1냉기토출구(52-2)와 제2냉기토출구(52-4) 사이에 마련되며, 상기 열전소자모듈조립체가 수용되는 열전소자모듈 수용부(53);
상기 그릴팬(51)과 쉬라우드(56)에 의해 규정되는 냉기 분배 공간에서 상기 제1냉기토출구와 제2냉기토출구가 배치되는 위치에 대해 중앙 부근에 배치되는 팬(57);
상기 팬(57)이 설치된 위치와 대응하는 위치에 마련되어 냉동사이클의 증발기에서 냉각된 냉기가 유동하는 통로가 되는 냉기흡입공(58);
상기 쉬라우드(56)에 마련되며, 상기 팬에 의해 상기 냉기흡입공을 통해 유입된 공기를 상기 열전소자모듈 수용부(53) 상부에 마련된 제1냉기토출구로 안내하는 열전소자모듈측 상부 가이드격벽(591); 및
상기 쉬라우드(56)에 마련되며, 상기 팬을 기준으로 상기 열전소자모듈측 상부 가이드격벽(591)이 마련된 위치와 대향하는 위치에 마련되는 타측 하부 가이드격벽(592);을 포함하고,
상기 열전소자모듈측 상부 가이드격벽(591)의 곡률반경이 상기 타측 하부 가이드격벽(592)의 곡률반경보다 더 작은 그릴팬어셈블리.
- 청구항 15에 있어서,
상기 열전소자모듈측 상부 가이드격벽(591)의 하부에는, 상기 열전소자모듈 수용부(53) 상부에 마련된 제1냉기토출구(52-2)로 냉기를 안내하도록 상기 팬에서 멀어질수록 점점 상향 연장되는 유선형의 열전소자모듈측 서브 가이드격벽(595)을 더 포함하는 그릴팬어셈블리.
- 청구항 16에 있어서,
상기 열전소자모듈측 서브 가이드격벽(595)은 상기 팬의 하부로부터 상기 열전소자모듈 수용부(53)의 측면까지 연장되는 그릴팬어셈블리.
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