KR20180104980A

KR20180104980A - 냉장고

Info

Publication number: KR20180104980A
Application number: KR1020170031978A
Authority: KR
Inventors: 김석현; 오민규; 설혜연; 최지훈; 임형근
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2018-09-27
Also published as: US10704812B2; US20180266736A1; EP3376134B1; EP3376134A1; KR102274676B1

Abstract

본 발명의 냉장고는, 저장실의 온도를 측정하도록 형성되는 센서부; 열전소자와 적어도 하나의 팬을 구비하고, 상기 저장실을 냉각하도록 형성되는 열전소자모듈; 및 상기 팬의 회전 속도를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 팬의 회전 속도는, (a) 상기 센서부에 의해 측정되는 저장실의 온도 조건과 (b) 초기 전원 투입 조건에 근거하여 결정되며, 상기 (a) 저장실의 온도 조건은, 상기 저장실의 온도가 사용자에 의해 입력된 설정 온도를 포함하는 제1 온도 구간, 상기 제1 온도 구간보다 높은 온도의 제2 온도 구간, 및 상기 제2 온도 구간보다 높은 온도의 제3 온도 구간 중 어느 구간에 속하는지에 의해 결정되고, 상기 팬은 상기 제1 온도 구간에서 0보다 큰 값의 제1 회전 속도로 회전되고, 상기 제2 온도 구간에서 상기 제1 회전 속도 이상의 제2 회전 속도로 회전되며, 상기 제3 온도 구간에서 상기 제1 회전 속도 초과 그리고 상기 제2 회전 속도 이상의 제3 회전 속도로 회전되고, 냉장고에 (b) 초기 전원이 투입되는 경우에는, 상기 저장실의 온도가 상기 제3 온도 구간에서 상기 제2 온도 구간으로 하강 진입한 후 상기 제2 온도 구간에 속하는 기설정된 온도에 도달하기 전까지 상기 팬이 계속해서 상기 제3 회전 속도를 초과하는 회전 속도로 회전된다.

Description

냉장고{REFRIGERATOR}

본 발명은 열전소자모듈을 구비하여 저소음으로 높은 냉장 성능을 나타내는 냉장고에 관한 것이다.

열전소자는 펠티어 효과(Peltier Effect)를 이용하여 흡열과 발열을 구현하는 소자를 가리킨다. 펠티어 효과는 소자의 양 단에 전압을 인가하면, 전류의 방향에 따라 한쪽 면에서는 흡열 현상이 발생하고, 반대쪽 면에서는 발열 현상이 일어나는 효과를 가리킨다. 이 열전소자는 냉동사이클 장치 대신 냉장고에 이용될 수 있다.

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

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

그리고, 사용자가 상기 식품 저장공간에 저장된 식품을 편리하게 적치하거나, 인출하기 위해, 냉장고는 다수개의 선반과 서랍 등을 상기 식품 저장공간 내부에 구비한다.

식품 저장공간을 냉각하는 냉동장치가 압축기, 응축기, 팽창기, 증발기 등으로 이루어진 냉동사이클 장치로 구현되면, 압축기에서 발생되는 진동과 소음을 원천적으로 차단하기 어렵다. 특히 최근에는 화장품 냉장고 등과 같이 냉장고의 설치 장소가 주방으로만 한정되지 않고 거실이나 침실 등으로 확장되고 있는데, 소음과 진동이 원천적으로 차단되지 못한다면 냉장고 사용자에게 큰 불편을 일으키게 된다.

열전소자를 냉장고에 적용하면 냉동사이클 장치 없이도 식품 저장공간을 냉각할 수 있다. 특히 열전소자는 압축기와 달리 소음과 진동을 발생시키지 않는다. 따라서, 열전소자가 냉장고에 적용된다면 주방 이외의 공간에 냉장고를 설치하더라도 소음과 진동의 문제를 해결할 수 있다.

이와 관련하여 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0057216호(2010.05.31.)에는 열전소자를 이용하여 제빙실을 냉각하는 구성이 개시되어 있다. 또한 대한민국 공개특허공보 특1997-0002215호(1997.01.24.)에는 열전소자를 구비하는 냉장고의 제어 방법이 개시되어 있다.

그러나 열전소자를 이용하여 얻을 수 있는 냉력은 냉동사이클 장치에 비해 작다. 또한 열전소자는 냉동사이클 장치와는 구별되는 고유의 특성을 갖는다. 따라서 냉동사이클 장치를 구비하는 냉장고와는 다른 냉각 운전 방법이 열전소자를 구비하는 냉장고에 적용되어야 한다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0057216호(2010.05.31.) 대한민국 공개특허공보 특1997-0002215호(1997.01.24.)

본 발명의 일 목적은 전압의 극성에 따라 냉각 또는 발열을 하는 열전소자의 특성을 고려하여 열전소자와 팬을 구비하는 냉장고에 적합한 제어 방법과 이 제어 방법에 의해 제어되는 냉장고를 제안하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 저장실의 온도 조건과 초기 전원 투입 조건에 근거하여 열전소자모듈의 팬을 세부적으로 제어할 수 있는 제어 방법과 이 제어 방법에 의해 제어되는 냉장고를 가공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 저장실의 온도에 따라 충분한 냉각 성능뿐만 아니라 팬 소음 감소를 동시에 구현할 수 있는 제어 방법과 이 제어 방법에 의해 제어되는 냉장고를 제시하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 냉장고는, 저장실의 온도를 측정하도록 형성되는 센서부; 열전소자와 적어도 하나의 팬을 구비하고, 상기 저장실을 냉각하도록 형성되는 열전소자모듈; 및 상기 팬의 회전 속도를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 팬의 회전 속도는 (a) 3단계로 구분되는 저장실의 온도 조건과 (b) 초기 전원 투입 조건에 근거하여 결정된다.

구체적으로 센서부에 의해 측정되는 상기 저장실의 온도 조건은, 상기 저장실의 온도가 사용자에 의해 입력된 설정 온도를 포함하는 제1 온도 구간, 상기 제1 온도 구간보다 높은 온도의 제2 온도 구간, 및 상기 제2 온도 구간보다 높은 온도의 제3 온도 구간 중 어느 구간에 속하는지에 의해 결정된다.

상기 팬은 상기 제1 온도 구간에서 0보다 큰 값의 제1 회전 속도로 회전되고, 상기 제2 온도 구간에서 상기 제1 회전 속도 이상의 제2 회전 속도로 회전되며, 상기 제3 온도 구간에서 상기 제1 회전 속도 초과 그리고 상기 제2 회전 속도 이상의 제3 회전 속도로 회전된다.

냉장고에 (b) 초기 전원이 투입되는 경우에는, 상기 저장실의 온도가 상기 제3 온도 구간에서 상기 제2 온도 구간으로 하강 진입한 후 상기 제2 온도 구간에 속하는 기설정된 온도에 도달하기 전까지 상기 팬이 계속해서 상기 제3 회전 속도를 초과하는 회전 속도로 회전된다.

상기 냉장고에 (b) 초기 전원이 투입되는 경우에는, 상기 저장실의 온도가 상기 기설정된 온도에 도달한 이후부터 상기 제1 온도 구간으로 하강 진입 하기 전까지 상기 팬이 계속해서 상기 제3 회전 속도로 회전되며, 상기 저장실의 온도가 상기 제1 온도 구간으로 하강 진입한 이후에는 상기 저장실의 온도 조건이 변경되기 전까지 상기 팬이 상기 제1 회전 속도로 회전된다.

상기 저장실의 온도가 상기 제1 온도 구간에서 상기 제2 온도 구간으로 진입하는 상승 진입 온도는, 상기 저장실의 온도가 상기 제2 온도 구간에서 상기 제1 온도 구간으로 진입하는 하강 진입 온도보다 높고, 상기 저장실의 온도가 상기 제2 온도 구간에서 상기 제3 온도 구간으로 진입하는 상승 진입 온도는, 상기 저장실의 온도가 상기 제3 온도 구간에서 상기 제2 온도 구간으로 진입하는 하강 진입 온도보다 높다.

상기 저장실의 온도가 상기 제1 온도 구간에서 상기 제2 온도 구간으로 진입하는 상승 진입 온도는 사용자에 의해 입력된 설정 온도보다 높고, 상기 저장실의 온도가 상기 제2 온도 구간에서 상기 제1 온도 구간으로 진입하는 하강 진입 온도는 사용자에 의해 입력된 설정 온도보다 낮다.

상기 기설정된 온도는 상기 저장실의 온도가 상기 제3 온도 구간에서 상기 제2 온도 구간으로 진입하는 하강 진입 온도에 해당한다.

상기 열전소자모듈은, 상기 열전소자의 흡열부와 접촉하도록 배치되고, 상기 저장실과 열 교환하도록 이루어지는 제1 히트 싱크; 및 상기 열전소자의 흡열부와 접촉하도록 배치되고, 상기 저장실의 외부 영역과 열 교환하도록 이루어지는 제2 히트 싱크를 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 팬은, 상기 제1 히트 싱크를 마주보도록 설치되며, 상기 제1 히트 싱크의 열 교환을 촉진하도록 바람을 일으키는 제1 팬; 및 상기 제2 히트 싱크를 마주보도록 설치되며, 상기 제2 히트 싱크의 열교환을 촉진하도록 바람을 일으키는 제2 팬을 포함한다.

상기 제2 팬의 회전 속도는 상기 제1 팬의 회전 속도보다 빠르다.

상기 팬은 상기 열전소자모듈에 착상된 서리를 제거하는 제상 운전 시 회전되며, 상기 팬은 (b) 초기 전원 투입 시 보다 상기 제상 운전 시에 더 느리게 회전된다.

상기 센서부는 상기 저장실의 습도 또는 상기 팬의 풍압을 측정하도록 형성되고, 상기 제어부는 상기 센서부에 의해 측정되는 상기 저장실의 온도나 습도, 상기 센서부에 의해 측정되는 상기 팬의 풍압, 또는 상기 열전소자모듈의 작동 적산 시간에 근거하여 제상 운전을 가동하도록 형성된다.

상기 제상 운전은 상기 열전소자의 작동을 정지시키고, 상기 제1 팬을 계속해서 회전시키며, 상기 제2 팬의 작동을 정지시키도록 구성된다.

상기 제상 운전은, 상기 열전소자의 작동이 정지되고 상기 제1 팬이 계속 회전하는 상태에서 상기 제2 팬을 기설정된 시간 경과 후에 다시 회전시키도록 구성된다.

상기 제상 운전은 상기 열전소자에 역전압을 가하고, 상기 제1 팬과 상기 제2 팬을 계속해서 회전시키도록 구성된다.

상기 제상 운전은 상기 열전소자의 작동을 정지시키고, 상기 제1 팬과 상기 제2 팬 중 적어도 하나를 계속해서 회전시키도록 구성된다.

상기 열전소자에 역전압이 가해지면 상기 제1 팬과 상기 제2 팬이 계속해서 회전한다.

상기 열전소자의 작동이 정지되면 상기 제1 팬과 상기 제2 팬 중 적어도 하나가 계속해서 회전한다.

상기 제1 온도 구간에서 상기 열전소자의 작동이 정지되면 상기 제1 팬과 상기 제2 팬이 계속해서 회전한다.

상기 센서부는 상기 저장실의 습도 또는 상기 팬의 풍압을 측정하도록 형성되고, 상기 제어부는 상기 센서부에 의해 측정되는 상기 저장실의 온도나 습도, 상기 센서부에 의해 측정되는 상기 팬의 풍압, 또는 상기 열전소자모듈의 작동 적산 시간에 근거하여 제상 운전을 가동하도록 형성되며, 상기 제상 운전은 상기 열전소자의 작동을 정지시키고, 상기 제1 팬을 계속해서 회전시키며, 상기 제2 팬의 작동을 정지시키도록 구성된다.

상기 냉장고는 상기 저장실을 개폐하도록 형성되는 도어를 더 포함하고, 상기 도어가 열렸다가 닫힌 후 기설정된 시간 내에 상기 저장실의 온도가 기설정된 온도만큼 상승한 경우 상기 제어부는 부하 대응 운전을 가동하도록 형성되며, 상기 부하 대응 운전은, 상기 저장실의 온도가 상기 제1 온도 구간, 상기 제2 온도 구간 및 상기 제3 온도 구간 중 어느 구간에 속하는지에 무관하게 상기 팬이 상기 제3 회전 속도로 회전되도록 구성되고, 상기 팬은 (b) 초기 전원 투입 시 보다 상기 부하 대응 운전 시 더 느리게 회전된다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면 열전소자의 출력을 결정하는 근거가 되는 저장실의 온도가 3단계로 구분되어 있으므로 2단계로 구분된 경우보다 더욱 세부적인 제어가 가능하다. 구체적으로 사용자에 의해 입력된 설정 온도를 포함하는 제1 온도 구간에서는 팬이 0보다 큰 값의 저속제1 회전 속도)으로 회전되므로 팬에 의한 소음을 감소시킬 수 있다. 저장실의 온도가 제1 온도 구간에서 제2 온도 구간으로 상승 진입하면 팬의 회전 속도가 제1 회전 속도에서 제2 회전 속도로 증가한다. 마찬가지로 저장실의 온도가 제2 온도 구간에서 제3 온도 구간으로 진입하면 팬의 회전 속도가 제2 회전 속도에서 제3 회전 속도로 증가하여 열전소자와 함께 저장실을 신속하게 냉각할 수 있다. 제2 온도 구간은 신속한 냉각과 팬 소음 감소를 절충한 구간에 해당한다.

특히 저장실의 온도가 제1 온도 구간에 해당한다는 것은 사용자에 의해 입력된 설정 온도를 만족한다는 것임에도 불구하고 제1 온도 구간에서 팬은 0보다 큰 값의 제1 회전 속도로 회전된다. 열전소자의 작동이 정지되더라도 열전소자의 흡열부의 온도는 서서히 증가하기 때문에 제1 팬이 제1 온도 구간에서 계속하여 회전되면 저장실의 온도 상승을 지연시킬 수 있다.

또한 본 발명은, 저장실의 온도 조건뿐만 아니라 초기 전원 투입 조건에 근거하여 팬의 회전 속도를 제어한다. 초기 전원 투입 조건에서는 저장실의 온도가 제3 온도 조건에서 제2 온도 조건으로 하강 진입하더라도 팬의 회전 속도가 고속으로 유지되므로, 저장실의 온도가 신속하게 제1 온도 조건으로 하강 진입할 수 있다.

또한 본 발명은, 열전소자모듈을 구비하는 냉장고에 적합한 제상 운전, 부하 대응 운전을 제공하여 높은 제상 효율과 팬 소음 감소를 구현할 수 있고, 신속하게 부하에 대응할 수 있다.

도 1은 열전소자모듈을 구비하는 냉장고의 일 예를 보인 개념도다.
도 2는 열전소자모듈의 분해 사시도다.
도 3은 본 발명에서 제안하는 냉장고의 제어 방법을 보인 흐름도다.
도 4는 저장실의 온도가 제1 온도 구간 내지 제3 온도 구간 중 어느 구간에 속하는지에 근거한 냉장고의 제어 방법을 설명하기 위한 개념도다.
도 5는 열전소자모듈을 구비하는 냉장고의 제상 운전 제어를 보인 흐름도다.
도 6은 열전소자모듈을 구비하는 냉장고의 부하 대응 운전 제어를 보인 흐름도다.

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

도 1은 열전소자모듈(170)을 구비하는 냉장고(100)의 일 예를 보인 개념도다.

본 발명의 냉장고(100)는 협탁(small side table)과 냉장고(100)의 기능을 동시에 수행하도록 이루어진다. 협탁은 본래 침대 옆이나 주방의 한 켠에 두고 사용하는 작은 탁자를 가리킨다. 협탁은 그 윗면에 스탠드 등을 올려 놓을 수 있도록 이루어지고, 그 내부에는 소품을 수납할 수 있도록 이루어진다. 본 발명의 냉장고(100)는 스탠드 등을 올려 놓을 수 있는 협탁 본래의 기능을 그대로 유지하면서, 그 내부에 식품 등을 저온으로 보관할 수 있도록 이루어진다.

도 1을 참조하면, 냉장고(100)의 외관은 캐비닛(110)(cabinet)과 도어(130)(door)에 의해 형성된다.

캐비닛(110)은 이너 케이스(111), 아웃 케이스(112) 및 단열재(113)에 의해 형성된다.

이너 케이스(111)는 아웃 케이스(112)의 내측에 설치되며, 식품을 저온으로 저장할 수 있는 저장실(120)을 형성한다. 냉장고(100)가 협탁으로 사용되기 위해서는 냉장고(100)의 크기가 제한적일 수 밖에 없으므로, 이너 케이스(111)에 의해 형성되는 저장실(120)의 크기도 약 200L 이하로 제한되어야 한다.

아웃 케이스(112)는 협탁 형상의 외관을 형성한다. 냉장고(100)의 전면부는 도어(130)가 설치되므로, 아웃 케이스(112)는 냉장고(100)의 전면부를 제외한 나머지 부분의 외관을 형성한다. 아웃 케이스(112)의 윗면은 스탠드 등의 소품을 올려 놓을 수 있도록 평평하게 형성되는 것이 바람직하다.

단열재(113)는 이너 케이스(111)와 아웃 케이스(112)의 사이에 배치된다. 단열재(113)는 상대적으로 뜨거운 외부로부터 상대적으로 찬 저장실(120)로 열이 전달되는 것을 억제하도록 이루어진다.

도어(130)는 캐비닛(110)의 전면부에 장착된다. 도어(130)는 캐비닛(110)과 함께 냉장고(100)의 외관을 형성된다. 도어(130)는 슬라이드 이동에 의해 저장실(120)을 개폐하도록 이루어진다. 도어(130)는 냉장고(100)에 두 개(131, 132) 이상 구비될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 각각의 도어(130)는 상하 방향을 따라 배치될 수 있다.

저장실(120)에는 공간의 효율적이 활용을 위한 드로워(drawer)(140)가 설치될 수 있다. 드로워(140)는 저장실(120) 내에서 식품 보관 영역을 형성하게 되다. 드로워(140)는 도어(130)에 결합되고, 도어(130)의 슬라이드 이동을 따라 저장실(120)로부터 인출 가능하게 형성된다.

두 개의 드로워(141, 142)가 도어(130)와 마찬가지로 상하 방향을 따라 배치될 수 있다. 하나의 도어(131)(132)마다 하나씩의 드로워(141)(142)가 결합되어, 각각의 도어(131)(132)를 슬라이드 이동시킬 때마다 각 도어(131)(132)에 결합된 드로워(141)(142)가 도어(131)(132)를 따라 저장실(120)로부터 인출될 수 있다.

저장실(120) 뒤에는 기계실(150)이 형성될 수 있다. 기계실(150)을 형성하기 위해 아웃 케이스(112)는 격벽(112a)을 구비할 수 있다. 이 경우 단열재(113)는 격벽(112a)과 이너 케이스(111) 사이에 배치된다. 기계실(150)에는 냉장고(100)의 구동을 위한 각종 전기 설비와 기계 설비 등이 설치될 수 있다.

캐비닛(110)의 바닥면에는 지지대(160)가 설치될 수 있다. 지지대(160)는 도 1에 도시된 바와 같이 캐비닛(110)을 냉장고(100)가 설치될 바닥으로부터 이격시키도록 형성될 수 있다. 침실 등에 설치되는 냉장고(100)는 주방에 설치되는 냉장고(100)보다 사용자의 접근 빈도가 높다. 따라서 냉장고(100)와 바닥 사이에 누적되는 먼지를 쉽게 청소하기 위해서는 냉장고(100)가 바닥으로부터 이격되는 것이 바람직하다. 지지대(160)는 냉장고(100)가 설치될 바닥으로부터 캐비닛(110)을 이격시키므로, 이 구조를 이용하면 청소를 용이하게 할 수 있다.

냉장고(100)는 가정 내의 다른 가전 제품과 달리 24시간 내내 작동한다. 따라서 침대 옆에 냉장고(100)가 놓여진다면, 특히 밤 시간에 냉장고(100)에서 소음과 진동이 침대에서 잠을 자는 사람에게 전달되게 되어 수면을 방해하게 된다. 그러므로 냉장고(100)가 침대 옆에 배치되어 협탁과 냉장고(100)의 기능을 동시에 수행하기 위해서는, 냉장고(100)의 저소음 및 저진동 성능이 충분히 확보되어야 한다.

만약 냉장고(100)의 저장실(120)을 냉각하는 용도로 압축기를 포함하는 냉동사이클 장치가 사용된다면, 압축기에서 발생하는 소음과 진동을 원천적으로 차단하기 어렵다. 따라서 저소음 및 저진동 성능 확보를 위해 냉동사이클 장치는 제한적으로만 사용되어야 하며, 본 발명의 냉장고(100)는 열전소자모듈(170)을 이용하여 저장실(120)을 냉각한다.

열전소자모듈(170)은 저장실(120)의 후벽(111a)에 설치되어 저장실(120)을 냉각하도록 이루어진다. 열전소자모듈(170)은 열전소자를 포함하며, 열전소자는 발명의 배경이 되는 기술 항목에서 설명한 바와 같이 펠티어 효과를 이용하여 냉각과 발열을 구현하는 소자를 가리킨다. 열전소자의 흡열측이 저장실(120)을 향하도록 배치되고 열전소자의 발열측이 냉장고(100)의 외부를 향하도록 배치되면, 열전소자의 작동을 통해 저장실(120)을 냉각할 수 있게 된다.

제어부(180)는 냉장고(100)의 전반적인 작동을 제어하도록 형성된다. 예를 들어 제어부(180)는 열전소자모듈(170)에 구비되는 열전소자나 팬의 출력을 제어하며, 그 외에 냉장고(100)에 구비되는 각종 구성들의 작동을 제어할 수 있다. 제어부(180)는 인쇄회로기판(PCB)과 마이컴(microcomputer)으로 구성될 수 있다. 제어부(180)는 기계실(150)에 설치될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

제어부(180)가 열전소자모듈(170)를 제어하는 경우에는, 저장실(120)의 온도 사용자에 의해 입력된 설정 온도, 냉장고(100)의 외부 온도 등에 근거하여 열전소자의 출력을 제어할 수 있다. 냉각 운전, 제상 운전, 부하 대응 운전 등은 제어부(180)의 제어에 의해 결정되며, 열전소자의 출력은 제어부(180)에 의해 결정된 운전에 따라 달라진다.

상기 저장실(120)의 온도 또는 냉장고의 외부 온도 등은 냉장고에 마련된 센서부(191, 192, 193, 194, 195)에 의해 측정될 수 있다. 센서부(191, 192, 193, 194, 195)는 온도 센서(191, 192, 193), 습도 센서(194), 풍압 센서(195) 등 물성을 측정하는 적어도 하나의 장치로 형성될 수 있다. 예를 들어 온도 센서(191, 192, 193)는 저장실(120), 열전소자모듈(170), 아웃 케이스(112)에 각각 설치될 수 있으며, 각 온도 센서(191, 192, 193)는 자신이 설치된 영역의 온도를 측정하게 된다.

고내 온도 센서(191)는 저장실(120)에 설치되며, 저장실(120)의 온도를 측정하도록 형성된다. 제상 온도 센서(192)는 열전소자모듈(170)에 설치되며, 열전소자모듈(170)의 온도를 측정하도록 형성된다. 외기 온도 센서(193)는 아웃 케이스(112)에 설치되며, 냉장고(100)의 외부 온도를 측정하도록 형성된다.

습도 센서(194)는 저장실(120)에 설치되며. 저장실(120)의 습도를 측정하도록 형성된다. 풍압 센서(195)는 열전소자모듈(170)에 설치되어 제1 팬(173)의 풍압을 측정한다.

열전소자모듈(170)의 세부 구성에 대하여는 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 열전소자모듈(170)의 분해 사시도다.

열전소자모듈(170)은 열전소자(171), 제1 히트 싱크(172), 제1 팬(173), 제2 히트 싱크(175), 제2 팬(176) 및 단열재(177)를 포함한다. 열전소자모듈(170)은 서로 구분되는 제1 영역과 제2 영역 사이에서 작동하여, 어느 한 영역에서 흡열하고 다른 한 영역에서 방열하도록 이루어진다.

제1 영역과 제2 영역은 경계에 의해 공간적으로 서로 구분되는 영역들을 가리킨다. 열전소자모듈(170)이 냉장고(도 1의 100)에 적용된다면, 제1 영역은 저장실(도 1의 120)과 냉장고(도 1의 100)의 외부 중 어느 하나에 해당하고, 제2 영역은 다른 하나에 해당한다.

열전소자(171)는 P형 반도체와 N형 반도체로 PN 접합을 형성하고, 다수의 PN 접합을 직렬로 연결하여 형성된다.

열전소자(171)는 서로 반대 방향을 향하는 흡열부(171a)와 방열부(171b)를 구비한다. 효과적인 열 전달을 위해서는 흡열부(171a)와 방열부(171b)가 면 접촉 가능한 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서 흡열부(171a)는 흡열면으로, 방열부(171b)는 방열면으로 명명될 수 있다. 또한 흡열부(171a)와 방열부(171b)를 일반화하여 제1부분과 제2부분으로 명명하거나 제1면과 제2면으로 명명할 수 있다. 이러한 명명법은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

제1 히트 싱크(172)는 열전소자(171)의 흡열부(171a)와 접촉하도록 배치된다. 제1 히트 싱크(172)는 제1 영역과 열 교환 하도록 이루어진다. 제1 영역은 냉장고(도 1의 100)의 저장실(도 1의 120)에 해당하며, 제1 히트 싱크(172)의 열 교환 대상은 저장실(도 1의 120) 내부의 공기다.

제1 팬(173)은 제1 히트 싱크(172)를 마주보도록 설치되며, 제1 히트 싱크(172)의 열 교환을 촉진하도록 바람을 일으킨다. 열 교환은 자연 현상이기 때문에 제1 팬(173)이 없더라도 제1 히트 싱크(172)는 저장실(도 1의 120)의 공기와 열 교환 가능하다. 그러나 열전소자모듈(170)이 제1 팬(173)을 포함함에 따라 제1 히트 싱크(172)의 열 교환이 더욱 촉진될 수 있다.

제1 팬(173)은 커버(174)에 의해 감싸일 수 있다. 커버(174)는 제1 팬(173)을 감싸는 부분(174a) 외에 다른 부분을 포함할 수 있다. 제1 팬(173)을 감싸는 부분(174a)에는 저장실(도 1의 120) 내부의 공기가 상기 커버(174)를 통과할 수 있도록 다수의 홀(174b)이 형성될 수 있다.

또한 커버(174)는 저장실(도 1의 120, 도 2의 220)의 후벽(도 1의 111a)에 고정될 수 있는 구조를 가질 수 있다. 일 예로 도 2에는 커버(174)가 제1 팬(173)을 감싸는 부분(174a)의 양측에서 연장되는 부분(174c)을 구비하고, 상기 연장되는 부분(174c)에 나사 삽입 가능한 나사 체결공(174e)이 형성되는 구조가 도시되어 있다. 아울러 제1 팬(173)을 감싸는 부분에 나사(179c)가 삽입되어 커버(174)를 후벽(도 1의 111a)에 추가 고정시킬 수 있다. 상기 제1 팬(173)을 감싸는 부분(174a)과 상기 연장되는 부분(174c)에 공기가 통과할 수 있는 모두 홀(174b)(174d)이 형성될 수 있다.

제2 히트 싱크(175)는 열전소자(171)의 방열부(171b)와 접촉하도록 배치된다. 제2 히트 싱크(175)는 제2 영역과 열 교환 하도록 이루어진다. 제2 영역은 냉장고(도 1의 100)의 외부 공간에 해당하며, 제2 히트 싱크(175)의 열 교환 대상은 냉장고(도 1의 100) 외부의 공기다.

제2 팬(176)은 제2 히트 싱크(175)를 마주보도록 설치되며, 제2 히트 싱크(175)의 열 교환을 촉진하도록 바람을 일으킨다. 제2 팬(176)이 제2 히트 싱크(175)의 열 교환을 촉진하는 것은 제1 팬(173)이 제1 히트 싱크(172)의 열 교환을 촉진하는 것과 동일하다.

제2 팬(176)은 선택적으로 슈라우드(176c)를 구비할 수 있다. 슈라우드(176c)는 바람을 가이드 하도록 이루어진다. 예를 들어 슈라우드(176c)는 도 2에 도시된 바와 같이 베인들(176b)로부터 이격된 위치에서 베인들(176b)을 감싸도록 이루어질 수 있다. 추가로 슈라우드(176c)에는 제2 팬(176)의 고정을 위한 나사 체결공(176d)이 형성될 수 있다.

제1 히트 싱크(172)와 제1 팬(173)은 열전소자모듈(170)의 흡열측에 해당한다. 그리고 제2 히트 싱크(175)와 제2 팬(176)은 열전소자모듈(170)의 발열측에 해당한다.

제1 히트 싱크(172)와 제2 히트 싱크(175) 중 적어도 하나는 각각 베이스(172a)(175a)와 핀들(fins)(172b)(175b)을 포함한다. 다만, 이하에서는 제1 히트 싱크(172)와 제2 히트 싱크(175)가 모두 베이스(172a)(175a)와 핀들(172b)(175b)을 포함하는 것을 전제로 설명한다.

베이스(172a)(175a)는 열전소자(171)와 면 접촉하도록 이루어진다. 제1 히트 싱크(172)의 베이스(172a)는 열전소자(171)의 흡열부(171a)와 면 접촉하고, 제2 히트 싱크(175)의 베이스(175a)는 열전소자(171)의 방열부(171b)와 면 접촉한다.

열 전달 면적이 커질수록 열전도율이 증가하므로, 베이스(172a)(175a)와 열전소자(171)는 서로 면 접촉하는 것이 이상적이다. 또한 베이스(172a)(175a)와 열전소자(171) 사이에 미세한 간극을 채워 열전도율을 증가시키기 위해 열전도체(thermal grease 또는 thermal compound)가 이용될 수 있다.

핀들(172b)(175b)은 제1 영역의 공기 또는 제2 영역의 공기와 열 교환 하도록 베이스(172a)(175a)로부터 돌출된다. 제1 영역은 저장실(도 1의 120)에 해당하고, 제2 영역은 냉장고(도 1의 100)의 외부에 해당하므로, 제1 히트 싱크(172)의 핀들(172b)은 저장실(도 1의 120)의 공기와 열 교환 하도록 이루어지고, 제2 히트 싱크(175)의 핀들(175b)은 냉장고(도 1의 100)의 외부 공기와 열 교환 하도록 이루어진다.

핀들(172b)(175b)은 서로 이격되게 배치된다. 핀들(172b)(175b)이 서로 이격됨에 따라 열 교환 면적이 증가할 수 있기 때문이다. 핀들(172b)(175b)이 만약 서로 붙어 있다면 핀들(172b)(175b) 사이에 열 교환 면적이 존재하지 않을 것이나, 핀들(172b)(175b)이 서로 이격되어 있으므로 핀들(172b)(175b) 사이사이에도 열 교환 면적이 존재할 수 있다. 열 전달 면적이 커질수록 열전도율이 증가하므로, 히트 싱크의 열 전달 성능을 향상시키기 위해서는 제1 영역과 제2 영역에 노출되는 핀들의 면적이 커져야 한다.

또한, 흡열측에 해당하는 제1 히트 싱크(172)의 충분한 냉각 효과를 구현하기 위해서는 발열측에 해당하는 제2 히트 싱크(175)의 열전도율이 제1 히트 싱크(172)에 비해 커야 한다. 열전소자(171)의 방열부(171b)에서 더욱 신속하게 방열이 이루어져야 흡열부(171a)에서 충분한 흡열이 이루어지기 때문이다. 이것은 열전소자(171)가 단순한 열전도체가 아니라 전압을 인가함에 따라 일측에서 흡열이 이루어지고, 타측에서 방열이 이루어지는 소자라는 것에서 기인한다. 따라서 열전소자(171)의 방열부(171b)에서 더욱 강한 방열이 이루어져야 흡열부(171a)에서 충분한 냉각이 구현될 수 있다.

이러한 점을 고려할 때 제1 히트 싱크(172)에서 흡열이 이루어지고 제2 히트 싱크(175)에서 방열이 이루어진다면, 제1 히트 싱크(172)의 열 교환 면적보다 제2 히트 싱크(175)의 열 교환 면적이 커야 한다. 제1 히트 싱크(172)의 모든 열 교환 면적이 모두 열 교환에 이용된다고 가정하면, 제2 히트 싱크(175)의 열 교환 면적이 제1 히트 싱크(172)의 열 교환 면적보다 3배 이상인 것이 바람직하다.

이것은 제1 팬(173)과 제2 팬(176)에도 동일하게 적용되는 원리이다. 흡열 측에 충분한 냉각 효과를 구현하기 위해서 제2 팬(176)에 의해 형성되는 풍량과 풍속은 제1 팬(173)에 의해 형성되는 풍량과 풍속보다 큰 것이 바람직하다.

제2 히트 싱크(175)는 제1 히트 싱크(172)에 비해 더 큰 열 교환 면적을 필요로 하기 때문에, 베이스(175a)와 핀들(175b)의 면적이 제1 히트 싱크(172)의 그것들(172a)(172b)보다 더욱 크다. 나아가 제2 히트 싱크(175)의 베이스(175a)로 전달된 열을 핀들에 신속하게 분배하기 위해 제2 히트 싱크(175)는 히트 파이프(175c)를 구비할 수 있다.

히트 파이프(175c)는 내부에 열 전달 유체를 수용하도록 이루어지며, 히트 파이프(175c)의 일단은 베이스(175a)를 관통하고 타단은 핀들(175b)을 관통한다. 히트 파이프(175c)는 내부에 수용된 열 전달 유체의 증발을 통해 열을 베이스(175a)에서 핀들(175b)로 전달하는 장치다. 히트 파이프(175c)가 없다면, 베이스(175a)의 인접한 핀들(175b)에서만 열 교환이 집중될 것이다. 베이스(175a)로부터 멀리 존재하는 핀들(175b)에는 열이 충분히 분배되지 않기 때문이다.

그러나 히트 파이프(175c)가 존재함에 따라 제2 히트 싱크(175)의 모든 핀들(175b)에서 열 교환이 이루어질 수 있다. 베이스(175a)의 열이 베이스(175a)로부터 상대적으로 멀리 배치된 핀들(175b)에도 골고루 분배될 수 있기 때문이다.

제2 히트 싱크(175)의 베이스(175a)는 히트 파이프(175c)를 내장하기 위해 두 겹(두 레이어)(175a1, 175a2)으로 형성될 수 있다. 베이스(175a)의 제1 레이어(175a1)는 히트 파이프(175c)의 일 측을 감싸고 제2 레이어(175a2)는 히트 파이프(175c)의 타 측을 감싸도록 이루어지며, 두 겹(175a1, 175a2)은 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

제1 레이어(175a1)는 열전소자(171)의 방열부(171b)와 접촉하도록 배치되며, 열전소자(171)와 동일 내지 유사한 크기를 가질 수 있다. 제2 레이어(175a2)는 핀들(175b)과 연결되며, 핀들(175b)은 제2 레이어(175a2)로부터 돌출된다. 제2 레이어(175a2)는 제1 레이어(175a1)보다 큰 크기를 가질 수 있다. 그리고 히트 파이프(175c)의 일단은 제1 레이어(175a1)와 제2 레이어(175a2) 사이에 배치된다.

단열재(177)는 제1 히트 싱크(172)와 제2 히트 싱크(175) 사이에 설치된다. 단열재(177)는 열전소자(171)의 테두리를 감싸도록 형성된다. 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 단열재(177)에는 구멍(177a)이 형성되고, 구멍(177a)에 열전소자(171)가 배치될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 열전소자모듈(170)은 열전소자(171)의 일측과 타측에서 이루어지는 흡열과 방열을 통해 저장실(도 1의 120)의 냉각을 구현하는 소자이지 단순한 열전도체가 아니다. 따라서 제1 히트 싱크(172)의 열이 제2 히트 싱크(175)로 직접 전달되는 것은 바람직하지 못하다. 직접적인 열 전달로 인해 제1 히트 싱크(172)와 제2 히트 싱크(175) 간의 온도차가 줄어들면, 열전소자(171)의 성능을 저하시키는 원인이 되기 때문이다. 이러한 현상을 방지하기 위해 단열재(177)는 제1 히트 싱크(172)와 제2 히트 싱크(175) 간의 직접적인 열 전달을 차단하도록 이루어진다.

체결 플레이트(178)는 제1 히트 싱크(172)와 단열재(177) 사이에 배치되거나 제2 히트 싱크(175)와 단열재(177) 사이에 배치된다. 체결 플레이트(178)는 제1 히트 싱크(172)와 제2 히트 싱크(175)의 고정을 위한 것으로, 제1 히트 싱크(172)와 제2 히트 싱크(175)는 나사에 의해 상기 체결 플레이트(178)에 나사 결합될 수 있다.

체결 플레이트(178)는 단열재(177)와 함께 열전소자(171)의 테두리를 감싸도록 형성될 수 있다. 체결 플레이트(178)는 단열재(177)와 마찬가지로 열전소자(171)에 대응되는 구멍(178a)을 구비하고, 상기 구멍(178a)에 열전소자(171)가 배치될 수 있다. 다만, 체결 플레이트(178)는 열전소자모듈(170)의 필수적인 구성은 아니고, 제1 히트 싱크(172)와 제2 히트 싱크(175)를 고정할 수 있는 다른 구성으로 대체 가능하다.

체결 플레이트(178)에는 제1 히트 싱크(172)와 제2 히트 싱크(175)의 고정을 위한 다수의 나사 체결공(178b)(178c)이 형성될 수 있다. 제1 히트 싱크(172)와 단열재(177)에는 체결 플레이트(178)에 대응되는 나사 체결공(172c)(177b)이 형성되며, 나사(179a)가 상기 세 나사 체결공(172c, 177b, 178b)에 순차적으로 삽입되어 제1 히트 싱크(172)를 체결 플레이트(178)에 고정시킬 수 있다. 제2 히트 싱크(175)에도 체결 플레이트(178)에 대응되는 나사 체결공(175d)이 형성되며, 나사(179b)가 상기 두 나사 체결공(178c, 175d)에 순차적으로 삽입되어 제2 히트 싱크(175)를 체결 플레이트(178)에 고정시킬 수 있다.

체결 플레이트(178)에는 히트 파이프(175c)의 일측을 수용하도록 이루어지는 리세스부(178d)가 형성될 수 있다. 리세스부(178d)는 히트 파이프(175c)에 대응되게 형성되며 부분적으로 감싸도록 이루어질 수 있다. 제2 히트 싱크(175)가 히트 파이프(175c)를 구비하더라도, 체결 플레이트(178)가 리세스부(178d)를 구비하므로, 제2 히트 싱크(175)가 체결 플레이트(178)에 밀착될 수 있으며, 열전소자모듈(170)의 전체 두께를 더 얇게 만들 수 있다.

앞서 설명된 제1 팬(173)과 제2 팬(176) 중 적어도 하나는 허브(173a)(176a)와 베인들(173b)(176b)을 구비한다. 허브(173a)(176a)는 회전 중심축(미도시)에 결합된다. 베인들(vanes)(173b)(176b)은 허브(173a)(176a)의 둘레에 방사형으로 설치된다.

제1 팬(173)과 제2 팬(176)은 축류팬(173)(176)으로 구성된다. 축류팬(173)(176)은 원심팬으로부터 구분된다. 축류팬(173)(176)은 회전축 방향으로 바람을 일으키도록 형성되며, 축류팬(173)(176)의 회전축 방향으로 공기가 들어와서 회전축 방향으로 나간다. 이에 반해 원심팬은 원심 방향(또는 원주 방향)으로 바람을 일으키도록 형성되며, 원심팬의 회전축 방향으로 공기가 들어와 원심 방향으로 나간다. 제1 팬(173)은 제1 히트 싱크(172)를 마주보도록 배치되고, 제2 팬(176)은 제2 히트 싱크(175)를 마주보도록 배치되므로, 제1 팬(173)과 제2 팬(176)은 축 방향을 따라 바람을 일으키는 축류팬(173)(176)으로 구성되는 것이 바람직하다.

이하에서는 열전소자모듈(170)을 구비하는 냉장고의 고 냉각 성능, 소비 전력 절감, 팬 소음 감소를 동시에 구현할 수 있는 제어 방법에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명에서 제안하는 냉장고의 제어 방법을 보인 흐름도다.

(S100) 먼저, 열전소자모듈은 전원 최초 투입 등을 이유로 전원을 공급받으면 냉각 운전을 시작하게 된다. 자연 제상 등을 이유로 열전소자모듈의 전원이 차단될 수도 있으므로, 자연 제상이 종료된 후에 열전소자모듈에 다시 전원이 투입되면, 열전소자모듈이 냉각 운전을 재개하게 된다.

(S200) 이어서, 열전소자모듈의 구동 시간을 적산하게 된다. 적산이란 열전소자모듈의 구동 시간을 누적적으로 카운팅하는 것을 의미한다. 열전소자모듈의 구동 시간 적산은 냉장고의 제어 과정 동안 계속되며, 제상 운전을 투입하는 근거가 된다.

(S300) 다음으로는, 냉장고의 외부 온도, 저장실의 온도, 열전소자모듈의 온도를 측정하게 된다. 이 단계에서 측정되는 온도들은 사용자에 의해 입력된 설정 온도와 함께 제어부에서 열전소자의 출력이나 팬의 출력을 제어하는 것에 이용될 수 있다.

(S400) 부하 대응 운전의 필요성을 판단한다. 부하 대응 운전의 필요성을 판단하는 근거에 대하여는 후술한다. 부하 대응 운전이 필요하다고 판단되면 부하 대응 운전을 가동하여 열전소자가 미리 설정된 출력으로 운전되며, 팬이 미리 설정된 회전 속도로 회전된다. 부하 대응 운전이 필요하지 않다고 판단되면 다음 단계로 진행된다.

(S500) 제상 운전의 필요성을 판단한다. 마찬가지로 제상 운전의 필요성을 판단하는 근거에 대하여는 후술한다. 제상 운전이 필요하다고 판단되면 제상 운전을 가동하여 열전소자가 미리 설정된 출력으로 운전되며, 팬이 미리 설정된 회전 속도로 회전된다. 다만, 자연 제상의 경우에는 열전소자에 공급되는 전원이 차단될 수 있다. 제상 운전이 필요하지 않다고 판단되면 다음 단계로 진행된다.

(S600) 부하 대응 운전과 제상 운전은 냉각 운전에 선행하기 때문에 부하 대응 운전과 제상 운전이 필요하지 않다고 판단된 경우에 냉각 운전이 투입된다. 냉각 운전은 저장실의 온도와 사용자에 의해 입력된 온도를 근거로 제어된다. 제어의 결과는 열전소자의 출력과 팬의 출력으로 나타난다.

본 발명에서는 열전소자의 출력이 저장실의 온도, 사용자에 의해 입력된 설정 온도, 및 냉장고의 외부 온도에 근거하여 결정된다. 또한 본 발명에서는 팬의 회전 속도가 저장실의 온도에 근거하여 결정된다. 여기서 팬이란 열전소자모듈의 제1 팬과 제2 팬 중 적어도 하나를 의미한다.

예컨대 도 3의 흐름도에서 저장실의 온도가 제3 온도 구간에 해당하면, 열전소자는 제3 출력으로 운전되고, 팬은 제3 회전 속도로 회전된다. 저장실의 온도가 제2 온도 구간에 해당하면, 열전소자는 제2 출력으로 운전되고, 팬은 제2 회전 속도로 회전된다. 저장실의 온도가 제1 온도 구간에 해당하면, 열전소자는 제1 출력으로 운전되고, 팬은 제1 회전 속도로 회전된다.

(S700) 한편, 팬의 회전 속도는 냉장고에 최초로 전원을 공급하거나 차단되어 있던 전원을 다시 공급하는 초기 전원 투입 조건에 근거하여 결정된다. 초기 전원 투입 조건은 1회성 조건에 한하며, 냉장고에 공급되는 전원을 차단하지 않는 한 냉장고의 가동 중에는 추가로 발생하지는 않는다.

상기 초기 전원 투입 조건 하에서는 팬의 회전 속도가 일반적인 냉각 운전과 상이하다. 이에 대하여는 도 4를 먼저 설명한 후에 다시 설명한다.

이하에서는 도 4를 참조하여 각 온도 구간 별 열전소자와 팬의 제어에 대하여 설명한다. 다만, 도면의 수치들은 본 발명의 개념을 설명하기 위한 일 예에 해당하는 것일 뿐, 본 발명에서 제안하는 제어 방법에 반드시 필요한 절대적인 값을 의미하는 것은 아니다.

도 4는 저장실의 온도가 제1 온도 구간 내지 제3 온도 구간 중 어느 구간에 속하는지에 근거한 냉장고의 제어 방법을 설명하기 위한 개념도다.

저장실의 온도는 제1 온도 구간, 제2 온도 구간, 제3 온도 구간으로 구분된다. 여기서 제1 온도 구간은 사용자에 의해 입력된 설정 온도를 포함하는 구간이다. 제2 온도 구간은 제1 온도 구간보다 높은 온도의 구간이다. 제3 온도 구간은 제2 온도 구간보다 높은 온도의 구간이다. 따라서 제1 온도 구간으로부터 제3 온도 구간으로 갈수록 온도가 순차적으로 증가한다.

제1 온도 구간은 사용자에 의해 입력된 설정 온도를 포함하기 때문에, 저장실의 온도가 제1 온도 구간에 있다면 열전소자모듈의 작동으로 인해 저장실의 온도가 이미 설정 온도까지 낮아졌다는 것을 의미한다. 따라서 제1 온도 구간은 설정 온도를 만족하는 구간이다.

제2 온도 구간과 제3 온도 구간은 사용자에 의해 입력된 설정 온도보다 높은 온도 구간이기 때문에 설정 온도를 만족하지 못하는 불만족 구간이다. 따라서 제2 온도 구간과 제3 온도 구간에서는 열전소자모듈이 작동하여 저장실의 온도를 설정 온도까지 낮춰야 한다. 다만, 제3 온도 구간은 제2 온도 구간보다 더 높은 온도에 해당하므로, 더욱 강력한 냉각을 요구하는 구간이다. 제2 온도 구간과 제3 온도 구간을 서로 구분하기 위해 제2 온도 구간은 불만족 구간, 제3 온도 구간은 상한 구간으로 명명될 수 있다.

각 온도 구간의 경계는 저장실의 온도가 상승 진입하는지 하강 진입하는지에 따라 달라진다. 예를 들어 도 4를 기준으로 저장실의 온도가 상승하여 제1 온도 구간에서 제2 온도 구간으로 상승 진입하는 상승 진입 온도는 N+0.5℃다. 반대로 저장실의 온도가 하강하여 제2 온도 구간에서 제1 온도 구간으로 진입하는 하강 진입 온도는 N-0.5℃다. 따라서 상승 진입 온도는 하강 진입 온도보다 높다.

저장실의 온도가 제1 온도 구간에서 제2 온도 구간으로 진입하는 상승 진입 온도(N+0.5℃)는 사용자에 의해 입력된 설정 온도(N)보다 높을 수 있다. 반대로 저장실의 온도가 제2 온도 구간에서 제1 온도 구간으로 진입하는 하강 진입 온도(N-0.5℃)는 사용자에 의해 입력된 설정 온도(N)보다 낮을 수 있다.

마찬가지로 도 4를 기준으로 저장실의 온도가 상승하여 제2 온도 구간에서 제3 온도 구간으로 상승 진입하는 상승 진입 온도는 N+3.5℃다. 반대로 저장실의 온도가 하강하여 제3 온도 구간에서 제2 온도 구간으로 진입하는 하강 진입 온도는 N+2.0℃다. 따라서 상승 진입 온도는 하강 진입 온도보다 높다.

만일 상승 진입 온도가 하강 진입 온도가 서로 같다면, 저장실이 충분히 냉각되지 않은 채 열전소자나 팬의 제어가 다시 변경된다. 예를 들어 제2 온도 구간에서 제1 온도 구간으로 진입하자 마자 저장실의 설정 온도가 만족되어 열전소자와 팬이 정지하게 된다면, 저장실의 온도는 곧바로 다시 제2 온도 구간으로 진입하게 된다. 이러한 현상을 방지하고 저장실의 온도를 제1 온도 구간에 충분히 머무르게 하게 위해서는 반드시 하강 진입 온도가 상승 진입 온도보다 낮아야 한다.

여기서는 먼저 임의의 설정 온도에서 열전소자의 출력과 팬의 회전 속도에 대하여 설명한다. 이어서 설정 온도에 따른 제어의 변화에 대하여 설명한다.

임의의 설정 온도(N1)에서 열전소자의 출력은 표 1에 나타내었다. 표 1에서 Hot/Cool 항목에서는 제1 히트 싱크와 접촉하는 열전소자의 일 면이 흡열 작용을 하고 있는 흡열면에 해당하면 Cool로 표시하고, 반대로 상기 일 면이 방열 작용을 하고 있는 방열면에 해당하면 Hot로 표시한다. 또한 RT는 냉장고의 외부 온도(room temperature)를 가리킨다.

열전소자의 출력은 저장실의 온도가 제1 온도 구간, 제2 온도 구간 및 제3 온도 구간 중 어느 구간에 속하는지에 근거하여 결정된다.

열전소자에 인가되는 전압이 높을수록 열전소자의 출력이 커지므로, 열전소자의 출력은 열전소자에 인가되는 전압으로부터 알 수 있다. 열전소자의 출력이 커지면 열전소자는 더욱 강한 냉각을 구현할 수 있다.

한편, 팬의 회전속도는 저장실의 온도가 상기 제1 온도 구간, 상기 제2 온도 구간 및 상기 제3 온도 구간 중 어느 구간에 속하는지에 근거하여 결정된다. 여기서 팬이란 열전소자모듈의 제1 팬 및/또는 제2 팬을 가리킨다.

팬의 회전 속도는 단위 시간당 팬의 회전수(RPM)로부터 알 수 있다. 팬의 RPM이 크다는 것은 팬이 더 빠르게 회전한다는 것을 의미한다. 팬이 더욱 높은 전압이 인가되면 팬의 회전수가 증가한다. 팬이 더욱 빠르게 회전하면 제1 히트 싱크 및/또는 제2 히트 싱크의 열교환을 더욱 촉진하게 되어 더욱 강한 냉각을 구현할 수 있다.

도 4를 참조할 때 저장실의 온도가 제3 온도 구간에 해당하면, 열전소자는 제3 출력으로 운전된다. 표 1에서 제3 출력은 외부 온도에 관계없이 +22V다. 따라서 제3 출력은 외부 온도에 관계없이 일정한 값이다.

제3 출력(+22V)은 제1 온도 구간의 제1 출력(표 1에서의 0V, +12V, +16V)을 초과하는 값이다. 그리고 제3 출력은 제2 온도 구간의 제2 출력(표 1에서의 +12V, +14V, +16V, +22V) 이상의 값이다.

제3 출력은 열전소자의 최대 출력에 해당할 수 있다. 이 경우 제3 온도 구간에서 열전소자의 출력은 상기 최대 출력으로 일정하게 유지된다.

또한, 저장실의 온도가 제3 온도 구간에 해당하면, 팬이 제3 회전 속도로 회전된다. 여기서 제3 회전 속도는 제1 온도 구간의 제1 회전 속도를 초과하는 값이다. 그리고 제3 회전 속도는 제2 온도 구간의 제2 회전 속도 이상의 값이다.

저장실의 온도가 제2 온도 구간에 해당하면, 열전소자는 제2 출력으로 운전된다. 여기서 제2 출력은 일정한 값이 아니라 외기 온도 센서에 의해 측정되는 외부 온도의 증가에 따라 단계적으로 가변(증가)되는 값이다. 표 1에서 제2 출력은 외부 온도의 증가에 따라 +12V, +14V, +16V, +22V로 단계적으로 증가한다.

제2 출력은 동일한 외부 온도 조건에서 제1 온도 구간의 제1 출력 이상의 값이다. 표 1을 참조하면 RT<12℃ 조건에서 제2 출력인 +12V는 제1 출력인 0V 이상이다. RT>12℃ 조건에서 제2 출력인 +14V는 제1 출력인 0V 이상이다. RT>18℃ 조건에서 제2 출력인 +16V는 제1 출력인 +12V 이상이다. RT>27℃ 조건에서 제2 출력인 +22V는 제1 출력인 +16V 이상이다.

그리고 제2 출력은 제3 온도 구간의 제3 출력 이하의 값이다. 표 1을 참조하면 모든 외부 온도 조건에서 제2 출력(+12V, +14V, +16V, +22V)은 제3 출력(+22V) 이하이다.

한편, 저장실의 온도가 제2 온도 구간에 해당하면, 팬이 제2 회전 속도로 회전된다. 여기서 제2 회전 속도는 제1 온도 구간의 제1 회전 속도 이상의 값이다. 그리고 제2 회전 속도는 제3 온도 구간의 제3 회전 속도 이하의 값이다.

저장실의 온도가 제1 온도 구간에 해당하면, 열전소자는 제1 출력으로 운전된다. 여기서 제1 출력은 일정한 값이 아니라 외기 온도 센서에 의해 측정되는 외부 온도의 증가에 따라 단계적으로 가변(증가)되는 값이다. 다만, 제1 온도 구간에서 외부 온도가 기준 외부 온도보다 높은 때 제1 출력은 0V, +12V, +16V와 같이 외부 온도의 증가에 따라 단계적으로 가변(증가)된다. 그러나 제1 온도 구간에서 외부 온도가 기준 외부 온도 이하일 때에는 제1 출력이 0으로 유지된다. 열전소자의 작동이 정지 상태로 유지되는 것이다. 표 1에서 상기 기준 외부 온도는 12℃와 18℃ 사이의 값(예를 들어 15℃)이라고 할 수 있다.

표 1의 제1 온도 구간과 제2 온도 구간을 비교하면 동일한 온도 범위에서 제2 출력의 단계적인 증가 횟수가 제1 출력의 단계적인 증가 횟수보다 크다. 제2 출력은 +12, +14, +16, +22로 4단계로 변화하나, 동일한 온도 범위에서 제1 출력은 0V, +12V, +16V로 3단계로 변화한다. 따라서 제2 온도 구간은 전 전체 가변 구간에 해당하고, 제1 온도 구간은 부분 가변 구간에 해당한다.

제1 출력은 동일한 외부 온도 조건에서 제2 온도 구간의 제2 출력 이하의 값이다.

표 1을 참조하면 RT<12℃ 조건에서 제1 출력인 0V는 제2 출력인 +12V 이하이다. RT>12℃ 조건에서 제1 출력인 0V는 제2 출력인 +14V 이하이다. RT>18℃ 조건에서 제1 출력인 +12V는 제2 출력인 +16V 이하이다. RT>27℃ 조건에서 제1 출력인 +16V는 제2 출력인 +22V 이하이다.

그리고 제1 출력은 제3 온도 구간의 제3 출력 미만의 값이다. 표 1을 참조하면 모든 외부 온도 조건에서 제1 출력(0V, 0V, +12V, +16V)은 제3 출력(+22V) 미만이다.

제1 출력은 0을 포함한다. 출력이 0이란 것은 열전소자에 전압이 인가되지 않아 열전소자의 작동이 정지 상태라는 것을 의미한다. 즉 저장실의 온도가 사용자에 의해 입력된 설정 온도까지 낮아지게 되면 열전소자의 작동이 정지될 수 있다.

한편, 저장실의 온도가 제1 온도 구간에 해당하면, 팬이 제1 회전 속도로 회전된다. 여기서 제1 회전 속도는 제2 온도 구간의 제2 회전 속도 이하의 값이다. 그리고 제1 회전 속도는 제3 온도 구간의 제3 회전 속도 미만의 값이다.

팬의 제1 회전 속도는 0보다 큰 값을 갖는다. 이것은 열전소자의 제1 출력이 0을 포함하는 것과 상이하다. 즉 열전소자에 전압이 인가되지 않은 상태에서도 팬은 계속 회전할 수 있다는 것을 의미한다.

예를 들어 RT<12℃ 조건에서 저장실의 온도가 낮아져 제2 온도 구간으로부터 제1 온도 구간으로 하강 진입 하는 경우 열전소자에 전압이 인가되지 않을 수 있다. 표 1에서 제1 출력이 0V로 표시되어 있기 때문이다. 그러나 저장실의 온도가 제2 온도 구간에서 제1 온도 구간으로 진입하더라도 팬의 회전 속도만 낮아질 뿐 팬은 여전히 회전을 계속한다.

그 이유는 열전소자의 작동이 정지되더라도 열전소자가 곧바로 상온으로 변화하는 것이 아니라 차가운 온도를 상당 기간 유지하고 있기 때문이다. 따라서 팬이 계속해서 회전하면 제1 히트 싱크의 열교환을 계속해서 촉진할 수 있고, 저장실의 온도를 제1 온도 구간에 충분히 머무르게 할 수 있다.

종래의 냉장고는 저장실의 온도 구간을 만족, 불만족의 2단계로 구분하고 불만족 구간에서만 냉동사이클 장치를 가동하여 저장실의 온도를 설정 온도로 낮추도록 이루어진다. 특히 냉동사이클 장치를 구비하는 냉장고의 경우 저장실의 온도를 3단계까지 구분하여 단계적으로 제어할 수 없었다. 그것은 냉동사이클 장치에 구비되는 압축기를 과도하게 자주 켜고 끄게 되면 압축기의 기계적인 신뢰성에 악영향을 미치기 때문이었다. 온도 구간을 확장함으로 인해 얻는 장점보다 압축기의 신뢰성을 잃는 것이 더욱 큰 치명적인 문제다.

이에 반해 본 발명과 같이 열전소자모듈을 구비하는 냉장고는 본 발명에서 제안하는 제어 방법과 같이 저장실의 온도를 3단계로 구분하여 더욱 세부적인 제어를 수행할 수 있다. 열전소자모듈은 전압의 인가에 의해 전기적으로 켜고 꺼질 뿐이므로 기계적인 신뢰성과 무관하고 잦은 온, 오프 동작에도 신뢰성을 잃지 않기 때문이다.

특히 열전소자모듈의 냉각 성능은 압축기를 구비하는 냉동사이클 장치에 미치지 못한다. 따라서 초기 전원 투입, 열전소자 구동 정지, 저장실 내 음식물과 같은 부하 투입 등의 이유로 저장실의 온도가 불만족 영역으로 상승 진입하게 되면, 다시 만족 영역으로 하강 진입하는데 시간이 오래 소요된다. 따라서 저장실의 온도를 만족과 불만족 외에 3단계로 추가 정의하게 되면, 가장 온도가 높은 제3 온도 구간에서 가장 높은 출력으로 저장실의 온도를 신속하게 낮추는 제어를 구현할 수 있다.

또한 제1 온도 구간과 제2 온도 구간은 냉각뿐만 아니라 소비 전력 절감과 팬의 저소음을 위한 것이다. 본 발명은 저장실의 온도 구간을 세분화 하고, 저장실의 온도가 낮아짐에 따라 열전 소자의 출력과 팬의 회전 속도를 낮추도록 이루어지므로, 소비 전력 절감은 물론 팬의 저소음을 함께 구현할 수 있다.

한편 팬의 회전 속도는 (a) 저장실의 온도 조건뿐만 아니라 (b) 초기 전원 투입 조건에 근거하여 결정된다. 초기 전원 투입 조건이란 냉장고에 최초로 전원을 공급하거나 차단되어 있던 전원을 다시 공급하는 것을 의미한다. 이에 대하여는 도 3의 S700 단계와 도 4를 함께 참조하여 설명한다.

냉장고에 초기 전원이 투입되기 전에는 저장실의 온도는 상온을 유지한다. 저장실의 냉각이 전혀 이루어지지 않기 때문이다. 따라서 냉장고에 초기 전원이 투입되면 최대한 신속하게 저장실의 온도를 제1 온도 구간으로 낮춰야 한다.

통상적으로 저장실의 설정 온도(N)는 2 내지 3℃다. 도 4를 참조하면, 저장실의 온도가 제2 온도 구간에서 제3 온도 구간으로 진입하는 상승 진입 온도(N+3.5℃)는 5.5 내지 3.5℃다. 일반적인 실내 온도(냉장고의 외부 온도)가 20℃ 내외라는 것을 고려하면, 냉장고에 초기 전원 투입되었을 때 저장실의 온도는 제3 온도 구간에 속한다.

냉장고에 초기 전원이 투입되는 경우에는, 저장실의 온도가 제3 온도 구간 구간에서 제2 온도 구간으로 하강 진입한 후 제2 온도 구간에 속하는 기설정된 온도에 도달하기 전까지 팬이 계속해서 제3 회전 속도를 초과하는 회전 속도로 회전된다. 본래 제2 온도 구간에서는 팬이 제2 회전 속도로 회전되어야 하나, 초기 전원 투입 조건에서는 제2 온도 구간에 진입했더라도 계속해서 제3 회전 속도를 초과하는 회전 속도로 회전하는 것이다. 냉장고에 초기 전원이 투입되면 최대한 신속하게 저장실의 온도를 낮춰야 하기 때문이다. 설명의 편의를 위해 제3 회전 속도를 초과하는 회전 속도는 제4 회전 속도로 명명될 수 있다.

상기 기설정된 온도는 제2 온도 구간에 속하는 임의의 온도다. 상기 기설정된 온도는 저장실의 온도가 제3 온도 구간에서 제2 온도 구간으로 하강 진입하는 온도에 해당할 수 있다. 이 경우 저장실의 온도가 제3 온도 구간에서 제2 온도 구간으로 하강 진입할 때까지 팬이 제3 회전 속도로 회전된다.

냉장고에 초기 전원이 투입되는 경우에는 저장실의 온도가 상기 기설정된 온도에 도달한 이후부터 제1 온도 구간으로 하강 진입하기 전까지 팬이 계속해서 제3 회전 속도로 회전된다. 본래 제2 온도 구간에서는 팬이 제2 회전 속도로 회전되어야 하나, 초기 전원 투입 조건에서는 신속한 냉각을 위해 팬의 회전 속도가 제3 회전 속도를 유지한다.

이이서 저장실의 온도가 제1 온도 구간으로 하강 진입한 이후에는 저장실의 온도 조건이 변경되기 전까지 팬이 제1 회전 속도로 회전된다. 제1 회전 속도는 0보다 큰 값이기 때문에 팬이 제1 온도 구간에서 제1 회전 속도로 회전된다는 것은 정지하지 않는다는 것을 의미한다.

저장실의 온도가 제1 온도 구간에 해당한다는 것은 사용자에 의해 입력된 설정 온도를 만족한다는 것이다. 저장실의 온도가 설정 온도를 만족함에도 팬이 제1 온도 구간에서 계속하여 회전되면 저장실의 온도 상승을 지연시킬 수 있다.

이하에서는 확장된 제상의 개념에 대하여 설명한다. 본 발명에서 제안하는 확장된 제상의 개념이란 열원 제상과 자연 제상을 조건에 따라 복합적으로 이용하여 신속한 제상과 소비 전력 절감을 구현하는 것이다. 열원 제상이란 에너지를 공급하여 열전소자모듈을 제상하는 것을 의미하며, 자연 제상이란 에너지를 공급하지 않고 자연적으로 제상되기를 기다리는 것을 의미한다. 자연 제상의 경우 열원은 저장실 내부의 공기와 제2 히트 싱크의 폐열이다.

도 5는 열전소자모듈을 구비하는 냉장고의 제상 운전 제어를 보인 흐름도다.

(S510) 먼저 제상 운전 투입의 필요성을 판단한다. 열전소자모듈의 누적적인 작동에 의해 제1 히트 싱크에 서리가 착상되며, 제상이란 이 서리를 제거하는 운전을 가리킨다.

제어부(180, 도 1 참조)는 센서부(191, 192, 193, 194, 195, 도 1 참조)에 의해 측정되는 저장실의 온도나 습도 또는 열전소자모듈(170, 도 1 참조)의 작동 적산 시간에 근거하여 제상 운전을 가동하도록 형성된다. 예를 들어 먼저 행해진 제상 운전으로부터 기설정된 시간 동안 열전소자모듈이 누적적으로 작동 되었다면, 열전소자모듈에 서리가 착상되었을 것이라고 예상되기 때문에 제상 운전이 투입될 수 있다.

이러한 조건 외에 제1 팬의 풍압이 너무 낮으면, 제1 히트 싱크에 서리가 착상되어 유로 폐색이 발생하였다고 예상되기 때문에, 제상 운전이 투입될 수도 있다. 제1 팬의 풍압 또한 센서부에 의해 측정될 수 있다.

(S520) 제상 운전이 가동되면, 열전소자모듈은 예냉(Pre-cool) 운전을 한다. 예냉 운전이란 열전소자모듈의 전원을 즉각적으로 차단하는 것이 아니라 열전소자의 출력을 순차적으로 감소시켜 0에 수렴하도록 하는 것을 의미한다.

(S530) 다음으로는 예냉 운전이 완료되었는지를 판단한다. 제상 온도 센서에 의해 측정되는 열전소자모듈의 온도가 기설정된 온도에 도달했거나, 예냉 운전 시간이 기설정된 시간에 도달한 경우(예를 들어 30분) 예냉 운전이 완료된 것으로 판단될 수 있다.

(S540) 예냉 운전이 완료되면 외부 온도 또는 열전소자모듈의 온도에 근거하여 제1 제상 운전과 제2 제상 운전 중 어느 하나를 선택한다.

제1 제상 운전은 자연 제상으로는 불충분할만큼 신속한 제상을 필요로 하는 경우에 선택된다. 그리고, 제2 제상 운전은 신속한 제상을 필요로 하지 않는 경우에 선택된다.

여기서는 먼저 제1 제상 운전과 제2 제상 운전의 선택 기준부터 설명한다.

제상 운전은 외부 온도에 근거하여 선택될 수 있다.

센서부에 의해 측정되는 외부 온도가 제상 기준 온도(예를 들어 12℃) 이하이면 제상 운전은 제1 제상 운전으로 결정된다. 외부 온도가 낮다는 것은 쉽게 착상될 수 있는 조건이기 때문에 신속한 제상이 필요하다.

반대로 센서부에 의해 측정되는 외부 온도가 제상 기준 온도(예를 들어 12℃)보다 높으면 제상 운전은 제2 제상 운전으로 결정된다. 외부 온도가 높기 때문에 쉽게 착상되지 않는 조건이다.

한편, 제상 운전은 제상 온도 센서에 의해 측정되는 열전소자모듈의 온도에 근거하여 선택될 수 있다.

제상 온도 센서에 의해 측정되는 열전소자모듈의 온도가 제상 기준 온도(예를 들어 -10℃) 이하이면 제상 운전은 제1 제상 운전으로 결정된다. 열전소자모듈의 온도가 낮다는 것은 쉽게 착상될 수 있는 조건이기 때문에 신속한 제상이 필요하다.

반대로 제상 온도 센서에 의해 측정되는 열전소자모듈의 온도가 제상 기준 온도(예를 들어 -10℃)보다 높으면 제상 운전은 제2 제상 운전으로 결정된다. 열전소자모듈의 온도가 높기 때문에 쉽게 착상되지 않는 조건이다.

서로 구별을 위해, 센서부에 의해 측정되는 외부 온도를 기준으로 제상 운전을 결정하는 경우의 제상 기준 온도는 제1 제상 기준 온도로 명명되고, 제상 온도 센서에 의해 측정되는 열전소자모듈의 온도를 기준으로 제상 운전을 결정하는 경우에 제상 기준 온도는 제2 제상 기준 온도로 명명될 수 있다.

제1 제상 운전은 열전소자에 역전압을 가하거나 별도의 열원을 열전소자모듈을 가열하도록 구성된다. 열전소자에 역전압(마이너스 전압)을 가하면 열전소자의 흡열면과 발열면이 서로 바뀌게 되므로 제1 히트 싱크로 열이 전달된다. 별도의 열원이란 열전소자모듈을 제외한 열원을 가리키며, 예를 들어 히터가 별도의 열원에 해당할 수 있다.

열전소자에 가해지는 역전압은 사용자에 의해 입력된 설정 온도와 무관하게 일정하다. 예를 들어 사용자에 의해 입력된 설정 온도와 무관하게 역전압은 -10V로 일정할 수 있다.

그리고 제1 제상 운전은 제1 팬과 제2 팬을 계속해서 회전시키도록 구성된다. 열전소자에 역전압이 가해짐을 조건으로 제1 팬과 제2 팬이 계속해서 회전되는 것으로 이해될 수도 있다. 열전소자에 역전압이 가해져 있으므로 제1 히트 싱크와 제2 히트 싱크의 열교환을 촉진하기 위해서는 제1 팬과 제2 팬이 계속해서 회전되어야 한다.

열전소자에 역전압을 가함으로 인해 제상 효율이 향상될 수 있다.

제2 제상 운전은 열전소자의 작동을 정지시킨 채로 방치하는 자연 제상을 하거나 또는 별도의 열원으로 열전소자모듈을 가열하도록 구성된다. 다만 제2 제상 운전에서 별도의 열원으로 공급되는 열량은 제1 제상 운전에서 별도의 열원으로 공급되는 열량에 비해 작다. 따라서 제2 제상 운전이 선택되면 소비 전력이 절감될 수 있다.

그리고 제2 제상 운전은 제1 팬과 제2 팬 중 적어도 하나를 계속해서 회전시키도록 구성된다. 열전소자의 작동이 정지됨을 조건으로 제1 팬과 제2 팬 중 적어도 하나가 계속해서 회전되는 것으로 설명될 수도 있다.

예를 들어 제2 제상 운전은 열전소자의 작동을 정지시키고, 제1 팬을 계속해서 회전시키며, 제2 팬의 작동을 일시적으로 정지시키도록 구성될 수 있다. 일시적으로 정지된다는 것은 소정 시간 경과 후에 제2 팬이 다시 회전된다는 것을 의미한다. 이 경우 열전소자의 작동이 정지되고 제2 팬이 계속 회전하는 상태에서 제2 팬의 회전이 재개된다(S560).

다른 예를 들어 제1 온도 구간에서는 열전소자의 작동이 정지되면 제1 팬과 제2 팬이 계속해서 회전될 수 있다. 저장실의 온도가 제1 온도 구간에 있다는 것은 저장실의 온도가 낮다는 것과 착상되기 쉬운 조건이라는 것을 의미한다. 따라서 자연 제상을 통해 소비 전력을 절감하면서도 신속한 제상을 위해서는 제1 팬과 제2 팬이 모두 회전되는 것이 바람직하다.

센서부에 의해 측정되는 외부 온도가 제상 기준 온도(예를 들어 12℃) 이하이면 제상 운전은 제1 제상 운전으로 결정된다. 이 경우 열전소자에 역전압을 가한다. 상기 외부 온도가 상기 제상 기준 온도(예를 들어 12℃)보다 높으면 제상 운전은 제2 제상 운전으로 결정된다. 이 경우 열전소자의 작동을 정지시키거나 별도의 열원으로 열전소자모듈을 가열할 수 있다.

제상 온도 센서에 의해 측정되는 열전소자모듈의 온도가 제상 기준 온도(예를 들어 -10℃) 이하이면 제상 운전은 제1 제상 운전으로 결정된다. 이 경우 열전소자에 역전압을 가하거나 별도의 열원으로 열전소자모듈을 가열한다. 반대로 제상 온도 센서에 의해 측정되는 열전소자모듈의 온도가 제상 기준 온도(예를 들어 -10℃)보다 높으면 제상 운전은 제2 제상 운전으로 결정된다. 이 경우 열전소자의 작동이 정지될 수 있으며, 자연 제상만으로 착상이 제거될 수 있다.

(S570) 제상 운전의 종료는 온도로 판단된다. 열전소자모듈에 설치되는 제상 온도 센서의 온도가 기설정된 온도(예를 들어 5℃)에 도달하면 제상 운전이 종료될 수 있다.

다음으로 부하 대응에 대하여 설명한다.

도 6은 열전소자모듈을 구비하는 냉장고의 부하 대응 운전 제어를 보인 흐름도다.

(S410) 먼저 도어의 개폐 여부를 감지한다. 부하란 도어의 개방 또는 도어 개방 후 음식물 투입 등으로 인해 신속하게 저장실의 냉각을 필요로 하는 것을 의미한다. 따라서 부하 대응 운전의 투입 여부는 반드시 도어의 개방 후에 판단될 수 있다.

(S420) 도어가 열렸다가 닫힌 것으로 감지되면, 부하 대응 운전의 재투입 방지 시간이 0에 도달하였는지 판단한다. 일단 부하 대응 운전이 완료되면, 설령 저장실의 냉각이 필요한 상황이 다시 발생하였다고 하더라도 곧바로 부하 대응 운전이 재가동 되는 것이 아니라 기설정된 시간 후에 가동될 수 있다. 이것은 과냉을 방지하기 위함이다. 이 기설정된 시간을 카운트 하여 0에 도달한 경우에 부하 대응 운전이 다시 가동될 수 있다.

(S430) 다음으로는 부하 대응 판단 시간이 0보다 큰지 점검한다. 부하 대응 운전은 도어가 개방되었다가 닫힌 후에 비로서 가동될 수 있다. 예를 들어 도어가 닫힌 후 5분 이내에 저장실의 온도가 2℃ 이상 상승한 경우 부하 대응 운전이 가동될 수 있다. 부하 대응 판단 시간은 도어가 닫힌 후 카운트 되기 때문에 설령 도어가 개방되기 전보다 저장실의 온도가 2℃ 이상 상승하였더라도, 아직 도어가 닫히기 전이라면 부하 대응 판단 시간이 0이기 때문에 부하 대응 운전은 가동되지 않는다.

도어가 열렸다가 닫힌 후 기설정된 시간 내에 저장실의 온도가 기설정된 온도만큼 상승한 경우 제어부는 부하 대응 운전을 가동하도록 형성된다.

(S440) 다음으로는 부하 대응 운전의 종류를 결정한다.

제1 부하 대응 운전은 저장실 내에 뜨거운 음식물이 투입되어 신속한 냉각이 필요한 경우에 가동된다. 예를 들어 제1 부하 대응 운전은 도어가 열렸다가 닫힌 후 5분 이내에 저장실의 온도가 2℃ 이상 상승한 경우에 가동된다.

제2 부하 대응 운전은 온도는 그리 높지 않으나 열용량이 큰 음식물이 투입되어 지속적인 냉각이 필요한 경우에 가동된다. 예를 들어 제2 부하 대응 운전은 도어가 열렸다가 닫힌 후 20분 이내에 저장실의 온도가 사용자에 의해 입력된 설정 온도 대비 8℃ 이상 상승한 경우에 가동된다. 만일 제1 부하 대응 운전으로 결정되면, 제1 부하 대응 운전은 가동되지 않는다.

제1 부하 대응 운전과 제2 부하 대응 운전 중 어느 것에도 해당되지 않으면 제어부는 부하 대응 운전을 가동하지 않는다.

(S450) 부하 대응 운전은 상기 저장실의 온도가 상기 제1 온도 구간, 상기 제2 온도 구간 및 상기 제3 온도 구간 중 어느 구간에 속하는지에 무관하게 상기 열전소자가 상기 제3 출력으로 운전되도록 구성된다. 제3 출력은 열전소자의 최대 출력에 해당할 수 있다.

부하 대응 운전을 필요로 한다는 것은 이미 저장실의 온도가 제3 온도 구간으로 진입하였거나 진입할 가능성이 매우 높은 경우라는 것을 의미하므로 신속한 냉각을 위해 열전소자가 제3 출력으로 가동되는 것이다.

또한 부하 대응 운전은 저장실의 온도가 상기 제1 온도 구간, 상기 제2 온도 구간 및 상기 제3 온도 구간 중 어느 구간에 속하는지에 무관하게 상기 팬이 상기 제3 회전 속도로 회전되도록 구성된다. 다만, 제1 팬의 제3 회전 속도와 제2 팬의 제3 회전 속도는 서로 상이하며, 제2 팬이 제1 팬에 비해 고속으로 회전된다.

마찬가지로 부하 대응 운전을 필요로 한다는 것은 이미 저장실의 온도가 제3 온도 구간으로 진입하였거나 진입할 가능성이 매우 높은 경우라는 것을 의미하므로 신속한 냉각을 위해 팬이 제3 회전 속도록 회전되는 것이다. 다만 팬은 초기 전원 투입 시 보다 부하 대응 운전 시 더 느리게 회전된다. 이는 팬 소음 감소를 위한 것이다.

(S460) 다음으로 온도 또는 시간을 기준으로 부하 대응 운전을 완료한다. 예를 들어 저장실의 온도가 설정 온도보다 기설정된 온도만큼 낮아지거나, 부하 대응 운전이 가동된지 기설정된 시간이 지난 경우에 부하 대응 운전을 완료할 수 있다.

(S470) 마지막으로 부하 대응 운전의 재가동을 방지하기 위한 시간을 초기화하여 다시 카운트 한다.

마지막으로 제1 팬과 제2 팬의 회전 속도를 비교한다. 제1 팬과 제2 팬의 회전 속도는 표 2와 표 3을 통해 비교할 수 있다. 표 2는 제1 팬의 켜짐 조건과 꺼짐 조건을 나타낸 것이고, 표 3은 제2 팬의 켜짐 조건과 꺼짐 조건을 나타낸 것이다.

팬에 공급되는 전압이 증가하면 팬의 회전 속도가 증가한다. 따라서 팬의 회전 속도는 팬에 공급되는 전압으로부터 알 수 있다.

표 2와 표 3을 비교하면, 제2 팬의 회전 속도는 제1 팬의 회전 속도보다 빠르다. 제2 팬의 가장 느린 제1 회전 속도는 제1 팬의 가장 빠른 제4 회전 속도보다 빠르다.

이와 같이 제2 팬의 회전 속도가 제1 팬의 회전 속도보다 빠른 이유는 열전소자의 방열측에서 충분한 방열이 이루어져야 흡열측의 충분한 저온을 구현할 수 있기 때문이다. 이를테면 제2 히트 싱크의 크기가 제1 히트 싱크에 비해 더 큰 것과 같은 이치라고 할 수 있다.

한편 도어가 개방되었을 때 저장실에 배치되는 제1 팬은 정지되는 반면, 제2 팬은 정지되지 않는다. 제2 팬이 계속해서 회전되더라도 사용자에게 풍압을 전달하지 않기 때문이다.

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

Claims

저장실의 온도를 측정하도록 형성되는 센서부;
열전소자와 적어도 하나의 팬을 구비하고, 상기 저장실을 냉각하도록 형성되는 열전소자모듈; 및
상기 팬의 회전 속도를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 팬의 회전 속도는, (a) 상기 센서부에 의해 측정되는 저장실의 온도 조건과 (b) 초기 전원 투입 조건에 근거하여 결정되며,
상기 (a) 저장실의 온도 조건은, 상기 저장실의 온도가 사용자에 의해 입력된 설정 온도를 포함하는 제1 온도 구간, 상기 제1 온도 구간보다 높은 온도의 제2 온도 구간, 및 상기 제2 온도 구간보다 높은 온도의 제3 온도 구간 중 어느 구간에 속하는지에 의해 결정되고,
상기 팬은 상기 제1 온도 구간에서 0보다 큰 값의 제1 회전 속도로 회전되고, 상기 제2 온도 구간에서 상기 제1 회전 속도 이상의 제2 회전 속도로 회전되며, 상기 제3 온도 구간에서 상기 제1 회전 속도 초과 그리고 상기 제2 회전 속도 이상의 제3 회전 속도로 회전되고,
냉장고에 (b) 초기 전원이 투입되는 경우에는, 상기 저장실의 온도가 상기 제3 온도 구간에서 상기 제2 온도 구간으로 하강 진입한 후 상기 제2 온도 구간에 속하는 기설정된 온도에 도달하기 전까지 상기 팬이 계속해서 상기 제3 회전 속도를 초과하는 회전 속도로 회전되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서,
상기 냉장고에 (b) 초기 전원이 투입되는 경우에는,
상기 저장실의 온도가 상기 기설정된 온도에 도달한 이후부터 상기 제1 온도 구간으로 하강 진입 하기 전까지 상기 팬이 계속해서 상기 제3 회전 속도로 회전되며,
상기 저장실의 온도가 상기 제1 온도 구간으로 하강 진입한 이후에는 상기 저장실의 온도 조건이 변경되기 전까지 상기 팬이 상기 제1 회전 속도로 회전되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서,
상기 저장실의 온도가 상기 제1 온도 구간에서 상기 제2 온도 구간으로 진입하는 상승 진입 온도는, 상기 저장실의 온도가 상기 제2 온도 구간에서 상기 제1 온도 구간으로 진입하는 하강 진입 온도보다 높고,
상기 저장실의 온도가 상기 제2 온도 구간에서 상기 제3 온도 구간으로 진입하는 상승 진입 온도는, 상기 저장실의 온도가 상기 제3 온도 구간에서 상기 제2 온도 구간으로 진입하는 하강 진입 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 냉장고.
제3항에 있어서,
상기 저장실의 온도가 상기 제1 온도 구간에서 상기 제2 온도 구간으로 진입하는 상승 진입 온도는 사용자에 의해 입력된 설정 온도보다 높고,
상기 저장실의 온도가 상기 제2 온도 구간에서 상기 제1 온도 구간으로 진입하는 하강 진입 온도는 사용자에 의해 입력된 설정 온도보다 낮은 것을 특징으로 하는 냉장고.
제3항에 있어서,
상기 기설정된 온도는 상기 저장실의 온도가 상기 제3 온도 구간에서 상기 제2 온도 구간으로 진입하는 하강 진입 온도에 해당하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서,
상기 열전소자모듈은,
상기 열전소자의 흡열부와 접촉하도록 배치되고, 상기 저장실과 열 교환하도록 이루어지는 제1 히트 싱크; 및
상기 열전소자의 흡열부와 접촉하도록 배치되고, 상기 저장실의 외부 영역과 열 교환하도록 이루어지는 제2 히트 싱크를 더 포함하며,
상기 적어도 하나의 팬은,
상기 제1 히트 싱크를 마주보도록 설치되며, 상기 제1 히트 싱크의 열 교환을 촉진하도록 바람을 일으키는 제1 팬; 및
상기 제2 히트 싱크를 마주보도록 설치되며, 상기 제2 히트 싱크의 열교환을 촉진하도록 바람을 일으키는 제2 팬을 포함하고,
상기 제2 팬의 회전 속도는 상기 제1 팬의 회전 속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서,
상기 팬은 상기 열전소자모듈에 착상된 서리를 제거하는 제상 운전 시 회전되며,
상기 팬은 (b) 초기 전원 투입 시 보다 상기 제상 운전 시에 더 느리게 회전되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서,
상기 열전소자모듈은,
상기 열전소자의 흡열부와 접촉하도록 배치되고, 상기 저장실과 열 교환하도록 이루어지는 제1 히트 싱크; 및
상기 열전소자의 흡열부와 접촉하도록 배치되고, 상기 저장실의 외부 영역과 열 교환하도록 이루어지는 제2 히트 싱크를 더 포함하며,
상기 적어도 하나의 팬은,
상기 제1 히트 싱크를 마주보도록 설치되며, 상기 제1 히트 싱크의 열 교환을 촉진하도록 바람을 일으키는 제1 팬; 및
상기 제2 히트 싱크를 마주보도록 설치되며, 상기 제2 히트 싱크의 열교환을 촉진하도록 바람을 일으키는 제2 팬을 포함하고,
상기 센서부는 상기 저장실의 습도 또는 상기 팬의 풍압을 측정하도록 형성되고,
상기 제어부는 상기 센서부에 의해 측정되는 상기 저장실의 온도나 습도, 상기 센서부에 의해 측정되는 상기 팬의 풍압, 또는 상기 열전소자모듈의 작동 적산 시간에 근거하여 제상 운전을 가동하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제8항에 있어서,
상기 제상 운전은 상기 열전소자의 작동을 정지시키고, 상기 제1 팬을 계속해서 회전시키며, 상기 제2 팬의 작동을 정지시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제9항에 있어서,
상기 제상 운전은, 상기 열전소자의 작동이 정지되고 상기 제1 팬이 계속 회전하는 상태에서 상기 제2 팬을 기설정된 시간 경과 후에 다시 회전시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제8항에 있어서,
상기 제상 운전은 상기 열전소자에 역전압을 가하고, 상기 제1 팬과 상기 제2 팬을 계속해서 회전시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제8항에 있어서,
상기 제상 운전은 상기 열전소자의 작동을 정지시키고, 상기 제1 팬과 상기 제2 팬 중 적어도 하나를 계속해서 회전시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서,
상기 열전소자모듈은,
상기 열전소자의 흡열부와 접촉하도록 배치되고, 상기 저장실과 열 교환하도록 이루어지는 제1 히트 싱크; 및
상기 열전소자의 흡열부와 접촉하도록 배치되고, 상기 저장실의 외부 영역과 열 교환하도록 이루어지는 제2 히트 싱크를 더 포함하며,
상기 적어도 하나의 팬은,
상기 제1 히트 싱크를 마주보도록 설치되며, 상기 제1 히트 싱크의 열 교환을 촉진하도록 바람을 일으키는 제1 팬; 및
상기 제2 히트 싱크를 마주보도록 설치되며, 상기 제2 히트 싱크의 열교환을 촉진하도록 바람을 일으키는 제2 팬을 포함하고,
상기 열전소자에 역전압이 가해지면 상기 제1 팬과 상기 제2 팬이 계속해서 회전하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서,
상기 열전소자모듈은,
상기 열전소자의 흡열부와 접촉하도록 배치되고, 상기 저장실과 열 교환하도록 이루어지는 제1 히트 싱크; 및
상기 열전소자의 흡열부와 접촉하도록 배치되고, 상기 저장실의 외부 영역과 열 교환하도록 이루어지는 제2 히트 싱크를 더 포함하며,
상기 적어도 하나의 팬은,
상기 제1 히트 싱크를 마주보도록 설치되며, 상기 제1 히트 싱크의 열 교환을 촉진하도록 바람을 일으키는 제1 팬; 및
상기 제2 히트 싱크를 마주보도록 설치되며, 상기 제2 히트 싱크의 열교환을 촉진하도록 바람을 일으키는 제2 팬을 포함하고,
상기 열전소자의 작동이 정지되면 상기 제1 팬과 상기 제2 팬 중 적어도 하나가 계속해서 회전하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제14항에 있어서,
상기 제1 온도 구간에서 상기 열전소자의 작동이 정지되면 상기 제1 팬과 상기 제2 팬이 계속해서 회전하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제14항에 있어서,
상기 센서부는 상기 저장실의 습도 또는 상기 팬의 풍압을 측정하도록 형성되고,
상기 제어부는 상기 센서부에 의해 측정되는 상기 저장실의 온도나 습도, 상기 센서부에 의해 측정되는 상기 팬의 풍압, 또는 상기 열전소자모듈의 작동 적산 시간에 근거하여 제상 운전을 가동하도록 형성되며,
상기 제상 운전은 상기 열전소자의 작동을 정지시키고, 상기 제1 팬을 계속해서 회전시키며, 상기 제2 팬의 작동을 정지시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제16항에 있어서,
상기 제상 운전은, 상기 열전소자의 작동이 정지되고 상기 제1 팬이 계속 회전하는 상태에서 상기 제2 팬을 기설정된 시간 경과 후에 다시 회전시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서,
상기 냉장고는 상기 저장실을 개폐하도록 형성되는 도어를 더 포함하고,
상기 도어가 열렸다가 닫힌 후 기설정된 시간 내에 상기 저장실의 온도가 기설정된 온도만큼 상승한 경우 상기 제어부는 부하 대응 운전을 가동하도록 형성되며,
상기 부하 대응 운전은, 상기 저장실의 온도가 상기 제1 온도 구간, 상기 제2 온도 구간 및 상기 제3 온도 구간 중 어느 구간에 속하는지에 무관하게 상기 팬이 상기 제3 회전 속도로 회전되도록 구성되고,
상기 팬은 (b) 초기 전원 투입 시 보다 상기 부하 대응 운전 시 더 느리게 회전되는 것을 특징으로 하는 냉장고.