KR20200063755A - 냉장고 및 냉장고의 제어방법 - Google Patents

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정희문
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Abstract

개시된 일 측면에 따른 냉장고는, 저장실을 갖는 본체; 상기 저장실 후방에 마련되어 냉기를 생성하는 증발기; 공기가 유입되는 상기 증발기의 하부에 마련되고, 상기 증발기에 착상된 서리 또는 성에를 제거하는 제상 히터; 상기 증발기의 상부에 마련되고, 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서가 측정하는 제1 측정값에 기초하여 제1 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하고, 제2 제상 사이클에서 상기 제1 측정값과 다른 제2 측정값에 기초하여 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 제어부;를 포함한다.

Description

냉장고 및 냉장고의 제어방법{ REFRIGERATOR AND CONTROL METHOD THEREOF }
개시된 발명은 증발기에 착상된 서리 또는 성에를 효율적으로 제거하는 냉장고 및 냉장고의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉장고는 저장실과, 저장실에 냉기를 공급하는 냉기공급장치를 구비하고, 식품을 신선하게 보관하는 장치이다.
여기서 저장실은 그 전면이 개방되도록 마련되고, 개방된 전면은 평상시 저장실의 온도 유지를 위해 도어에 의해 폐쇄되는 것이 일반적이다.
냉기공급장치는, 증기압축 냉동사이클을 이용하여 저장실 공간의 열기를 외부로 퍼냄(Pumping)으로써, 저장실 공간을 낮은 온도로 유지한다.
냉기공급장치는 냉기를 생성하는 증발기와, 증발기에 의해 생성된 냉기가 저장실로 공급될 수 있도록 유도하는 송풍장치와, 송풍장치에 의해 유도된 냉기를 전달받아 저장실로 토출시키는 냉기덕트를 포함한다.
증발기는 저장실과 연결되어, 상대적으로 높은 온도의 습한 공기와 접촉하면서 열기를 흡수한다. 이 과정에서 증발기 표면에는 상대적으로 낮은 온도의 습한 공기 속에 포함된 과포화 수증기가 응결되어 서리가 형성된다.
냉장고 작동이 지속됨에 따라 서리가 축적되어 두꺼워지면, 증발기를 지나는 공기 유량이 줄어들게 된다. 또한, 증발기 표면의 열 저항은 증가하고, 결과적으로 냉동사이클 성능이 저하된다. 따라서 냉장고에는 주기적으로 증발기에 축적된 서리를 제거하는 제상 과정이 필요하다.
일반적으로 냉장고는, 증발기에 인접해 배치한 전기 히터에서 발생하는 열로 대류 및 복사에 의한 열 전달에 의해 서리를 용융해서 제거한다.
여기서 전기 히터는, 파이프의 재료에 따라 코드(cord) 히터 및 시즈(sheath) 히터로 구분된다.
구체적으로 코드 히터는 알루미늄 파이프로 구성되고, 증발기의 튜브와 동일한 배열 형상을 갖는다. 코드 히터는, 비용이 저렴하지만, 제상 과정 후 남는 서리(이하 잔상)이 많은 단점이 있다. 시즈 히터는, 니켈 합금으로 된 파이프로 구성되며, 주로 증발기 하부에 배치된다. 시즈 히터는, 잔상이 적지만 코드 히터와 비교하여 상대적으로 소비 전력이 큰 단점이 있었다.
최근 냉장고는 전술한 코드 히터 및 시즈 히터를 함께 사용하면서 에너지 효율을 증가시키는 것이 일반적이지만, 두 개의 히터를 동시에 사용함으로써 비용이 매우 높아지는 단점이 있었다.
한편, 증발기는 습한 공기가 접촉하는 영역에 따라 서리가 많이 생기는 영역과 적게 형성되는 영역으로 구분된다. 즉, 증발기에 착상되는 서리는 불균일하게 착상되는 현상이 존재한다. 그러나 종래 일반적인 냉장고에서는 제상 과정에서 사용되는 히터를 불균일한 착상과 무관하게 동작시켰다. 이에 따라 증발기의 일부 영역은 필요 이상으로 과열되는 비효율적인 상황이 발생하는 문제점도 있었다.
개시된 일 측면에 따르면, 시즈 히터를 사용하는 제상 과정에서 증발기에 서리 또는 성에가 착상되는 영역을 구분하고, 영역에 따른 효율적인 제상을 수행함으로써 제상 과정에 사용되는 소비 전력을 줄이는 냉장고 및 냉장고의 제어방법을 제안한다.
개시된 일 측면에 따른 냉장고는, 저장실을 갖는 본체; 상기 저장실 후방에 마련되어 냉기를 생성하는 증발기; 공기가 유입되는 상기 증발기의 하부에 마련되고, 상기 증발기에 착상된 서리 또는 성에를 제거하는 제상 히터; 상기 증발기의 상부에 마련되고, 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서가 측정하는 제1 측정값에 기초하여 제1 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하고, 제2 제상 사이클에서 상기 제1 측정값과 다른 제2 측정값에 기초하여 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 제1 측정값에 기초하여 상기 제1 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 시점을 결정하고, 상기 제2 제상 사이클에서 상기 제2 측정값에 기초하여 상기 시점을 변경할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 측정값보다 높은 상기 제2 측정값에 기초하여 상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 제상 사이클을 복수 회로 수행하고, 미리 설정된 주기로 상기 제2 제상 사이클에 따른 상기 제상 히터를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 미리 설정된 주기를 변경할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 측정값보다 높고 상기 제2 측정값보다 낮은 제3 측정값에 기초하여 상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단할 수 있다.
압축기, 응축기, 상기 증발기 및 팽창기를 포함하는 냉각부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단한 후 냉장 사이클에서 상기 냉각부를 제어하고, 상기 냉장 사이클의 완료 후 상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 개시할 수 있다.
상기 제상 히터는, 열을 발생시키는 파이프를 포함하는 시즈(sheath) 히터를 포함하고, 상기 파이프는, 상기 증발기의 하부에 위치할 수 있다.
상기 제상 히터는, 열을 발생시키는 제1 파이프가 상기 증발기의 하부에 위치하고, 상기 제1 파이프로부터 밴딩되어 상기 제1 관과 평행하게 연결된 제2 파이프가 상기 증발기의 중앙부에 위치할 수 있다.
상기 증발기의 중앙부에 마련되는 제2 온도 센서;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 온도 센서가 측정하는 측정값에 기초하여 상기 제1 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하고, 상기 제2 온도 센서가 측정하는 측정값에 기초하여 상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단할 수 있다.
개시된 다른 실시예에 따른 냉장고의 제어방법은, 제1 제상 사이클에서 제상 히터의 동작시키고; 온도 센서가 측정하는 제1 측정값에 기초하여 상기 제1 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하고; 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터를 동작시키고; 및 상기 온도 센서가 측정하는 제2 측정값에 기초하여 상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제1 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 것은, 상기 제1 측정값에 기초하여 상기 제1 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 시점을 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 것은, 상기 제2 측정값에 기초하여 상기 제1 제상 사이클에서 결정한 시점을 변경하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 것은, 상기 제1 측정값보다 낮은 상기 제2 측정값에 기초하여 상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제2 제상 사이클을 복수 회 수행하고, 미리 설정된 주기로 상기 제1 제상 사이클을 수행하는 것;을 더 포함할 수 있다.
상기 수행하는 것은, 상기 미리 설정된 주기를 가변할 수 있다.
상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 것은, 상기 제2 측정값보다 높고 상기 제1 측정값보다 낮은 제3 측정값에 기초하여 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제2 측정값에 기초하여 제3 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 것;을 더 포함할 수 있다.
상기 제상 히터는, 열을 발생시키는 제1 파이프가 증발기의 하부에 위치하고, 상기 제1 파이프로부터 밴딩되어 상기 제1 관과 평행하게 연결된 제2 파이프가 상기 증발기의 중앙부에 위치할 수 있다.
개시된 일 측면에 따른 냉장고 및 냉장고의 제어방법은, 시즈 히터를 사용하는 제상 과정에서 증발기에 서리 또는 성에가 착상되는 영역을 구분하고, 영역에 따른 효율적인 제상을 수행함으로써 제상 과정에 사용되는 소비 전력을 줄이는 효과가 있다.
또한, 다른 측면에 따른 냉장고 및 냉장고의 제어방법은, 제상 과정에서 사용되는 제상열의 온도를 줄일 수 있고, 증발기의 냉각 효율을 증가시키고, 나아가 저장실의 내부 온도를 유지하는데 필요한 목표 온도를 쉽게 회복시켜 냉장고 제어에 필요한 냉각 에너지도 함께 줄어드는 효과가 있다.
또한, 다른 측면에 따른 냉장고 및 냉장고의 제어방법은, 시즈 히터만을 사용함으로써, 종래 두 가지의 히터를 동시에 사용하여 발생하는 문제점을 함께 해결하는 효과가 있다.
도 1은 개시된 일 실시예에 따른 냉장고의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 냉장고의 측단면도이다.
도 3은 개시된 일 실시예에 따른 제어 블록도이다.
도 4a 및 도 4b 개시된 증발기 및 제상 히터의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 일반적인 제상 사이클의 동작에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 개시된 일 실시예에 따른 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7 및 도 8은 서로 다른 주기를 가질 수 있는 제상 사이클의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 개시된 일 실시예에 따른 냉장고의 제어방법에 대한 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 11a은 개시된 다른 실시예에 따른 제상 히터의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 11b는 제상 완료 시점에서 각 영역에 따른 온도 분포를 설명하기 위한 도면이고, 도 11c는 다른 실시예에 따른 제상 히터의 제어방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 12는 분할 히터와 개시된 제어방법을 수행하는 경우 일어나는 효과를 설명하기 위한 표이다.
도 13a는 또 다른 실시예에 따른 제어방법을 설명하기 위한 그래프이고, 도 13b는 또 다른 실시예에 따른 효과를 설명하기 위한 표이다.
도 14는 일 실시예에 따른 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 15는 도 14의 제어방법에서 반복적 제어를 추가한 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 16은 도 15 의 제어방법에서 측정값을 변경하는 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
한편, 하기의 설명에서 사용된 용어 "상부", "하부", "상단" 및 "하단"등은 도면을 기준으로 정의한 것이며, 이 용어에 의하여 각 구성요소의 형상 및 위치가 제한되는 것은 아니다.
냉장고는 저장실과 도어의 형태에 따라 그 종류가 구분될 수 있다.
저장실이 수평격벽에 의해 상하로 구획되어 상측에 냉동실이 형성되고 하측에 냉장실이 형성되는 TMF(Top Mounted Freezer)형 냉장고와, 상측에 냉장실이 형성되고 하측에 냉동실이 형성되는 BMF(Bottom Mounted Freezer)형 냉장고가 있다.
또한, 저장실이 수직격벽에 의해 좌우로 구획되고 일 측에 냉동실이 형성되며 타 측에 냉장실이 형성되는 SBS(Side By Side)형 냉장고가 있으며, 저장실이 수평격벽에 의해 상하로 구획되고 상측에 냉장실이 형성되고 하측에 냉동실이 형성되되 상측의 냉장실은 한 쌍의 도어에 의해 개폐되는 FDR(French Door Refrigerator)형 냉장고가 있다.
본 실시예에서는 설명의 편의상 SBS 형 냉장고에 대해서 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 개시된 일 실시예에 따른 냉장고의 사시도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 냉장고의 측단면도이다.
도 1및 도 2를 함께 참조하면, 냉장고(1)는 외관을 형성하는 본체(10)와, 본체(10)의 내부에 전면이 개방되도록 마련된 저장실(20)과, 저장실(20)의 개방된 전면을 개폐하도록 본체(10)에 회동 가능하게 결합되는 도어(30)와, 도어(30)가 본체(10)에 회전 가능하게 결합되도록 하는 상부 힌지(41) 및 하부 힌지(43)를 포함하는 힌지모듈(40)을 포함한다.
본체(10)는 저장실(20)을 형성하는 내상(11)과, 외관을 형성하는 외상(13)을 포함하며, 내상(11)과 외상(13) 사이에는 저장실(20)의 냉기 유출을 방지하도록 단열재(15)가 발포된다.
또한, 본체(10)는 저장실(20)을 냉장실(21)과 냉동실(23)로 구획하는 격벽(17)을 포함하며, 저장실(20)은 격벽(17)에 의해 좌우로 구획된다. 일 예로, 본체(10)의 우측에는 냉장실(21)이 마련되고, 본체(10)의 좌측에는 냉동실(23)이 마련될 수 있다.
저장실(20) 내부에는 음식물 등을 저장할 수 있도록 복수개의 선반(25) 및 저장용기(27)가 마련될 수 있다.
저장실(20)은 본체(10)에 회동 가능하게 결합되는 도어(30)에 의해 개폐되며, 격벽(17)에 의해 좌우로 구획되는 냉장실(21)과 냉동실(23)은 각각 냉장실 도어(31)와 냉동실 도어(33)에 의해 개폐된다.
냉장실 도어(31)와 냉동실 도어(33)는 본체(10)의 상부에 마련되는 상부 힌지(41)와 본체(10)의 하부에 마련되는 하부 힌지(43)를 포함하는 힌지모듈(40)에 의해 본체(10)에 회동 가능하게 결합될 수 있다.
냉장실 도어(31)와 냉동실 도어(33)의 배면에는 음식물 등을 수납할 수 있도록 복수개의 도어가드(35)가 마련된다.
본체(10)의 후방 하측에는 냉매를 압축하는 압축기(51)와 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(52, 도 3 참조)가 설치되는 기계실(29)이 마련될 수 있다.
기계실(29)에 마련되는 압축기(51) 및 응축기(52)는, 팽창기(53) 및 증발기(100)와 함께 냉각부(50)를 형성할 수 있다. 냉각부(50)에서 형성된 냉기는 저장실(20)에 공급된다. 일 예로, 송풍팬(55) 및 냉기 토출공(57)이 형성된 냉기덕트(58)는 증발기(100)에서 생성된 냉기가 저장실(20)로 토출시킬 수 있다.
도 3은 개시된 일 실시예에 따른 제어 블록도이다.
도 3을 참조하면, 냉장고(1)는 전술한 냉각부(50), 사용자로부터 입력 명령을 수신하는 입력부(60), 외부와 통신을 수행하는 통신부(70), 본체(10) 내부 또는 외부의 공기의 온도와 도어의 개폐 등 다양한 측정을 수행하는 센서부(80), 센서부(80)가 측정한 결과 및 다양한 데이터를 저장하는 저장부(95) 및 냉장고(1) 내의 각 구성을 제어하는 제어부(90)를 포함할 수 있다.
냉각부(50)는 저장실(20)에 냉기를 공급한다. 구체적으로, 냉각부(50)는 냉매의 증발을 이용하여 저장실(20)의 온도를 지정된 범위 이내로 유지시킬 수 있다.
냉각부(50)는 기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기(51), 압축된 기체 상태의 냉매를 액체 상태로 상태 변환시키는 응축기(52), 액체 상태의 냉매를 감압하는 팽창기(53), 감압된 액체 상태의 냉매를 기체 상태로 상태 변환시키는 증발기(100)로 구성될 수 있다. 전술한 냉각부(50)의 각 구성이 일련의 동작이 포함된 사이클을 냉각 사이클이라 지칭한다.
냉각부(50)는 액체 상태의 냉매가 기체 상태로 상태 변환하면서 주위 공기의 열 에너지를 흡수하는 현상을 이용하여 저장실(20)의 공기를 냉각시킬 수 있다.
여기서 증발기(100)는 냉매가 흐르는 튜브(110)와 튜브(110)의 외주면에 결합되어 튜브(110)에 흐르는 냉매와 외부의 공기 사이에 열교환이 원활하게 이루어지도록 하는 복수 개의 냉각 핀(120)을 포함할 수 있다. 냉각 사이클에서 증발기(100)는 저온 저압의 액체상태인 냉매가 튜브(110)를 따라 이동하면서 냉매를 증발시킨다. 또한, 증발기(100)는 냉매가 증발할 때 필요한 열을 주변의 공기로부터 흡수한다. 이에 따라, 증발기(110)의 주변에는 증발기에 의해 냉각된 냉기가 형성될 수 있다.
증발기(100) 주변에 공기가 냉각되면서 상대습도가 낮아지기 때문에 증발기(100)를 지나는 공기에 포함된 수증기가 응결되는 결로현상이 발생한다. 응고점 이하로 낮아진 물은 결빙되어 증발기(100) 표면에 성에로 착상될 수 있다. 공기 중의 수증기는 증발기(100)의 낮은 온도를 갖는 표면에 부딪치면서 승화하여 서리가 될 수 있다.
제상 히터(200)는 증발기(100)에 착상된 성에 또는 서리를 제거한다. 개시된 실시예에 따른 제상 히터(200)는 시즈 히터(sheath heater)로 마련될 수 있다. 그러나 제상 히터(200)가 시즈 히터에만 제한되는 것은 아니고, 전기 히터이면 충분하다. 증발기(100) 및 제상 히터(200)에 대한 구체적인 설명은 이하의 다른 도면을 통해 후술한다.
입력부(60)는 사용자로부터 다양한 입력 명령을 수신한다.
입력부(60)는 저장실(20)에서 유지하는 내부 온도에 대한 목표 온도를 입력받을 수 있고, 개시된 제상 히터(200)의 동작 조건에 대한 입력 명령을 수신할 수 있다.
개시된 냉장고(1)는 증발기(100)에 착상된 서리 또는 성에를 제거하는 제상 사이클에서 제상 히터(200)의 동작을 중단하는 시점을 다양하게 변경할 수 있다. 입력부(60)는 사용자로부터 제상 히터(200)의 동작을 중단하는 시점의 기준이 제상 온도 센서(83)의 측정값에 관한 입력을 수신할 수 있다.
한편, 입력부(60)는 전술한 명령 이외에도 다양한 입력 명령을 수신할 수 있다. 입력부(60)는 사용자의 입력을 위해 각종 버튼이나 스위치, 페달(pedal), 키보드, 마우스, 트랙볼(track-ball), 각종 레버(lever), 핸들(handle)이나 스틱(stick) 등과 같은 하드웨어적인 장치를 포함할 수 있다.
입력부(60)는 사용자의 입력을 위해 터치 패드(touch pad) 등과 같은 GUI(Graphical User interface), 즉 소프트웨어인 장치를 포함할 수도 있다. 터치 패드는 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel: TSP)로 구현되어 디스플레이부(미도시)와 상호 레이어 구조를 이룰 수 있다.
터치 패드와 상호 레이어 구조를 이루는 터치 스크린 패널(TSP)로 구성되는 경우, 디스플레이부는 입력부로도 사용될 수 있다.
통신부(70)는 냉장고(1)의 외부와 데이터를 주고 받을 수 있다.
일 예로, 통신부(70)는 제조사에 의해 관리되는 서버(미도시)로부터 제상 히터(200)가 동작을 중단하는 시점에 관한 다양한 제어 명령 및 기준이 되는 온도 센서의 측정값에 관한 데이터를 수신하고, 제상 사이클의 동작에 적용할 수 있다.
이 외에도, 통신부(70)는 카메라(미도시)에 의하여 촬영된 저장실 내부 영상을 사용자 단말 등으로 전송하는 것과 같은 다양한 동작을 더 수행할 수 있다.
통신부(70)는 외부 장치와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈, 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
근거리 통신 모듈은 블루투스 모듈, 적외선 통신 모듈, RFID(Radio Frequency Identification) 통신 모듈, WLAN(Wireless Local Access Network) 통신 모듈, NFC 통신 모듈, 직비(Zigbee) 통신 모듈 등 근거리에서 무선 통신망을 이용하여 신호를 송수신하는 다양한 근거리 통신 모듈을 포함할 수 있다.
유선 통신 모듈은 지역 통신(Local Area Network; LAN) 모듈, 광역 통신(Wide Area Network; WAN) 모듈 또는 부가가치 통신(Value Added Network; VAN) 모듈 등 다양한 유선 통신 모듈뿐만 아니라, USB(Universal Serial Bus), HDMI(High Definition Multimedia Interface), DVI(Digital Visual Interface), RS-232(recommended standard232), 전력선 통신, 또는 POTS(plain old telephone service) 등 다양한 케이블 통신 모듈을 포함할 수 있다.
무선 통신 모듈은 와이파이(Wifi) 모듈, 와이브로(Wireless broadband) 모듈 외에도, GSM(global System for Mobile Communication), CDMA(Code Division Multiple Access), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), UMTS(universal mobile telecommunications system), TDMA(Time Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 등 다양한 무선 통신 방식을 지원하는 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
센서부(80)는 저장실(20)을 기준으로 저장실 내부를 감지하는 내부 온도 센서(inner temperature sensors, 81), 냉장고(1)의 냉각 사이클 및 제상 사이클에 필요한 다양한 온도를 감지하는 외부 온도 센서(outer temperature sensors, 82)를 포함할 수 있다.
내부 온도 센서(81)는 격벽(17) 및 선반(25)에 의해서 구획된 저장실(20) 각각의 온도를 감지하고, 감지된 온도에 대응하는 전기적 신호를 제어부(90)로 출력할 수 있다. 내부 온도 센서들(17) 각각은 온도에 따라 반도체 저항 변화를 이용하는 서미스터(thermistor) 온도 센서를 포함할 수 있다.
외부 온도 센서(82)는 냉장고(1)가 설치된 주위의 온도 즉, 외기 온도를 검출할 수 있다. 또한 외부 온도 센서는 냉각 사이클의 동작에 필요한 온도, 예를 들어 냉각부(50)의 각 구성의 동작을 확인하기 위한 온도를 검출할 수 있다. 외부 온도 센서(82) 또한, 검출한 온도를 제어부(90)로 출력할 수 있다.
외부 온도 센서(82)는 검출하는 방식에 따라 접촉식 온도센서 또는 비접촉식 온도센서로 구현될 수 있다. 구체적으로, 외부 온도 센서(82)는 내부 온도 센서(81)에서 설명한 서미스터 온도 센서 뿐만 아니라, 온도 변화에 따른 금속의 저항 변화를 이용하는 측온 저항체(RTD) 온도 센서, 재질이 다른 두 가지 종류의 금속선의 접합점 양단에서 발생하는 기전력을 이용하면 열전대 온도센서, 온도에 따라 변화하는 트렌지스터의 양단전압 또는 P-N 접합부의 전류전압 특성을 이용하는 IC 온도센서 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 그러나 외부 온도 센서(82)는 이외에도 다양한 온도 센서를 포함할 수 있다.
센서부(80)는, 외부 온도 센서(82)의 일 예로, 증발기(100)에 마련되어 제상 히터(200)의 동작에 따라 변화하는 공기의 온도를 감지하는 제상 온도 센서(83)를 포함할 수 있다. 제상 온도 센서(83)에 대한 구체적인 설명은 이하의 다른 도면을 통해 후술한다.
한편, 센서부(80)는 온도 센서 이외에도 도어(30)의 개폐 여부를 감지하는 센서 및 저장실(20) 내부의 영상을 촬영하여 전기적 신호로 변환하는 영상 센서 등 다양한 센서를 더 포함할 수 있다.
저장부(95)는 프로그램 및/또는 데이터를 저장하고, 외부 저장 매체와 접속될 수 있는 접속 단자를 통해 프로그램 및/또는 데이터를 수집할 수 있다.
프로그램은 특정한 기능을 수행하기 위하여 조합된 복수의 명령어들을 포함하며, 데이터는 프로그램에 포함된 복수의 명령어들에 의하여 처리 및/또는 가공될 수 있다. 또한, 프로그램 및/또는 데이터는 냉장고(1)의 동작과 직접적으로 관련된 시스템 프로그램 및/또는 시스템 데이터와, 사용자에게 편의 및 재미를 제공하는 어플리케이션 프로그램 및/또는 어플리케이션 데이터를 포함할 수 있다.
저장부(95)는 캐쉬, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 및 플래쉬 메모리(Flash memory)와 같은 비휘발성 메모리 소자 또는 RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리 소자 또는 하드디스크 드라이브(HDD, Hard Disk Drive), CD-ROM과 같은 저장 매체 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
저장부(95)는 프로그램 및/또는 데이터를 저장하고, 저장된 프로그램 및/또는 데이터를 제어부(90)로 출력할 수 있다. 저장부(95)는 제어부(90)가 아래에서 설명되는 동작을 수행하기 위하여 실행되는 프로그램 및/또는 데이터를 저장할 수 있다.
제어부(90)는 저장부(80)에 저장된 프로그램 및/또는 데이터를 로딩하여 기억하는 메모리(92)와, 메모리(92)에 기억된 프로그램 및/또는 데이터에 따라 냉각 사이클 및 제상 사이클의 동작을 포함한 개시된 냉장고(1)의 동작을 수행하는 프로세서(91)를 포함한다. 제어부(90)는 메모리(92)와 프로세서(91) 등의 하드웨어 뿐만 아니라, 메모리(92)에 기억되고 프로세서(91)에서 처리되는 프로그램 및/또는 데이터 등의 소프트웨어를 더 포함할 수 있다.
메모리(92)는 냉장고(1)에 포함된 구성들을 제어하기 위한 프로그램 및/또는 데이터를 기억하고, 냉장고(1)에 포함된 구성들을 제어하기 중에 발생하는 임시 데이터를 기억할 수 있다.
예를 들어, 메모리(92)는 제상 온도 센서(83)의 감지 결과에 기초하여 제상 히터(200)의 동작을 제어하기 위한 프로그램 및/또는 데이터를 기억할 수 있으며, 제상 온도 센서(83)의 감지 결과를 임시로 기억할 수 있다.
또한, 메모리(92)는 입력부(60)를 통해 입력된 제상 히터(200)의 동작 중단 시점에 관한 입력 명령을 임시로 기억할 수 있다. 이 경우, 프로세서(91)는 메모리(92)에 저장된 데이터를 수집한 후, 다음 제상 사이클의 동작에 적용할 수 있다.
메모리(92)는 데이터를 장기간 저장하기 위한 롬(Read Only Memory), 플래시 메모리(flash memory) 등의 비휘발성 메모리와, 데이터를 일시적으로 기억하기 위한 S-램(Static Random Access Memory, S-RAM), D-램(Dynamic Random Access Memory) 등의 휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
프로세서(91)는 메모리(92)에 기억/저장된 프로그램 및/또는 데이터에 따라 냉각 사이클에서 동작하는 냉각부(50)의 구성에 대한 제어 신호와 제상 사이클에서 동작하는 제상 히터(200)의 제어 신호를 생성할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(91)는 냉각 사이클의 동작 이후, 제상 사이클의 동작을 개시하는 조건을 판단한다. 동작 개시 조건은 외부 온도 센서(82)의 외기 감지 결과 및 내부 온도 센서(81)의 저장실 내부 온도에 따라 다양할 수 있다.
동작 개시 조건에 따라 프로세서(91)는 제상 히터(200)에 대한 제어 신호를 생성하고, 제상 히터(200)를 동작시킨다. 제상 히터(200)가 동작하는 제상 사이클에서 프로세서(91)는 제상 온도 센서(83)로부터 계속적으로 검출되는 온도의 측정값을 수신한다. 수신된 온도의 측정값이 미리 설정된 온도의 측정값을 만족하면, 제상 사이클의 동작을 중단한다. 또한, 프로세서(91)는 제상 사이클마다 제상 히터(200)의 동작을 중단하는 기준 측정값을 다양하게 가변함으로써, 제상 동작에서 발생하는 불필요한 전력 소모를 감소시킨다. 이에 관한 구체적인 설명은 이하의 도면을 통해 후술한다.
한편, 프로세서(91)는 논리 연산 및 산술 연산 등을 수행하는 코어(core)와, 연산된 데이터를 기억하는 레지스터(register) 등을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 구성 이외에도 개시된 냉장고(1)는 성능에 대응하여 적어도 하나의 구성요소가 추가되거나 삭제될 수 있다. 또한, 구성 요소들의 상호 위치는 시스템의 성능 또는 구조에 대응하여 변경될 수 있다. 한편, 도 3에서 도시된 각각의 구성요소는 소프트웨어 및/또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 및 주문형 반도체(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미한다.
도 4a 및 도 4b 개시된 증발기 및 제상 히터의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로 도 4a는 증발기를 구조를 일 면에서 바라본 도면이고, 도 4b는 도 4a와 다른 측면에서 바라본 도면이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 증발기(100)는 냉매가 흐르는 튜브(110), 튜브(110)에 흐르는 냉매와 외부의 공기 사이에 열 교환이 원활하게 이루어지도록 하는 복수 개의 핀(120)을 포함한다.
튜브(110)는 냉매가 유입되는 유입관(111), 튜브(110)에 유입되어 공기와 열교환을 한 냉매가 유출되는 유출관(113) 및 복수 개의 핀(120)이 함께 결합된 열교환관(115)으로 구분될 수 있다.
튜브(110)는 튜브(110) 내부를 흐르는 냉매와 외부 공기와의 열교환 면적을 넓히기 위해 길게 형성되는 것이 바람직하다. 따라서 열교환관(115)은 한 방향으로만 길게 형성되는 것이 아니라, 도 4A와 같이 수 차례 절곡시킨 형상을 갖도록 마련될 수 있다. 이를 통해서 튜브(110)는 공간적인 제약을 극복하고, 한정된 공간에서 효율적으로 열교환 면적을 넓힐 수 있다.
열교환관(115)은 제상 히터(200)의 파이프(210)를 기준으로 하부 영역(115a), 중앙 영역(115b) 및 상부 영역(115c)으로 나눌 수 있다.
도 4b를 참조하면, 저장실(20)로부터 회수되는 습한 공기는 증발기 하부 영역(115a)으로 유입되고, 열교환관(115)을 통과한 후, 상부 영역(115c)으로 배출된다. 이 때 회수된 습한 공기가 먼저 접촉하는 하부 영역(115a)은 다른 영역에 비해 상대적으로 많은 서리 또는 성에가 축적된다.
제상 히터(200)는 전원이 인가되면, 열을 발생시키는 열선으로 구성된다. 개시된 일 예로, 제상 히터(200)는 밴딩(banding)된 파이프(210) 내부에 열선이 감겨 있는 시즈 히터일 수 있다. 시즈 히터의 파이프(210)는 대류와 복사를 통해 열 전달을 일으키고, 튜브(110)와 복수 개의 핀(120)에 축적된 서리를 용융하여 제거한다.
제상수 받이(130)는 증발기(100) 및 제상 히터(200)의 후방에 마련되어 성에 또는 서리가 녹아서 중력에 의해서 떨어지는 제상수를 담는다. 제상수 받이(130)에는 제상수를 배출하기 위해 천공될 수 있다.
한편, 유출관(113)에는 튜브(110) 유출되는 냉매를 기화시키는 어큐뮬레이터(accumulator, 114)가 마련될 수 있다. 어큐물레이터(114)와 유출관(113) 사이에는 제상 온도 센서(83)가 마련될 수 있다.
제상 온도 센서(83)는 측정되는 온도를 전기적 신호로 변환하여 제어부(90)로 전달한다. 도 3에서 전술한 바와 같이 제상 온도 센서(83)가 전달하는 측정값은 제상 사이클에서 제상 히터(200)의 동작을 중단하는 기준 시점으로 사용된다.
제상 온도 센서(83)는 반드시 도 4a에서 도시된 위치에 마련되어야 하는 것은 아니다. 구체적으로 제상 온도 센서(83)는 복수 개로 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1 제상 온도 센서가 어큐물레이터(114)와 유출관(113) 사이에 마련되면, 제2 제상 온도 센서는 증발기(100)의 중앙 영역(115b)을 포함한 다양한 위치에 마련될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 일반적인 제상 사이클의 동작에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로 도 5A는 제상 사이클 내 영역 별 시간에 따른 온도 분포이고, 도 5B는 제상 사이클의 완료 시점에 증발기의 온도 분포이다.
종래 일반적인 제상 사이클도 도 4a에서 도시된 증발기(100) 및 제상 히터(200)에서 적용될 수 있다. 다만, 종래 제상 사이클은 일괄적으로 하부 영역(115a)에 위치하는 제상 히터(200)의 동작 중단이 상부 영역(115c)에 위치한 제상 온도 센서(83)의 하나의 측정 결과로 결정되었다.
도 5a를 참조하면, 23분 동안 진행된 제상 사이클에서 증발기(100)의 각 영역(115a, 115b, 115c)은 제상 사이클의 시작 시점인 0분에서 동일한 온도로 가열된다. 시간이 지남에 따라, 제상 히터(200)의 파이프(210)가 위치하는 하부 영역(115a)의 온도 상승이 빠르게 진행되고, 상부 영역(115c)은 상대적으로 낮은 속도로 온도 상승이 진행된다.
종래 일반적인 제상 사이클은 제상 온도 센서(83)가 미리 설정된 온도값(예를 들어 8.8도)일 때, 제상 히터(200)의 동작이 중단되었다. 즉, 제상 완료 시점이 각 제상 사이클마다 동일하게 진행되었다.
도 5b를 참조하면, 제상 완료 시점인 23분에서 증발기(100)의 각 영역 별 평균 온도는 하부 영역(115a)이 32.7도, 중앙 영역(115b)이 24.0도 및 상부 영역(115c)이 14.8도로 측정되었다. 즉, 제상 사이클에서 증발기(100)의 각 영역의 승온 속도 차이가 필연적으로 발생한다. 그러나 상대적으로 서리가 적은 상부 영역(115c)까지 승온 시키기 위해 제상 히터(200)의 동작을 유지하는 종래 제상 사이클의 경우, 제상 완료 시점에서 하부 영역(115a)의 온도가 과도하게 높아지는 문제가 있었다. 이러한 제상 에너지의 비 효율성은 전력 낭비와 더불어 제상 사이클 다음에 수행되는 냉각 사이클에서도 에너지의 낭비를 야기한다.
도 6은 개시된 일 실시예에 따른 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 종래 일반적인 제상 사이클의 제어방법과 달리, 개시된 냉장고(1)는 각각의 제상 사이클마다 제상 완료 시점을 변경하여 제상을 실행한다.
구체적으로 개시된 냉장고(1)는 첫 번째 냉각 사이클이 끝나고 실행하는 제상 사이클(이하 제1 제상 사이클)에서 23분의 시간동안 제상 히터(200)를 동작시킬 수 있다. 제1 제상 사이클이 완료된 후, 냉장고(1)는 냉각 사이클을 실행하고, 제상 히터(200)를 다시 동작(이하 제2 제상 사이클)시킬 수 있다.
냉장고(1)는 제2 제상 사이클에서 제상 완료 시점을 15분 내지 16분으로 짧게 조정하여 제상 히터(200)를 동작시킬 수 있다. 즉, 제2 제상 사이클의 제상 완료 시점을 제1 제상 사이클보다 짧게 가져가기 위해서, 냉장고(1)는 제상 온도 센서(83)의 측정값이 0도 미만인 경우에도 제상 히터(200)의 동작을 중단시킨다.
이렇게 개시된 냉장고(1)는 제1 제상 사이클의 제상 동작과 제2 제상 사이클의 제상 동작을 다르게 수행함으로써, 종래와 동일한 제상 효과를 유지함과 동시에 제상에 필요한 에너지의 소모를 줄일 수 있다.
한편, 온도의 측정값과 제상 완료 시점은 도 6에서 예시한 것에 한정되는 것은 아니며, 사용자의 입력에 의해서 변경될 수 있다.
도 7 및 도 8은 서로 다른 주기를 가질 수 있는 제상 사이클의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 먼저 참조하면, 개시된 냉장고(1)는 도 6과 달리, 냉각 사이클(R)이 끝난 제1 제상 사이클(D1)에서 제상 완료 시점을 앞으로 당긴 제어방법(이하 부분 제상)을 실행할 수 있다. 부분 제상에서 냉장고(1)는 제상 히터(200)의 가동 시간을 단축시키고, 증발기(100)의 중앙 영역(115b)까지 온도가 상승할 수 있도록 제어한다.
제1 제상 사이클(D1)이 완료되면, 냉장고(1)는 다시 냉각 사이클(R)동안 냉각부(50)를 제어한다.
냉각 사이클(R)이 완료되면, 냉장고(1)는 제2 제상 사이클(D2)동안 제상 히터(200)의 동작을 완료하는 제상 온도 센서(83)의 측정값을 제1 제상 사이클(D1)의 측정값과 동일하게 설정한다. 즉, 제2 제상 사이클(D2)에서도 냉장고(1)는 증발기(100)의 중앙 영역(115b)까지 제상이 이뤄지도록 부분 제상을 실행한다.
제2 제상 사이클(D2)이 완료되면, 냉장고(1)는 다시 냉각 사이클(R)동안 냉각부(50)를 제어한다.
냉각 사이클(R)이 완료되면, 냉장고(1)는 제3 제상 사이클(D3)동안 제상 온도 센서(83)의 측정값을 제1 제상 사이클(D1)의 측정값보다 높게 설정한다. 즉, 제3 제상 사이클(D3)에서 냉장고(1)는 증발기(100)의 상부 영역(115c)까지 제상이 이뤄지도록 제상 히터(200)를 동작(이하 전체 제상)시킨다.
제3 제상 사이클(D3)이 완료되면, 냉장고(1)는 다시 냉각 사이클(R)동안 냉각부(50)를 제어한다.
냉각 사이클(R)이 완료되면, 냉장고(1)는 부분 제상을 실행한다. 즉, 개시된 냉장고(1)는 도 6과 달리 전체 제상을 실행하는 제상 사이클의 주기를 3으로 설정할 수 있다.
이와 같이, 냉장고(1)는 부분 제상을 기본적으로 수행하면서, 전체 제상을 N회의 제상 사이클마다 실행할 수 있다.
도 8을 참조하면, 냉장고(1)는 도 7과 같이, 제1 제상 사이클(D1) 및 제2 제상 사이클(D2)에서 부분 제상을 실행하고, 제3 제상 사이클(D3)에서 전체 제상을 실행할 수 있다. 또한, 냉장고(1)는 제4 제상 사이클(D4) 및 제 5제상 사이클(D5)에서도 부분 제상을 실행하고, 제6 제상 사이클(D6)에서 전체 제상을 실행하면서, 주기를 3으로 설정할 수 있다.
그러나 개시된 냉장고(1)는 제 7제상 사이클(D7)에서 부분 제상을 실행한 후, 제8 제상 사이클(D8)에서 전체 제상을 실행하여 주기를 변경할 수 있다.
예를 들어, 냉장고(1)는 동작 중, 유입되는 외부 공기의 온도가 급격한 상승하는 것을 감지할 수 있다. 또한 사용자가 뜨거운 식품을 저장실(20)에 삽입하는 상황은 냉장고(1)가 냉각부(50)를 과도하게 동작시키는 원인이 될 수 있다. 이러한 경우, 증발기(100)에는 서리 또는 성에가 많이 착상될 수 있다.
냉장고(1)는 가변적으로 변화할 수 있는 상황에 따라 제상 사이클의 주기를 가변적으로 변경할 수도 있다.
도 9 및 도 10은 개시된 일 실시예에 따른 냉장고의 제어방법에 대한 효과를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로 도 9는 전체 제상과 부분 제상을 서로 다른 주기로 실행할 때 발생하는 에너지 절감 효과를 설명하기 위한 표이고, 도 10은 서로 다른 주기마다 절감되는 에너지 감소율을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9의 (a)는, 전체 제상을 실행하는 주기를 2로 설정한 것이다.
종래 냉장고는 전체 제상을 각 제상 사이클마다 일괄적으로 수행하였다. 이 경우, 제1 내지 제2 제상 사이클 동안 누적되는 에너지는 104Wh이었다.
이와 달리, 개시된 냉장고(1)는 제1 제상 사이클에서 부분 제상을 실행하고, 제2 제상 사이클에서 전체 제상을 실행한다. 이 경우, 개시된 냉장고(1)가 사용하는 누적 에너지는 88Wh로, 동일한 구성을 기준으로 종래 대비 약 15%의 에너지 절감 효과를 확인할 수 있다.
도 9의 (b)는, 전체 제상을 실행하는 주기를 3으로 설정한 것이다. 즉, 개시된 냉장고(1)는 제1 제상 사이클 및 제2 제상 사이클에서 부분 제상을 실행하고, 제3 제상 사이클에서 전체 제상을 실행한다.
제3 제상 사이클 동안 전체 제상을 수행하는 종래의 냉장고는 누적 에너지가 156Wh이다. 이와 달리, 개시된 냉장고(1)는 누적 에너지가 124Wh로 종래 대비 약 21%의 에너지 절감 효과를 확인할 수 있다.
도 10의 그래프에서 X축은 전체 제상을 실행하는 주기(T)를 나타내고, Y축은 누적 에너지의 감소율(E)를 나타낸다.
그래프의 X축이 5라면, 냉장고(1)가 부분 제상을 제4 제상 사이클 동안 수행하고, 제 5제상 사이클에서 전체 제상을 수행한 것을 의미한다. 이 경우, 그래프의 Y축은 25%이고, 이는 종래 대비 25%의 에너지 절감 효과가 있다는 것을 의미한다.
한편, 그래프의 기울기를 살펴보면, 전체 제상을 실행하는 주기를 길게 가져가는 제어가 반드시 에너지의 절감을 상승시키진 않는다. 예를 들어 전체 제상을 실행하는 주기가 20으로 설정하더라도, 종래 대비 에너지 감소율은 주기를 5로 설정한 제어방법과 비교하여 4% 정도의 차이만을 가지게 된다.
또한, 전체 제상의 주기를 너무 길게 설정하면, 증발기(100)의 서리가 확실하게 제거되지 못할 수도 있다. 따라서 개시된 냉장고(1)는 미리 설정된 범위 내에서 전체 제상을 실행하는 주기를 조절함으로써, 종래와 동일한 제상 효과를 유지하면서 에너지 사용 효율을 증가시킬 수 있다.
도 11a 은 개시된 다른 실시예에 따른 제상 히터의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 11b는 제상 완료 시점에서 각 영역에 따른 온도 분포를 설명하기 위한 도면이고, 도 11c는 다른 실시예에 따른 제상 히터의 제어방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 11a를 참조하면, 다른 실시예에 따른 제상 히터(200)는 두 개로 구분된 파이프(210) 중 제1 파이프(210a)가 증발기(100)의 하부 영역(115a)에 위치하고, 제2 파이프(210b)가 증발기(100)의 중앙 영역(115b)에 위치할 수 있다. 일 예로, 제2 파이프(210b)는 제1 파이프(210a)로부터 밴딩되어 상기 제1 관과 평행하게 연결될 수 있다.
다른 실시예에 따른 제상 히터(200) 또한, 시즈 히터로 마련될 수 있으며, 열 복사 및 대류를 통해서 증발기(100)에 착상된 성에 또는 서리를 제거할 수 있다. 따라서 제1 파이프(201a) 및 제2 파이프(210b) 또한, 파이프 내부에 열선을 포함할 수 있다. 도 4a와의 구분을 위해서 이하에서는 다른 실시예에 따른 제상 히터(200)를 분할 히터(201)로 지칭한다.
분할 히터(201)에 대해 전체 제상을 수행하면, 도 11b와 같은 온도 분포를 확인할 수 있다. 구체적으로, 분할 히터(201)는 제상 온도 센서(83)가 8.8도일 때, 하부 영역(115a)의 평균 온도가 19.8도, 중앙 영역(115b)의 평균 온도가 25.7도 및 상부 영역(115c)의 평균 온도가 12.6도로 측정될 수 있다.
도 11c를 참조하면, 개시된 냉장고(1)는 하나의 제상 사이클 동안 분할 히터(201)를 동작시킬 수 있다. 분할 히터(201)는 제2 파이프(210b)가 중앙 영역(115b)에 위치하므로, 상부 영역(115c)을 포함한 제상 온도 센서(83)가 위치한 영역이 더 빠른 시간 내에 증가한다. 또한, 제상 완료 시점을 제상 온도 센서(83)의 측정값인, 8.8도로 동일하게 설정하면, 분할 히터(201)가 마련된 냉장고(1)에서 제상 사이클의 제상 완료 시간은 20분이하로 단축될 수 있다.
한편, 분할 히터(201)가 마련된 냉장고(1)에서도 부분 제상을 수행할 수 있다. 분할 히터(201)에서 부분 제상을 수행하면, 분할 히터(201)를 통한 제상 사이클은 제상 히터(200)가 마련된 냉장고(1)보다 제상 완료 시점이 단축될 수 있다. 또한, 분할 히터(201)가 마련된 냉장고(1)는 전체 제상에서도 제상 히터(200)가 마련된 냉장고(1)보다 제상 에너지의 감소 효과가 있으므로, 분할 히터(201)가 마련된 냉장고(1)에서 제상 에너지 감소 효과가 더욱 증대될 수 있다.
도 12는 분할 히터와 개시된 제어방법을 수행하는 경우 일어나는 효과를 설명하기 위한 표이다.
도 12를 참조하면, 종래 일반적인 냉장고는 제상 히터(200)가 증발기(100)의 하부 영역(115a)에 위치하고, 전체 제상을 수행하였다. 이 경우, 제4 사이클 동안 누적된 에너지 사용량은 208Wh로 측정되었다.
이와 비교하여 일 실시예에 따른 냉장고(1)는 제상 히터(200)가 증발기(100)의 하부 영역(115a)에 위치하고, 부분 제상을 수행할 수 있다. 이 경우, 제4 사이클마다 전체 제상을 수행한 누적 에너지 사용량은 160Wh이다. 종래와 비교하면 23%의 에너지 감소 효과가 있다.
다른 예로, 냉장고(1)는 분할 히터(201)를 포함하고, 전체 제상을 수행할 수도 있다. 이 경우, 제4 사이클 동안 누적되는 에너지 사용량은 180Wh이고, 부분 제상을 실행하는 일 실시예보다 10% 낮은 에너지 감소 효과가 있었다. 그러나 또 다른 실시예에 따른 냉장고(1)가 분할 히터(201)를 포함하면서, 부분 제상을 수행하는 경우, 제 4 사이클 동안 누적되는 에너지 사용량은 153Wh이다. 즉, 분할 히터(201)를 사용하면서 동시에 부분 제상 및 전체 제상을 수행하면, 냉장고(1)는 종래 일반적인 냉장고보다 26%의 누적 에너지 감소 효과가 있다.
도 13a는 또 다른 실시예에 따른 제어방법을 설명하기 위한 그래프이고, 도 13b는 또 다른 실시예에 따른 효과를 설명하기 위한 표이다.
도 13a를 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 냉장고(1)는 부분 제상을 수행하는 제상 사이클마다 제상 완료 시점을 다르게 수행할 수 있다. 도 6과 비교하면, 냉장고(1)는 부분 제상을 수행하는 제상 사이클에서 제상 완료 시점을 약 16분으로 설정하였다. 그러나 또 다른 실시예에 따른 냉장고(1)는 부분 제상에서 제상 온도 센서(83)의 측정값을 1.28도로 설정하고, 제상 완료 시점을 20분으로 변경할 수 있다.
도 13b은 또 다른 실시예에 따라 제상 완료 시점을 가변시키는 경우, 전체 제상을 수행하는 주기마다 에너지 절감 효과를 나타낸 것이다.
예를 들어 제상 히터(200)가 증발기(100)의 하부 영역(115a)에 위치하는 경우, 제상 완료 시간에 따라 상부 영역(115c)의 평균 온도는 비례한다. 그러나 제상 완료 시간에 따라 에너지 절감 효과는 줄어든다.
다만, 제상 히터(200)가 증발기(100)의 하부 영역(115a)에 위치하는 냉장고(1)에서도 전체 제상을 수행하는 주기와 제상 완료 시점을 적절히 조절하는 경우, 유사한 에너지 절감 효과와 함께 증발기(100)의 상부 영역(115c)에서도 상온의 온도로 제상을 수행할 수 있는 효과가 있다.
다른 예로, 부분 히터(201)를 포함한 냉장고(1)도 부분 제상의 제상 완료 시점과 전체 제상을 수행하는 주기를 적절히 조절하면, 높은 에너지 절감 효과를 수행하는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해서 개시된 냉장고(1)는 종래 일반적인 제상 동작을 수행하는 냉장고보다 동일한 제상 효과를 가져가면서 높은 에너지 효율을 수행할 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 14를 참조하면, 일 실시예에 따른 제어부(90)는 제1 제상 사이클에서 제상 히터(200)의 동작을 개시한다(310).
제상 히터(200)의 동작은 냉각 제어가 끝난 후, 제상 사이클에서 수행된다. 제어부(90)는 제상 온도 센서(83)에서 수집하는 온도의 측정값을 모니터링한다.
제어부(90)는 제1 측정값에 기초하여 제상 히터의 동작을 중단한다(310).
여기서 제1 측정값은, 제상 온도 센서(83)의 측정값이 미리 설정된 기준값과 비교한 결과이다.
구체적으로 제1 측정값이 8.8도인 경우, 제어부(90)는 제상 온도 센서(83)가 전달하는 온도의 측정값이 8.8도가될 때, 제상 히터(200)의 동작을 중단한다. 제상 히터(200)의 동작이 중단되면, 제1 제상 사이클이 종료된다.
제어부(90)는 제2 제상 사이클에서 제상 히터(200)의 동작을 개시한다(330).
여기서 제2 제상 사이클은, 제1 제상 사이클이 종료된 후 냉각 사이클이 끝난 시점에 개시된다.
제어부(90)는 제2 측정값에 기초하여 제상 히터의 동작을 중단한다(340).
여기서 제2 측정값은, 제1 측정값과 다른 설정 온도를 의미한다. 예를 들어 제1 제상 사이클에서 부분 제상을 수행하는 경우, 제어부(90)는 제2 제상 사이클에서 전체 제상을 수행할 수도 있다. 전술한 예시와 같이 제1 측정값이 8.8이면, 제2 측정값은 -1도일 수 있다.
제어부(90)는 제1 제상 사이클과 제2 제상 사이클에서 서로 다른 제상 온도 센서(83)의 측정값에 기초하여 제상을 수행함으로써, 제상 에너지의 효율을 증가시킬 수 있다.
도 15는 도 14의 제어방법에서 반복적 제어를 추가한 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
다른 실시예에 따른 제어부(90)는 제상 히터(200)의 동작을 개시하고(400), 제어부(90)는 제1 측정값에 기초하여 제상 히터(200)의 동작을 중단한다(410).
전술한 바와 마찬가지로 제상 히터(200)는 냉각 사이클이 종료된 시점에서 동작될 수 있다. 또한, 제상 히터(200)는 제1 제상 사이클을 완료시키는 미리 설정된 제상 온도 센서(83)의 측정값에 따라 동작이 중단된다.
제어부(90)는 제1 측정값에 따른 제상 사이클을 다음 제상 사이클에서도 동일하게 적용할 수 있다.
제어부(90)는 제1 측정값에 따른 제상 사이클의 반복 횟수를 미리 설정된 주기와 비교한다(420).
구체적으로 제어부(90)는 제1 측정값에 따른 제상 사이클의 반복 횟수를 미리 설정할 수 있고, 반복하여 실행할 수 있다. 만약 제상 사이클의 반복 횟수가 미리 설정된 주기보다 작으면, 제어부(90)는 다시 제1 측정값에 따라 다음 제상 사이클에서 제상 히터(200)의 동작을 중단한다.
만약 제상 사이클의 반복 횟수가 미리 설정된 주기보다 크면, 제어부(90)는 다음 제상 사이클에서 제상 히터(200)를 동작시킨다(430).
제어부(90)는 제2 측정값에 기초하여 제상 히터(200)의 동작을 중단한다(440).
여기서 제2 측정값은 제1 측정값보다 큰 값일 수 있다. 즉, 제어부(90)는 일정 횟수를 반복한 제상 사이클의 다음 제상 사이클에서 제상 히터(200)를 제상 완료 시점을 늦출 수 있다.
이를 통해서 제어부(90)는 부분 제상으로 인해 상부 영역(115c)에 완전히 제거되지 않은 서리를 제거할 수 있다.
한편, 제2 측정값이 제1 측정값보다 반드시 클 필요는 없다. 즉, 제어부(90)는 전체 제상을 반복적으로 수행하면서 미리 설정된 주기마다 부분 제상을 수행할 수도 있다.
도 16은 도 15 의 제어방법에서 측정값을 변경하는 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 15와 중복되는 단계는 간략히 설명한다.
도 16을 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 제어부(90)는 제1 제상 사이클에서 제1 측정값에 기초하여 제상 히터(200)의 동작을 중단하고(500), 제1 제상 사이클을 미리 설정된 주기로 반복한다(510). 미리 설정된 주기 이후의 제상 사이클(제2 제상 사이클)에서 제어부(90)는 제2 측정값에 기초하여 제상 히터(200)의 동작을 중단한다(520).
제어부(900)는 제2 제상 사이클이 종료된 후, 냉각 사이클 동안 냉각부(50)를 제어한다. 다만, 제어부(90)는 외부 온도 센서(82)로부터 측정값을 수신한다(530).
제어부(90)는 외부 온도 센서(82)의 측정값으로부터 냉장고(1) 외부의 온도가 평소보다 높다는 것을 확인할 수 있다. 이 경우, 제어부(90)는 냉각부(50)를 오랫동안 가동시킬 수 있다.
제어부(90)는 제상 완료 시점을 변경한다(540).
전술한 예와 같이, 냉각 사이클의 시간을 길게 설정하면, 증발기(100)에는 평소보다 많은 서리가 착상될 수 있다. 따라서 제어부(90)는 다음 제상 사이클의 제상 완료 시점을 냉각 사이클의 시간 등에 기초하여 변경할 수 있다.
제상 완료 시점의 변경이 확정되면, 제어부(90)는 제상 온도 센서(83)의 제3 측정값에 기초하여 제상 히터의 동작을 중단한다(550).
제3 측정값이 적용되는 제상 사이클은 N번째일 수 있다. 즉, 제어부(90)는 제2 측정값에 기초하여 제상 사이클을 반복한 후, 제3 측정값으로 변경이 확정된 다음 제상 사이클에서 제3 측정값을 적용할 수 있다. 또한, 제어부(90)는 제3 측정값을 적용한 제상 사이클이 종료된 후, 다시 제1 측정값 내지 제3 측정값 중 적어도 하나를 적용하여 N+1번째 제상 사이클에 적용할 수 있다.
이를 통해서 개시된 냉장고(1)는 시즈 히터를 사용하는 제상 과정에서 증발기에 서리 또는 성에가 착상되는 영역을 구분하고, 영역에 따른 효율적인 제상을 수행함으로써 제상 과정에 사용되는 소비 전력을 줄이는 효과가 있다.
또한, 개시된 냉장고(1)는 제상 과정에서 사용되는 제상열의 온도를 줄일 수 있고, 증발기의 냉각 효율을 증가시키고, 나아가 저장실의 내부 온도를 유지하는데 필요한 목표 온도를 쉽게 회복시켜 냉장고 제어에 필요한 냉각 에너지도 함께 줄어드는 효과가 있다.
또한, 개시된 냉장고(1)는 시즈 히터만을 사용함으로써, 종래 두 가지의 히터를 동시에 사용하여 발생하는 문제점을 함께 해결하는 효과가 있다.
1: 냉장고 10: 본체
17: 격벽 20: 저장실
30: 도어 50: 냉각부
100: 증발기 200: 제상 히터

Claims (19)

  1. 저장실을 갖는 본체;
    상기 저장실 후방에 마련되어 냉기를 생성하는 증발기;
    공기가 유입되는 상기 증발기의 하부에 마련되고, 상기 증발기에 착상된 서리 또는 성에를 제거하는 제상 히터;
    상기 증발기의 상부에 마련되고, 온도를 측정하는 온도 센서; 및
    상기 온도 센서가 측정하는 제1 측정값에 기초하여 제1 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하고, 제2 제상 사이클에서 상기 제1 측정값과 다른 제2 측정값에 기초하여 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 제어부;를 포함하는 냉장고.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 측정값에 기초하여 상기 제1 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 시점을 결정하고, 상기 제2 제상 사이클에서 상기 제2 측정값에 기초하여 상기 시점을 변경하는 냉장고.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 측정값보다 높은 상기 제2 측정값에 기초하여 상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 냉장고.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 제상 사이클을 복수 회로 수행하고, 미리 설정된 주기로 상기 제2 제상 사이클에 따른 상기 제상 히터를 제어하는 냉장고.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 미리 설정된 주기를 변경하는 냉장고.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 측정값보다 높고 상기 제2 측정값보다 낮은 제3 측정값에 기초하여 상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 냉장고.
  7. 제 1항에 있어서,
    압축기, 응축기, 상기 증발기 및 팽창기를 포함하는 냉각부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단한 후 냉장 사이클에서 상기 냉각부를 제어하고, 상기 냉장 사이클의 완료 후 상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 개시하는 냉장고.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제상 히터는,
    열을 발생시키는 파이프를 포함하는 시즈(sheath) 히터를 포함하고,
    상기 파이프는,
    상기 증발기의 하부에 위치하는 냉장고.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제상 히터는,
    열을 발생시키는 제1 파이프가 상기 증발기의 하부에 위치하고, 상기 제1 파이프로부터 밴딩되어 상기 제1 관과 평행하게 연결된 제2 파이프가 상기 증발기의 중앙부에 위치하는 냉장고.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 증발기의 중앙부에 마련되는 제2 온도 센서;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 온도 센서가 측정하는 측정값에 기초하여 상기 제1 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하고, 상기 제2 온도 센서가 측정하는 측정값에 기초하여 상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 냉장고.
  11. 제1 제상 사이클에서 제상 히터의 동작시키고;
    온도 센서가 측정하는 제1 측정값에 기초하여 상기 제1 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하고;
    제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터를 동작시키고; 및
    상기 온도 센서가 측정하는 제2 측정값에 기초하여 상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 것;을 포함하는 냉장고의 제어방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 것은,
    상기 제1 측정값에 기초하여 상기 제1 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 시점을 결정하는 것;을 포함하는 냉장고의 제어방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 것은,
    상기 제2 측정값에 기초하여 상기 제1 제상 사이클에서 결정한 시점을 변경하는 것;을 포함하는 냉장고의 제어방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 것은,
    상기 제1 측정값보다 낮은 상기 제2 측정값에 기초하여 상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 것;을 포함하는 냉장고의 제어방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제2 제상 사이클을 복수 회 수행하고, 미리 설정된 주기로 상기 제1 제상 사이클을 수행하는 것;을 더 포함하는 냉장고의 제어방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 수행하는 것은,
    상기 미리 설정된 주기를 가변하는 냉장고의 제어방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 제2 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 것은,
    상기 제2 측정값보다 높고 상기 제1 측정값보다 낮은 제3 측정값에 기초하여 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 것;을 포함하는 냉장고의 제어방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제2 측정값에 기초하여 제3 제상 사이클에서 상기 제상 히터의 동작을 중단하는 것;을 더 포함하는 냉장고의 제어방법.
  19. 제 11항에 있어서,
    상기 제상 히터는,
    열을 발생시키는 제1 파이프가 증발기의 하부에 위치하고, 상기 제1 파이프로부터 밴딩되어 상기 제1 관과 평행하게 연결된 제2 파이프가 상기 증발기의 중앙부에 위치하는 냉장고의 제어방법.
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