KR20200105156A - 냉장고 - Google Patents

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KR20200105156A
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 냉장고는, 히트 싱크를 구성하는 싱크 바디에 냉매 유입을 안내하는 유입 포트와 냉매 유출을 안내하는 토출 포트가 형성되며, 상기 유입 포트의 중심을 지나는 선은 상기 히트 싱크에 부착된 열전 소자의 중심을 지나는 것을 특징으로 한다.

Description

냉장고{Refrigerator}
본 발명은 냉장고에 관한 것이다.
일반적으로 냉장고는 음식물을 저온으로 저장하는 가전 기기로서, 섭씨 3℃ 범위의 냉장 상태로 음식물을 저장하기 위한 냉장실과, 섭씨 -20℃ 범위의 냉동 상태로 음식물을 저장하기 위한 냉동실을 포함한다.
그러나, 육류나 해산물 같은 음식물을 현재의 냉동실 내에서 냉동 상태로 보관는 경우, 음식물이 -20℃로 결빙되는 과정에서 육류나 해산물의 세포 내에 있는 수빈이 세포 밖으로 빠져나가면서 세포가 파괴되고 해동 과정에서 식감이 변해버리는 현상이 발생한다.
그러나, 저장실의 온도 조건을 현재의 냉동실 온도보다 현저히 낮은 극저온 상태로 만들어서, 음식물이 냉동 상태로 변화될 때 빙결점 온도 대역을 빠르게 지나가도록 하면 세포 파괴를 최소화할 수 있으며, 그 결과 해동 후에도 육질과 식감이 냉동 전의 상태에 가까운 상태로 되돌아올 수 있는 장점이 있다. 상기 극저온 이라 함은 -45℃ ~ -50℃ 범위의 온도를 말하는 것으로 이해될 수 있다.
이러한 이유 때문에, 최근에는 냉동실 온도보다 더 낮은 온도로 유지되는 심온실이 구비된 냉장고에 대한 수요가 증가하고 있는 추세에 있다.
심온실에 대한 수요를 만족시키기 위해서는 기존의 냉매를 이용한 냉각에는 한계가 있기 때문에, 열전 소자(TEM : ThermoElectric Module)를 이용하여 심온실 온도를 극저온으로 낮추는 시도를 하고 있다.
아래 선행 기술에는, 냉동실 내에 심온실이 구비되고, 심온실 온도가 냉동실 온도보다 현저히 낮은 극저온으로 유지되도록 하기 위하여 열전 모듈이 채용되는 내용이 개시된다.
특히, 열전 모듈의 발열면에 부착되는 방열 수단으로서 냉매가 흐르는 증발기가 채용되는 내용이 개시된다.
도 12와, 아래 선행 기술을 참조하면, 싱크 바디(310) 내부에는 하나의 베리어(311)가 수용부(350) 내에 세워지고, 수용부(350)의 좌측의 제 1 공간(351)과 우측의 제 2 공간(352)에 상기 한 쌍의 열교환 핀(340)이 배치된다.
냉매 유입구(312)를 통하여 제 1 공간(351)으로 냉매가 유입된 다음, 상기 수용부(350)의 상단에서 유로가 전환되어 제 2 공간(352)을 통과한 뒤 냉매 유출구(313)를 통하여 배출된다. 즉, 상기 수용부(350) 내에서 냉매는 n자형 유로를 형성하게 된다.
이 경우, 도 12의 A,B,및 C로 표시된 영역에서는 냉매의 유속이 너무 빨라서, 열전 소자의 발열면과 냉매가 열교환을 충분히 하지 못한 상태로 냉매가 히트 싱크를 빠져나가게 된다. 그 결과, 히트 싱크 표면 전체가 균일한 온도로 유지되지 못하고, 특정 영역이 다른 영역에 비하여 온도가 높거나 낮은 온도 불균일 현상을 초래할 수 있다.
한국공개특허 제2018-0114591호(2018년10월19일)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 냉장고는, 냉동실; 상기 냉동실 내부에 수용되고, 상기 냉동실과 구획되는 심온실; 상기 심온실의 후측에 형성되는 냉동 증발실;상기 냉동 증발실과 상기 냉동실을 구획하는 구획벽; 상기 심온실의 온도를 상기 냉동실의 온도보다 낮은 온도로 냉각하도록 상기 심온실의 후측에 제공되는 열전 모듈; 및 상기 심온실 내부의 공기르 강제 유동시키는 심온실 팬;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 열전 모듈은, 상기 심온실을 향하는 흡열면과, 상기 흡열면의 반대면으로 정의되는 발열면을 포함하는 열전 소자와, 상기 흡열면에 접촉하며, 상기 심온실 후방에 놓이는 콜드 싱크와, 상기 발열면에 접촉하고, 상기 냉동실 증발기와 직렬 연결되는 히트 싱크를 포함할 수 있다.
또한, 상기 히트 싱크는, 내부에 냉매 유동 공간이 형성되는 싱크 프레임과, 상기 싱크 프레임의 전면에 결합되어, 상기 냉매 유동 공간의 전면을 차폐하는 프런트 커버와, 상기 싱크 프레임의 배면에 결합되어, 상기 냉매 유동 공간의 배면을 차폐하는 리어 커버와, 상기 냉매 유동 공간을 다수의 공간으로 구획하는 다수의 디바이더와, 상기 다수의 디바이더에 의하여 구획되는 상기 다수의 공간에 배치되는 다수의 열교환 핀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 싱크 프레임에는, 팽창변을 통과한 저온 저압의 2상 냉매가 상기 냉매 유동 공간으로 유입되도록 하는 유입 포트와, 상기 냉매 유동 공간을 따라 흐르면서 상기 열전 소자의 발열면과 열교환하여 온도가 증가한 냉매가 상기 히트 싱크 외부로 배출되도록 하는 토출 포트가 형성될 수 있다.
또한, 상기 유입 포트의 중심을 지나는 선은 상기 열전 소자의 투영면의 중심을 지나는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 히트 싱크 내부에 형성되는 냉매 유로가 다수 회 절곡되는 구불구불한 형태로 이루어짐으로써, 냉매가 히트 싱크 내부에 머무는 시간이 늘어나고, 그 결과 히트 싱크를 통과하는 냉매가 열전 소자의 발열면으로부터 충부한 양의 열을 흡수할 수 있는 장점이 있다.
열전 소자의 발열면으로 전달된 열을 히트 싱크에서 신속하게 흡수하여 방열시킴으로써, 열전 소자의 냉력과 효율이 증가하는 장점이 있다.
둘째, 히트 싱크에서 신속하게 열을 방출시킴으로써, 열전 소자의 발열면 온도를 낮출 수 있고, 열전 소자에 공급되는 전력이 일정하게 유지되더라도 열전 소자의 흡열면 온도를 더 낮출 수 있는 장점이 있다.
상세히, 열전 소자의 규격과 열전 소자에 걸리는 전압이 결정되면 열전 소자의 흡열면과 발열면의 온도차(△T)가 결정된다. 이 상황에서, 열전 소자에 걸리는 전압차를 증가시키지 않아도, 발열면의 온도가 낮아지면 흡열면의 온도는 더 낮아져서 상기 온도차(△T)가 일정하게 유지된다.
따라서, 열전 소자로 공급되는 전원을 증가시키지 않아도 열전 소자의 흡열면 온도를 낮출 수 있으므로, 열전 소자의 냉력과 효율이 증가하는 결과를 가져온다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 냉매 순환 시스템을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 냉동실과 심온실 구조를 보여주는 사시도.
도 3은 도 2의 3-3을 따라 절개되는 종단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 사시도.
도 5는 상기 열전 모듈의 분해 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈을 구성하는 히트 싱크의 사시도.
도 7은 상기 히트 싱크의 분해 사시도.
도 8은 프런트 커버가 제거된 본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크의 정면도.
도 9는 프런트 커버가 제거된 상태의 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 싱크의 정면도.
도 10은 프런트 커버가 제거된 상태의 본 발명의 더 다른 실시예에 따른 히트 싱크의 정면도.
도 11은 프런트 커버가 제거된 상태의 본 발명의 더 다른 실시예에 따른 히트 싱크의 정면도.
도 12는 프런트 커버가 제거된 상태의 종래의 히트 싱크의 정면도.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 냉매 순환 시스템을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉매 순환 시스템(10)은, 냉매를 고온 고압의 기체 냉매로 압축하는 압축기(11)와, 상기 압축기(11)로부터 토출되는 냉매를 고온 고압의 액상 냉매로 응축하는 응축기(12)와, 상기 응축기(12)로부터 토출되는 냉매를 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 팽창변과, 상기 팽창변을 통과한 냉매를 저온 저압의 기체 냉매로 증발시키는 증발기를 포함한다. 상기 증발기로부터 토출되는 냉매는 상기 압축기(11)로 유입된다. 상기의 구성들은 냉매 배관에 의하여 서로 연결되어 폐회로를 구성한다.
상세히, 상기 팽창변은, 냉장실 팽창변(14)과 냉동실 팽창변(15)을 포함할 수 있다. 상기 응축기(12)의 출구 측에서 냉매 배관은 두 갈래로 나뉘어지고, 두 갈래로 나뉘어지는 냉매 배관에 상기 냉장실 팽창변(14)과 상기 냉동실 팽창변(15)이 각각 연결된다. 즉, 상기 냉장실 팽창변(14)과 냉동실 팽창변(15)은 상기 응축기(12)의 출구에서 병렬 연결된다.
상기 응축기(12)의 출구측에서 냉매 배관이 두 갈래로 나뉘어지는 지점에 절환 밸브(13)가 장착된다. 상기 절환 밸브(13)의 개도 조절 동작에 의하여 상기 응축기(12)를 통과한 냉매가 상기 냉장실 팽창변(14)과 상기 냉동실 팽창변(15) 중 어느 한 쪽으로만 흐르거나, 양 쪽으로 나뉘어 흐를 수 있다. 상기 절환 밸브(13)는 삼방 밸브일 수 있고, 운전 모드에 따라서 냉매의 흐름 방향이 결정된다. 여기서, 상기 삼방 밸브와 같은 하나의 절환 밸브가 상기 응축기(12)의 출구에 장착되어 냉매의 흐름 방향을 제어할 수도 있고, 다른 방법으로 상기 냉장실 팽창변(14)과 냉동실 팽창변(15)의 입구 측에 개폐 밸브가 각각 장착되는 구조도 가능할 것이다.
한편, 상기 증발기는, 상기 냉장실 팽창변(14)의 출구 측에 연결되는 냉장실 증발기(16)와, 상기 냉동실 팽창변(15)의 출구 측에 연결되는 직렬 연결되는 심온실 증발기(24) 및 냉동실 증발기(17)를 포함할 수 있다. 상기 심온실 증발기(24)및 냉동실 증발기(17)는 직렬 연결되고, 상기 냉동실 팽창변을 통과한 냉매는 상기 심온실 증발기(24)를 통과한 후 상기 냉동실 증발기(17)로 유입된다.
여기서, 상기 심온실 증발기(24)는 상기 냉동실 증발기(17)의 출구측에 배치되어, 냉동실 증발기(17)를 통과한 냉매가 심온실 증발기(24)로 유입되는 구조도 가능함을 밝혀둔다.
또한, 상기 심온실 증발기(24)와 냉동실 증발기(17)가 상기 냉동실 팽창변(15)의 출구단에서 병렬 연결되는 구조를 배제하지 않으며, 상기 절환 밸브(13)와 냉장실 팽창변(14) 및 냉장실 증발기(16)가 제거된 냉매 순환 시스템 또한 배제하는 것은 아님을 밝혀둔다.
이하에서는 일례로서 상기 심온실 증발기와 냉동실 증발기(17)가 직렬 연결되는 구조로 한정하여 설명하도록 한다.
또한, 제1저장실은 제1냉각기에 의해 소정의 온도로 제어될 수 있는 저장실을 의미하고, 제2저장실은 제2냉각기에 의해 제1저장실보다 낮은 온도로 제어될 수 있는 저장실을 의미하며, 제3저장실은 제3냉각기에 의해 제2저장실보다 낮은 온도로 제어될 수 있는 저장실로 정의될 수 있음을 밝혀둔다.
상기 제1냉각기는, 제1증발기와, 열전 소자를 포함하는 제1열전소자 중 적어도 하나를 포함하여 제1저장실을 냉각하는 수단으로 정의할 수 있다. 상기 제1증발기는 상기 냉장실 증발기(16)를 포함할 수 있다.
상기 제2냉각기는 제2증발기와 제2열전소자 중 적어도 하나를 포함하여 제2저장실을 냉각하는 수단으로 정의할 수 있다. 상기 제2증발기는 상기 냉동실 증발기(17)를 포함할 수 있다.
상기 제3냉각기는 제3증발기와 제3열전소자 중 적어도 하나를 포함하여 제3저장실을 냉각하는 수단으로 정의할 수 있다.
본 발명에서는 일례로, 제1저장실은 제1냉각기에 의해 영상의 온도로 제어될 수 있는 냉장실, 제2저장실은 제2냉각기에 의해 영하의 온도로 제어될 수 있는 냉동실, 제3저장실은 제3냉각기에 의해 후술하게 될 극저온(cryogenic temperature) 또는 초저온(ultrafrezing temperature)의 온도로 유지될 수 있는 심온실(deep freezing compartment)이 될 수 있다.
또한, 본 발명은 제1,2,3 저장실이 모두 영하의 온도로 제어되는 경우, 제1,2,3저장실이 모두 영상의 온도로 제어되는 경우, 및 제1,2저장실은 영상의 온도로 제어되고, 제3저장실은 영하의 온도로 제어되는 경우를 배제하지 않는다.
이하에서는, 일례로서 상기 제1저장실이 냉장실, 상기 제2저장실이 냉동실, 상기 제3저장실이 심온실로 제어될 수 있는 경우로 한정하여 설명한다.
상기 응축기(12)에 인접하는 곳에는 응축팬(121)이 장착되고, 상기 냉장실 증발기(16)에 인접하는 곳에는 냉장실 팬(161)이 장착되며, 상기 냉동실 증발기(17)에 인접하는 곳에는 냉동실 팬(171)이 장착된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 냉매 순환 시스템이 구비되는 냉장고의 내부에는, 상기 냉장실 증발기(16)에서 생성되는 냉기에 의하여 냉장 온도로 유지되는 냉장실과, 상기 냉동실 증발기(16)에서 생성되는 냉기에 의하여 냉동 온도로 유지되는 냉동실, 및 후술하게 될 열전 모듈에 의하여 극저온(cryogenic) 또는 초저온(ultrafrezing)의 온도로 유지되는 심온실(dee freezing compartment)(202)이 형성된다. 상기 냉장실과 냉동실은 상하 방향 또는 좌우 방향으로 인접하여 배치될 수 있고, 구획벽에 의하여 서로 구획된다. 상기 심온실은 상기 냉동실 내부의 일측에 구비될 수 있다. 상기 심온실의 냉기와 상기 냉동실의 냉기가 서로 열교환하는 것을 차단하기 위하여 단열 성능이 높은 심온 케이스(201)에 의하여 상기 심온실(202)은 상기 냉동실로부터 구획될 수 있다.
또한, 상기 열전 모듈은, 전원이 공급되면 한쪽 면은 열을 흡수하고 반대면은 열을 방출하는 특징을 보이는 열전 소자(21)와, 상기 열전 소자(21)의 흡열면에 장착되는 콜드 싱크(cold sink)(22)와, 상기 열전 소자(21)의 발열면에 장착되는 히트 싱크(heat sink)와, 상기 콜드 싱크(22)와 히트 싱크 간의 열교환을 차단하는 단열재(23)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 열전 소자(21)의 발열면으로 전달되는 열은 상기 심온실 증발기(24) 내부를 흐르는 냉매와 열교환한다. 상기 심온실 증발기(24) 내부를 따라 흐르면서 상기 열전 소자(21)의 발열면으로부터 열을 흡수한 냉매는 상기 냉동실 증발기(17)로 유입된다.
또한, 상기 콜드 싱크(22)의 전방에는 냉각팬이 구비될 수 있고, 상기 냉각팬은 상기 심온실 내부 후측에 배치되므로 심온실 팬(25)으로 정의할 수 있다.
상기 심온실 팬(25)은 축방향으로 공기를 흡입하여 반경 방향으로 토출시키는 석션 타입 원심 팬일 수 있고, 구체적으로 터보 팬을 포함할 수 있다.
상기 콜드 싱크(22)는 상기 심온실(202) 내부 후방에 배치되어 상기 심온실(202)의 냉기에 노출되도록 구성된다. 따라서, 상기 심온실 팬(25)이 구동하여 상기 심온실(202) 냉기를 강제 순환시키면, 상기 콜드 싱크(22)는 상기 심온실 냉기와 열교환을 통하여 열을 흡수한 다음 상기 열전 소자(21)의 흡열면으로 전달하는 기능을 한다. 상기 흡열면으로 전달된 열은 상기 열전 소자(21)의 발열면으로 전달된다.
상기 히트 싱크(24)는 상기 열전 소자(21)의 흡열면에서 흡수되어 상기 열전 소자(21)의 발열면으로 전달된 열을 다시 흡수하여 상기 열전 모듈(20) 외부로 방출시키는 기능을 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 냉동실과 심온실 구조를 보여주는 사시도이고, 도 3은 도 2의 3-3을 따라 절개되는 종단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉장고는 냉동실(102)을 정의하는 인너 케이스(101)와, 상기 냉동실(102)의 내부 일측에 장착되는 심온 냉동 유닛(200)을 포함한다.
상세히, 냉장실 내부는 약 섭씨 3℃ 내외로 유지되고, 상기 냉동실(102) 내부는 약 -18℃ 내외로 유지되는 반면, 상기 심온 냉동 유닛(200) 내부의 온도, 즉 심온실(202) 내부 온도는 약 -50℃ 내외로 유지되어야 한다. 따라서, 심온실(202) 내부 온도를 -50℃의 극저온으로 유지하기 위해서는 냉동실 증발기 외에 열전 모듈(20)과 같은 부가적인 냉동 수단이 필요하다.
더욱 상세히, 상기 심온 냉동 유닛(200)은, 내부에 심온실(202)을 형성하는 심온 케이스(201)와, 상기 심온 케이스(201) 내부에 슬라이딩 삽입되는 심온실 드로어(203), 및 상기 심온 케이스(201)의 후면에 장착되는 열전 모듈(20)을 포함한다.
또한, 상기 인너 케이스(101)의 후면은 후방으로 단차져서, 상기 냉동실 증발기(17)가 수용되는 냉동 증발실(104)을 형성한다. 구획벽(103)에 의하여 상기 인너 케이스(101)의 내부 공간이 상기 냉동 증발실(104)과 냉동실(102)로 구획된다. 상기 열전 모듈(20)은 상기 구획벽(103)의 전면에 고정 장착되고, 일부가 상기 심온 케이스(201)를 관통하여 상기 심온실(202) 내부에 수용된다.
상세히, 상기 열전 모듈(20)을 구성하는 상기 히트 싱크(24)는, 상술한 바와 같이, 상기 냉동실 팽창변(15)에 연결되는 증발기일 수 있다.
상기 열전 모듈(20)은, 상기 히트 싱크(24)를 수용하는 하우징(27)을 더 포함할 수 있다. 상기 구획벽(103)에는 하우징(27)이 삽입되기 위한 삽입홀이 형성될 수 있다.
상기 히트 싱크(24) 내부에는 냉동실 팽창변(15)을 통과하면서 -18℃ ~ -30℃ 정도로 냉각된 2상 냉매가 흐르므로, 상기 히트 싱크(24)의 표면 온도는 -18℃~ -30℃로 유지된다. 여기서, 냉동실 팽창변(15)을 통과한 냉매의 온도와 압력은 냉동실 온도 조건에 따라 달라질 수 있음을 밝혀둔다.
상기 히트 싱크(24)의 전면에 상기 열전 소자(21)의 후면이 접촉되고, 상기 열전 소자(21)에 전원이 인가되면 상기 열전 소자(21)의 후면은 발열면이 된다.
상기 열전 소자의 전면에는 상기 콜드 싱크(22)가 접촉되고, 상기 열전 소자(21)에 전원이 인가되면 상기 열전 소자(21)의 전면은 흡열면이 된다.
상기 콜드 싱크(22)는 알루미늄 소재로 이루어지는 열전도 판과, 상기 열전도판의 전면에서 연장되는 다수의 열교환 핀(fin)을 포함할 수 있고, 상기 다수의 열교환핀은 수직하게 연장되고 가로 방향으로 이격 배치될 수 있다.
상기 콜드 싱크(22)의 전방에는 상기 심온실 팬(25)이 배치되어, 상기 심온실(202) 내부 공기를 강제 순환시킨다.
또한, 상기 구획벽(103)은, 냉동실 냉기에 노출되는 그릴 팬(grille pan)(51)과, 상기 그릴 팬(51)의 후면에 부착되는 쉬라우드(shroud)(56)를 포함할 수 있다.
상기 하우징(27)이 끼워지는 삽입홀은, 상기 열전 모듈의 직후방에 해당하는 상기 그릴 팬(51)에 형성될 수 있다.
상기 그릴 팬(51)의 전면에는 냉동실측 토출 그릴들(511,512)이 상하로 이격되어 돌출 형성되고, 상기 냉동실측 토출 그릴들(511,512) 사이에 해당하는 상기 그릴 팬(51)의 전면에는 모듈 슬리브(53)가 돌출 형성된다. 상기 모듈 슬리브(53)의 내부에는 상기 열전 모듈(20)이 수용되는 열전 모듈 수용 공간이 형성된다.
더욱 상세히, 상기 모듈 슬리브(53)의 내부에는 유동 가이드(532)가 원통 형상 또는 다각 통 형상으로 구비될 수 있고, 상기 유동 가이드(532)의 내부는 팬 그릴부(fan grille part)(536)에 의하여 전방 공간과 후방 공간으로 구획될 수 있다. 상기 팬 그릴부(536)에는 다수의 공기 통과홀이 형성될 수 있다.
상기 모듈 슬리브(53)와 상기 유동 가이드(532) 사이, 즉 상기 유동 가이드(532)의 상측과 하측에에는 심온실측 토출 그릴(533,534)이 각각 형성될 수 있다.
상기 팬 그릴부(536)의 후방에 해당하는 상기 유동 가이드(532)의 내부에는 상기 심온실 팬(25)이 수용될 수 있다. 상기 팬 그릴부(536)의 전방 공간에 해당하는 상기 유동 가이드(532) 부분은, 심온실 냉기가 상기 심온실 팬(25)으로 흡입되도록 냉기 흐름을 안내하는 기능을 한다. 즉, 상기 유동 가이드(532)의 내측 공간으로 인입되어 상기 팬 그릴부(536)를 통과한 냉기는, 상기 심온실 팬(25)의 반경 방향으로 토출되면서 상기 콜드 싱크(22)와 열교환한다. 상기 콜드 싱크(22)와 열교환하면서 냉각되어 상하 방향으로 유동하는 냉기는 상기 심온실측 토출 그릴(533,534)을 통하여 심온실로 다시 토출된다.
상기 열전 모듈 수용 공간은, 상기 유동 가이드(532)의 후단(또는 심온실 팬(25)의 후단)으로부터 상기 그릴 팬(51)의 후면 사이의 공간으로 정의될 수 있다.
여기서, 상기 히트 싱크(24)를 수용하는 상기 하우징(27)은 상기 구획벽(103)의 후면으로부터 후방으로 돌출되어 상기 냉동 증발실(104) 내에 놓인다. 따라서, 상기 하우징(27)의 후면은 냉동 증발실(104) 냉기에 노출되어, 상기 하우징(27)의 표면 온도는 실질적으로 냉동 증발실 내의 냉기 온도와 동일 또는 유사한 수준의 온도로 유지된다.
한편, 상기 열전 모듈 수용 공간 내에는 상기 콜드 싱크(22)가 수용되고, 상기 단열재(23)와, 열전 소자(21) 및 히트 싱크(24)는 상기 하우징(27) 내부에 수용되는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 열전 모듈 수용 공간의 바닥부에는 히트 싱크 히터(40)가 장착되어, 열전 모듈의 제상 운전(심온실 제상) 중에 상기 콜드 싱크(22)로부터 분리되는 얼음을 녹여서 제상수로 변환시키는 기능을 한다.
한편, 심온실측 토출 그릴(533,534)은, 상부 토출 그릴(533)과 하부 토출 그릴(534)을 포함할 수 있다.
상기 심온실(202) 내부의 냉기는, 상기 심온실 팬(25)의 축방향으로 흡입되어, 상기 콜드 싱크(22)와 열교환한 뒤, 상기 심온실측 토출 그릴(533,534)을 통하여 토출된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 사시도이고, 도 5는 상기 열전 모듈의 분해 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈(20)은, 상술한 바와 같이, 열전 소자(21)와, 열전 소자(21)의 흡열면에 접촉하는 콜드 싱크(22)와, 상기 열전 소자(21)의 발열면에 접촉하는 히트 싱크(24)와, 상기 콜드 싱크(22)와 히트 싱크(24)의 열전달을 차단하는 단열재(23)를 포함할 수 있다.
상기 열전 모듈(20)은, 상기 콜드 싱크(22)의 전방에 배치되는 심온실 팬(25)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 열전 모듈(20)은, 상기 콜드 싱크(22)의 열교환 핀에 장착되어, 콜드 싱크(22)의 온도를 감지하는 제상 센서(26)를 더 포함할 수 있다. 상기 제상 센서(26)는, 제상 과정에서 콜드 싱크(22)의 표면 온도를 감지하고 제어부로 전송하여, 제어부가 제상 완료 시점을 판단할 수 있도록 기능한다. 제어부에서는 제상 센서(26)로부터 전송되는 온도값에 근거하여 제상 불량 여부도 판단할 수 있다.
또한, 상기 열전 모듈(20)은, 상기 히트 싱크(24)를 수용하는 하우징(27)을 더 포함할 수 있다. 상기 하우징(27)에는, 상기 히트 싱크(245)의 두께와 면적에 대응하는 크기의 히트 싱크 수용부(271)가 함몰 형성될 수 있다. 상기 히트 싱크 수용부(271)의 좌우측 가장자리에는 다수의 체결 보스(272)가 돌출될 수 있다. 체결 부재(272a)는 상기 콜드 싱크(22)의 양 측면을 관통하여 상기 체결 보스(272)에 삽입됨으로써, 열전 모듈(20)을 구성하는 구성 요소들이 단일체로 조립된다.
또한, 상기 냉동실 증발기(17)와 직렬 연결되는 상기 히트 싱크(24)가 증발기이므로, 상기 히트 싱크(24)의 측면 가장자리에는 냉매가 유입되는 유입관(241)과 냉매가 유출되는 유출관(242)이 연장 형성된다. 상기 하우징(27)에는 상기 유입관(241)과 유출관(242)이 관통하는 배관 통과홀(273)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 단열재(23)의 중앙에는 상기 열전 소자(21)의 크기에 대응하는 열전 소자 수용홀(231)이 형성된다. 상기 단열재(23)의 두께는 상기 열전 소자(21)의 두께보다 두껍게 형성되고, 상기 콜드 싱크(22)의 후면 일부분이 상기 열전 소자 수용홀(231)에 삽입될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈을 구성하는 히트 싱크의 사시도이고, 도 7은 상기 히트 싱크의 분해 사시도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈(20)을 구성하는 히트 싱크(24)는, 전면에 냉매 유동 공간(2410)이 함몰 형성되는 싱크 프레임(241)과, 상기 싱크 프레임(241)의 전면을 덮는 프런트 커버(242)와, 상기 싱크 프레임(241)의 후면을 덮는 리어 커버(243)와, 상기 냉매 유동 공간(2410)을 다수의 공간으로 구획하는 다수의 디바이더(245)와, 상기 다수의 디바이더(245)에 의하여 구획된 다수의 공간들에 각각 놓이는 다수의 열교환 핀(244), 및 상기 싱크 프레임(241)의 외측면에 연결되는 냉매 유입관(246)과 냉매 토출관(247,248)을 포함할 수 있다.
상세히, 상기 냉매 토출관(247,248)은, 상기 냉매 유입관(246)의 좌측과 우측 중 어느 일측에 배치되는 제 1 냉매 토출관(247)과, 상기 냉매 유입관(246)의 좌측과 우측 중 다른 일측에 배치되는 제 2 냉매 토출관(248)을 포함할 수 있다.
상세히, 상기 열교환핀(244)의 구체적인 구조는 상기 선행 기술에서 설명되는 열교환 핀의 구조와 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 8은 프런트 커버가 제거된 본 발명의 실시예에 따른 히트 싱크의 정면도이다.
도 8을 참조하면, 싱크 프레임(241)은, 도시된 바와 같이, 내측에 냉매 유동 공간(2410)이 형성되는 사각형 링 형상으로 이루어질 수 있다.
상세히, 상기 냉매 유동 공간(2410)은 한 쌍의 디바이더(245)에 의하여 제 1 공간(2411)과, 제 2 공간(2412) 및 제 3 공간(2413)으로 구획될 수 있다. 상기 제 1 내지 제 3 공간(2411,2412,2413)에는 다수의 상기 열교환핀(244)이 각각 수용된다.
상기 한 쌍의 디바이더(245)는, 도면 상에서 상기 냉매 유동 공간(2410)의 좌측 가장자리에 더 가까운 제 1 디바이더(245a)와, 상기 냉매 유동 공간(2410)의 우측 가장자리에 더 가까운 제 2 디바이더(245b)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 싱크 프레임(241)이 세워진 상태에서, 상기 제 1 내지 제 3 공간의 바닥에 해당하는 상기 싱크 프레임(241) 부분에는 유입 포트(2414)와, 제 1 토출 포트(2415) 및 제 2 토출 포트(2416)가 형성될 수 있다.
상기 제 1 토출 포트(2415)는 상기 유입 포트(2414)의 좌측과 우측 중 어느 일측에 형성되고, 상기 제 2 토출 포트(2415)는 상기 유입 포트(2414)의 좌측과 우측 중 다른 일측에 형성될 수 있다.
상세히, 상기 유입 포트(2414)는, 상기 싱크 바디(241)를 관통하여 상기 제 2 공간(2412)과 연통하고, 상기 제 1 토출 포트(2415)는 상기 싱크 바디(241)를 관통하여 상기 제 2 공간(2412)과 연통하며, 상기 제 2 토출 포트(2416)는 상기 제 3 공간(2413)과 연통하도록 설계될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 제 1 내지 제 3 공간의 폭(d)은 모두 동일하게 설정될 수 있다.
상기 유입 포트(2414)는 상기 냉매 유동 공간(2410)의 가운데 지점에 형성되어, 상기 유입 포트(2414)를 통하여 상기 냉매 유동 공간(2410)으로 유입된 냉매는, 상기 제 1 공간(2441)에 배치된 열교환 핀(244)을 통과하면서 상기 유입 포트(2414)가 형성된 면의 반대 면까지 흐르도록 한다.
상기 냉매의 유동은 좌측과 우측으로 나뉘어지고, 유동 방향이 전환되어 제 2 공간(2412)과 제 3 공간(2413)으로 안내된다. 상기 제 2 공간(2412)과 제 3 공간(2413)으로 안내된 냉매는 상기 제 1 냉매 토출관(247)과 제 2 냉매 토출관(248)을 통하여 상기 히트 싱크(24) 외부로 배출된다.
한편, 도 8에서 점선으로 표시되는 상기 열전 소자(21)의 발열면은 상기 히트 싱크(24)의 전면에 부착될 때, 상기 유입 포트(2414)를 지나는 선이 상기 열전 소자(21)의 중심을 지나도록 하는 지점에 부착될 수 있다.
즉, 상기 열전 소자(21)가 상기 히트 싱크(24)에 부착된 상태에서, 상기 유입 포트(2414)의 중심을 지나는 선은, 상기 열전 소자(21)의 투영면에 대응하는 상기 냉매 유동 공간(2410)을 좌우로 이등분한다.
열전 소자(21)에 전원이 인가되면, 열전 소자의 발열면 중 중앙 부위에서 발열량이 가장 많기 때문에, 발열면의 중앙 부위를 신속히 냉각시켜야 한다. 따라서, 상기 유입 포트(2414)를 통하여 유입되는 저온의 냉매가, 상기 열전 소자의 중앙부와 접촉하는 히트 싱크의 부분으로 가장 먼저 흘러들어가는 것이 좋다.
또한, 본 실시예에 따르면, 열전 소자의 투영면과 상기 다수 개의 디바이더가 중첩됨으로써, 상기 열전 소자의 투영면에 대응하는 상기 냉매 유동 공간이, 유동 방향이 다른 다수의 냉매 유로로 분할됨을 알 수 있다.
도 9는 프런트 커버가 제거된 상태의 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 싱크의 정면도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 히트 싱크(24)는, 유입 포트(2414)를 통하여 상기 냉매 유동 공간(2410)으로 유입되는 제 1 공간부(2411)의 폭(d1)이 상기 열전 소자(21)의 폭에 대응하는 길이로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상세히, 상기 제 1 공간부(2411)의 폭(d1)이 열전 소자(21)의 폭에 대응하여 증가하는 만큼, 상기 제 2 공간부(2412)의 폭(d2)과 상기 제 3 공간부(2413)의 폭(d3)은 감소된다. 상기 제 2 공간부(2412)의 폭(d2)과 상기 제 3 공간부(2413)의 폭(d3)은 동일하게 설정될 수 있다.
상기 제 1 토출 포트(2415)와 상기 제 2 토출 포트(2416) 또한 상기 제 1 공간부(2411)의 폭(d1)이 증가함에 따라 상기 싱크 프레임(241)의 좌측 및 우측 가장자리 쪽으로 위치가 변경된다.
상기 제 1 공간(2411)의 유로 단면적이 상기 제 2 및 제 3 공간(2412,2413)의 유로 단면적보다 크기 때문에, 상기 제 1 공간(2411)에서의 냉매 유동 속도는 상기 제 2 및 제 3 공간(2412,2413)에서의 냉매 유동 속도보다 느려진다. 따라서, 상기 제 1 공간(2411)을 통과하는 냉매가 상기 열전 소자(21)의 발열면과 열교환하는 시간이 길어져서 방열량이 늘어나게 된다.
도 10은 프런트 커버가 제거된 상태의 본 발명의 더 다른 실시예에 따른 히트 싱크의 정면도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 히트 싱크(24)는, 도 9에 제시되는 히트 시크(24)의 구조에서, 상기 제 1 공간(2411)이 추가로 제공되는 디바이더에 의하여 두 개의 공간으로 다시 구획되는 것을 특징으로 한다.
상세히, 상기 제 1 디바이더(245a)는 상기 제 1 공간(2411)을 좌측 공간과 우측 공간으로 구획하고, 상기 제 2 디바이더(245b)는 상기 제 2 공간(2412)과 상기 좌측 공간을 구획하며, 제 3 디바이더(245c)는 상기 우측 공간과 상기 제 3 공간(2413)을 구획하도록 할 수 있다.
그러면, 상기 유입 포트(2414)를 통해서 상기 냉매 유동 공간(2410)으로 유입되는 저온 저압의 냉매는, 상기 좌측 공간과 우측 공간으로 나뉘어 흐르게 된다.
도 11은 프런트 커버가 제거된 상태의 본 발명의 더 다른 실시예에 따른 히트 싱크의 정면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 히트 싱크(24)는, 토출 포트가 유입 포트의 반대편에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상세히, 본 실시예에 따른 히트 싱크(24)의 유입 포트(2414)는, 이전 실시예와 마찬가지로 열전 소자의 중심을 지나는 선상에 위치한다. 두 개의 제 1 디바이더(245a)가 제공되어, 상기 두 개의 제 1 디바이더(245a) 사이에 형성되는 공간이 상기 냉매 유동 공간(2410)의 중심을 지나도록 설계된다.
상기 두 개의 제 1 디바이더(245a)의 좌측과 우측으로 이격되는 지점에 제 2 디바이더(245b)와 제 3 디바이더(245c)가 설치되도록 할 수 있다. 상기 제 1 토출 포트(2415)와 상기 제 2 토출 포트(2416)는 상기 유입 포트(2414)의 반대편에 해당하는 상기 싱크 프레임(241) 부분에 형성된다.
정리하면, 도 9에 제시되는 실시예에 따른 히트 싱크(24) 구조에서 두 개의 디바이더가 제 1 공간(2411)에 배치되어, 상기 제 1 공간(2411)이 좌측 공간, 중앙 공간, 및 우측 공간으로 세분된다.
제 2 공간(2412)의 후단 쪽에 상기 제 1 토출 포트(2415)가 형성되고, 상기 제 3 공간(2413)의 후단 쪽에 상기 제 2 토출 포트(2416)가 형성된다.
이러한 구조에 의하면, 상기 냉매 유동 공간(2410) 내부로 유입된 냉매는 유동 전환을 여러번 수행하면서 유동 속도가 느려지고, 결과적으로 열전 소자의 발열면과 열교환 시간이 늘어나게 된다.

Claims (6)

  1. 냉동실;
    상기 냉동실 내부에 수용되고, 상기 냉동실과 구획되는 심온실;
    상기 심온실의 후측에 형성되는 냉동 증발실;
    상기 냉동 증발실과 상기 냉동실을 구획하는 구획벽;
    상기 심온실의 온도를 상기 냉동실의 온도보다 낮은 온도로 냉각하도록 상기 심온실의 후측에 제공되는 열전 모듈; 및
    상기 심온실 내부의 공기르 강제 유동시키는 심온실 팬;을 포함하고,
    상기 열전 모듈은,
    상기 심온실을 향하는 흡열면과, 상기 흡열면의 반대면으로 정의되는 발열면을 포함하는 열전 소자와,
    상기 흡열면에 접촉하며, 상기 심온실 후방에 놓이는 콜드 싱크와,
    상기 발열면에 접촉하고, 상기 냉동실 증발기와 직렬 연결되는 히트 싱크를 포함하고,
    상기 히트 싱크는,
    내부에 냉매 유동 공간이 형성되는 싱크 프레임과,
    상기 싱크 프레임의 전면에 결합되어, 상기 냉매 유동 공간의 전면을 차폐하는 프런트 커버와,
    상기 싱크 프레임의 배면에 결합되어, 상기 냉매 유동 공간의 배면을 차폐하는 리어 커버와,
    상기 냉매 유동 공간을 다수의 공간으로 구획하는 다수의 디바이더와,
    상기 다수의 디바이더에 의하여 구획되는 상기 다수의 공간에 배치되는 다수의 열교환 핀을 포함하고,
    상기 싱크 프레임에는, 팽창변을 통과한 저온 저압의 2상 냉매가 상기 냉매 유동 공간으로 유입되도록 하는 유입 포트와,
    상기 냉매 유동 공간을 따라 흐르면서 상기 열전 소자의 발열면과 열교환하여 온도가 증가한 냉매가 상기 히트 싱크 외부로 배출되도록 하는 토출 포트가 형성되며,
    상기 유입 포트의 중심을 지나는 선은 상기 열전 소자의 투영면의 중심을 지나는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전 소자의 투영면에 대응하는 상기 냉매 유동 공간의 부분은, 상기 다수의 디바이더와 중첩되어, 다수의 유로로 분할되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 유로들 중, 인접하는 유로들의 냉매 유동 방향이 반대인 것을 특징으로 하는 냉장고.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입 포트와 토출 포트는 상기 싱크 프레임의 동일 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입 포트와 상기 토출 포트는 서로 반대 편에 형성되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 토출 포트는,
    상기 유입 포트의 좌측에 배치되는 제 1 토출 포트와,
    상기 유입 포트의 우측에 배치되는 제 2 토출 포트를 포함하는 냉장고.
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