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KR20200105298A - 냉장고의 제어 방법 - Google Patents

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KR20200105298A
KR20200105298A KR1020190024290A KR20190024290A KR20200105298A KR 20200105298 A KR20200105298 A KR 20200105298A KR 1020190024290 A KR1020190024290 A KR 1020190024290A KR 20190024290 A KR20190024290 A KR 20190024290A KR 20200105298 A KR20200105298 A KR 20200105298A
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윤석준
이정훈
이호연
임형근
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엘지전자 주식회사
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Publication date
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Priority to EP20763317.3A priority patent/EP3933330A4/en
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Abstract

본 발명은, 심온실 제상 운전 과정에서 발생하는 수증기가 냉동 증발실 벽면에 착상되는 것을 방지하기 위하여, 열전 모듈에 정전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉장고의 제어 방법{Control method for refrigerator}
본 발명은 냉장고의 제어 방법에 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 보관하는 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.
아래의 선행 기술 1에는 열전 모듈을 이용하여 저장실을 실내 온도보다 낮은 온도로 저장하는 협탁 형태의 냉장고가 개시된다.
그러나, 선행 기술 1에 개시되는 열전 모듈을 이용한 냉장고의 경우, 열전 모듈의 발열면이 실내 공기와 열교환하여 냉각되는 구조로 이루어져 있어서, 흡열면의 온도를 낮추는데 한계가 있다.
상세히, 열전 모듈은, 공급 전류가 증가하면 흡열면과 발열면의 온도차가 어느 수준 까지는 증가하는 경향을 보인다. 그러나, 반도체 소자로 이루어진 열전 소자의 특성상, 공급 전류가 증가하면 반도체가 저항으로 작용하여 자체 발열량이 증가한다. 그러면, 흡열면에서 흡수된 열이 발열면으로 신속하게 전달되지 못하는 문제가 발생한다.
뿐만 아니라, 열전 소자의 발열면이 충분히 냉각되지 아니하면 발열면으로 전달된 열이 흡열면 쪽으로 역류하는 현상이 발생하여 흡열면의 온도도 함께 증가하게 된다.
선행기술 1에 개시되는 열전 모듈의 경우, 발열면이 실내 공기에 의하여 냉각되므로, 발열면의 온도가 실내 온도보다 더 낮아질 수 없는 한계가 있다.
발열면의 온도가 실질적으로 고정된 상태에서, 흡열면의 온도를 낮추기 위해서는 공급 전류를 증가시켜야 하고, 그러면 열전 모듈의 효율이 저하되는 문제가 발생한다.
또한, 공급 전류를 증가시키면, 흡열면과 발열면의 온도차가 커지면서 열전 모듈의 냉력이 감소하는 결과를 초래한다.
따라서, 선행기술 1에 개시되는 냉장고의 경우, 저장실의 온도를 냉동실 온도보다 현저히 낮은 극저온으로 낮추는 것이 불가능하고, 냉장실 온도 수준으로 유지할 수 있는 정도에 불과하다고 할 수 있다.
뿐만 아니라, 선행 기술 1에 개시된 내용을 보면, 열전 모듈에 의하여 냉각되는 저장실이 독립적으로 존재하기 때문에, 상기 저장실의 온도가 만족 온도에 도달하면 열전 모듈로의 전원 공급을 차단하는 것으로 개시된다.
그러나, 상기 저장실이 냉장실이나 냉동실과 같은 만족 온도 영역이 다른 저장실 내부에 수용되는 경우, 두 개의 저장실 온도를 조절하기 위해서 고려되어야 하는 요소들이 많아지게 된다.
따라서, 선행 기술 1에 개시되는 제어 내용만으로는, 심온실이 냉동실 또는 냉장실에 수용되는 구조에서 심온실 온도를 제어하기 위해서 열전 모듈의 출력과 심온실 냉각팬의 출력 제어가 불가능하다.
이러한 열전 모듈의 한계를 극복하고, 열전 모듈을 이용하여 저장실의 온도를 냉동실 온도보다 낮은 온도로 낮추기 위하여 많은 실험과 연구가 이루어져 왔다. 그 결과, 열전 모듈의 발열면을 낮은 온도로 냉각시키기 위하여 냉매가 흐르는 증발기를 발열면에 부착하는 시도가 있었다.
아래 선행 기술 2에는 열전 모듈의 발열면을 냉각시키기 위하여, 열전모듈의 발열면을 증발기에 직접 부착시키는 내용이 개시된다.
그러나 선행 기술 2도 여전히 문제점을 안고 있다.
상세히, 선행 기술 2에는, 열전 소자의 발열면을 냉각시키기 위한 방열 수단 또는 히트 싱크로서 냉동실 팽창변을 통과한 냉매가 흐르는 증발기를 채용하는 구조적 내용만 개시되어 있을 뿐, 냉동실을 비롯한 냉장실의 운전 상태에 따라서 열전 모듈의 출력을 어떻게 제어할 것인지에 대한 내용이 전혀 개시되지 않고 있다.
예를 들어, 선행 기술 2의 경우, 냉동실 증발기와, 열전 모듈의 히트 싱크가 병렬로 연결되는 구조이기 때문에, 선행 기술 2의 제어 방법은 냉동실 증발기와 히트 싱크가 직렬 연결되는 시스템에는 적용하기 어려운 단점이 있다.
특히, 선행 기술 2의 경우, 히트 싱크와 냉동실 증발기가 병렬로 연결되어 있기 때문에, 열전 모듈의 제상 운전과 냉동실 증발기의 제상 운전을 독립적으로 수행할 수 있다. 따라서, 히트 싱크와 냉동실 증발기가 직렬로 연결된 구조에는 선행 기술 2에 적용되는 제상 운전 제어 로직이 그대로 적용될 수 없는 문제점이 있다.
또한, 선행 기술 2에는, 심온실 및 냉동실 제상 과정에서 발생하는 수증기에 의하여 초래되는 문제점을 어떻게 해결할 수 있는지에 대한 구체적인 방법이 개시되지 않고 있다.
일례로, 제상 과정에서 발생하는 수증기가 심온실 내벽에 다시 착상되거나, 냉동 증발실로 유입되면서 냉동실 증발기의 일 면에 집중적으로 착상되는 편착상 문제를 방지 또는 해결할 수 있는 방법에 대한 내용이 전혀 개시되지 않고 있다.
또한, 냉동실 제상 과정에서 발생하는 수증기가 심온실로 유입되거나, 심온실과 접하는 냉동 증발실 벽면에 착상되는 현상을 방지할 수 있는 구조나 방법에 대한 내용이 전혀 개시되지 않는다.
선행기술 1 : 한국공개특허 제10-2018-0105572호(2018년09월28일) 선행기술 2 : 한국공개특허 제10-2016-097648호(2016년08월18일)
본 발명은 심온실이 냉동실 내부에 수용되고, 히트 싱크와 냉동실 증발기가 직렬로 연결되는 냉매 순환 시스템을 가지는 냉장고의 제상을 위한 운전 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 열전 모듈이 콜드 싱크 제상 과정에서 발생하는 습증기가 히트 싱크에 부착되어 재응결되는 현상을 방지할 수 있는 냉장고의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 냉동실 증발기의 제상 과정에서 발생하는 습증기가 심온실 내부로 유입되어, 심온실 내벽이나 열전 모듈의 히트 싱크에 부착되어 응결되는 현상을 방지할 수 있는 냉장고의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 제어 방법은, 냉장실; 상기 냉장실과 구획되는 냉동실; 상기 냉동실 내부에 수용되고, 상기 냉동실과 구획되는 심온실; 상기 심온실의 후측에 형성되는 냉동 증발실; 상기 냉동 증발실과 상기 냉동실을 구획하는 구획벽; 상기 냉동 증발실에 수용되어, 상기 냉동실 냉각을 위한 냉기를 생성하는 냉동실 증발기; 상기 냉동 증발실 냉기를 상기 냉동실로 공급하도록 구동하는 냉동실 팬; 상기 심온실의 온도를 냉동실 온도보다 낮은 온도로 냉각하도록 제공되는 열전 모듈; 및 상기 심온실 내부의 공기를 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 싱크, 및 상기 히트 싱크를 수용하며, 후면이 상기 냉동 증발실의 냉기에 노출되는 하우징을 포함하는 냉장고의 제어 방법에 있어서, 냉동실 제상과 심온실 제상을 위한 제상 주기(POD)가 경과하였는지 여부가 판단되는 단계; 상기 제상 주기가 경과하였다고 판단되면, 상기 심온실 온도와 상기 냉동실 온도 중 적어도 하나를 제어 온도보다 낮은 온도로 냉각시키는 딥쿨링 운전이 수행되는 단계; 상기 딥쿨링 운전이 종료하면, 심온실 제상이 수행되는 단계를 포함하고, 상기 심온실 제상이 시작되면, 냉동실 밸브가 폐쇄되어 상기 히트 싱크로의 냉기 흐름이 차단되며, 상기 심온실 제상은, 콜드 싱크 제상과, 상기 콜드 싱크 제상 완료 후 수행되는 히트 싱크 제상을 포함하고, 상기 히트 싱크 제상이 수행되는 동안, 상기 콜드 싱크 제상 과정에서 발생한 수증기를 제거하기 위하여 상기 심온실 팬이 구동하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 제어 방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 히트 싱크와 냉동실 증발기가 직렬 연결되고, 심온실이 냉동실 내부에 수용되는 구조에서, 열전 모듈의 제상과 냉동실 증발기의 제상이 효과적으로 수행될 수 있는 장점이 있다.
둘째, 콜드 싱크 제상 과정에서 발생하는 습증기가 히트 싱크에 부착되어 재응결되는 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
셋째, 심온실 제상, 즉 열전 모듈의 제상 운전과 냉동실 증발기의 제상 운전이 함께 수행되도록 함으로써, 심온실 제상과 증발실 제상을 별도로 수행할 경우에 발생하는 제상 저해 요인이 제거되는 장점이 있다.
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 입력 전압 및 푸리에 효과에 대한 냉력의 관계를 보여주는 그래프.
도 5는 입력 전압 및 푸리에 효과에 대한 효율 관계를 보여주는 그래프.
도 6은 전압에 따른 냉력과 효율의 상관 관계를 보여주는 그래프.
도 7은 고내 부하 변동에 따른 냉장고 제어를 위한 기준 온도선을 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 사시도.
도 9는 상기 열전 모듈의 분해 사시도.
도 10은 냉동 증발실 쪽에서 바라본 열전 모듈 수용 공간의 모습을 보여주는 확대 사시도.
도 11은 열전 모듈이 구비된 심온실 후단부 구조를 보여주는 확대 단면도.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 제상수 배출홀 막힘 수단이 구비된 구획부의 배면 사시도.
도 13은 상기 제상수 배출홀 막힘 수단이 구비된 구획부의 분해 사시도.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 콜드 싱크와 연결된 백히터 구조를 보여주는 사시도.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 냉장실 제상 운전 제어 방법을 보여주는 플로차트.
도 16은 심온실 및 냉동실 제상이 수행될 때 시간 경과에 따른 냉동 사이클을 구성하는 구성 요소들의 작동 상태를 보여주는 도면.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 냉동실 및 심온실의 제상 운전 제어 방법을 보여주는 플로차트.
도 18은 심온실 제상 운전이 수행되는 동안 시간에 따라 변하는 열전 모듈의 온도 변화를 보여주는 그래프.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 심온실 제상 운전을 위한 제어 방법을 보여주는 플로차트.
도 20은 심온실 제상 운전 중에 심온실 내벽에 성에가 착상되는 것을 방지하기 위한 냉장고의 제어 방법을 보여주는 플로차트.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 냉동실 제상 운전 제어 방법을 보여주는 플로차트.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 제어 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에서 제 1 냉각기(first cooling device) 에 의해 냉각되어 소정의 온도로 제어될 수 있는 저장실을 제 1 저장실로 정의할 수 있다.
또한, 제 2 냉각기에 의해 냉각되어 상기 제 1 저장실보다 낮은 온도로 제어될 수 있는 저장실 제 2 저장실로 정의할 수 있다.
또한, 제 3 냉각기에 의해 냉각되어 상기 제 2 저장실보다 낮은 온도로 제어될 수 있는 저장실을 제 3 저장실로 정의될 수 있다.
상기 제 1 저장실을 냉각하기 위한 상기 제 1 냉각기는, 제1증발기와, 열전 소자를 포함하는 제 1 열전 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제 1 증발기는 후술할 냉장실 증발기를 포함할 수 있다.
상기 제 2 저장실을 냉각하기 위한 상기 제 2 냉각기는, 제 2 증발기와, 열전소자를 포함하는 제 2 열전 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제 2 증발기는 후술할 냉동실 증발기를 포함할 수 있다.
상기 제 3 저장실을 냉각하기 위한 상기 제 3 냉각기는, 제 3 증발기와 열전소자를 포함하는 제 3 열전 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 열전 모듈을 냉각수단으로 하는 실시예들에서, 열전 모듈 대신 증발기로 대체하여 적용 가능하며, 예를 들면 다음과 같다.
(1) "열전 모듈의 콜드 싱크"또는 "열전 소자의 흡열면"또는 "열전 모듈의 흡열측"은, "증발기 또는 증발기의 일측"으로 해석될 수 있다.
(2)"열전 모듈의 흡열측"은, "열전 모듈의 콜드 싱크" 또는 "열전 모듈의 흡열면"과 동일한 의미로 해석될 수 있다.
(3) 제어부가"열전 모듈에 정전압을 인가 또는 차단하는 것"은, "증발기로 냉매를 공급 또는 차단하는 것", "절환 밸브가 개방 또는 폐쇄되도록 제어되는 것", 또는 "압축기가 온 또는 오프되도록 제어되는 것" 중 어느 하나로 해석될 수 있다.
(4) 제어부가 "열전 모듈에 인가되는 정전압이 증가 또는 감소되도록 제어하는 것"은, "증발기에 흐르는 냉매의 양 또는 유속이 증가 또는 감소되도록 제어하는 것", "절환 밸브의 개도가 증가 또는 감소되도록 제어하는 것", 압축기 출력이 증가 또는 감소되도록 제어하는 것"중 어느 하나로 해석될 수 있다.
(5) 제어부가 "열전 모듈에 인가되는 역전압이 증가 또는 감소되도록 제어하는 것"은, "증발기에 인접하는 제상 히터에 인가되는 전압이 증가 또는 감소되도록 제어하는 것"으로 해석될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 "열전 모듈에 의하여 냉각되는 저장실"을 저장실 A로 정의하고, "상기 열전 모듈에 인접하는 곳에 위치하여 상기 저장실 A 내부의 공기가 상기 열전 모듈의 흡열면과 열교환하도록 하는 팬"을 "저장실 A 팬"으로 정의할 수 있다.
또한, 상기 저장실 A와 함께 냉장고를 구성하면서 냉각기에 의해 냉각되는 저장실을 "저장실 B"로 정의할 수 있다.
또한, "냉각기 챔버"는 냉각기가 위치하는 공간으로 정의하고, 냉각기에서 생성된 냉기를 송풍하는 팬이 추가된 구조에서는 상기 팬이 수용되는 공간을 포함하는 것으로 정의하고, 상기 팬에 의해 송풍되는 냉기를 저장실로 안내하는 유로나 제상수가 배출되는 유로가 추가된 구조에서는 상기 유로들을 포함하는 것으로 정의할 수 있다.
또한, 콜드 싱크나 그 주변에 착상된 성에나 얼음을 제거하기 위해 상기 콜드 싱크의 일측에 위치하는 제상 히터를 콜드 싱크 제상 히터로 정의할 수 있다.
또한, 히트 싱크나 그 주변에 착상된 성에나 얼음을 제거하기 위해 상기 히트 싱크의 일측에 위치하는 제상 히터를 히트 싱크 제상 히터로 정의할 수 있다.
또한, 냉각기나 그 주변에 착상된 성에나 얼음을 제거하기 위해 상기 냉각기의 일측에 위치하는 제상 히터를 냉각기 제상 히터로 정의할 수 있다.
또한, 냉각기 챔버를 형성하는 벽면이나 그 주변에 착상된 성에나 얼음을 제거하기 위해 상기 냉각기 챔버를 형성하는 벽면의 일측에 위치하는 제상 히터를 냉각기 챔버 제상 히터로 정의할 수 있다.
또한, 콜드 싱크나 그 주변에서 녹은 제상수나 수증기가 배출되는 과정에서, 재결빙 또는 재착상을 최소화하기 위하여 상기 콜드 싱크의 일측에 배치되는 히터를 콜드 싱크 드레인 히터로 정의할 수 있다.
또한, 히트 싱크나 그 주변에서 녹은 제상수나 수증기가 배출되는 과정에서, 재결빙 또는 재착상을 최소화하기 위하여 상기 히트 싱크의 일측에 배치되는 히터를 히트 싱크 드레인 히터로 정의할 수 있다.
또한, 냉각기나 그 주변에서 녹은 제상수나 수증기가 배출되는 과정에서, 재결빙 또는 재착상을 최소화하기 위하여 상기 냉각기의 일측에 배치되는 히터를 냉각기 드레인 히터로 정의할 수 있다.
또한, 냉각기 챔버를 형성하는 벽면이나 그 주변에서 녹은 제상수나 수증기가 배출되는 과정에서, 재결빙 또는 재착상을 최소화하기 위하여 상기 냉각기 챔버를 형성하는 벽면의 일측에 배치되는 히터를 냉각기 챔버 드레인 히터로 정의할 수 있다.
또한, 아래에서 설명될 "콜드 싱크 히터"는 상기 콜드 싱크 제상 히터의 기능과 상기 콜드 싱크 드레인 히터의 기능 중 적어도 하나의 기능을 수행하는 히터로 정의할 수 있다.
또한, "히트 싱크 히터"는 상기 히트 싱크 제상 히터의 기능과 상기 히트 싱크 드레인 히터의 기능 중 적어도 하나의 기능을 수행하는 히터로 정의할 수 있다.
또한, "냉각기 히터"는, 상기 냉각기 제상 히터의 기능과 상기 냉각기 드레인 히터의 기능 중 적어도 하나의 기능을 수행하는 히터로 정의할 수 있다.
또한, 아래에서 설명될 "백히터"는 상기 히트 싱크 히터의 기능과 상기 냉각기 챔버 제상 히터의 기능 중 적어도 하나의 기능을 수행하는 히터로 정의할 수 있다. 즉, 상기 백히터는, 히트 싱크 제상 히터, 히터 싱크 드레인 히터, 및 냉각기 챔버 제상 히터의 기능들 중 적어도 하나의 기능을 수행하는 히터로 정의할 수 있다.
본 발명에서는 일례로, 상기 제 1 저장실은 상기 제 1 냉각기에 의해 영상의 온도로 제어될 수 있는 냉장실을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 저장실은, 상기 제 2 냉각기에 의해 영하의 온도로 제어될 수 있는 냉동실을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 3 저장실은, 상기 제 3 냉각기에 의해 극저온(cryogenic temperature) 또는 초저온(ultrafrezing temperature)의 온도로 유지될 수 있는 심온실(deep freezing compartment)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 제 내지 제 3 저장실이 모두 영하의 온도로 제어되는 경우와, 상기 제 1 내지 제 3 저장실이 모두 영상의 온도로 제어되는 경우, 및 상기 제 1 및 제 2 저장실은 영상의 온도로 제어되고, 상기 제 3 저장실은 영하의 온도로 제어되는 경우를 배제하지 않는다.
본 발명에서 냉장고의 "운전"은 운전시작조건 또는 운전투입조건이 만족되는지 여부를 판단하는 단계(I)와, 운전투입조건이 만족된 경우에 미리 정해진 운전이 수행되는 단계(II)와, 운전완료조건이 만족되는지 여부를 판단하는 단계(III), 및 운전완료조건이 만족된 경우에는 운전이 종료되는 단계(IV)의 4가지 운전단계를 포함하는 것으로 정의될 수 있다.
본 발명에서 냉장고의 저장실 냉각을 위한 "운전"은, 일반 운전과 특수 운전으로 구분하여 정의될 수 있다.
상기 일반 운전은, 저장실 도어의 개방이나 음식물 저장에 따른 부하 투입 상황이 발생하지 않은 상태에서 자연적으로 고내 온도가 상승하였을 때 수행되는 냉각 운전을 의미할 수 있다.
상세히, 저장실의 온도가 불만 온도 영역(아래에서 도면을 참조하여 상세히 설명함)에 진입하여 운전투입조건이 만족되면, 상기 저장실의 냉각을 위해 제어부가 상기 저장실의 냉각기로부터 냉기가 공급되도록 제어하는 것으로 정의된다.
구체적으로, 일반운전은 냉장실 냉각운전, 냉동실 냉각운전, 심온실 냉각운전 등을 포함할 수 있다.
반면, 상기 특수운전은, 상기 일반운전으로 정의되는 운전을 제외한 운전을 의미할 수 있다.
상세히, 상기 특수 운전은, 저장실의 제상주기가 경과하여 냉각기에 착상된 성에나 얼음을 녹이기 위해 상기 냉각기에 열을 공급하도록 제어되는 제상 운전을 포함할 수 있다.
또한, 상기 특수 운전은, 저장실의 도어가 개방된 후 닫힌 시점으로부터 설정 시간이 경과한 경우, 또는 설정 시간이 경과하기 전에 저장실의 온도가 설정 온도로 상승한 경우 중 적어도 하나에 해당되어 운전 투입 조건이 만족되면, 상기 저장실에 침투한 열부하를 제거하기 위해 상기 냉각기로부터 상기 저장실로 냉기가 공급되도록 제어되는 부하 대응 운전을 더 포함할 수 있다.
상세히, 상기 부하 대응 운전은, 저장실 도어의 개폐 동작 이후에 저장실 내부로 침투한 부하를 제거하기 위하여 수행되는 도어 부하 대응 운전과, 냉장고 설치 후 처음으로 전원이 인가되었을 때 저장실 내부의 부하를 제거하기 위하여 수행되는 초기 냉기동 운전을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 제상 운전은, 냉장실 제상 운전, 냉동실 제상 운전, 및 심온실 제상 운전 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 도어 부하 대응 운전은, 냉장실 도어 부하 대응 운전, 냉동실 도어 부하 대응 운전, 심온실 부하 대응 운전 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 심온실 부하 대응 운전은, 심온실 도어가 개방에 따라 부하가 증가되었을 때 수행되는 심온실 도어 부하 대응 운전 투입 조건, 심온실 오프 상태에서 온 상태로 전환되었을 때 심온실 내의 부하를 제거하기 위해 수행되는 심온실 초기 냉기동 운전 투입 조건, 및 심온실 제상 운전이 완료된 이후에 처음으로 시작되는 제상 후 운전 투입 조건 중 적어도 하나의 조건이 만족되면 수행되는, 심온실 부하 제거를 위한 운전을 의미하는 것으로 해석될 수 있다.
상세히, 심온실 도어 부하 대응 운전 투입 조건이 만족되었는지 여부를 판단하는 것은, 냉동실 도어와 심온실 도어 중 적어도 하나가 개방 후 닫힌 시점으로부터 일정 시간이 경과하는 조건, 또는 일정 시간 이내에 심온실 온도가 설정 온도로 상승하는 조건 중 적어도 하나가 만족되는지를 판단하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 심온실 초기 냉기동 운전 투입 조건이 만족되었는지 여부를 판단하는 것은, 냉장고 전원이 켜지고, 심온실 모드가 오프 상태에서 온 상태로 전환되었는지 여부를 판단하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 심온실 제상 후 운전 투입 조건이 만족되었는지 여부를 판단하는 것은, 콜드 싱크 히터 오프, 백히터 오프, 콜드 싱크 제상을 위해 열전 모듈에 인가되는 역전압 중단, 콜드 싱크 제상을 위해 역전압이 인가된 후 히트 싱크 제상을 위해 열전 모듈에 인가되는 정전압 중단, 히트 싱크를 수용하는 하우징의 온도가 설정 온도로 상승, 및 냉동실 제상 운전 종료 중 적어도 하나를 판단하는 것을 포함할 수 있다.
따라서, 냉장실과 냉동실 및 심온실 중 적어도 하나를 포함하는 저장실의 운전은, 저장실 일반 운전과, 저장실 특수 운전을 포함하는 것으로 정리될 수 있다.
한편, 상기에서 설명된 저장실의 운전 중 2가지 운전이 충돌하는 경우, 제어부는 어느 하나의 운전(운전 A)이 우선하여 수행되고 다른 하나의 운전(운전 B)은 중단(pause)되도록 제어할 수 있다.
본 발명에서 운전의 충돌은, i) 운전 A의 투입 조건과 운전 B의 투입 조건이 동시에 만족하여 동시에 충돌하는 경우, ii) 운전 A의 투입조건이 만족되어 운전 A가 수행되는 중에 운전 B의 투입조건이 만족되어 충돌하는 경우, iii) 운전 B의 투입 조건이 만족되어 운전 B가 수행되는 중에 운전 A의 투입조건이 만족되어 충돌하는 경우를 포함할 수 있다.
2가지 운전이 충돌하는 경우, 제어부는, 충돌하는 운전의 수행 우선 순위를 결정하고, 해당 운전의 수행을 제어하기 위해, 소위 "충돌 제어 알고리즘"이 수행되도록 한다.
운전 A가 우선 수행되고, 운전 B가 중단된 경우를 일례로 들어 설명한다.
상세히, 본 발명에서는 중단된 운전 B는 운전 A의 완료 후, 아래 예시의 3가지 경우 중 적어도 어느 하나의 과정을 따르도록 제어될 수 있다.
a. 운전 B의 해제(termination)
운전 A가 완료되면, 운전 B의 수행은 해제되어 상기 충돌 제어 알고리즘을 종료하고, 그 이전의 운전 단계로 되돌아가는 가도록 할 수 있다.
여기서 "해제"는, 이 경우, 중단된 상기 운전 B는 더 이상 수행되지 않을 뿐 아니라, 운전 B의 투입 조건이 만족되었는지 여부도 판단하지 않는다. 즉, 운전 B의 투입 조건에 대한 판단 정보가 초기화되는 것으로 볼 수 있다.
b. 운전 B의 투입 조건 재판단(redetermination)
우선 수행된 운전 A가 완료되면, 제어부는 상기 중단된 운전 B의 투입 조건이 만족되었는지 여부를 다시 판단하는 단계로 되돌아가서, 운전 B의 재시작(restart) 여부를 결정할 수 있다.
예컨대, 운전 B는 10분 동안 팬을 구동하는 운전이고, 운전 A와 충돌하여 운전 시작 후 3분이 경과된 시점에서 운전이 중단되었다면, 운전 A가 완료된 시점에서 운전 B의 투입 조건이 만족되었는지 여부를 다시 판단하고, 만족되었다고 판단되면 다시 10분 동안 팬을 구동하도록 한다.
c. 운전 B의 속행(continuation)
우선 수행된 운전 A가 완료되면, 제어부는 중단되었던 상기 운전 B가 속행되도록 할 수 있다. 여기서 "속행"은, 처음부터 다시 시작하는 것이 아니라, 중단된 운전을 이어서 수행하는 것을 의미한다.
예컨대, 운전 B가 10분 동안 팬을 구동하는 운전이고, 운전 A와 충돌하여 운전 시작 후 3분이 경과된 시점에서 운전이 중단되었다면, 운전 A가 완료된 시점부터 곧바로 잔여 시간 7분 동안 압축기가 더 구동하도록 한다.
한편, 본 발명에서 운전의 우선순위는 아래와 같이 정해질 수 있다.
첫째, 일반 운전과 특수 운전이 충돌하면, 상기 특수운전이 우선하여 수행되도록 제어할 수 있다.
둘째, 일반 운전 간의 충돌이 발생하는 경우 운전의 우선 순위는 아래와 같이 정해질 수 있다.
가. 냉장실 냉각 운전과 냉동실 냉각 운전이 충돌하면, 냉장실 냉각 운전이 우선하여 수행되도록 할 수 있다.
나. 냉장실(또는 냉동실) 냉각 운전과 심온실 냉각 운전이 충돌하면, 냉장실(또는 냉동실) 냉각 운전이 우선하여 수행되도록 할 수 있다. 이때, 심온실 온도가 지나치게 상승하는 것을 막기 위해, 상기 심온실 냉각기의 최대 냉력보다 낮은 수준의 냉력이 심온실 냉각기로부터 상기 심온실로 공급되도록 할 수 있다.
상기 냉력은, 냉각기 자체의 냉각능력과, 냉각기에 인접한 곳에 위치하는 냉각 팬의 송풍량 중 적어도 하나를 의미할 수 있다. 예를 들어, 심온실의 냉각기가 열전모듈인 경우, 제어부는, 냉장실(또는 냉동실) 냉각운전과 심온실 냉각운전이 충돌하면, 냉장실(또는 냉동실) 냉각운전을 우선하여 수행하되, 열전모듈에 인가될 수 있는 최대 전압보다 낮은 전압이 열전모듈에 입력되도록 제어할 수 있다.
셋째, 특수 운전 간의 충돌이 발생하는 경우 운전의 우선 순위는 아래와 같이 정해질 수 있다.
가. 냉장실 도어부하대응 운전과 냉동실 도어부하대응 운전이 충돌하면, 제어부는 냉장실 도어부하대응 운전이 우선하여 수행되도록 제어할 수 있다.
나. 냉동실 도어부하대응 운전과 심온실 도어부하대응 운전이 충돌하면, 제어부는 심온실 도어부하대응 운전이 우선하여 수행되도록 제어할 수 있다.
다. 냉장실 운전과 심온실 도어부하대응 운전이 충돌하면, 제어부는 냉장실 운전과 심온실 도어부하대응운전이 동시에 수행하도록 제어한 후, 냉장실 온도가 특정 온도 a에 도달하면, 심온실 도어 부하 대응 운전이 단독으로 수행되도록 제어할 수 있다. 심온실 도어 부하 대응 운전이 단독적으로 수행되는 도중에 냉장실 온도가 다시 상승하여 특정 온도 b(a<b)에 도달하면, 제어부는 다시 냉장실 운전과 심온실 도어부하대응운전이 동시에 수행하도록 제어할 수 있다. 이후에도, 냉장실 온도에 따라, 상기 심온실과 냉장실 동시 운전과 심온실 단독 운전 간의 운전 전환 과정이 반복하여 수행되도록 제어할 수 있다.
한편, 확장된 변형예로, 제어부는 심온실 부하 대응 운전의 운전투입조건이 만족되면, 상기 냉장실 운전과 심온실 도어부하대응 운전이 충돌한 경우와 동일하게 운전이 수행되도록 제어할 수 있다.
이하에서는, 일례로서 상기 제 1 저장실이 냉장실, 상기 제 2 저장실이 냉동실, 상기 제 3 저장실이 심온실인 경우로 한정하여 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, 증발기 배치 방식에 대한 첫번 째 예로서, 상기 증발기는, 상기 냉장실 팽창변(14)의 출구 측에 연결되는 냉장실 증발기(16)와, 상기 냉동실 팽창변(15)의 출구 측에 연결되는 직렬 연결되는 히트 싱크(24) 및 냉동실 증발기(17)를 포함할 수 있다. 상기 히트 싱크(24)및 냉동실 증발기(17)는 직렬 연결되고, 상기 냉동실 팽창변을 통과한 냉매는 상기 히트 싱크(24)를 통과한 후 상기 냉동실 증발기(17)로 유입된다.
두번 째 예로서, 상기 히트 싱크(24)는 상기 냉동실 증발기(17)의 출구측에 배치되어, 냉동실 증발기(17)를 통과한 냉매가 히트 싱크(24)로 유입되는 구조도 가능함을 밝혀둔다.
세번째 예로서, 상기 히트 싱크(24)와 냉동실 증발기(17)가 상기 냉동실 팽창변(15)의 출구단에서 병렬 연결되는 구조를 배제하지 않는다.
상기 히트 싱크(24)는 증발기이지만, 심온실 냉기와 열교환하는 목적이 아니라 후술할 열전 모듈의 발열면을 냉각시키는 목적으로 제공된다.
증발기의 배치 방법에 대하여 상기에서 설명된 세 가지 예들 각각에서, 상기 절환 밸브(13)와 냉장실 팽창변(14) 및 냉장실 증발기(16)가 제거된 제 1 냉매 순환 시스템과, 냉장실 냉각용 증발기, 냉장실 냉각용 팽창변, 냉장실 냉각용 응축기, 냉장실 냉각용 압축기로 이루어지는 제 2 냉매 순환 시스템이 조합된 복합 시스템도 가능하다. 여기서, 상기 제 1 냉매 순환 시스템을 구성하는 응축기와 상기 제 2 냉매 순환 시스템을 구성하는 응축기가 독립적으로 제공될 수도 있고, 단일체로 이루어지는 응축기이되 냉매는 혼합되지 않는 복합 응축기가 제공될 수도 있다.
한편, 심온실을 포함하여 저장실이 2개인 냉장고의 냉매 순환 시스템은, 상기 제 1 냉매 순환 시스템 만으로 구성하면 된다.
이하에서는 일례로서 상기 히트 싱크와 냉동실 증발기(17)가 직렬 연결되는 구조로 한정하여 설명하도록 한다.
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 있으나, 본 발명은 상기 심온실이 냉동실의 외부 일측에 구비되는 것을 포함한다. 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.
여기서, 상기 히트 싱크(24)는 상기 열전 소자(21)의 발열면에 접촉되는 증발기이다. 즉, 상기 열전 소자(21)의 발열면으로 전달되는 열은 상기 히트 싱크(24) 내부를 흐르는 냉매와 열교환한다. 상기 히트 싱크(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 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.
상기 심온실 드로어(203)가 적용되는 대신, 상기 심온 케이스(201) 전면 일측에 심온실 도어가 연결되고, 상기 심온 케이스(201) 내부 전체가 음식물 저장 공간으로 구성되는 구조도 가능하다.
또한, 상기 인너 케이스(101)의 후면은 후방으로 단차져서, 상기 냉동실 증발기(17)가 수용되는 냉동 증발실(104)을 형성한다. 또한, 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 구획벽(103)에는 상기 히트 싱크(24)가 수용되는 공간이 형성될 수 있다.
상기 히트 싱크(24) 내부에는 냉동실 팽창변(15)을 통과하면서 -18℃ ~ -20℃? 정도로 냉각된 2상 냉매가 흐르므로, 상기 히트 싱크(24)의 표면 온도는 -18℃~ -20℃?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.
여기서, 열전도판과 열교환 핀으로 이루어지는 열전도체의 적어도 일부분을 감싸거나 수용하는 하우징이 제공될 경우, 상기 콜드 싱크(22)는, 상기 열전도체 뿐만 아니라 상기 하우징도 포함하는 열전달 부재로 해석되어야 한다. 이는, 상기 히트 싱크(22)에도 동일하게 적용되어, 상기 히트 싱크(22)는 열전도 판과 열교환 핀으로 이루어지는 열전도체 뿐만 아니라, 하우징이 제공될 경우 하우징을 포함하는 열전달 부재로 해석되어야 한다.
상기 콜드 싱크(22)의 전방에는 상기 심온실 팬(25)이 배치되어, 상기 심온실(202) 내부 공기를 강제 순환시킨다.
이하에서는 열전 소자의 효율 및 냉력에 대하여 설명한다.
열전 모듈(20)의 효율은 성능 계수(COP : Coefficient Of Performance)로 정의될 수 있고, 효율식은 아래와 같다.
Figure pat00001
Qc : 냉력(Cooling Capacity, 열을 흡수하는 능력)
Pe : 입력(Input Power, 열전 소자에 공급된 전력)
Figure pat00002
또한, 열전 모듈(20)의 냉력은 아래와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00003
<반도체 소재 특성 계수>
α: 제벡(Seebeck) 계수[V/K]
ρ: 비저항 [Ωm-1]
k: 열전도도[W/mk]
<반도체 구조 특성>
L : 열전 소자 두께 : 흡열면과 발열면의 거리
A : 열전 소자의 면적
<시스템 사용 조건>
i : 전류
V : 전압
Th : 열전 소자의 발열면 온도
Tc : 열전 소자이 흡열면 온도
위의 냉력 식에서, 우측 첫번 째 항은 펠티어 효과로 정의될 수 있고, 전압차에 의한 흡열면과 발열면 양단 간의 이동 열량으로 정의될 수 있다. 상기 펠티어 효과는 전류 함수로서 공급 전류에 비례하여 증가한다.
V = iR 식에서, 열전 소자를 구성하는 반도체는 저항으로 작용하고, 상기 저항을 상수로 간주할 수 있으므로, 전압과 전류는 비례 관계에 있다고 할 수 있다. 즉, 상기 열전 소자(21)에 걸리는 전압이 증가하면 전류도 증가함을 의미한다. 따라서, 상기 펠티어 효과는 전류 함수로 볼 수도 있고 전압의 함수로 볼 수도 있다.
상기 냉력 또한 전류의 함수 또는 전압의 함수로 볼 수 있다. 상기 펠티어 효과는 상기 냉력을 증가시키는 플러스 효과로 작용한다. 즉, 공급 전압이 커지면 펠티어 효과가 증가하여 냉력이 증가한다.
상기 냉력 식에서 두번 째 항은 줄 효과(Joule Effect)로 정의된다.
상기 줄 효과는, 저항체에 전류가 인가되면 열이 발생하는 효과를 의미한다. 다시 말하면, 열전 소자에 전원을 공급하면 열이 발생하므로, 이는 냉력을 감소시키는 마이너스 효과로 작용한다. 따라서, 열전 소자에 공급되는 전압이 증가하면 줄 효과가 증가하여 열전 소자의 냉력을 저하시키는 결과를 가져온다.
상기 냉력 식에서 세번 째 항은 푸리에 효과(Fourier Effect)로 정의된다.
상기 푸리에 효과는, 열전 소자의 양 면에 온도 차가 발생하면 열전도에 의하여 열이 이동하는 효과를 의미한다.
상세히, 상기 열전 소자는 세라믹 기판으로 이루어지는 흡열면과 발열면, 상기 흡열면과 발열면 사이에 배치되는 반도체를 포함한다. 상기 열전 소자에 전압을 걸어주면 흡열면과 발열면 사이에 온도차가 발생하게 된다. 상기 흡열면을 통하여 흡수되는 열은 반도체를 통과하여 발열면으로 전달된다. 그런데, 상기 흡열면과 발열면의 온도 차가 발생하면, 열전도에 의하여 발열면으로부터 흡열면으로 열이 역류하는 현상이 발생하며, 이를 푸리에 효과라고 한다.
상기 푸리에 효과는 줄 효과와 마찬가지로 냉력을 저하시키는 마이너스 효과로 작용한다. 다시 말하면, 공급 전류가 증가하면, 열전 소자의 발열면과 흡열면의 온도차(Th-Tc), 즉 ΔT값이 커지게 되어 냉력을 저하시키는 결과를 가져온다.
도 4는 입력 전압 및 푸리에 효과에 대한 냉력의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 푸리에 효과는 흡열면과 발열면의 온도차, 즉 ΔT의 함수로 정의할 수 있다.
상세히, 열전 소자의 규격이 결정되면, 위 냉력 식의 푸리에 효과 항에서 k,A 및 L값은 상수값이 되므로, 푸리에 효과는 ΔT를 변수로 하는 함수로 볼 수 있다.
따라서, ΔT가 커질수록 푸리에 효과값은 증가하나 푸리에 효과는 냉력에 마이너스 효과로 작용하므로 결국 냉력은 감소하게 된다.
도 4의 그래프에서 보이는 바와 같이, 전압이 일정한 조건 하에서 ΔT가 클수록 냉력은 적음을 알 수 있다.
또한 ΔT를 고정한 상태, 예컨대 ΔT가 30℃인 경우로 한정하여 전압 변화에 따른 냉력 변화를 살펴보면, 전압값이 증가할 수록 냉력이 증가하다가 어느 지점에서 최고치를 보인 후 다시 감소하는 포물선 형태를 그리게 된다.
여기서 전압과 전류는 비례 관계에 있기 때문에 위 냉력식에 기재된 전류를 전압으로 보고 동일하게 해석하여도 무방함을 밝혀둔다.
상세히, 공급 전압(또는 전류)이 증가함에 따라 냉력이 증가하게 되는데 이는 위 냉력식으로 설명될 수 있다. 먼저 상기 ΔT 값을 고정하였으므로 상수가 된다. 열전 소자의 규격 별 상기 ΔT값은 정해지기 때문에, 요구되는 ΔT값에 따라 적정한 열전 소자의 규격을 설정할 수 있다.
ΔT가 고정되므로 상기 푸리에 효과는 상수로 볼 수 있고, 결국 냉력은 전압(또는 전류)의 1차 함수로 볼 수 있는 펠티어 효과와 전압(또는 전류)의 2차 함수로 볼 수 있는 줄 효과의 함수로 단순화될 수 있다.
전압 값이 점진적으로 증가함에 따라, 전압의 1차 함수인 펠티어 효과의 증가량이 전압의 2차 함수인 줄 효과의 증가량보다 커서, 결과적으로 냉력이 증가하는 양태를 보인다. 다시 말하면, 냉력이 최대가 될때까지는 줄 효과의 함수는 상수에 가까워서 냉력이 전압의 1차 함수에 근접하는 형태를 보이게 된다.
전압이 더 증가할 수록 펠티어 효과에 따른 이동 열량보다 줄 효과에 의한 자체 발열량이 더 커지는 역전 현상이 발생하게 되고, 그 결과 냉력은 다시 감소하는 양태를 보이는 것을 확인할 수 있다. 이는 전압(또는 전류)의 1차 함수인 펠티어 효과와 전압(또는 전류)의 2차 함수인 줄 효과의 함수 관계식으로부터 더욱 명확하게 이해될 수 있다. 즉, 냉력이 감소할 때는 냉력은 전압의 2차 함수에 근접하는 형태를 보이게 된다.
도 4의 그래프 상에서는 공급 전압이 약 30 내지 40V 범위 구간, 더욱 구체적으로는 약 35V일 때 냉력이 최대임을 확인할 수 있다. 따라서, 냉력만 고려한다면 열전 소자에 30 내지 40V 범위 내의 전압차가 발생하도록 하는 것이 좋다고 말할 수 있다.
도 5는 입력 전압 및 푸리에 효과에 대한 효율 관계를 보여주는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 동일 전압 대비 ΔT가 클수록 효율이 적음을 확인할 수 있다. 이는, 효율이 냉력에 비례하기 때문에 당연한 결과라 할 것이다.
또한 ΔT를 고정한 상태, 예컨대 ΔT가 30℃인 경우로 한정하여 전압 변화에 따른 효율 변화를 살펴보면, 공급 전압이 증가할 수록 효율도 함께 증가하다가 어느 시점을 경과하면 효율이 오히려 감소하는 양태를 보인다. 이는 전압 변화에 따른 냉력 그래프와 유사하다고 할 수 있다.
여기서, 상기 효율(COP)은 냉력 뿐만 아니라 입력 전력의 함수이기도 하며, 입력(Pe)은, 열전 소자(21)의 저항을 상수로 보면, V2 의 함수가 된다. 냉력을 V2 으로 나누면 효율은 결국,
Figure pat00004
로 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 효율의 그래프는 도 5에 보이는 바와 같은 형태를 이룬다고 볼 수 있다.
도 5의 그래프 상에서 효율이 최대인 지점은 열전 소자에 걸리는 전압차(또는 공급 전압)가 대략 20V 미만인 영역에서 나타남을 확인할 수 있다. 따라서, 요구되는 ΔT가 결정되면, 그에 따라 적절한 전압을 걸어주어 효율이 최대가 되도록 하는 것이 좋다. 즉, 히트 싱크의 온도와 심온실(202)의 설정 온도가 결정되면 ΔT가 결정되고, 그에 따라서 열전 소자에 걸리는 최적의 전압차를 결정할 수 있다.
도 6은 전압에 따른 냉력과 효율의 상관 관계를 보여주는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 상술한 바와 같이, 전압차가 커질수록 냉력과 효율 모두 증가후 감소하는 모습을 보여준다.
상세히, 냉력이 최대가 되는 전압값과 효율이 최대가 되는 전압값이 다르게 나타나는 것을 볼 수 있는데, 이는 냉력이 최대가 될 때까지는 전압의 1차 함수이고, 효율은 전압의 2차 함수이기 때문으로 볼 수 있다.
도 6에 보이는 바와 같이, 일례로서 ΔT가 30℃인 열전 소자의 경우 열전 소자에 걸리는 전압차가 대략 12V ~ 17V 범위 내에서 열전 소자의 효율이 가장 높게 나오는 것을 확인할 수 있다. 상기 전압의 범위 내에서 냉력은 계속해서 증가하는 모습을 보인다. 따라서, 냉력을 함께 고려하여 적어도 12V 이상의 전압차가 요구되고, 전압차가 14V일 때 효율이 최대임을 알 수 있다.
도 7은 고내 부하 변동에 따른 냉장고 제어를 위한 기준 온도선을 보여주는 도면이다.
이하에서는 각 저장실의 설정 온도를 노치 온도(notch temperature)로 정의하여 설명한다. 상기 기준 온도선은 임계 온도선으로 표현될 수도 있다.
그래프 상에서 하측의 기준 온도선은 만족 온도 영역과 불만족 온도 영역을 구분하는 기준 온도선이다. 따라서, 하측의 기준 온도선 아래 영역(A)은 만족 구간 또는 만족 영역으로 정의되고, 하측의 기준 온도선 위 영역(B)은 불만족 구간 또는 불만족 영역으로 정의될 수 있다.
또한, 상측의 기준 온도선은 불만족 온도 영역과 상한 온도 영역을 구분하는 기준 온도선이다. 따라서, 상측의 기준 온도선 위 영역(C)은 상한 영역 또는 상한 구간으로 정의될 수 있고, 특수 운전 영역으로 볼 수 있다.
한편, 냉장고 제어를 위한 만족/불만족/상한 온도 영역을 정의할 때, 하측의 기준 온도선은 만족 온도 영역에 포함되도록 하는 경우와 불만 온도 영역에 포함되도록 하는 경우 중 어느 하나로 정의될 수 있다. 또한, 상측의 기준 온도선은 불만 온도 영역에 포함되도록 하는 경우와 상한 온도 영역에 포함되도록 하는 경우 중 하나로 정의될 수 있다.
고내 온도가 만족 영역(A) 내에 있는 경우에는 압축기를 구동하지 않으며, 불만족 영역(B)에 있는 경우에 압축기를 구동하여 고내 온도가 만족 영역 내로 들어오도록 한다.
또한, 고내 온도가 상한 영역(C)에 있는 경우는, 고내로 온도가 높은 음식물이 투입되었거나, 해당 저장실의 도어가 개방되어 고내 부하가 급격히 증가한 것으로 보아 부하 대응 운전을 포함하는 특수 운전 알고리즘이 수행될 수 있다.
도 7의 (a)는 냉장실 온도 변화에 따른 냉장고 제어를 위한 기준 온도 선을 보여주는 도면이다.
냉장실의 노치 온도(N1)는 영상의 온도로 설정된다. 그리고 냉장실 온도가 노치 온도(N1)로 유지되록 하기 위하여, 노치 온도(N1)보다 제 1 온도차(d1)만큼 높은 제 1 만족 임계 온도(N11)로 상승하면, 압축기를 구동하도록 제어되고, 압축기 구동 후 상기 노치 온도(N1)보다 상기 제 1 온도차(d1) 만큼 더 낮은 제 2 만족 임계 온도(N12)로 하강하면 압축기를 정지하도록 제어된다.
상기 제 1 온도차(d1)는 상기 냉장실의 노치 온도(N1)로부터 증가 또는 감소된 온도값으로써, 상기 냉장실 온도가 설정 온도인 노치 온도(N1)로 유지되는 것으로 간주되는 온도 구간을 정의하는 제어 디퍼런셜(control differential) 또는 제어 디퍼런셜 온도(control diffetial temperature)로 정의될 수 있으며, 대략 1.5℃일 수 있다.
또한, 냉장실 온도가 노치 온도(N1)로부터 제 2 온도차(d2)만큼 더 높은 제 1 불만족 임계 온도(N13)로 상승하였다고 판단되면 특수 운전 알고리즘이 수행되도록 제어된다. 상기 제 2 온도차(d2)는 4.5℃일 수 있다. 상기 제 1 불만족 임계 온도는 상한 투입 온도로 정의될 수도 있다.
특수 운전 알고리즘이 수행된 이후에 고내 온도가 상기 제 1 불만족 임계 온도보다 제 3 온도차(d3)만큼 더 낮은 제 2 불만족 온도(N14)로 하강하면, 상기 특수 운전 알고리즘의 운전을 종료한다. 상기 제 2 불만족 온도(N14)는 제 1 불만족 온도(N13)보다 낮으며, 상기 제 3 온도차(d3)는 3.0℃일 수 있다. 상기 제 2 불만족 임계 온도(N14)는 상한 해제 온도로 정의될 수 있다.
상기 특수 운전 알고리즘이 종료한 다음에는 압축기의 냉력을 조절하여 고내 온도가 상기 제 2 만족 임계 온도(N12)에 도달하도록 한 후 압축기의 구동을 정지한다.
도 7의 (b)는 냉동실 온도 변화에 따른 냉장고 제어를 위한 기준 온도선을 보여주는 도면이다.
냉동실 온도 제어를 위한 기준 온도선의 형태는 냉장실 온도 제어를 위한 기준 온도선의 형태와 동일하되, 노치 온도(N2) 및 노치 온도(N2)로부터 증가 또는 감소하는 온도 변화량(k1,k2,k3)이 냉장실의 노치 온도(N1)와 온도 변화량(d1,d2,d3)과 다를 뿐이다.
상기 냉동실 노치 온도(N2)는 상술한 바와 같이 -18℃ 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 냉동실 온도가 설정 온도인 노치 온도(N2)로 유지되는 것으로 간주되는 온도 구간을 정의하는 제어 디퍼런셜 온도(k1)는 2℃일 수 있다.
따라서, 냉동실 온도가 노치 온도(N2)보다 제 1 온도차(k1)만큼 증가한 제 1 만족 임계 온도(N21)로 증가하면 압축기를 구동하고, 노치 온도(N2) 보다 제 2 온도차(k2)만큰 증가한 제 1 불만족 임계 온도(상한 투입 온도)(N23)이면 특수 운전 알고리즘이 수행된다.
또한, 압축기 구동 후 냉동실 온도가 노치 온도(N2)보다 제 1 온도차(k1)만큼 낮은 제 2 만족 임계 온도 온도(N22)로 하강하면 압축기 구동을 정지한다.
특수 운전 알고리즘이 수행된 이후 냉동실 온도가 제 1 불만족 온도(N23)보다 제 3 온도차(k3)만큼 낮은 제 2 불만족 임계 온도(상한 해제 온도)(N24)로 하강하면 특수 운전 알고리즘을 종료한다. 압축기 냉력 조절을 통하여 냉동실 온도가 제 2 만족 임계 온도(N22)로 하강하도록 한다.
한편, 심온실 모드가 꺼진 상태에서도 상기 심온실의 온도를 일정 주기를 가지고 간헐적으로 제어하여 심온실 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지할 필요가 있다. 따라서, 심온실 모드가 꺼진 상태에서 상기 심온실의 온도 제어는, 도 7의 (b)에 개시되는 냉동실 온도 제어를 위한 온도 기준선을 따른다.
이와 같이, 심온실 모드가 꺼진 상태에서 냉동실 온도 제어를 위한 기준 온도선이 적용되는 이유는, 심온실이 냉동실 내부에 있기 때문이라고 할 수 있다.
즉, 심온실 모드가 오프되어 심온실을 사용하지 않는 경우라 하더라도, 심온실 내부 온도는 적어도 냉동실 온도와 동일한 수준을 유지하도록 하여야, 냉동실 부하가 증가되는 현상을 방지할 수 있기 때문이다.
따라서, 심온실 모드가 꺼진 상태에서, 심온실 노치 온도는 냉동실 노치 온도(N2)와 동일하게 설정되어, 제 1 및 제 2 만족 임계 온도와 제 1 및 제 2 불만족 임계 온도 또한 냉동실 온도 제어를 위한 임계 온도들(N21,N22,N23,N24)과 동일하게 설정된다.
도 7의 (c)는 심온실 모드가 켜진 상태에서 심온실 온도 변화에 따른 냉장고 제어를 위한 기준 온도 선을 보여주는 도면이다.
심온실 모드가 켜진 상태, 즉 심온실이 온된 상태에서는 심온실 노치 온도(N3)는 냉동실 노치 온도(N2)보다 현저히 낮은 온도로 설정되며, 약 -45℃ ~ -55℃, 바람직하게는 -55℃일 수 있다. 이 경우, 심온실 노치 온도(N3)는 열전 소자(21)의 흡열면 온도에 대응되고, 냉동실 노치 온도(N2)는 열전 소자(21)의 발열면 온도에 대응된다고 할 수 있다.
냉동실 팽창변(15)을 통과한 냉매가 히트 싱크(24)를 통과하므로, 히트 싱크(24)와 접촉하는 열전 소자(21)의 발열면의 온도는 적어도 냉동실 팽창변을 통과한 냉매의 온도에 대응하는 온도로 유지된다. 따라서, 열전 소자의 흡열면과 발열면의 온도차, 즉 ΔT는 32℃가 된다.
한편, 심온실이 설정 온도인 노치 온도(N3)로 유지되는 것으로 간주되는 온도 구간을 정의하는 제어 디퍼런셜 온도(m1), 즉 심온실 제어 디퍼런셜 온도는 냉동실 냉동실 제어 디퍼런셜 온도(k1)보다 높게 설정될 수 있으며, 일례로 3℃일 수 있다.
따라서, 심온실의 제 1 만족 임계 온도(N31)와 제 2 만족 임계 온도(N32) 사이 구간으로 정의되는 설정 온도 유지 간주 구간은 냉동실의 설정 온도 유지 간주 구간보다 넓다고 할 수 있다.
또한, 심온실 온도가 노치 온도(N3)보다 제 2 온도차(m2)만큼 높은 제 1 불만족 임계 온도(N33)로 상승하면 특수 운전 알고리즘이 수행되고, 특수 운전 알고리즘 수행 이후 심온실 온도가 상기 제 1 불만족 임계 온도(N33)보다 제 3 온도차(m3)만큼 낮은 제 2 불만족 임계 온도(N34)로 하강하면 특수 운전 알고리즘을 종료한다. 상기 제 2 온도차(m2)는 5℃일 수 있다.
여기서, 심온실의 제 2 온도차(m2)가 냉동실의 제 2 온도차(k2)보다 높게 설정된다. 다시 말하면, 심온실 온도 제어를 위한 제 1 불만족 임계 온도(N33)와 심온실 노치 온도(N3) 간의 간격이, 냉동실 온도 제어를 위한 제 1 불만족 임계 온도(N23)와 냉동실 노치 온도(N2) 간의 간격보다 크게 설정된다.
이는, 심온실의 내부 공간이 냉동실에 비하여 좁고, 심온 케이스(201)의 단열 성능이 뛰어나기 때문에 심온실 내부로 투입된 부하가 외부로 방출되는 양이 적다. 뿐만 아니라, 심온실 온도가 냉동실 온도에 비하여 현저히 낮기 때문에, 심온실 내부로 음식물과 같은 열부하가 침투하였을 때, 열부하에 대한 반응 민감도가 매우 높다.
이 때문에, 심온실의 제 2 온도차(m2)가 냉동실의 제 2 온도차(k2)와 동일하게 설정될 경우, 부하 대응 운전과 같은 특수 운전 알고리즘의 수행 빈도가 과도하게 높아질 수 있다. 따라서, 특수 운전 알고리즘의 수행 빈도를 낮추어 소비 전력을 절감하기 위하여, 심온실의 제 2 온도차(m2)는 냉동실의 제 2 온도차(k2)보다 크게 설정하는 것이 좋다.
한편, 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 제어 방법에 대해서 설명하도록 한다.
이하에서 다수의 조건들 중 적어도 어느 하나를 만족하면 특정 단계를 수행한다고 하는 내용은, 제어부가 판단하는 시점에서 상기 다수의 조건들 중 어느 하나만 만족하면 특정 단계를 수행한다는 의미에 더하여, 다수의 조건들 중 어느 하나만, 또는 일부만, 또는 전부가 반드시 만족되어야 특정 단계를 수행한다는 의미를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 사시도이고, 도 9는 상기 열전 모듈의 분해 사시도이다.
도 8 및 도 9를 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)은 상기 심온 케이스(201)보다 단열 성능이 낮은 소재로 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 열전도 판과 열교환 핀으로 이루어지는 열전도체를 수용하는 상기 하우징(27)이 제공되는 구조에서는, 상기 히트 싱크(24)는 상기 열전도체 및 상기 하우징(27)을 포함하는 구조인 것으로 해석될 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 증발기가 상기 히트 싱크(24)로 기능하므로, 상기 히트 싱크(24)의 측면 가장자리에는 냉매가 유입되는 유입관(241)과 냉매가 유출되는 유출관(242)이 연장 형성될 수 있다. 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.
한편, 상기 열전 모듈(20)을 구성하는 콜드 싱크(22)와 히트 싱크(24)는 영하의 온도로 유지되기 때문에, 표면에 성에 또는 얼음이 성장하여 열교환 성능 저하 문제가 발생할 수 있다. 특히, 히트 싱크(24)는 열전 소자(21)의 발열면을 냉각시키는 방열기로 기능하지만, 내부에 흐르는 냉매가 -20℃ 내외의 온도로 유지되기 때문에, 히트 싱크(24)의 표면에도 결빙이 생기게 된다.
이러한 이유로, 주기적으로 제상 운전을 통해서 콜드 싱크(22)와 히트 싱크(24)의 표면에 착상된 얼음을 제거해 주어야 한다. 이하에서는 열전 모듈에 생성된 얼음이나 성에를 녹이는 운전을 심온실 제상 운전으로 정의하고, 심온실 제상 운전은 콜드 싱크 제상과 히트 싱크 제상을 포함하는 것으로 정의한다.
도 10은 냉동 증발실 쪽에서 바라본 열전 모듈 수용 공간의 모습을 보여주는 확대 사시도이고, 도 11은 열전 모듈이 구비된 심온실 후단부 구조를 보여주는 확대 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 냉동실(102)과 냉동 증발실(104)은 구획벽(103)에 의하여 구획되고, 상기 심온 냉동 유닛(200)을 구성하는 심온 케이스(202)의 후면은 상기 구획벽(103)의 전면에 밀착된다.
상세히, 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 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 수용부(531)가 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 수용부(531)는, 상기 유동 가이드(532)의 후단(또는 심온실 팬(25)의 후단)으로부터 상기 그릴팬(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 수용부(531) 내부에는 상기 콜드 싱크(22)가 수용되고, 상기 단열재(23)와, 열전 소자(21) 및 히트 싱크(24)는 상기 하우징(27) 내부에 수용되는 구조로 이루어진다.
상기 열전 모듈 수용부(531)의 바닥부(535)는 어느 일측을 향하여 하향 경사지게 설계될 수 있고, 상기 어느 일측은 상기 바닥부(535)의 중앙부일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 상기 바닥부(535) 중 가장 낮은 지점에 제상수 가이드(30)가 장착되기 위한 함몰부가 형성될 수 있다. 상기 제상수 가이드(30)는 상기 함몰부에 끼워져서, 심온실 제상 운전 중에 발생하는 제상수가 냉동 증발실(104)의 바닥으로 흘러 내리도록 가이드하는 배수홀 기능을 수행한다.
한편, 심온실 제상 운전 과정에서 상기 콜드 싱크(22)로부터 분리되어 상기 바닥부(535)로 낙하하는 얼음 덩어리는 신속하게 녹아서 상기 제상수 가이드(30)를 따라 상기 열전 모듈 수용부(531)의 외부로 배출되어야 한다.
그러나, 제상 운전이 종료되기 전까지 바닥부(535)로 낙하한 얼음을 녹이기 위해서는 별도의 가열 수단이 필요하다. 이러한 이유 때문에, 상기 바닥부(535)와 상기 제상수 가이드(30) 내부에는 콜드 싱크 히터(40)가 배열될 수 있다.
상세히, 상기 콜드 싱크 히터(40)는 상기 바닥부(535)에 다수회 절곡되어 구불구불하게 배치되는 메인 히터(41)와, 상기 제상수 가이드(30) 내부로 인입되는 가이드 히터(42)를 포함할 수 있다. 상기 메인 히터(41)와 가이드 히터(42)는 하나의 히터가 다수 회 절곡되어 형성될 수도 있지만, 별도의 히터가 각각 제공되는 것을 배제하지 않는다.
한편, 심온실 제상과 냉동실 제상이 수행될 때, 상기 심온실 온도와 냉동 증발실 온도가 정상 상태에서의 심온실 온도와 냉동 증발실 온도보다 증가한다. 그러나, 온도가 증가하더라도 심온실 내부 온도와 냉동 증발실 온도는 여전히 결빙 온도보다 현저히 낮은 온도로 유지된다.
특히, 심온실 내부 온도는 냉동 증발실 온도보다 더 낮은 영하의 온도로 유지된다. 이러한 상태에서, 심온실 제상(열전 모듈 제상)과 냉동실 제상(냉동실 증발기 제상)이 수행될 때, 심온실 내부에 떠다니는 습증기가 제상수 가이드를 통하여 냉동 증발실로 유입될 수 있다.
이때, 냉동 증발실로 유입되는 습증기는 냉동 증발실 냉기와 접촉하여 온도가 떨어지면서 제상수 가이드에 착상될 수 있다. 착상 현상이 지속되면, 제상수 가이드가 얼음에 의하여 막히는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 결빙에 의한 제상수 배출홀 막힘 현상을 방지할 수 있는 수단이 요구된다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 제상수 배출홀 막힘 수단이 구비된 구획부의 배면 사시도이고, 도 13은 상기 제상수 배출홀 막힘 수단이 구비된 구획부의 분해 사시도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 구획벽은, 상술한 바와 같이, 그릴 팬(51)과 쉬라우드(52)를 포함할 수 있다.
상기 그릴 팬(51)은, 실질적으로 상기 냉동실(102)과 냉동 증발실(104)을 구획하는 구획 부재로 기능하고, 상기 쉬라우드(52)는, 상기 냉동 증발실(104)에서 생성된 냉기를 상기 냉동실(102)로 공급하기 위한 냉기 유로를 형성하는 덕트 부재로 기능하는 것으로 이해될 수 있다.
상세히, 상기 쉬라우드(52)는, 상기 그릴 팬(51)의 배면에 결합되고, 대략 중앙부에 냉동실 팬 장착홀(522)이 형성될 수 있다. 상기 냉동실 팬 장착홀(522)에 냉동실 팬(171 : 도 1 참조)이 장착되어, 상기 냉동 증발실(104) 내의 냉기를 흡입한다.
또한, 상기 쉬라우드(52)는, 상부 토출 가이드(523)와 하부 토출 가이드(524)를 포함할 수 있다.
상기 상부 토출 가이드(523)와 하부 토출 가이드(524)의 단부들은, 상기 쉬라우드(52)가 상기 그릴 팬(51)의 배면에 결합되면, 상기 그릴 팬(51)에 형성된 냉동실측 토출 그릴(511,512)에 각각 연결된다. 따라서, 상기 냉동실 팬(171)으로부터 토출되는 냉기는 상기 상부 토출 가이드(523)와 하부 토출 가이드(524)를 따라 흘러서 상기 냉동실(102)로 공급된다.
한편, 상기 쉬라우드(52)의 일측에는, 상기 열전 모듈(20)을 구성하는 하우징(27)이 삽입되는 하우징 수용홀(521)이 형성될 수 있다. 상기 하우징 수용홀(521)은 상기 열전 모듈(20)과의 간섭을 방지하기 위한 절개부로 이해될 수 있다.
또한, 상기 쉬라우드(52)가 상기 그릴 팬(51)에 결합된 상태에서, 상기 열전 모듈 수용부(531)의 바닥부(535)와 상기 제상수 가이드(30)를 차폐하는 영역에 대응하는 상기 쉬라우드(52)의 부분에는 백히터 안착부(525)가 형성될 수 있다.
상기 백히터 안착부(525)는 상기 하우징 수용홀(521)의 하단에 형성될 수 있다. 상기 백히터 안착부(525)는 상기 하부 토출 가이드(524)보다 후방으로 돌출되는 면으로 정의될 수 있다. 상기 백히터 안착부(525)와 상기 하부 토출 가이드(525)의 후면 사이에 형성되는 단차부에는 가이드 관통홀(526)이 형성될 수 있다.
상기 제상수 가이드(30)는 상기 가이드 관통홀(526)을 관통하여 상기 냉동 증발실(104)에 연결된다. 따라서, 상기 제상수 가이드(30)를 따라 낙하하는 제상수는 상기 하부 토출 가이드(524)의 후면을 따라 흘러내리게 된다.
또한, 상기 백히터 안착부(525)에는 백히터(43)가 안착될 수 있다. 상기 백히터(43)에 전원이 인가되면, 상기 백히터 안착부(525)가 가열된다. 상기 백히터 안착부(525)가 가열되면, 상기 백히터 안착부(525)와 그 주변에 해당하는 상기 쉬라우드(52)의 배면에는 성에가 착상되지 않는 효과가 있다.
상기 백히터(43)와 상기 콜드 싱크 히터(40)는 서로 다른 독립된 히터들일 수 있고, 제어부에 의하여 독립적을 온오프 제어가 가능하도록 설계될 수 있다. 그러나, 독립된 히터들이지만, 동시에 온되거나 오프되도록 제어될 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 콜드 싱크와 연결된 백히터 구조를 보여주는 사시도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 백히터(43)는 상기 제상 히터(40)와 결합된 구조 또는 연결된 구조 또는 단일체 구조로 이루어질 수 있다.
상세히, 상기 콜드 싱크 히터(40)와 결합된 백히터(43)는, 단일의 히터가 다수 회 절곡되어, 메인 히터(41)와 가이드 히터(42) 및 백히터(43)로 구분될 수 있다. 즉, 상기 콜드 싱크 히터(40)가, 메인 히터부와, 가이드 히터부, 및 백 히터부로 구분될 수 있다.
이러한 구조로 이루어지는 콜드 싱크 히터(40)와 백히터(43)는, 동시에 온되고 동시에 오프되도록 제어될 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고 독립적으로 온 또는 오프 되도록 제어될 수도 있다.
이하에서는 냉장고의 각 저장실 별 제상 운전을 위한 제어 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예로, 냉매 순환 시스템을 기준으로, 히트 싱크와 냉동실 증발기가 직렬로 연결되고, 냉장실 증발기가 히트 싱크와 병렬 연결되는 구조에서의 제상 운전 제어 방법에 대해서 설명한다.
먼저 냉장실 증발기의 표면에 형성된 얼음을 제거하는 냉장실 제상 운전에 대하여 설명한다. 냉장실 제상 운전이 시작되면, 냉장실 밸브가 폐쇄되어 냉장실 증발기 쪽으로 냉매 공급이 중단된다. 냉장실 증발기 쪽으로 냉매 공급을 중단하는 방법으로는, 냉매 밸브의 개도 조절을 통한 공급 중단 또는 압축기 구동이 중지하여 냉각 사이클 자체가 휴지기에 들어가는 방법 등을 들 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 냉장실 제상 운전 제어 방법을 보여주는 플로차트이다.
도 15를 참조하면, 일반 냉각 운전을 수행하다가(S110), 제어부에서는 제 1 냉장실 제상 운전 조건이 만족되었는지 여부를 판단한다(S120).
냉장실 제상 운전은, 제상 히터를 작동시키는 다른 증발기의 제상 운전과 달리, 제상 히터의 구동 없이 냉장실 팬을 저속으로 회전시키는 자연 제상 방식이 적용된다. 이는, 냉장실 증발기를 지나는 냉매의 온도는 냉동실 증발기의 냉매 온도보다 상대적으로 높기 때문에, 증발기 표면에 부착된 성에나 얼음의 양이 적고, 얼음의 온도가 결빙 온도 범위 내이기 때문으로 설명될 수 있다. 냉장실 제상을 위한 제상 히터를 구동시키는 방법을 배제하는 것은 아니다.
상세히, 제 1 냉장실 제상 운전 조건(또는 제 1 자연 제상 모드)은, 일반 제상 운전 상황이 발생하였는지 여부를 판단하기 위한 조건으로 정의될 수 있다.
예를 들어, 냉동실 제상 시작 조건이 만족되어 냉동실 제상 운전이 시작되면, 상기 제 1 냉장실 제상 운전 조건이 만족된 것으로 설정될 수 있다.
상기 제 1 냉장실 제상 운전 조건이 만족되면, 제상 운전 1단계가 수행된다(S130). 제상 운전 1단계에서는, 냉장실 팬을 저속으로 구동하며, 상기 냉장실 팬의 속도는, 냉장실 일반 냉각 운전 모드에서 적용되는 냉장실 팬의 속도보다 낮은 속도로 설정될 수 있다.
제상 운전 1단계가 수행되는 동안, 제어부에서는 상기 제상 운전 1단계 완료 조건이 만족되었는지 여부를 판단한다(S140). 상세히, 냉장실 증발기에 부착된 냉장실 제상 센서에서 감지되는 온도가 설정 온도(Tdr1) 이상인 경우, 냉동실 제상 운전 완료 조건이 만족된 경우, 및 제상 운전 1단계가 시작된 시점으로부터 설정 시간(tda)이 경과한 경우 중 적어도 하나가 만족되면, 상기 제상 운전 1단계 완료 조건이 만족된 것으로 설정될 수 있다. 상기 설정 온도(Tdr1)는 3도이고, 상기 설정 시간(tda)은 8시간일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 제상 운전 1단계가 만족되었다고 판단되면, 상기 제어부에서는 제상 운전 2단계가 바로 수행되도록 한다(S150). 상기 제상 운전 2단계에서는, 냉장실 팬의 구동이 정지하여 자연 제상 자체가 휴지기에 들어가고, 냉장실 냉각을 위한 일반 운전이 수행되도록 한다.
또한, 제어부에서는 제상 운전 2단계 완료 조건이 만족되었는지 여부를 판단한다(S160). 상세히, 상기 일반 운전 중에 냉장실 온도가, 도 7의 (a)에 보이는 만족 온도 영역(A)에 진입하였다고 판단되면, 상기 제상 운전 2단계 완료 조건이 만족된 것으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 제상 운전 2단계가 완료되면, 상기 제어부에서는 제상 운전 3단계가 바로 수행되도록 한다(S170).
상세히, 상기 제상 운전 3단계에서는 제상 운전 1단계와 동일한 조건으로 냉장실 팬이 저속으로 구동하도록 제어된다. 제상 운전 3단계가 수행되는 동안, 제어부에서는 제상 운전 3단계 완료 조건이 만족되었는지 여부를 판단한다(S180).
구체적으로, 냉장실 제상 센서 온도가 설정 온도(Tdr2) 이상인 경우, 냉동실 제상 운전 완료 조건이 만족된 경우, 및 제상 운전 3단계가 시작된 시점으로부터 설정 시간(tdb)이 경과한 경우 중 적어도 하나가 만족되면, 상기 제상 운전 3단계 완료 조건이 만족된 것으로 설정될 수 있다. 상기 설정 온도(Tdr2)는 5℃이고, 상기 설정 시간(tdb)은 8시간일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제상운전 3단계가 완료되면 제 1 냉장실 제상 운전이 모두 완료되어 냉장실 제상이 종료된다.
한편, 제 1 냉장실 제상 운전 조건이 만족되지 아니하였다고 판단되면, 제 2 냉장실 제상 운전 조건(또는 제 2 자연 제상 모드)이 만족되었는지 여부가 판단된다(S121). 상기 제 2 냉장실 제상 운전 조건은, 제상 센서 고장 등을 이유로 제상이 정상적으로 이루어지지 않는지 여부를 판단하기 위한 조건으로 정의될 수 있으며, 이 경우 강제로 제상 운전이 수행되도록 한다.
일례로, 일반 냉각 운전 중 냉장실 증발기에 부착된 냉장실 제상 센서가 설정 시간(tdr) 이상 동안 설정 온도(Tdr) 미만으로 감지되면, 제 2 냉장실 제상 운전 조건이 만족된 것으로 설정될 수 있다. 상기 설정 시간(tdr)은 4시간이고, 상기 설정 온도(Tdr)는 -5℃일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제 2 냉장실 제상 운전 조건이 만족되면, 상기 제 1 냉장실 제상 운전 단계에서 수행되는 제상 운전 1단계만 수행하고(S122), 제상 운전 1단계 완료 조건이 만족되면(S123) 곧바로 제상 운전이 종료되도록 한다.
후술할 도 16 및 도 17에 대한 설명에 따르면, 본 발명은 냉장고의 제어부가 저장실 A의 열전모듈 제상을 위한 "저장실 A 제상 운전"과 저장실 B의 냉각기 제상을 위한 "저장실 B 제상 운전"이 적어도 일부 구간에서 중첩되도록 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
특히 다음의 냉매 순환 시스템 또는 냉장고 구조에서는 "저장실 A 제상 운전"과 "저장실 B 제상 운전"이 중첩하여 수행될 수 있고, 그 외의 냉매 순환 시스템이나 구조에서는 두 제상 운전이 중첩하지 않아도 무방하다.
첫째, 저장실 A의 열전모듈과 저장실 B의 냉각기가 직렬로 연결되는 시스템 (이하 "직렬 시스템")에서는 상기 제어부가 "저장실 A 제상 운전"과 "저장실 B 제상 운전"이 적어도 일부 구간에서 중첩되도록 제어할 수 있다.
그 이유는, "저장실 A 제상 운전"을 위해 상기 열전모듈에 역전압을 인가하여 열전모듈의 콜드 싱크의 온도가 증가하는 도중에, 저장실 B의 냉각기에 냉매가 흐르게 되면, 상기 저장실 A에서 저장실 B의 냉각기 챔버로 열손실이 발생하여 상기 열전모듈의 제상효율이 저하될 수 있기 때문이다.
이에 더하여, 저장실 B의 냉각을 위한 냉매 순환 사이클의 효율이 저하되는 문제도 발생할 수 있기 때문이다.
둘째, "콜드 싱크 연통형 구조" 또는 "콜드 싱크 비연통형 구조"에서는, 저장실 A 제상 운전"과 "저장실 B 제상 운전"이 적어도 일부 구간에서 중첩되도록 제어될 수 있다.
상기 "콜드 싱크 연통형 구조"는, 저장실 A의 콜드 싱크(열전도체 자체 또는 열전도체와 하우징이 결합된 열전달 부재를 포함함) 및 저장실 A의 제상수 가이드 중 적어도 하나가 저장실 B의 냉각기 챔버(예 : 냉동 증발실)와 연통하거나 저장실 B의 냉각기 챔버 내의 냉기에 노출되는 구조를 의미한다.
상기 "콜드 싱크 비연통형 구조"는 저장실 B의 냉각기 챔버를 형성하는 벽에 인접하되, 상기 저장실 B의 냉각기 챔버를 형성하는 벽으로부터 충분히 단열되지 않는 구조를 의미한다.
그 이유는 상기 콜드 싱크 연통형 또는 비연통형 구조에서, "저장실 A 제상 운전"을 위해 상기 열전모듈에 역전압을 인가하여 열전 모듈의 콜드 싱크의 온도가 증가하는 도중에, 상기 콜드 싱크와 충분히 단열이 되지 않는 저장실 B의 냉각기에 냉매가 흐르게 되면, 상기 저장실 A에서 저장실 B의 냉각기 챔버로 열손실이 발생하여 상기 열전모듈의 제상효율이 저하될 수 있기 때문이다.
이에 더하여, 상기 구조에서는, 저장실 B의 냉각을 위한 냉매 순환 사이클의 효율이 저하되는 문제도 발생할 수 있기 때문이다.
뿐만 아니라 제상수 가이드가 결빙되어 막히는 문제도 발생할 수 있다.
상기 "충분히 단열되지 않는 구조"는 상기 저장실 A의 내부와 저장실 B를 구획하는 단열벽(예 : 심온 케이스)의 단열 성능보다 낮은 단열 성능을 가지는 구조를 의미한다.
한편, 상기 "콜드 싱크 연통형 구조"에서는 "저장실 A 제상 운전" 중에 발생한 수증기가 저장실 B의 냉각기 챔버로 유입되어 저장실 B의 냉각기의 일 측면에만 극심한 착상이 발생하고, "저장실 B 제상 운전" 중에 발생한 수증기가 저장실 A의 열전모듈로 유입되어 열전모듈과 저장실A의 내벽면에 극심한 착상이 발생하는 문제점도 발생할 수 있다.
본 발명은 상기 "직렬 시스템", 상기 "콜드 싱크 연통형 구조"와 상기 "콜드 싱크 비연통형 구조" 중 적어도 하나의 경우에 적용될 수 있다.
이하에서는 상기 저장실 A가 심온실인 경우로 한정하여 설명한다
이하에서는 열전 모듈과 냉동실 증발기의 제상을 위한 심온실 및 냉동실 제상 운전 제어 방법에 대하여 설명한다.
심온실 냉각을 위해 제공되는 상기 열전 모듈은, 콜드 싱크(22)와 히트 싱크(23)를 포함하며, 특히 증발기 형태의 상기 히트 싱크(24) 와 냉동실 증발기(17)는 냉매 배관에 의하여 직렬 연결되어 있다.
상기 히트 싱크(24)와 냉동실 증발기(17)를 따라 흐르는 냉매는 -30℃ ~ -20℃ 범위의 저온 저압 상태인 2상 냉매이다. 상기 열전 소자에 전원이 인가되면 상기 콜드 싱크(22)의 온도는 -50℃ 이하로 떨어지고, 상기 히트 싱크(23)는 열전 소자의 규격에 의하여 정해지는 △T만큼 상기 콜드 싱크(22)와 온도차를 유지한다. 예컨대, 사용되는 열전 소자의 △T가 30℃라고 한다면, 상기 히트 싱크(23)는 -20℃ 정도의 온도로 유지된다.
그래서, 상기 히트 싱크(23)는 열전 소자의 발열면으로부터 열을 전달받아서 냉매로 전달하는 방열기로 기능하지만, 결빙 온도보다 현저히 낮은 온도로 유지된다.
따라서, 열전 모듈의 운전 시간이 길어짐에 따라 콜드 싱크 뿐만 아니라 히트 싱크에도 성에나 얼음이 착상되는 현상이 발생하여, 열전 모듈의 성능을 저하시키는 결과를 초래한다.
또한, 히트 싱크(24)와 냉동실 증발기(17)는 직렬 연결되고, 상기에서 설명한 제상수 가이드가 심온실과 냉동 증발실을 연결하는 통로로 기능하기 때문에, 심온실 제상 운전과 냉동실 제상 운전을 동시에 수행하지 않으면 여러가지 문제가 발생하게 된다.
여기서, "동시"의 의미는, 심온실 제상 운전과 냉동실 제상 운전 중 어느 하나가 수행되는 동안 다른 하나도 수행되어야 하는 것으로 해석되어야 하며, 두 개의 제상 운전이 동일 시점에 시작되어야 하는 것을 의미하는 것은 아님을 밝혀둔다. 다시 말하면, 두 개의 제상 운전 중 어느 하나가 시작되면, 시작 시점에 관계없이, 다른 하나의 제상 운전도 시작되어, 두 개의 제상 운전이 중첩되는 구간이 존재하는 것을 의미한다.
심온실 제상 운전과 냉동실 제상 운전이 함께 수행되지 않을 경우 발생하는 문제점에 대해서 위에서 설명하였으나, 추가적인 문제점을 설명한다. 첫째, 냉동실 제상 운전만 수행되고 심온실 제상 운전은 수행되지 않는 경우를 가정한다.
상세히, 심온실 냉각을 위해서는,열전 소자의 발열면에서 열이 신속하게 외부로 방출되도록 하여 열전 소자의 흡열면과 발열면의 온도차(△T)가 일정 수준 이하로 유지되도록 해야 한다. 이를 위해서는 압축기가 구동하여 열전 소자의 발열면으로 전달된 열이 히트 싱크의 냉매를 통하여 신속히 방출되도록 하여야 한다.
그러나, 냉동실 제상을 위해서 냉매가 히트 싱크로 흐르지 않도록 차단하면, 열전 소자의 발열면에서 방열이 제대로 이루어지지 않으므로 발열면 온도가 급격히 상승하게 된다. 그러면, △T가 일정 수준까지 증가하면 더 이상 증가하지 않는 열전 소자의 특성상, 발열면의 온도가 과도하게 상승하면 흡열면 온도도 함께 상승하여, 심온실 부하가 오히려 증가하게 된다.
이 상황에서, 흡열면 온도 상승을 막기 위하여 열전 소자로 공급되는 전력을 증가시키면, 열전 소자의 냉력(QC)과 효율(COP)이 모두 저하되는 결과를 초래한다.
둘째, 심온실 제상 운전만 수행되고 냉동실 제상 운전은 수행되지 않는 경우를 가정한다.
심온실 제상 운전이 수행되면, 열전 소자의 발열면이 흡열면으로 기능하기 때문에, 히트 싱크로부터 열전 소자로 열이 방출되어 히트 싱크에 흐르는 냉매가 과냉된다. 그러면, 냉동실 증발기를 통과한 냉매의 일부는 기화되지 않고 액상 냉매 상태로 압축기로 유입되어 압축기 성능 저하 또는 압축기 고장의 원인이 될 수 있다.
한편, 심온실로부터 냉동 증발실 내로 유입된 습증기는 냉동실 증발기의 한쪽 면에만 착상되는 편착상을 초래할 수 있다. 냉동실 증발기에 편착상 현상이 발생하면, 냉동실 증발기의 제상 센서가 이를 제대로 감지하지 못할 수 있다. 그러면, 냉동실 제상 운전이 필요함에도 불구하고 제상 운전을 수행하지 못하게 되어, 냉동실 증발기의 흡열 기능이 저하되고, 결과적으로 냉동실 냉각이 지연되는 결과를 초래할 수 있다.
또한, 심온실 제상을 위해서 열전 소자에 역전압을 걸어주면, 흡열면 온도가 영상의 온도로 증가하면서 열전 소자의 콜드 싱크에 부착된 얼음을 녹이게 된다. 이때, 열전 소자의 규격에 의하여 결정되는 △T로 유지되기 위해서는, 히트 싱크가 부착된 상기 열전 소자의 발열면의 온도도 함께 상승하여야 한다.
그러나, 히트 싱크 내에는 -30℃ ~ -20℃ 정도의 냉매가 흐르기 때문에, 발열면 온도는 히트 싱크 온도 이상으로 증가하지 못하게 되고, 결과적으로 발열면과 흡열면의 온도차(△T)가 증가하게 되어, 열전 소자의 냉력과 효율이 동시에 감소하는 결과를 초래할 수 있다.
위와 같은 문제가 발생하지 않도록 하기 위해서는 냉동실 제상과 심온실 제상은 같이 이루어지도록 하는 것이 유리하다.
도 16은 심온실 및 냉동실 제상이 수행될 때 시간 경과에 따른 냉동 사이클을 구성하는 구성 요소들의 작동 상태를 보여주는 도면이고, 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 냉동실 및 심온실의 제상 운전 제어 방법을 보여주는 플로차트이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 먼저, 본 발명의 냉장고 운전은 시간의 흐름에 따라서 크게 세 구간으로 구분될 수 있다.
즉, 제상 운전 주기가 경과하지 않은 일반 냉각 운전 구간(SA)과, 제상 운전 주기가 경과하여 제상 운전이 수행되는 구간(SB), 및 제상 운전이 완료된 이후에 수행되는 제상 후 운전 구간(SC)으로 나뉠 수 있다. 제상후 운전이 끝나면 일반 냉각 운전이 수행된다.
또한, 상기 제상 운전 구간(SB)은, 딥쿨링이 수행되는 딥쿨링 구간(SB1)과, 본격적인 제상 운전이 수행되는 제상 구간(SB2)으로 더 구체적으로 나뉘어질 수 있다.
이하에서는 상술한 "저장실 A 제상 운전"과 "저장실 B의 제상 운전"이 적어도 일부 구간에서 중첩되도록 하는 냉매 순환 시스템 또는 냉장고 구조로 한정하여 설명한다. 상세히, 제어부에서는 일반 냉각 운전이 수행(S210)되는 동안, 제상 주기(POD : Period Of Defrost)가 경과하였는지 여부를 판단한다. 상기 제상 주기가 경과하였는지 여부를 판단하기에 앞서, 상기 제어부에서는 심온실 모드가 온 상태인지 여부를 판단한다(S220). 이는, 심온실 모드의 온/오프 상태에 따라 냉동실의 제상 주기가 다르게 설정되기 때문이다.
더욱 상세히, 상기 심온실 모드가 온 상태라고 판단되면, 제어부는 제 1 냉동실 제상 주기가 경과하였는지 여부를 판단하고(S230), 심온실 모드가 오프 상태라고 판단되면, 제 2 냉동실 제상 주기가 경과하였는지 여부를 판단한다(S221).
여기서, 냉동실의 제상 주기가 경과하였는지 여부를 판단하는 것은, 심온실 제상 운전과 냉동실 제상 운전이 일부 구간에서 중첩되기 때문이라 할 수 있다. 다시 말하면, 냉동실 제상 주기가 경과하면, 냉동실 제상 운전뿐만 아니라 심온실 제상 운전도 함께 수행되기 때문이다.
여기서, "저장실 A 제상 운전"과 "저장실 B 제상 운전"이 중첩되지 않는 냉매 순환 시스템이나 냉장고 구조에서는, 저장실 B의 제상 주기가 경과하였는지 여부를 판단하는 것 외에, 저장실 A의 제상 주기가 경과하였는지 여부를 판단하는 과정이 별도로 수행되도록 할 수 있다.
또는, 저장실 B의 제상 주기가 경과하였는지 여부를 판단하는 단계를 저장실 A의 제상 주기가 경과하였는지 여부를 판단하는 단계로 대체할 수 있다.
상기 냉동실의 제상 주기는 아래와 같이 결정된다.
Figure pat00005
,
Pi = 초기 제상 주기 (min)
Pg = 일반 제상 주기 (min)
Pv = 변동 제상 주기 (min)
여기서, 초기 제상 주기는, 냉장고를 설치하고 처음 켜거나, 심온실 모드가 오프 상태에서 온 상태로 되는 상황에 대해서 주어지는 제상 주기를 의미할 수 있다.
즉, 냉장고를 설치하고 처음 켜거나 심온실 모드가 오프 상태에서 온상태로 전환되면, 상기 초기 제상 주기 값으로 정해진 시간이 반드시 경과하여야 제상 운전 시작 요건(또는 투입 요건)의 일부가 만족된 것으로 본다.
일반 제상 주기는, 냉장고가 일반 냉각 모드로 운전되는 상황에 대해서 주어지는 제상 주기 값으로서, 냉장고가 일반 냉각 모드로 운전되는 상황에서는 적어도 상기 초기 제상 주기에 상기 일반 제상 주기를 더한 시간이 반드시 경과하여야 제상 운전 시작 요건의 일부가 만족된 것으로 본다.
상기 초기 제상 주기와 일반 제상 주기는 처음에 설정된 값이 변하지 않는 고정된 값인 반면, 상기 변동 제상 주기는 냉장고의 운전 상황에 따라 감축 또는 해제될 수 있는 값이다.
상기 변동 제상 주기는, 냉동실 도어를 여닫거나, 고내로 부하가 투입되는 등의 변화가 발생할 때마다 일정한 규칙에 따라서 감축(단축) 또는 해제되는 시간을 의미한다. 변동 제상 주기가 해제된다는 것은, 제상 주기 시간에 상기 변동 제상 주기 값을 적용하지 않는다는 것을 의미한다. 즉, 변동 제상 주기가 0이 된다는 것을 의미한다.
만일, 냉장고를 설치하고 전원을 켠 뒤 변동 제상 주기를 감축 또는 해제시키는 요인이 발생하지 않았다고 가정하면, 상기 초기 제상 주기와 일반 제상 주기 및 변동 제상 주기를 더한 총 시간이 경과되어야 제상 운전이 수행된다.
반면, 변동 제상 주기 감축 요인 또는 해제 요인이 발생하면, 제상 주기 값이 감소하기 때문에, 제상 운전 주기가 짧아지게 된다.
한편, 심온실 모드가 오프이면 냉동실 제상 운전만 수행되고, 심온실 모드가 온이면 냉동실 제상 운전과 심온실 제상 운전이 동시에 수행되도록 한다.
상기 변동 제상 주기의 감축 또는 단축 조건은, 냉동실 도어의 개방 유지 시간에 비례하여 변동 제상 주기가 감축되도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 냉동실 도어가 임의의 어느 시간 동안 개방된 상태로 유지되었다면, 단위 시간(초)당 감축되는 변동 제상 주기값이 설정될 수 있다.
구체적 예로서, 냉동실 개방 단위 시간당 변동 제상 주기 7분이 감축되도록 설정한다면, 냉동실이 5분 동안 개방된 상태로 유지된 경우, 변동 제상 주기 값은 초기 설정 값보다 35분이 감축된다. 즉, 냉동실 개방 시간이 길어질수록 제상 운전 주기는 짧아져서 초기에 설정된 주기보다 제상 운전이 더 자주 수행된다는 것을 의미한다.
또한, 변동 제상 주기 해제 조건은 다음과 같이 설정될 수 있다.
조건 1. 냉장실과 냉동실 동시 운전 투입 시
상기 조건은, 냉장실 밸브와 냉동실 밸브가 모두 개방된 경우를 의미한다.
조건 2. 냉장실 도어를 열고 닫은 후, 설정 시간(예 : 20분) 이내에 냉장실 온도가 제어 온도보다 설정 온도(예 : 8℃) 이상 상승한 경우
상기 설정 시간 20분은 하나의 예에 지나지 않으며, 다른 값으로 설정될 수 있다. 상기 제어 온도는 도 7의 (a)에 보이는 노치 온도(N1), 제 1 만족 임계 온도(N11), 및 제 2 만족 임계 온도(N12) 중 어느 하나를 의미할 수 있다.
설정 온도 8℃는 하나의 예에 지나지 않으며, 다른 값으로 설정될 수 있다.
조건 3. 냉장실 도어를 열고 닫은 후 설정 시간(예 : 3분) 이내에 냉장실 온도가 설정 온도(예 : 3℃) 이상 상승한 경우
상기 설정 시간 3분과 설정 온도 3℃는 하나의 예에 지나지 않으며, 다른 값으로 설정될 수 있다.
조건 4. 냉동실 도어를 열고 닫은 후 설정 시간(예 : 3분) 이내에 냉장실 온도가 설정 온도(예 : 5℃) 이상 상승한 경우
상기 설정 시간 3분과 설정 온도 5℃는 하나의 예에 지나지 않으며, 다른 값으로 설정될 수 있다.
조건 5. 압축기 연속 운전 시간이 설정 시간(예 : 2시간)을 경과하고 , 냉동실 온도가 상한 온도 영역 내에 있으며, 냉장실 온도가 불만족 온도 또는 상한 온도 영역 내에 있는 경우
상기 설정 시간 2시간은 하나의 예에 지나지 않으며, 다른 값으로 설정될 수 있다.
조건 6. 압축기 연속 운전 시간이 설정 시간(예 : 2시간)을 경과하고 , 냉장실 온도가 상한 온도 영역 내에 있으며, 냉동실 온도가 불만족 온도 또는 상한 온도 영역 내에 있는 경우
상기 설정 시간 2시간은 하나의 예에 지나지 않으며, 다른 값으로 설정될 수 있다.
조건 7. 냉동실 도어를 열고 닫은 후 설정 시간(예 : 5분) 이내에, 심온실 온도가 상한 온도 영역에 진입하는 경우와, 설정 온도(예 : 5℃) 이상 상승하는 경우 중 적어도 하나가 만족되는 경우
상기 조건 7은 심온실 부하 대응 운전(또는 심온실 부하 제거 운전) 투입 조건과 동일하며, 상기 설정 시간 5분과 설정 온도 5℃는 다른 값으로 설정될 수 있다.
조건 8. 실내 온도 구역(RT Zone)이 설정 영역(예 : Z7) 이상인 경우
상기 설정 영역 RT Zone 7은 하나의 예에 지나지 않으며, 다른 값으로 설정될 수 있다.
상기 제어부에는 실내 온도 범위에 따라 다수의 실내 온도 구역(Room Temperature Zone : RT Zone)으로 구분하는 룩업 테이블이 저장되어 있을 수 있다. 일례로, 아래 표 1에 보이는 바와 같이, 실내 온도 범위에 따라 8개의 실내 온도 구역(RT Zone)으로 세분화될 수 있으나. 이에 제한되는 것은 아니다.
고온 영역 중온 영역 저온 영역
RT Zone 1 RT Zone 2 RT Zone 3 RT Zone 4 RT Zone 5 RT Zone 6 RT Zone 7 RT Zone 8
T=38℃ 34℃T＜38℃ 27℃T＜34℃ 22℃T＜27℃ 18=T＜22℃ 12℃T＜18℃ 8℃T＜12℃ T＜8℃
더욱 상세히, 실내 온도가 가장 높은 온도 범위 구역을 RT Zone 1(또는 Z1)으로 정의하고, 실내 온도가 가장 낮은 온도 범위 구역을 RT Zone 8(또는 Z8)로 정의할 수 있으며, Z1은 주로 한여름 실내 상태로 볼 수 있고, Z8은 한겨울 실내 상태로 볼 수 있다. 더 나아가, 상기 실내 온도 구역들은 대분류와 중분류 및 소분류 형태로 그룹화되어 분류될 수 있다. 예컨대, 상기 표 1에 보이는 바와 같이, 상기 실내 온도 구역은, 온도 범위에 따라서 저온 구역, 중온 구역(또는 쾌적 영역), 및 고온 구역으로 정의될 수 있다.
한편, 상기 조건 7이 만족되는 시점과 제상 주기 경과 시점이 동일 시점인 경우에 대해서 설명한다.
상세히, 심온실 부하 대응 운전 투입 조건은 변동 제상 주기 해제 조건으로서, 최종 제상 주기 산출에 추가되지 않는다. 즉, 초기에 설정된 제상 주기보다 최종적으로 산출되는 제상 주기가 짧아진다.
한편, 상기 심온실 부하 대응 운전 투입 조건을 감안하여 최종적으로 산출되는 제상 주기가 경과한 시점이, 상기 심온실 부하 대응 운전 투입 조건이 만족되는 시점과 일치하는 상황이 발생할 수 있다.
이 상황은, 심온실 부하 대응 운전과, 냉동실/심온실 제상 운전이 동시에 충동하는 경우에 해당한다.
이 두 상황이 충돌하면, 상기 심온실 부하 대응 운전이 우선하여 수행되도록 하고, 심온실 부하 대응 운전이 종료하면 상기 냉동실/심온실 제상 운전이 이어서 수행되도록 할 수 있다.
그 이유는, 심온실 부하 대응 운전 투입 조건이 만족되었다는 것은, 심온실 내로 음식물과 같은 열부하가 침투하였다는 것을 의미하고, 이는 곧 열전 모듈의 콜드 싱크 표면에 성에가 착상되는 가능성 및 콜드 싱크 표면에 형성되는 성에 또는 얼음의 양이 증가할 가능성이 높다는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 최종 제상 주기(POD)를 단축시킬 필요가 크기 때문에, 변동 제상 주기를 해제하는 것이다.
만일, 심온실 부하 대응 운전 투입 조건이 만족되는 시점과, 최종 산출된 제상 주기가 경과하여 제상 운전 투입 조건이 만족되는 시점이 다른 경우, 만족되는 시점이 빠른 운전부터 우선하여 수행되도록 할 수 있다.
심온실 부하 대응 운전이 완료되는 시점에 상기 제상 주기가 아직 경과하지 아니한 경우에는, 상기 제상 주기가 경과한 뒤에 제상 운전이 수행되도록 할 수 있다.
제상 주기에 포함되는 초기 제상 주기는 동일할 수 있다. 일례로, 상기 초기 제상 주기는 4시간일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 냉동실 제상 주기에 포함되는 일반 제상 주기가 상기 제 2 냉동실 제상 주기에 포함되는 일반 제상 주기보다 짧게 설정될 수 있다. 일례로, 제 1 냉동실 제상 주기에 포함되는 일반 제상 주기는 5시간으로 설정될 수 있고, 제 2 냉동실 제상 주기에 포함되는 일반 제상 주기는 7시간으로 설정될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 냉동실 제상 주기에 포함되는 변동 제상 주기도 제 2 냉동실 제상 주기에 포함되는 변동 제상 주기보다 짧게 설정될 수 있다. 일례로, 상기 제 1 냉동실 제상 주기에 포함되는 변동 제상 주기는 10시간(냉동실 도어가 약 85초 동안 개방되면 단축되는 시간)으로 설정될 수 있고, 제 2 냉동실 제상 주기에 포함되는 변동 제상 주기는 36시간(냉동실 도어가 약 308초 동안 개방되면 단축되는 시간)으로 설정될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 제 1 냉동실 제상 주기에 포함되는 변동 제상 주기 단축(감축) 조건과 제 2 냉동실 제상 주기에 포함되는 변동 제상 주기 단축(감축) 조건은 동일하게 설정될 수도 있고, 다르게 설정될 수도 있다.
또한, 제 1 냉동실 제상 주기에 포함되는 변동 제상 주기 해제 조건은, 상기 조건 1 내지 7을 포함할 수 있고, 상기 제 2 냉동실 제상 주기에 포함되는 변동 제상 주기 해제 조건은, 상기 조건 1 내지 4 및 8을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 조건 8이 제 1 냉동실 제상 주기에는 포함되지 않는 이유는, 저온 영역에서 제상 운전이 너무 자주 투입되어 소비 전력이 증가하는 것을 방지하기 위함이다.
위에서 살펴본 상기 제 1 냉동실 제상 주기의 산출 조건과 제 2 냉동실 제상 주기 산출 조건은 아래 표 2에 보이는 바와 같이 정리될 수 있다.
항목 제 1 냉동실 제상 주기 제 2 냉동실 제상 주기
초기 제상 주기 4시간 4시간
일반 제상 주기 5시간 7시간
변동 제상 주기 10시간 36시간
변동 제상 주기
단축 조건		 냉동실 도어 개방 1 초당 7분 단축 냉동실 도어 개방 1초당 7분 단축
변동 제상 주기
해제 조건
(적어도 하나 포함되면 만족)		 조건 1 포함 포함
조건 2 포함 포함
조건 3 포함 포함
조건 4 포함 포함
조건 5 포함 미포함
조건 6 포함 미포함
조건 7 포함 미포함
조건 8 미포함 포함
상기 예에 따르면, 제 1 냉동실 제상 주기는 최대 19시간 최소 9시간일 수 있고, 제 2 냉동실 제상 주기는 최대 47시간, 최소 11시간일 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 상기 제상 주기는 상황에 따라 적절하게 조정하여 설정될 수 있을 것이다.
한편, 심온실 모드가 온이고, 제 1 냉동실 제상 주기가 경과하였다고 판단되면, 상기 제어부에서는 심온실 부하 대응 운전 투입 조건이 만족되었는지 여부를 판단한다(S240).
이미 위에서 설명한 바와 같이, 제상 주기가 경과하여 제상 운전 투입 조건이 만족된 시점에서 심온실 부하 대응 운전 투입 조건도 함께 만족되었다고 판단되면, 심온실 부하 대응 운전이 먼저 수행되도록 할 수 있다(S250).
심온실 부하 대응 운전이 완료(S260)된 다음에, 냉동실 및 심온실 제상 운전이 수행되도록 한다.
반면, 심온실 부하 대응 운전 투입 조건이 만족되지 않은 경우는, 바로 냉동실 및 심온실 제상 운전이 수행되도록 한다.
그러나, 본 발명의 사상은, 상기 제 1 냉동실 제상 주기가 경과한 상태에서, 상기 단계 S240을 반드시 수행해야 하는 것으로 제한하지 않는다. 다시 말하면, 심온실 부하 대응 운전 투입 조건이 만족되었더라도, 이를 무시하고 바로 제상 운전이 수행되도록 하는 것도 가능하다. 즉, 상기 단계 S240 내지 S260이 삭제되는 제어 알고리즘도 가능하다 할 것이다.
상세히, 제 1 냉동실 제상 주기가 경과하였거나 심온실 부하 대응 운전이 완료되면, 냉동실과 심온실을 냉각시키는 딥쿨링(deep cooling) 운전이 수행되도록 한다(S270).
상기 딥쿨링 운전을 종료하기 위해서, 상기 냉동실과 심온실의 고내 온도 또는 딥쿨링 운전 수행 시간을 조건으로 설정할 수 있다.
예컨대, 냉동실과 심온실 중 적어도 하나가 제어 온도보다 설정 온도만큼 낮은 온도로 냉각되면 딥쿨링 운전이 종료되도록 할 수 있다. 상기 제어 온도는 도 7에 보이는 제 2 만족 임계 온도(N22 또는 N32)를 포함할 수 있다. 상기 설정 온도는 3℃일수 있으나 이에 제한되지 않음을 밝혀둔다.
제상 운전 전에 딥쿨링 운전을 수행하는 이유는, 딥쿨링 운전을 통해서 냉동실과 제상실을 만족 온도보다 낮은 온도로 충분히 냉각시킴으로써, 제상 운전 중에 냉동실과 심온실 부하가 급증하는 것을 방지하기 위함이다. 소위, 제상 운전 전에 수행되는 냉동실과 심온실의 과냉각 운전이라고 볼 수 있다.
한편, 상기 제어부는, 딥쿨링 운전이 수행되는 동안, 상기 딥쿨링 운전의 완료 조건이 만족되었는지 여부를 판단하고(S280), 딥쿨링 완료 조건이 만족되었다고 판단되면 냉동실과 심온실의 제상 운전이 본격적으로 수행되도록 한다(S290).
냉동실과 심온실의 제상 운전이 시작되면, 상기 콜드 싱크 히터(40)와 백히터(43)를 모두 온시키고, 상기 콜드 싱크 히터(40)와 백히터(43)는 냉동실과 심온실의 제상 운전이 모두 완료될 때까지 온 상태로 유지되도록 할 수 있다.
냉동실 제상 운전과 심온실 제상 운전이 수행되는 동안, 냉동실 증발기의 표면과, 열전 모듈의 콜드 싱크 표면, 및 열전 모듈의 히트 싱크를 수용하는 하우징의 후면에 착상된 성에 또는 얼음이 녹아서 제상수(defrost water)가 되고, 제상수는 냉동 증발실이 바닥에 설치된 드레인 팬(drain pan)으로 포집된다.
여기서, 심온실 제상 운전과 냉동실 제상 운전의 수행 우선 순위에 제한은 두지 않는다. 다시 말하면, 심온실 제상 운전 시작 시점과 냉동실 제상 운전의 시작 시점이 다르게 설정될 수도 있고, 동일 시점으로 설정될 수 있다.
더 구체적으로 설명하면, 상기 딥쿨링 운전이 완료되면, 상기 심온실 제상과 냉동실 제상이 모두 수행되되, 두 제상 운전이 시간차를 두고 시작될 수도 있고, 동시에 시작될 수도 있다.
상기 냉동실 제상 운전과 심온실 제상 운전의 구체적인 내용에 대해서는 아래에서 좀 더 상세히 설명하도록 한다.
또한, 상기 제어부는 냉동실 제상 운전과 심온실 제상 운전이 모두 완료되었는지 여부를 판단한다(S300). 만일, 냉동실 제상 운전과 심온실 제상 운전 중 어느 하나라도 완료되지 않은 경우에는, 두 제상 운전이 모두 완료될 때까지 제상 운전 이후의 단계가 수행되지 않도록 한다.
냉동실 제상과 심온실 제상이 모두 완료되었다고 판단되면, 상기 제 1 냉동실 제상 주기가 초기화되고, 상기 콜드 싱크 히터(40) 및 백 히터(43)가 오프되도록 하며, 제상 후 운전이 수행되도록 한다(S310). 상기 제상 후 운전은, 심온실 제상 후 운전과 냉동실 제상 후 운전을 포함할 수 있다.
더욱 상세히, 상기 심온실 제상 후 운전은, 상술한 심온실 부하 대응 운전을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 심온실 부하 대응 운전의 투입 조건들은 아래와 같다.
첫째, 심온실 모드 오프에서 온으로 변경되는 경우,
둘째, 냉장고 전원이 오프된 상태에서 온 상태로 변경되는 경우,
셋째, 심온실 부하 대응 운전 투입 조건이 만족되는 경우,
넷째, 심온실 제상 운전 후 첫 냉동 사이클 운전이 수행되는 경우.
상기 심온실 부하 대응 운전이 시작되면, 심온실 팬이 구동하고, 열전 소자에 정전압이 걸리도록 할 수 있다. 동시에, 압축기가 구동하고 냉장실 밸브와 냉동실 밸브가 모두 개방되는 동시 운전이 수행되도록 한다.
또한, 냉동실 제상이 완료된 후 수행되는 냉동실 제상 후 운전 단계에서는, 압축기 구동 이후 설정 시간(예 : 10분) 동안은 냉동실 팬은 정지상태로 유지되도록 하고, 설정 시간이 경과되면 냉동실 팬이 회전하여 냉동실 냉각이 이루어지도록 할 수 있다.
여기서, 냉동실 제상 후 운전 단계에서, 냉동실 팬이 압축기 구동 시점으로부터 소정 시간 경과한 뒤에 구동하도록 하는 이유는 다음과 같다.
상세히, 냉동실 제상 운전이 종료한 시점에서는 냉동실 증발기의 온도가 상승한 상태이어서, 압축기가 구동하여 냉동실 팽창변을 통과하는 냉매의 온도가 정상 온도(예 : 대략 -30℃)로 떨어지고, 냉동실 증발기 내부를 흐르는 냉매가 정상 온도(예 : 대략 -20℃)로 떨어지도록 하기 위해서는 어느 정도의 시간이 걸린다.
다시 말하면, 냉동실 증발기 온도가 정상 온도로 떨어지기 전에 냉동실 팬이 구동하면, 오히려 냉동실 부하를 증가시키는 결과를 초래할 수 있다. 따라서, 압축기 구동 이후 설정 시간이 경과한 뒤에 냉동실 팬이 회전하도록 하여, 냉동실 일반 냉각이 이루어지도록 한다.
제상 후 운전이 모두 완료되어 심온실과 냉동실이 만족 온도 영역에 진입하면, 냉장고 전원이 온되는 동안(S227)에는 일반 냉각 운전이 수행되는 단계(S210)로 되돌아가도록 제어된다.
한편, 심온실 모드가 온프 상태에서, 제 2 냉동실 제상 주기가 경과되었다고 판단되면, 냉동실 딥 쿨링이 수행되고(S222), 냉동실 딥 쿨링 완료 조건이 만족되면(S223), 냉동실 제상 운전이 수행된다(S224).
냉동실 제상 운전 완료 조건이 만족되면(S225), 냉동실 제상 운전이 완료됨과 동시에 제상 주기가 초기화된 후 냉동실 제상 후 운전이 수행된다(S226). 냉장고 전원이 온 상태로 유지되는 한(S227), 일반 냉각 운전 단계(S210) 부터 제상 운전 알고리즘이 반복하여 수행된다.
만일, "저장실 A 제상 운전"과 "저장실 B 제상 운전"이 적어도 일부 구간에서 중첩되지 않도록 수행되는 경우에는, 저장실 A의 제상 주기가 경과하였는지 여부를 판단하는 대신에 저장실 B의 제상 주기가 경과하였는지 판단하는 것으로 대체할수 있다.
한편, 저장실A 제상 운전과 저장실B의 제상 운전이 독립적으로 수행되는 냉매 순환 시스템이나 구조인 경우에는 도17에서 단계 S230의 제1 냉동실 제상 주기를 저장실A의 제상 주기로 대체하고, 단계 S270, S290, S300, 및 S310에서 냉동실을 삭제하며, 단계 S310을 냉동실 제상 후 운전을 삭제하고, 단계 S221 내지 S226을 삭제할 수 있다. 도 16에서 냉동실 팬과 냉동실 제상히터를 삭제할 수 있다.
이하에서는 냉동실 제상과 심온실 제상의 구체적인 방법에 대하여 설명한다.
심온실 제상은, 심온실을 냉각하기 위해 제공되는 열전 모듈에 형성된 성에 또는 얼음을 제거하기 위한 운전으로 정의되고, 냉동실 제상은, 냉동실 냉각을 위해 제공되는 냉동실 증발기에 형성된 성에 또는 얼음을 제거하기 위한 운전으로 정의됨을 다시 한 번 밝혀둔다.
후술할 도 19에 따르면, 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 "저장실A 제상 운전"은 저장실 A의 냉각을 위해 제공되는 열전 모듈의 콜드 싱크 제상 운전과 히트 싱크 제상 운전을 포함한다.
상세히, "영하 시스템 또는 구조"에서는 상기 저장실 A의 히트 싱크 주변의 수증기가 저장실 A의 히트 싱크에 착상되는 것을 저감하기 위해, 저장실 A 제상 운전이 콜드 싱크 제상 운전과 히트 싱크 제상 운전을 포함할 수 있다.
상기 "영하 시스템 또는 구조"는, 저장실 A의 온도를 영하의 온도로 유지하기 위해 저장실 A의 콜드 싱크와 함께 저장실 A의 히트 싱크 또한 영하의 온도로 유지되는 냉매 순환 시스템 또는 구조로 정의될 수 있다.
또한, "히트 싱크 연통형 구조" 또는 "히트 싱크 비연통형 구조"에서는, 저장실 A의 히트 싱크 주변의 수증기가 상기 저장실A 열전 모듈의 히트 싱크에 착상되는 것을 저감하기 위해 상기 제어부가 저장실A 제상 운전이 콜드 싱크 제상 운전과 히트 싱크 제상 운전을 포함하도록 제어될 수 있다.
상기 "히트 싱크 연통형 구조"는, 저장실 A의 히트 싱크가 저장실 B의 냉각기 챔버에 노출되거나 연통되는 구조로 정의될 수 있다.
상기 "히트 싱크 비연통형 구조"는, 저장실 A의 히트 싱크가 상기 저장실 B의 냉각기 챔버를 형성하는 벽에 인접하고, 상기 냉각기 챔버의 벽과 충분히 단열되지 않는 구조로 정의될 수 있다.
상기 "충분히 단열되지 않는 구조"는 상기 저장실 A의 내부와 저장실 B를 구획하는 단열벽(심온 케이스)의 단열 성능보다 낮은 단열 성능을 가지는 구조를 의미한다.
한편, "저장실 A 제상 운전"과 "저장실 B 제상 운전"이 적어도 일부 구간에서 중첩되도록 수행되는 냉매 순환 시스템 또는 냉장고 구조 중 적어도 하나에서는, "저장실 B 제상 운전 중"에 발생한 수증기가 저장실 A의 히트 싱크에 착상되는 것을 저감하기 위해 상기 히트 싱크 제상 운전이 수행되도록 할 수 있다.
한편, 콜드 싱크 제상 운전 시점과 히트 싱크 제상 운전 시점의 순서는 관계없이, 서로 교번하여 운전이 수행될 수 있다.
본 발명은 상기 "영하 시스템 또는 구조", 상기 "히트 싱크 연통형 구조"와 상기 "히트 싱크 비연통형 구조" 중 적어도 하나의 경우에 적용될 수 있다.
상기 히트 싱크는, 열전도 판과 열교환 핀으로 이루어지는 열전도체, 또는 상기 열전도체와 이를 수용하는 하우징으로 이루어지는 열전달 부재를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서는 상기 저장실A가 심온실인 경우로 한정하여 설명한다.
도 18은 심온실 제상 운전이 수행되는 동안 시간에 따라 변하는 열전 모듈의 온도 변화를 보여주는 그래프이고, 도 19는 본 발명의 실시예에 따른 심온실 제상 운전을 위한 제어 방법을 보여주는 플로차트이다.
도 19를 먼저 참조하면, 심온실 제상 운전을 위한 제 1 실시예는, 콜드 싱크 제상 운전을 먼저 수행하고 난 뒤 히트 싱크 제상 운전이 수행되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상세히, 도 17에서 설명된 바와 같이, 심온실 모드가 온 상태에서 냉동실 제상 주기가 경과하여 딥쿨링 운전이 수행되고, 냉동실과 심온실의 온도가 만족 온도보다 더 낮은 온도로 충분히 냉각(과냉각)되면, 딥쿨링 운전이 완료된다.
제어부에서는, 콜드 싱크 제상 운전을 시작하기에 앞서, 딥쿨링 운전 완료 후 설정 시간(ta1)이 경과하였는지 여부를 판단한다. 상기 설정 시간(ta1)은 2분일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
여기서, 딥쿨링 운전 완료 후 설정 시간(ta1)이 경과하였는지 여부를 판단하는 이유는, 콜드 싱크 제상 운전을 위해서는 열전 소자에 공급되는 전압의 방향을 바꿔주어야 하기 때문이다. 즉, 딥쿨링을 위한 정전압 공급에서 콜드 싱크 제상을 위한 역전압 공급으로 전환되어야 한다.
열전 소자에 공급되는 전압의 방향을 전환할 때에는, 설정 시간 동안 전압 공급이 되지 않는 휴지기가 필요하다. 만일, 열전 소자의 양 단에 공급되는 전압의 극성이 급작스럽게 바뀌면, 온도 변화에 의한 열충격이 발생하여, 열전 소자가 파손되거나 수명이 단축되는 문제가 발생할 수 있다.
뿐만 아니라, 열전 소자에 전류(또는 전원)를 공급할 때에도, 설정 전류를 한 번에 공급하기 보다, 단계적으로 또는 점진적으로 공급 전류량이 증가되도록 하는 것이 좋다.
구체적으로, 열전 소자에 전원을 공급할 때, 한 번에 최대 전류를 공급하는 것이 아니라 점진적으로 또는 단계적으로 공급 전류량을 증가시켜, 소정의 시간이 지난 뒤에 열전 소자의 양단에 최대 전압이 걸리도록 하여야, 열전 소자에 발생할 수 있는 열충격을 최소화할 수 있다. 이는, 정전압을 공급할 때뿐만 아니라, 역전압을 공급할 때에도 동일하게 적용된다.
또한, 열전 소자에 공급되는 전원을 차단하는 즉시 열전 소자에 걸리는 전압이 0V로 떨어지는 것이 아니라, 점진적으로 떨어진다. 따라서, 정전압 공급을 중단하고 곧바로 역전압을 공급하는 경우, 열전 소자 내에 남아 있던 잔류 전류와, 공급되는 역방향 전류가 충돌하여 열전 소자 내의 회로가 파손될 수 있다.
이러한 이유 때문에, 열전 소자에 공급되는 전류의 극성(또는 방향)을 전환할 때에는 일정 시간의 휴지기를 두는 것이 바람직하다.
설정 시간(ta1)이 경과하면, 열전 소자에 역전압을 걸어주어 콜드 싱크 제상운전이 수행되도록 한다(S420). 열전 소자(21)에 역전압이 걸리면, 콜드 싱크(22)는 발열면이 되고, 히트 싱크(24)는 흡열면이 된다.
도 18을 참조하면, 도 16에서 설명한 바와 같이, 냉장고 운전 구간은, 일반 냉각 운전 구간(SA), 제상 운전 주기가 경과하여 제상 운전이 수행되는 구간(SB), 및 제상 운전이 완료된 이후에 수행되는 제상 후 운전 구간(SC)으로 나뉠 수 있다.
또한, 상기 제상 운전 구간(SB)은, 딥쿨링이 수행되는 딥쿨링 구간(SB1)과, 본격적인 제상 운전이 수행되는 제상 구간(SB2)으로 더 구체적으로 나뉘어질 수 있다.
여기서, 그래프 G1은 콜드 싱크의 온도(정전압 공급 시 열전 소자의 흡열면의 온도)의 온도 변화 그래프이고, 그래프 G2는 히트 싱크의 온도(정전압 공급 시 열전 소자의 발열면의 온도)이며, 그래프 G3는, 냉장고의 소비 전력 변화 그래프이다.
딥쿨링 운전 구간(SB1)에서 콜드 싱크(22)는 대략 -50℃ ~ -55℃ 범위 내의 온도이고, 히트 싱크(24)는 대략 -25℃ ~ -30℃ 범위 내의 온도이다. 딥쿨링 운전 구간(SB1)에서는 열전 소자에 최고 정전압이 걸린다.
딥쿨링 운전이 종료되면 열전 소자로 정전압의 공급이 중단된다. 설정 시간(ta1) 동안의 휴지기가 경과한 이후에, 상기 열전 소자에 역전압이 공급된다.
열전 소자(21)의 걸리는 역전압이 증가함에 따라 콜드 싱크의 온도는 증가하고, 히트 싱크의 온도는 감소한다. 즉, 열전 소자에 역전압이 걸리면, 콜드 싱크는 -50℃에서 온도가 증가하여 영상의 온도, 대략 5℃ 정도까지 빠르게 상승하게 되고, 히트 싱크는 대략 -30℃에서 온도가 증가하여 대략 -35℃까지 하강한다. 그래프에서 보이는 바와 같이, 콜드 싱크의 온도 상승율이 히트 싱크의 온도 하강률보다 높음을 알 수 있다.
역전압이 걸리는 시점으로부터 소정 시간이 경과한 어느 시점(tk1)에서, 콜드 싱크와 히트 싱크의 온도가 같아지고, 그 이후에는 콜드 싱크와 히트 싱크의 온도가 역전됨을 알 수 있다. 콜드 싱크와 히트 싱크의 역전 임계 온도(Tth1), 즉 콜드 싱크와 히트 싱크의 온도가 같아지는 온도는 대략 -30℃ 정도임을 알 수 있다. 콜드 싱크 제상 운전 구간에서의 역전 임계 온(Tth1)도는 제 1 역전 임계 온도로 정의될 수 있다.
그래프에서 보이는 바와 같이, 열전 소자에 역전압이 걸리면, 콜드 싱크 온도가 영상의 온도까지 가파르게 증가하는 반면, 히트 싱크의 온도는 상대적으로 완만하게 감소한다.
역전 임계 온도에 도달하는 시점(k1)까지 열전 소자의 흡열면과 발열면의 온도차(△T)가 감소하고, 역전 임계 온도에 도달하는 시점(k1) 이후부터는 다시 열전 소자의 흡열면과 발열면의 온도차(△T)가 점진적으로 증가하여, 해당 열전 소자의 최대 △T값이 될 때까지 증가하게 된다.
상세히, 역전압이 걸리는 순간부터 콜드 싱크와 접촉하는 열전 소자의 흡열면이 발열면으로 기능하고, 히트 싱크와 접촉하는 열전 소자의 발열면이 흡열면으로 기능한다. 그러나, 콜드 싱크의 온도가 히트 싱크의 온도보다 높아지는 현상은, 역전압이 걸리는 시점으로부터 소정의 시간이 경과한 이후에 발생하게 된다.
상기 △T값이 최대가 되는 시점(k2) 이후부터는 히트 싱크의 온도도 증가하는 것을 볼 수 있다. 이는, △T값이 최대값에 도달하면, 공급 전압이 증가하더라도 발열면과 흡열면의 온도차가 더 이상 증가하지 않는 열전 소자의 특성에 기인한다. 즉, △T가 최대인 시점에서 발열면 온도다 더 증가하면, 열 역류 현상 등에 의하여 흡열면의 온도도 같이 증가하는 열전 소자의 특성에 기인하며, 이는 위에서 이미 설명하였다.
그 결과, △T가 최대가 되는 시점(k2)부터는 히트 싱크 뿐만 아니라 콜드 싱크의 온도도 함께 증가하는 현상을 보이고, 이러한 현상은 역전압 공급이 중단될 때까지 지속된다. 그래프에서 구간 VA는 역전압 공급 구간으로 정의되고, 이 구간에서는 콜드 싱크 제상 운전 구간으로 정의된다.
한편, 도 19로 되돌아가서, 콜드 싱크 제상 운전이 수행되면, 열전 모듈에 역전압을 걸어주는 것 외에, 상기 심온실 팬이 구동하도록 하여 상기 콜드 싱크 제상 운전 중에 발생한 수증기가 상기 냉동 증발실로 배출되도록 하는 것도 가능하다.
이때, 상기 배출되는 수증기가, 상기 제상수 가이드(30)에 의하여 형성되는 제상수 통로 및 상기 구획벽(103)에 결빙되는 것을 방지 또는 저감하기 위하여, 상기 제어부는 상기 백히터(43)가 온되도록 제어할 수 있다.
콜드 싱크 제상이 수행되는 동안, 제어부에서는 콜드 싱크 제상 완료 조건이 만족되었는지 여부를 지속적으로 판단한다(S430).
일례로, 콜드 싱크 표면 온도가 설정 온도(Tss) 이상이거나, 제상 운전 시간, 구체적으로 역전압 공급 시간이 설정 시간(tss)을 경과하면 콜드 싱크 제상 완료 조건이 만족되는 것으로 설정될 수 있다. 여기서, 설정 온도(Tss)는 5℃이고, 설정 시간(tss)은 60분일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
콜드 싱크 제상 완료 조건이 만족되었다고 판단되면, 열전 소자를 오프 시킨다(S440). 즉, 열전 소자로의 역전압 공급을 중단한다.
설정 시간(ta2)이 경과하면(S450), 히트 싱크 제상 운전이 수행되도록 한다(S460).
다시 도 18의 그래프를 참조하면, 콜드 싱크 제상(구간 VA)이 끝나면 설정 시간(ta2) 동안 열전 소자로의 전원 공급을 중단하는 휴지기를 가진다. 상기 설정 시간(ta2)은 2분일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 휴지기를 가지는 이유는 위에서 설명한 바와 같다.
설정 시간(ta2)이 경과하면, 상기 열전 소자에 정전압을 공급하여 상기 히트 싱크가 다시 발열면으로 기능하여 가열되도록 한다
상기 히트 싱크(24)는, 상기 하우징(27)에 형성되는 히트 싱크 수용부(271 : 도 9 참조)에 수용되며, 상기 히트 싱크(24)와 히트 싱크 수용부(271) 사이의 공간은 밀봉제에 의하여 완전히 밀봉된다. 따라서, 히트 싱크(24)와 히트 싱크 수용부(271) 사이에는 성에나 얼음이 생성되지 않는다.
그러나, 심온실 제상 운전과 냉동실 제상 운전이 함께 수행되므로, 콜드 싱크 제상 구간(VA)에서 냉동 증발실 내에는, 냉동실 증발기 표면에 붙은 얼음이 녹으면서 발생하는 수증기가 떠다니게 된다.
콜드 싱크 제상 운전 동안 히트 싱크(24)의 표면 온도는 -30℃ 정도의 초저온 상태로 유지된다. 이 온도는 냉동 증발실 온도보다 약 10도 정도 더 낮은 온도이다.
상세히, 히트 싱크의 표면 온도, 구체적으로 상기 히트 싱크를 수용하는 하우징(27)의 표면 온도가 냉동 증발실 온도보다 낮기 때문에, 상기 하우징(27)의 표면에 성에가 착상될 수 있다. 이는, 한 여름에 냉수가 담긴 주전자 표면에 이슬이 맺히는 원리와 동일하다고 말할 수 있다. 하우징(27)의 표면 온도가 결빙 온도보다 현저히 낮으므로, 하우징(27)의 표면에 맺힌 이슬을 바로 결빙되어 얼음으로 전환된다.
상기 하우징(27)의 표면이라 함은, 냉동 증발실에 노출되는 하우징(27)의 표면을 의미한다. 히트 싱크(24)와 접촉하는 하우징(27)의 표면은 전면으로 정의될 수 있다.
따라서, 콜드 싱크 제상 운전 동안 하우징(27)의 후면에 착상된 성에 또는 얼음을 제거하는 제상 운전이 수행될 필요가 있으며, 이를 히트 싱크 제상 운전이라 정의한다.
상기 하우징(27)의 후면에 부착된 얼음을 제거하는 히트 싱크 제상을 위해서, 상기 열전 소자에 정전압을 걸어주면, 히트 싱크의 온도(24)는 증가하고, 콜드 싱크(22)의 온도는 감소하게 된다. 어느 시점(k3)에서 콜드 싱크와 히트 싱크의 온도가 같아지는 역전 임계 온도(Tth2)에 도달한다. 히트 싱크 제상 구간에서의 역전 임계 온도(Tth2)는 제 2 역전 임계 온도로 정의될 수 있다.
상기 제 2 역전 임계 온도는 제 1 역전 임계 온도보다 높다.
이는 히트 싱크 제상 시작 시점에서의 콜드 싱크 및 히트 싱크의 온도 구간이, 콜드 싱크 제상 시점에서의 콜드 싱크 및 히트 싱크의 온도 구간보다 높기 때문이다.
다시 말하면, 콜드 싱크 제상 운전 시작 시점에서, 콜드 싱크 온도는 -55℃부터 증가하기 시작하는 반면, 히트 싱크 제상 운전 시작 시점에서 히트 싱크 온도는 약 -30℃부터 증가하기 시작한다.
콜드 싱크 제상 운전 시점에서, 히트 싱크 온도는 약 -30℃부터 감소하는 반면, 히트 싱크 제상 운전 시점에서 콜드 싱크 온도는 약 5℃부터 감소하기 시작한다.
이러한 이유 때문에, 제 2 역전 임계 온도가 제 1 역전 임계 온도보다 높다.
상기 제 2 역전 임계 온도에 도달한 시점(k3) 이후부터는, 다시 콜드 싱크의 온도가 히트 싱크의 온도보다 높아지게 된다.
여기서, 상기 열전 소자에 정전압을 걸어주되, 처음부터 끝까지 최고 정전압을 공급하는 경우, 도 18의 점선으로 표시된 바와 같이, 어느 시점(k4)부터는 콜드 싱크의 온도도 급격하게 증가하는 양상을 보이게 된다.
이는, 위에서 설명한 바와 같이, △T 값이 최대값 이상으로 커지지 않는 열전 소자의 특성에 기인한다고 설명될 수 있다. 다시 말하면, 발열면과 흡열면의 △T값이 최대인 시점부터는, 공급 전압이 증가하더라도 △T값은 최대값으로 유지되기 때문에, 발열면의 온도가 증가함에 따라 흡열면의 온도도 함께 증가하게 된다.
이 경우, 열전 소자의 발열면에 부착된 히트 싱크의 온도가 증가하면 하우징(27)에 부착된 얼음을 제거하는 제상 효과는 좋아질 수 있으나, 콜드 싱크의 온도가 증가함에 따라, 콜드 싱크의 흡열 능력이 떨어져서 열전 모듈의 냉력 및 효율이 감소하는 역효과를 초래할 수 있다.
이러한 현상으로 인한 열전 소자의 냉력 및 효율 감소를 방지하기 위하여, 일정 시간 동안은 최고 정전압이 공급되도록 하고, 이후부터는 중간 정전압이 공급되도록 하는 것이 좋다. 즉, 상기 히트 싱크 제상 구간(VB)은 최고 정전압 구간(VB1)과 중간 정전압 구간(VB2)으로 나뉠 수 있다.
이와 같이, 소정 시간동안 열전 소자에 최고 정전압이 걸리도록 하고, 그 이후부터는 중간 정전압이 걸리도록 함으로써, 콜드 싱크의 온도 증가를 최소화하여 심온실 부하 증가를 최소화할 수 있다. 최고 정전압 구간이 중간 정전압 구간보다 짧게 설정될 수 있으나, 설계 조건에 따라 적절하게 변경 가능함을 밝혀둔다.
다시 도 19로 되돌아가서, 히트 싱크 제상 운전이 수행되는 동안(S460), 상기 제어부에서는 히트 싱크 제상 완료 조건이 만족되었는지 여부를 판단한다(S470).
일례로, 냉동실 제상 운전이 완료되면 상기 히트 싱크 제상 운전 완료 조건이 만족되는 것으로 설정될 수 있다. 다시 말하면, 냉동실 제상 운전이 완료되면, 상기 히트 싱크 제상 운전도 완료되도록 할 수 있다.
히트 싱크 제상 완료 조건이 만족되었다고 판단되면, 심온실 제상 운전을 모두 완료하고(S480), 제상 후 운전 단계로 넘어간다.
한편, 히트 싱크 제상 운전 구간, 즉 하우징(27) 후면을 제상하는 동안에는, 콜드 싱크 제상 과정에서 발생한 수증기가 심온실 내부에 존재한다. 콜드 싱크 제상 운전 동안, 콜드 싱크의 표면 온도는 영상의 온도로 상승하여 콜드 싱크 표면에 붙은 얼음을 녹인다. 그러나, 콜드 싱크 표면 온도는 영상의 온도이지만 심온실 내부 온도는, 제상 운전 이전의 온도인 -50℃보다는 높지만 여전히 극저온에 해당하는 약 -30℃ 미만의 온도, 구체적으로는 -38℃ 정도의 온도로 유지된다.
따라서, 콜드 싱크 제상 과정에서 발생한 수증기가, 히트 싱크 제상 운전이 수행되는 동안 심온실 내벽에 착상되고, 시간이 지남에 따라 성장하는 현상이 발생할 수 있다.
심온실 내벽에 성에 또는 얼음이 착상 및 성장하게 되면, 이를 제거하는 것이 쉽지 않은 단점이 있다. 심온실 내벽에 성에나 얼음이 착상되지 않도록 하기 위해서는, 별도의 제상 히터가 심온실 내벽에 설치되어야 할 것이다. 이는 곧 내장고 제조 비용 증가뿐만 아니라 제상 히터 작동에 따른 소비 전력 증가를 포함한 여러가지 예측하지 못하는 문제를 야기할 수 있다.
뿐만 아니라, 심온실 내벽에 성장하는 성에나 얼음에 의하여 심온실 드로어가 얼어붙어서, 심온실 드로어의 인출이 불가능하거나 어려워지는 문제도 발생할 수 있다. 나아가, 심온실 드로어 인출을 위해 과도한 당김력을 가하면, 심온실 드로어가 파손되는 결과도 초래할 수 있다.
따라서, 히트 싱크 제상 운전 동안, 콜드 싱크 제상 과정에서 발생한 수증기가 심온실 내벽에 착상되는 현상을 미연에 방지할 필요가 있다.
한편, 후술할 도 20에 따르면, 본 발명은 "저장실 A 제상 운전"중에 발생한 수증기가 상기 저장실 A의 내벽면에 재착상되는 것을 저감하기 위한 제어가 필요하다. 이를 위해 상기 제어부가 저장실 A의 팬이 구동되거나 상기 열전 모듈에 정전압이 인가되도록 할 수 있다.
일례로, "증기 연통형 구조"에서는, "저장실 A 제상 운전" 중 발생한 수증기가 저장실 A의 내벽면에 재착상되는 것을 저감하고, 상기 수증기를 상기 외부 공간으로 배출하기 위해, 저장실 A의 팬이 구동하도록 제어될 수 있다.
상기 "증기 연통형 구조"는, 상기 저장실 A의 열전 모듈의 흡열측이 상기 저장실 A의 공간을 제외한 외부 공간에 노출되거나 연통되는 구조로 정의될 수 있다.
또한, 상기 저장실 A의 팬의 구동과 함께, 상기 저장실 A의 열전모듈에 정전압이 인가되도록 제어될 수 있다. 그러면, 상기 저장실 A의 열전모듈의 흡열측에 재착상되는 수증기의 양이 증가되어, 저장실 A의 내벽에 재착상되는 현상을 최소화할 수 있다.
둘째, "증기 비연통형 구조"에서는, 저장실 A의 제상 운전 중 발생한 수증기가 저장실 A의 내벽면에 재착상되는 것을 저감하고, 상기 저장실 A의 열전모듈의 흡열측에 재착상되도록 유도하기 위해, 열전 모듈에 정전압을 걸어주고 저장실A 팬이 구동하도록 제어될 수 있다.
상기 "증기 비연통형 구조"는, 상기 저장실 A의 열전모듈의 흡열측이 상기 저장실 A의 공간 이외의 외부 공간에 노출되지 않고 연통되지 않는 구조로 정의될 수 있다.
상기 외부 공간은, 냉장고 외부 또는 저장실 B의 냉각기 챔버를 포함할 수 있다.
여기서, 열전 모듈에 정전압을 인가하는 시점과, 저장실 A의 팬 구동 시점이 동일할 필요는 없다. 그러나, 열전 모듈에 정전압이 인가된 이후에 상기 저장실 A 팬을 구동하는 것이 유리할 수 있다. 다시 말하면, 열전 모듈의 흡열측이 충분히 냉각된 뒤에 저장실 A의 팬이 구동하면, 상기 열전 모듈의 흡열측에 수증기가 더 효과적으로 재착상될 수 있다.
본 발명은 상기 "증기 연통형 구조"와 "증기 비연통형 구조" 중 적어도 하나에 적용될 수 있다.
이하에서는 상기 저장실A가 심온실인 경우로 한정하여 설명한다.
이하에서는 저장실 A 제상 운전 중에 발생한 수증기가 상기 저장실 A의 내벽면에 재착상되는 것을 저감하기 위해, 상기 저장실 A 열전모듈에 정전압이 인가되고 저장실 A의 팬이 구동하도록 제어되는 것을 일례로 설명한다.
도 20은 심온실 제상 운전 중에 심온실 내벽에 성에가 착상되는 것을 방지하기 위한 냉장고의 제어 방법을 보여주는 플로차트이다.
도 18 내지 도 20을 참조하면, 도 19에서 설명한 바와 같이, 히트 싱크 제상 운전이 시작되면, 제어부는 설정 시간(ta3) 동안 열전 소자에 최고 정전압이 공급되도록 한다(S461). 설정 시간(ta3)이 경과하면(S462), 상기 열전 소자에 중간 정전압이 공급되도록 한다(S463).
상기 열전 소자에 중간 정전압이 공급되면 상기 심온실 팬을 구동시킨다(S464). 상기 심온실 팬은 상기 열전 소자에 중간 정전압이 공급됨과 동시에 구동하도록 제어될 수도 있고, 약간의 시간차를 두고 구동하도록 제어될 수 있다.
상기 열전 소자에 중간 정전압이 공급되는 동안 상기 심온실 팬이 구동하면, 도 10에 보이는 바와 같이, 심온실 내부의 냉기는 심온실 팬(25) 쪽으로 흡입된 후, 상기 콜드 싱크(22)에 부딪히면서 상하 방향으로 유동 방향이 전환된다. 상기 심온실측 토출 그릴(533,534)을 통하여 상기 심온실(202) 내부로 다시 토출되는 냉기 순환이 일어난다.
이 과정에서, 상기 심온실 냉기에 포함된 수증기는 저온으로 급강하된 상기 콜드 싱크(22)에 착상된다.
여기서, 상기 심온실 팬이 상기 열전 소자에 중간 정전압이 공급될 때 구동하도록 제어되는 이유는 다음과 같다.
상세히, 상기 콜드 싱크 제상 동안 상기 콜드 싱크의 온도가 영상의 온도로 높아진 상태이기 때문에, 열전 소자에 정전압을 걸더라도 콜드 싱크의 온도가 영하의 온도로 떨어지는데는 시간이 필요하다.
따라서, 열전 소자에 최고 정전압을 걸어서 콜드 싱크 온도가 충분이 낮아진 시점부터 심온실 팬이 구동하여야, 심온실 내부의 수증기가 콜드 싱크 표면에 효과적으로 착상될 수 있다.
도 18에 보이는 바와 같이, 열전 소자에 걸리는 전압이 최고 정전압에서 중간 정전압으로 전환되는 시점에서 콜드 싱크가 최저 온도로 냉각된다. 따라서, 이 시점에서 심온실 팬을 구동하면, 단위 시간당 콜드 싱크 표면에 착상되는 심온실 내부의 수증기 양이 많아지므로, 착상 효과를 극대화할 수 있다.
상기 제어부에서는 히트 싱크의 제상 완료 조건이 만족되었는지 여부, 즉 냉동실 제상 운전이 완료되었는지 여부를 판단하고(S465), 히트 싱크 제상 완료 조건이 만족되었다고 판단되면, 상기 열전 소자로의 전원 공급을 차단하고, 상기 심온실 팬의 구동을 정지시킨다.
지금까지는 본 발명에 따른 심온실 제상 운전의 제 1 실시예, 즉 콜드 싱크 제상이 우선하여 수행되도록 하고, 이후에 히트 싱크 제상 운전이 수행되도록 하는 방법에 대해서 설명하였다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 심온실 제상 운전 방법은, 히트 싱크의 제상이 우선하여 수행되도록 하고, 이후에 콜드 싱크 제상 운전이 수행되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상세히, 히트 싱크 제상 운전이 먼저 수행되도록 하는 제 2 실시예에 따르면, 히트 싱크 제상 운전 시작 전에 열전 소자로 전원 공급을 중단하는 휴지기를 가질 필요가 없다.
왜냐하면, 딥쿨링 운전과 히트 싱크 제상 운전 모두 열전 소자에 정전압이 공급되기 때문에, 전극 변환이 필요 없기 때문이다.
따라서, 제 1 실시예에서와 달리 휴지 시간(ta1)이 없이 딥쿨링 운전 완료 후 곧바로 히트 싱크 제상 운전이 수행되도록 할 수 있다. 뿐만 아니라, 딥쿨링 종료 후 열전 소자로 전원 공급을 차단할 필요도 없다.
히트 싱크 운전이 시작되는 시점에서, 냉동실 밸브는 폐쇄되어 히트 싱크와 냉동실 증발기로 냉매 유동이 이루어지지 않으며, 냉동실 제상 운전이 함께 수행된다.
히트 싱크 운전 중에는, 제 1 실시예와 달리, 처음부터 끝까지 열전 소자에 최고 정전압이 공급되도록 제어될 수 있다. 히트 싱크 내부의 냉매가 흐르지 않는 상황에서, 열전 소자에 최고 정전압이 공급되면, 히트 싱크에서 방열 작용이 일어나지 않기 때문에, 히트 싱크의 온도는 점점 증가하게 된다. 그 결과, 상기 히트 싱크를 수용하는 하우징(27)의 후면에 착상된 성에 또는 얼음이 녹아서 냉동 증발실 바닥에 놓인 드레인팬(drain pan)으로 낙하한다.
히트 싱크 제상 운전의 완료 조건은, 설정 시간 또는 히트 싱크 표면 온도로 설정될 수 있다. 예컨대, 히트 싱크 제상 운전 시작후 설정 시간(예 : 60분)이 경과하거나, 히트 싱크의 표면 온도가 설정 온도(예 : 5℃)에 도달하면 히트 싱크 제상 운전 완료 조건이 만족되는 것으로 판단될 수 있다. 여기서, 히트 싱크의 표면 온도를 히트 싱크 제상 완료 조건으로 설정하기 위해서는 히트 싱크 표면 온도를 감지하는 제상 센서가 별도로 구비되어야 할 것이다.
상기 히트 싱크 제상 운전이 완료되면, 열전 소자로 역전압을 공급하여 콜드 싱크 제상 운전이 수행되도록 한다. 물론, 정전압에서 역전압으로 전환하기 전에 휴지기를 가지는 것은 위에서 설명한 바와 같다.
콜드 싱크 제상 운전이 시작되면, 히트 싱크의 온도가 냉동 증발실 온도보다 현저히 낮은 온도로 떨어지기 때문에, 콜드 싱크 제상 운전 과정에서 상기 하우징(27) 후면에 성에가 착상될 수 있다. 이때 발생하는 얼음의 일부는, 제상 운전이 모두 종료되고, 심온실 일반 냉각 운전이 수행되는 동안 녹아서 드레인 팬으로 떨어질 수 있고, 나머지 일부는 다음 주기의 히트 싱크 제상 운전 과정에서 제거될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 백히터의 제어 방법을 포함한다.
냉각기 챔버 내의 공기 중에 포함된 수분은, 냉각기와, 냉각기 챔버를 구성하는 벽면에서 착상되어 얼음으로 성장하게 된다.
저장실 A와 저장실 B를 포함하는 냉장고의 경우, 상술한 바와 같이, 저장실 A의 콜드 싱크 또는 그 주변에 착상된 성에나 얼음을 제거하기 위해, 저장실 A 제상 운전 중 적어도 일부 구간에서 상기 저장실 A의 열전모듈에 역전압이 인가되거나, 상기 콜드 싱크 하부에 위치한 콜드 싱크 제상히터에 전압이 인가되도록 제어될 수 있다.
또는, 상기 콜드 싱크 또는 그 주변에서 녹은 제상수나 수증기가 배출되는 과정에서, 재결빙이나 재착상되는 것을 최소화하기 위해, 상기 저장실 A 제상운전 중 적어도 일부 구간에서 상기 제어부가 상기 콜드 싱크의 하부에 배치된 콜드 싱크 콜드 싱크 히터에 전압이 인가되도록 제어할 수 있다.
또는, 저장실 B의 냉각기 또는 그 주변에 착상된 성에나 얼음을 제거하기 위해, 상기 냉각기 하부에 위치하는 냉각기 제상 히터에 전압이 인가되도록 제어될 수 있다.
상술한 "영하 시스템 또는 구조", "히트 싱크 연통형 구조", "히트 싱크 비연통형 구조"를 포함하여, 저장실 A의 히트 싱크 제상 운전이 필요한 냉매 순환 시스템이나 구조에서는, 저장실 A의 히트 싱크 또는 그 주변에 착상된 성에나 얼음을 제거하기 위해, 저장실 A 제상 운전 중 적어도 일부 구간에서 저장실 A의 열전모듈에 정전압이 인가되거나, 히트 싱크 제상히터에 전압이 인가되도록 제어될 수 있다.
상기 히트 싱크 제상히터는 저장실 A의 열전 모듈의 콜드 싱크보다 히트 싱크에 더 가까운 위치에서 상기 히트 싱크 하부에 배치될 수 있다.
상기 히트 싱크 또는 그 주변에서 녹은 제상수나 수증기가 외부로 배출되는 과정에서 재결빙이나 재착상되는 것을 최소화하기 위해, 상기 저장실 A 제상운전 중 적어도 일부 구간에서 상기 히트 싱크의 하부에 배치된 "히트 싱크 드레인 히터"에 전압이 인가되도록 제어될 수 있다.
상술한 저장실 A 콜드 싱크 제상 운전 또는 저장실 A 히트 싱크 제상 운전 중 발생한 수증기는, 상기 저장실 B의 냉각기 챔버 내에 부유하다가 상기 저장실 B 의 냉각기 챔버를 형성하는 벽면에 착상될 수 있다.
이때 발생하는 성에를 제거하기 위해, 저장실 A 제상 운전 중 적어도 일부 구간에서, 상기 저장실 B를 정의하는 벽면 또는 상기 저장실 B의 냉각기 챔버를 형성하는 벽면 중 적어도 하나에 위치하는 "냉각기 챔버 제상히터"에 전압이 인가되도록 제어될 수 있다.
더 구체적으로는, 상기 "냉각기 챔버 제상 히터"는, 저장실 A의 콜드 싱크또는 저장실 A의 히트 싱크 제상 운전 중 발생한 수증기가 상기 저장실 B의 냉각기 챔버로 유입되는 통로 부근에 배치될 수 있다.
한편, 상술한 "증기 연통형 구조"에서는, 상기 저장실 A의 외부로 배출되고 상기 저장실 B의 냉각기 챔버로 유입되는 수증기가, 상기 저장실 B의 냉각기 챔버를 형성하는 벽면이나 그 주변에 착상될 수 있다.
이때 발생하는 성에를 제거하기 위해, 상기 저장실 B를 정의하는 벽면 또는 상기 저장실 B의 냉각기 챔버를 형성하는 벽면 중 적어도 하나에 위치하는 "냉각기 챔버 제상히터"에 전압이 인가되도록 제어될 수 있다.
더 구체적으로는, 상기 "냉각기 챔버 제상히터"는, 상기 저장실 A의 외부로 배출된 수증기가 상기 저장실 B의 냉각기 챔버로 유입되는 통로 부근에 배치될 수 있다.
한편, 상기 히트 싱크 제상 히터, 히트 싱크 드레인 히터와, 냉각기 챔버 제상 히터 중 적어도 하나는, 저장실 B의 냉각기 상부에 배치될 수 있다. 그 이유는 저장실 B의 냉각기 하부에는, 냉동실 제상 히터와 같이, 저장실 B의 냉각기를 제상하는 "냉각기 제상 히터"가 배치될 수 있기 때문이다.
한편, 상기 히트 싱크 제상히터, 히트 싱크 드레인 히터와, 냉각기 챔버 제상 히터 중 적어도 하나는, 상기 냉각기 챔버를 정의하는 벽면의 적어도 일부를 형성하는 구획벽에 배치될 수 있다.
더 구체적으로, 히트 싱크 제상 히터, 히트 싱크 드레인 히터와, 냉각기 챔버 제상 히터 중 적어도 하나는, 상기 구획벽을 구성하는 쉬라우드에 배치될 수 있다. 그 이유는, 상기 구획벽을 구성하는 그릴 팬에는 상기 콜드 싱크 제상 히터와 상기 콜드 싱크 드레인 히터 중 적어도 하나가 배치될 수 있기 때문이다.
본 발명의 "백히터"는 히트 싱크 제상히터, 히트 싱크 드레인 히터와, 냉각기 챔버 제상 히터의 기능 중 적어도 하나를 수행하는 히터로 정의할 수 있다.
한편, 히트 싱크 제상 과정에서, 심온실 내부에 떠다니는 습증기를 상기 콜드 싱크에 착상되도록 하기 위하여 상기 심온실 팬을 구동하면, 상기 냉동 증발실의 압력이 상기 심온실의 압력보다 낮아진다.
그 결과, 상기 심온실 내부의 공기가 상기 심온실 팬에 의하여 강제 순환되는 과정에서, 심온실 내부의 공기가 상기 제상수 가이드(30)를 통하여 냉동 증발실(104)로 유입될 수 있다.
상기 심온실 내부 온도는 냉동 증발실 온도보다 현저히 낮은 영하의 온도이기 때문에, 상기 냉동 증발실 내부로 유입되는 심온실 냉기에 의하여 냉동 증발실 냉기의 온도보다 더 떨어지게 된다.
뿐만 아니라, 심온실 냉기가 제상수 가이드(30)를 따라 냉동 증발실(104)로 유입되면서, 상기 백히터 안착부(525)의 온도가 냉동 증발실 온도보다 낮은 온도로 냉각될 수 있다. 그러면, 상기 백히터 안착부(525)에 이슬이 맺혔다가 곧바로 얼음으로 변하게 된다.
또한, 제상수 가이드(30) 출구 근처에 머무는 냉동 증발실 냉기가, 심온실로부터 배출되는 냉기에 의하여 저온으로 떨어지면, 냉동 증발실 냉기에 포함된 수분이 응결되면서 상기 제상수 가이드(30)의 출구에 부착될 수 있다. 시간이 지남에 따라 제상수 가이드(30)에 부착된 얼음의 크기가 증가하면서 상기 제상수 가이드(30)의 출구를 막게 된다.
또는, 심온실 제상 과정에서 발생한 수증기가 제상수 가이드(30) 출구로 배출될 때, 냉동 증발실 냉기에 의하여 냉각되어 제상수 가이드(30) 출구에서 결빙될 수도 있다.
이러한 현상을 방지하기 위해서, 심온실과 냉동실 제상 운전이 시작되면 상기 백 히터(43)가 온되도록 할 수 있다.
상세히, 상기 심온실과 냉동실의 제상 운전이 시작됨과 동시에 상기 콜드 싱크 히터(40)와 백히터(43)가 온되도록 함으로써, 상기 콜드 싱크 히터(40)와 백히터(43)가 장착되는 부분이 결빙되지 않도록 할 수 있다.
만일, 상기 백히터(43)가 상기 콜드 싱크 히터(40)와 독립된 히터로 제공되는 경우, 상기 백히터(43)는 상기 히트 싱크 제상이 시작될 때 함께 온되도록 할 수도 있다. 다시 말하면, 상기 열전 소자에 정전압이 공급될 때 상기 백히터(43)도 온되도록 할 수 있다.
이하에서는 냉동실 제상 운전 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 냉동실 제상 운전 제어 방법을 보여주는 플로차트이다.
도 18 및 도 21을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉동실 제상 운전은, 심온실 제상 운전 시작 여부와 관계없이, 딥쿨링 완료 시점으로부터 설정 시간(tb1)이 경과하면 수행되도록 할 수 있다(S510). 상기 설정 시간(tb1)은 5분일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다른 방법으로, 상기 냉동실 제상 운전은 상기 딥쿨링 완료되면 즉시 수행되도록 할 수도 있다. 즉, 상기 설정 시간(tb1)이 경과될 때까지 기다리지 않고 곧바로 제상 운전이 수행되도록 할 수 있다.
상기 냉동실 제상 운전이 시작되면, 냉동실 증발기에 연결된 제상 히터(미도시)가 온되어, 상기 냉동실 증발기 표면에 부탁된 성에 및 얼음을 녹인다(S520). 이것은, 종래의 냉동실 제상 운전과 동일하다.
냉동실 제상 운전이 수행되는 동안 제어부에서는 냉동실 제상 완료 조건이 만족되었는지 여부를 판단한다(S530). 냉동실 제상 완료 조건은, 상기 콜드 싱크 제상 완료 조건과 마찬가지로, 제상 센서에서 감지되는 온도가 설정 온도(Tsp) 이상이거나, 제상 운전 시작 후 설정 시간(tsp)이 경과되면 만족된 것으로설정될 수 있다. 상기, 설정 온도(Tsp)는 5℃이고, 설정 시간(tsp)은 60분일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제상 완료 조건이 만족되었다고 판단되면, 상기 제상 히터가 오프되도록 하고(S540), 제상 히터 오프 시점으로부터 설정 시간(tb2)이 경과하면 냉동실 제상 운전이 종료되도록 한다.
상기 설정 시간(tb2)은 5분일 수 있으나 이제 제한되는 것은 아니다.
상기 제상 히터가 오프된 시점으로부터 설정 시간(tb2)이 경과하기를 기다리는 이유는, 상기 설정 시간(tb2) 동안 냉동실 제상 운전 과정 및 상기 심온실 제상 운전 과정에서 발생한 제상수가 냉동 증발실 바닥에 설치된 드레인 팬으로 모이도록 하기 위함이다.
특히, 히트 싱크 제상 운전이 콜드 싱크 제상 운전 이후에 수행되는 경우, 상기 설정 시간(tb2)이 경과할 때까지 상기 히트 싱크에 중간 정전압이 걸리도록 함으로써, 하우징(27) 표면에 부착된 얼음을 최대한 제거하도록 할 수 있다.
상기 콜드 싱크 표면으로부터 분리된 얼음이 상기 콜드 싱크 히터에 의하여 녹아서 발생하는 제상수가 최대한 상기 제상수 가이드를 통해서 빠져나가도록 할 수 있다.
상기 설정 시간(tb2)이 경과하면, 상술한 바와 같이, 냉동실 제상 후 운전이 수행되도록 한다.

Claims (15)

  1. 냉장실;
    상기 냉장실과 구획되는 냉동실;
    상기 냉동실 내부에 수용되고, 상기 냉동실과 구획되는 심온실;
    상기 심온실의 후측에 형성되는 냉동 증발실;
    상기 냉동 증발실과 상기 냉동실을 구획하는 구획벽;
    상기 냉동 증발실에 수용되어, 상기 냉동실 냉각을 위한 냉기를 생성하는 냉동실 증발기;
    상기 냉동 증발실 냉기를 상기 냉동실로 공급하도록 구동하는 냉동실 팬;
    상기 심온실의 온도를 냉동실 온도보다 낮은 온도로 냉각하도록 제공되는 열전 모듈; 및
    상기 심온실 내부의 공기를 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 싱크, 및
    상기 히트 싱크를 수용하며, 후면이 상기 냉동 증발실의 냉기에 노출되는 하우징을 포함하는 냉장고의 제어 방법에 있어서,
    냉동실 제상과 심온실 제상을 위한 제상 주기(POD)가 경과하였는지 여부가 판단되는 단계;
    상기 제상 주기가 경과하였다고 판단되면, 상기 심온실 온도와 상기 냉동실 온도 중 적어도 하나를 제어 온도보다 낮은 온도로 냉각시키는 딥쿨링 운전이 수행되는 단계;
    상기 딥쿨링 운전이 종료하면, 심온실 제상이 수행되는 단계를 포함하고,
    상기 심온실 제상이 시작되면, 냉동실 밸브가 폐쇄되어 상기 히트 싱크로의 냉기 흐름이 차단되며,
    상기 심온실 제상은,
    콜드 싱크 제상과,
    상기 콜드 싱크 제상 완료 후 수행되는 히트 싱크 제상을 포함하고,
    상기 히트 싱크 제상이 수행되는 동안, 상기 콜드 싱크 제상 과정에서 발생한 수증기를 제거하기 위하여 상기 심온실 팬이 구동하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜드 싱크 제상이 시작되면, 상기 열전 소자에 역전압이 걸리고,
    상기 히트 싱크 제상이 시작되면, 상기 열전 소자에 정전압이 걸리는 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 히트 싱크 제상이 시작되면, 상기 열전 소자에 최고 정전압이 걸리는 제 1 운전 단계와, 상기 열전 소자에 중간 정전압이 걸리는 제 2 운전 단계가 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 심온실 팬은 상기 제 2 운전 단계에서 구동하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜드 싱크 제상은, 상기 딥쿨링이 완료된 시점으로부터 설정 시간(ta1)이 경과한 뒤에 수행되고,
    상기 히트 싱크 제상은, 상기 콜드 싱크 제상이 완료된 시점으로부터 설정 시간(ta2)이 경과한 뒤에 수행되는 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 심온실 제상과 함께 냉동실 제상이 수행되고,
    상기 냉동실 제상은,
    냉동실 제상 히터가 온되는 상태로 유지되는 제 1 구간과,
    상기 제상 히터가 오프되는 상태로 유지되는 제 2 구간을 포함하는 냉장고의 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 운전 단계는, 상기 제 2 구간이 종료될 때까지 수행되는 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 냉동실 제상 수행 조건이 만족되면, 냉장실 제상이 수행되는 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉동실 제상과 냉장실 제상이 모두 완료되면 제상후 운전이 시작되고,
    상기 제상 후 운전이 시작되면, 압축기가 구동하고, 상기 냉동실 밸브가 개방되어 상기 냉동실 증발기 및 히트 싱크 쪽으로 냉매가 흐르도록 제어되는 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제상 후 운전은,
    상기 심온실 팬이 구동하고, 상기 열전 소자에 최고 정전압이 걸리는 심온실 제상후 운전과,
    상기 압축기 구동 후 설정 시간이 경과된 후 상기 냉동실 팬이 구동하는 냉동실 제상후 운전을 포함하는 냉장고의 제어 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제상 주기(POD)는, 초기 제상 주기와 일반 제상 주기 및 변동 제상 주기를 합산한 시간이고,
    변동 제상 주기 감축 조건이 만족되는 상황이 발생하면, 상기 변동 제상 주기는 감축되며,
    변동 제상 주기 해제 조건이 만족되는 상황이 발생하면, 상기 변동 제상 주기는 0이 되는 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어 방법.
  12. 냉장실;
    상기 냉장실과 구획되는 냉동실;
    상기 냉동실을 냉각하는 냉동실 증발기;
    상기 냉동실 증발기 하부에 위치하는 냉동실 제상히터;
    상기 냉동실 내부에 수용되고, 상기 냉동실과 구획되는 심온실;
    상기 심온실 내부의 온도를 감지하는 온도 센서;
    상기 심온실 내부 공기를 강제 유동시키는 심온실 팬;
    상기 심온실을 향하는 흡열면과, 상기 흡열면의 반대면으로 정의되는 발열면을 포함하는 열전 소자와, 상기 흡열면에 접촉하며, 상기 심온실 일측에 놓이는 콜드 싱크와, 상기 발열면에 접촉하는 히트 싱크를 포함하며 심온실의 온도를 냉동실 온도보다 낮은 온도로 냉각하도록 제공되는 열전 모듈; 및
    심온실 냉각 운전과 심온실 제상 운전이 충돌하면, 심온실 제상 운전이 우선하여 수행되고, 심온실 냉각 운전은 중단되도록 제어하는 제어부를 포함하는 냉장고의 제어 방법에 있어서,
    상기 심온실 제상 운전의 투입 조건이 만족되면, 딥쿨링 운전이 수행되도록 제어되고,
    상기 딥쿨링 운전은, 상기 심온실의 온도가 하강하도록 상기 열전소자에 정전압(Vh>0)이 인가되고, 상기 심온실 팬이 구동되는 운전이며,
    상기 딥쿨링 운전이 종료된 이후에는 제 1 운전이 수행되도록 제어되고,
    상기 제 1 운전은, 상기 콜드 싱크 및 그 주변에 착상된 얼음을 녹이기 위해 상기 열전소자에 역전압(-Vh)이 인가되는 운전이고,
    상기 제 1 운전이 수행되는 동안 발생한 수증기가 상기 심온실 내벽에 착상되는 것을 저감하고 상기 심온실 외부로 배출되도록 하기 위하여, 상기 중단된 심온실 냉각 운전이 시작되기 전에, 상기 심온실 팬이 구동하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 운전이 수행되는 동안 발생한 수증기가 상기 심온실 외부로 배출되도록 하기 위하여 상기 심온실 팬이 구동되는 구간 중 적어도 일부 구간에서, 제 2 운전이 수행되도록 제어되고,
    상기 제 2 운전은,
    상기 열전소자에 정전압(Vh)이 인가되는 운전인 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 콜드 싱크 중 적어도 일부가 상기 냉동 증발실에 노출되거나 상기 냉동 증발실과 연통하여, 상기 심온실 외부로 배출된 수증기가 냉동실 증발기 및 그 주변에 착상되는 것을 저감하기 위해, 상기 딥쿨링 운전이 종료된 이후에, 상기 냉동실 제상 히터에 전압이 인가되도록 하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 열전 소자가 갑작스런 극성전환에 의해 손상되는 것을 저감하기 위해, 상기 제 1 운전의 종료 시점과 상기 제 2 운전의 시작 시점 사이, 또는 상기 제 2 운전의 종료 시점과 상기 제 1 운전의 시작 시점 사이에, 전원 공급이 중단되는 휴지기가 주어지는 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어 방법.
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