JP5260535B2

JP5260535B2 - 冷凍サイクル装置及び冷蔵庫

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Publication number: JP5260535B2
Application number: JP2009536154A
Authority: JP
Inventors: ヨンリー，ムー; リュルリー，ミュン; ジンパーク，ジョン
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2027-11-02
Also published as: US8769975B2; EP2079971A2; CN101535745A; WO2008056913A3; US20100037650A1; EP2079971A4; WO2008056913A2; EP2079971B1; CN101535745B; KR100808180B1; JP2010509560A

Description

本発明は、冷凍サイクル装置及び冷蔵庫に関するもので、より詳細には、様々な温度帯域の冷気を安定的に発生させることができる冷凍サイクル装置及び該冷凍サイクル装置を採用して様々な温度帯域の冷気を発生させる冷却室が具現されるようにする冷蔵庫に関する。

一般に、冷凍サイクルとは、熱を冷体から吸収して熱体に送る熱力学的過程のサイクルのことをいい、このような冷凍サイクルをなす一般的な装置として最も基本的なものが、圧縮器、凝縮器、膨脹弁、そして蒸発器である。

圧縮器では冷媒を圧縮して高温高圧の機体状態として吐出し、該圧縮器から吐出された高温高圧状態の冷媒を凝縮して中温高圧または低温高圧の液体状態の冷媒とする過程が凝縮器で行われ、このような中温高圧または低温高圧の冷媒を膨脹弁で膨脹させて低温低圧の冷媒とし、このように膨脹された冷媒は蒸発器から蒸発されるが、この時、冷媒の温度と圧力はより低くなる。冷媒が蒸発しながら周辺の熱を奪うことで周辺空気が冷却される。

このように１サイクルを循環した冷媒は再び圧縮器に送られて圧縮され、上記のようなサイクルが繰り返し行われ、蒸発器では、周辺の熱を奪われて冷却された空気、すなわち、冷気が発生する。冷蔵庫ではこのような冷気をファンで吹き込んで冷却室内部を冷却させることとなる。

従来の冷蔵庫は冷凍室と冷蔵室が備えられ、上記のような冷凍サイクル装置を備えている。すなわち、冷凍室に蒸発器を設置して、冷凍室に必要な温度帯域に対する冷気を発生させ、冷蔵室は冷凍室の冷気の一部を供給して冷却する方式を取ってきたわけである。しかし、こうすると、冷蔵室の温度分布が非常に不均一になるだけでなく、冷蔵室に冷気を伝達するにつれて冷凍室の温度分布も不均一になるという問題につながる。

そこで、冷凍室と冷蔵室に対してそれぞれ独立した温度制御が可能であり、均一な温度分布を持たせる技術が要求されている。

なお、従来の冷蔵庫は、低い温度帯域の冷却室である冷凍室と、相対的に高い温度帯域の冷却室である冷蔵室しか備えておらず、このような従来の冷却室の概念から脱皮し、冷蔵室と冷凍室との中間温度帯域を持つ冷却室や、冷蔵室よりも高い温度帯域を持つ冷却室等、様々な温度帯域を持つ様々な冷却室を持つ冷蔵庫とし、消費者の欲求を満たすことのできる技術が要求されている。

本発明の目的は、様々な温度帯域を持つ複数の蒸発器が具現されるようにする冷凍サイクル装置及びそれら蒸発器によって様々な温度帯域への安定且つ均一な冷却が可能となるようにする複数の冷却室が具現されるようにする冷蔵庫を提供することにある。

また、複数の蒸発器のうち一部に対する個別の運転を可能にすることによって、エネルギー消費を低減し、かつ、庫内の精密な温度制御を可能にする冷凍サイクル装置及び冷蔵庫を提供することに目的がある。

また、庫内の冷却負荷に応じた適正な凝縮器を選択的に稼動できるようにすることによって、過度な凝縮損失を防ぎ、システムの効率を向上させるようにする冷凍サイクル装置及び冷蔵庫を提供することに目的がある。

本発明による冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮して吐出す圧縮器と、前記圧縮器から吐出された冷媒を凝縮する少なくとも一つの凝縮器を含む凝縮ユニットと、前記凝縮ユニットで凝縮された冷媒を分配する分配装置と、前記分配装置により分配された冷媒をそれぞれ蒸発させ、直列及び並列に連結されてそれぞれ異なる温度帯域の冷気を発生させる複数個の蒸発器を含む冷気発生ユニットと、を含む。

また、前記冷気発生ユニットは、前記分配装置から分配されたいずれか一方の冷媒を用いて冷気を発生させる第１冷気発生ユニットと、前記第１冷気発生ユニットに並列に連結されて、前記分配装置から分配されたいずれか他方の冷媒を用いて冷気を発生させ、前記第１冷気発生ユニットとの冷媒流動が選択的になされる第２冷気発生ユニットと、を含むことを特徴とする。

また、前記分配装置は、前記凝縮ユニットで凝縮された冷媒が前記第１冷気発生ユニット及び第２冷気発生ユニットに同時にまたは選択的に供給されるようにする弁装置を含むことを特徴とする。

また、前記第１冷気発生ユニットは、前記分配装置に連結されて冷媒が流動する第１冷媒流路と、前記第１冷媒流路に設置されて冷媒を膨脹させる第１膨脹装置と、前記第１膨脹装置で膨脹された冷媒を蒸発させてそれぞれ異なる温度帯域の冷気を発生させ、直列に連結される複数個の蒸発器を備える第１蒸発ユニットと、を含むことを特徴とする。

前記第２冷気発生ユニットは、前記分配装置に連結されて冷媒が流動する第２冷媒流路と、前記第２冷媒流路に設置されて冷媒を膨脹させる第２膨脹装置と、前記第２膨脹装置で膨脹された冷媒を蒸発させて冷気を発生させる蒸発器と、前記第１冷媒流路と前記第２冷媒流路とを連結し、前記第１冷媒流路と前記第２冷媒流路間の冷媒流動が選択的になされるようにする連結装置と、を含むことを特徴とする。

また、前記第２冷気発生ユニットは、前記分配装置に連結されて冷媒が流動する第２冷媒流路と、前記第２冷媒流路に設置されて冷媒を膨脹させる第２膨脹装置と、前記第２膨脹装置で膨脹された冷媒を蒸発させてそれぞれ異なる温度帯域の冷気を発生させ、直列に連結される複数個の蒸発器を備える第２蒸発ユニットと、前記第１冷媒流路と前記第２冷媒流路とを連結し、前記第１冷媒流路と前記第２冷媒流路間の冷媒流動が選択的になされるようにする連結装置と、を含むことを特徴とする。

また、前記第１蒸発ユニットは、冷媒を蒸発させて所定の温度帯域の冷気を発生させる第１帯域蒸発器と、前記第１帯域蒸発器を通過した冷媒を再び蒸発させて、前記第１帯域蒸発器の温度帯域よりも低い温度帯域の冷気を発生させる第２帯域蒸発器と、前記第１帯域蒸発器と前記第２帯域蒸発器との間に設置されて、前記第１帯域蒸発器を通過した冷媒を膨脹させて前記第２帯域蒸発器に流入するようにする中間膨脹装置と、を含むことを特徴とする。

また、前記第１蒸発ユニットは、前記第１帯域蒸発器及び前記第２帯域蒸発器のうち少なくとも一つに並列連結されて冷気を発生させる少なくとも一つの並列連結蒸発器をさらに含むことを特徴とする。

また、前記第１帯域蒸発器、前記第２帯域蒸発器及び前記少なくとも一つの並列連結蒸発器のうち少なくとも一つは、間冷式蒸発器を含むことを特徴とする。

また、前記凝縮ユニットは、前記第１冷気発生ユニットに供給される冷媒を凝縮する第１凝縮器と、前記第２冷気発生ユニットに供給される冷媒を凝縮する第２凝縮器と、を含むことを特徴とする。

また、前記凝縮ユニットは、前記圧縮器から吐出される冷媒が前記第１凝縮器と前記第２凝縮器とに分配して供給されるようにする分配弁をさらに含むことを特徴とする。

また、前記連結装置は、前記第１蒸発ユニットの後段部側と前記第２膨脹装置の後段部側とを連結して冷媒が流動するようにする連結管と、前記連結管を通じた冷媒の流動を制御する制御弁と、を含むことを特徴とする。

また、前記連結装置は、前記第１蒸発ユニットの複数個の蒸発器間と前記第２膨脹装置の後段部側とを連結して冷媒が流動するようにする連結管と、前記連結管を通じた冷媒の流動を制御する制御弁と、を含むことを特徴とする。

一方、本発明の他の形態による冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮して吐出す圧縮器と、前記圧縮器から吐出された冷媒を凝縮させる少なくとも一つの凝縮器を含む凝縮ユニットと、前記凝縮ユニットで凝縮された冷媒を用いて複数個の冷凍サイクル運転を同時にまたは選択的に行なうことによって様々な温度帯域に対する冷却がなされるようにする冷凍サイクルユニットと、を含む。

また、前記冷凍サイクルユニットは、前記凝縮ユニットで凝縮された冷媒を複数個の通路を通じて同時にまたは一部の通路にのみ選択的に送る分配装置と、前記分配装置により分配されたいずれか一方の冷媒により冷凍サイクル運転がなされる第１冷気発生ユニットと、前記分配装置により分配された他方の冷媒により他の冷凍サイクル運転がなされる第２冷気発生ユニットと、を含むことを特徴とする。

一方、本発明による冷蔵庫は、本体と、前記本体内部に設置され、冷媒を圧縮して吐出す圧縮器と、前記圧縮器から吐出された冷媒を凝縮させる凝縮ユニットと、前記凝縮ユニットで凝縮された冷媒を分配する分配装置と、前記分配装置から分配されたいずれか一方の冷媒を用いて冷気を発生させる第１冷気発生ユニットと、前記分配装置から分配された他方の冷媒を用いて冷気を発生させ、前記第１冷気発生ユニットに連結されて、前記第１冷気発生ユニットとの冷媒流動が選択的になされる第２冷気発生ユニットとを含む冷凍サイクル装置と、前記本体内部に備えられ、前記第１冷気発生ユニット及び前記第２冷気発生ユニットにより具現されて、それぞれ異なる温度帯域の冷気による冷却がなされる複数個の冷却室と、を含む。

また、前記第１冷気発生ユニットは、直列に連結されてそれぞれ異なる温度帯域の冷気を発生する複数個の蒸発器を含み、前記複数個の冷却室のうち一部は前記第１冷気発生ユニットに含まれる複数個の蒸発器によりそれぞれ具現されて、異なる温度帯域の冷気によりそれぞれ冷却がなされる複数個の冷却貯蔵室を含むことを特徴とする。

また、前記第１冷気発生ユニットは直列に連結されてそれぞれ異なる温度帯域の冷気を発生する複数個の蒸発器を含み、前記複数個の冷却室のうち一つは、その冷却室内部にそれぞれ区画して設けられ、前記第１冷気発生ユニットに含まれる複数個の蒸発器によりそれぞれ具現されて、異なる温度帯域の冷気によりそれぞれ冷却がなされる複数個の区画された冷却空間を含むことを特徴とする。

また、前記第２冷気発生ユニットは冷気を発生する蒸発器を含み、前記複数個の冷却室のうち他の一部は、前記第２冷気発生ユニットの蒸発器により冷却がなされる冷却貯蔵室を含むことを特徴とする。

また、前記第２冷気発生ユニットは、直列に連結されてそれぞれ異なる温度帯域の冷気を発生させる複数個の蒸発器を含み、前記複数個の冷却室のうち他の一部は、前記第２冷気発生ユニットに含まれる複数個の蒸発器によりそれぞれ具現されて、異なる温度帯域の冷気によりそれぞれ冷却がなされる複数個の冷却貯蔵室を含むことを特徴とする。

また、前記複数個の冷却室のうち一部は、前記第１冷気発生ユニットまたは前記第２冷気発生ユニットに含まれる少なくとも一つの直冷式蒸発器により具現される直冷式冷却室を含むことを特徴とする。

本発明による冷凍サイクル装置及び冷蔵庫は、様々な温度帯域を持つ複数の蒸発器を具現でき、よって、様々な温度帯域の冷却が可能な冷却室の具現が可能となり、消費者の様々な欲求を満たすことができ、それぞれの冷却室が独立して蒸発器を使用するので庫内の湿度維持及び精密温度制御において非常に有利である他、個別運転が可能なためエネルギー消費を低減させることができる。

また、各庫内の負荷に応じて適正凝縮手段を選択的に使用することができるため、過度な凝縮損失を防止し、システムの効率を向上させることができる。

本発明による冷蔵庫の一実施例を示す図である。本発明による冷蔵庫の他の実施例を示す図である。本発明による冷凍サイクル装置の様々な実施例を示す図である。本発明による冷凍サイクル装置の様々な実施例を示す図である。本発明による冷凍サイクル装置の様々な実施例を示す図である。本発明による冷凍サイクル装置の様々な実施例を示す図である。本発明による冷凍サイクル装置の様々な実施例を示す図である。本発明による冷凍サイクル装置の様々な実施例を示す図である。本発明の冷凍サイクル装置による冷凍サイクルを示すＰ−ｈ線図である。

本発明による冷凍サイクル装置及び冷蔵庫の好適な実施例を、添付の図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明による冷蔵庫の一実施例を示す図であり、図２は、本発明による冷蔵庫の他の実施例を示す図である。図３〜図８は、本発明による冷凍サイクル装置の様々な実施例を示す図であり、図９は、本発明の冷凍サイクル装置による冷凍サイクルを示すＰ−ｈ線図である。

図１に示すように、本発明による冷蔵庫は、全体外観を形成する本体６００と、本体６００内部の一側上部に設けられる第１冷却室６１０と、本体６００内部の一側下部に設けられる第２冷却室６２０と、本体６００内部の他側上部に設けられる第３冷却室６３０と、本体６００内部の他側下部に設けられる第４冷却室６４０と、を備える。そして、各冷却室６１０，６２０，６３０，６４０を開閉するドア７１０，７２０，７３０，７４０がそれぞれ取り付けられる。

図１に示す冷蔵庫は、各冷却室６１０，６２０，６３０，６４０がそれぞれ異なる温度帯域の冷気により冷却される特徴があり、特に、図１では、第１冷却室６１０、第３冷却室６３０、そして第４冷却室６４０は一般的な間冷式冷却室とし、第２冷却室６２０は直冷式冷却室としてキムチ冷蔵庫の貯蔵室として機能する例を示している。

上記のような冷却室の様々な温度帯域に応じて冷気を発生させるための冷凍サイクル装置については後述する。

一方、図１は、異なる温度帯域の冷却室がそれぞれ独立して備えられた場合としたが、図２に示すように、二つの冷却室が設けられ、その冷却室内部に区画された冷却空間がそれぞれ独立して設けられるようにすることによって、図１に示すように各温度帯域ごとに独立して冷却室を具現する例と略同様の効果を得ることができる。

すなわち、図２に示すように、本発明の他の実施例による冷蔵庫は、本体６００と、本体内部の一側に設けられる第１冷却室６１０と、本体内部の他側に設けられる第３冷却室６３０と、を含み、第１冷却室６１０を開閉するドア７１０と、第３冷却室６３０を開閉するドア７３０がそれぞれ取り付けられる。また、第１冷却室６１０は、その内部の一側に区画して形成される第１冷却空間６１１と、第１冷却室６１０の内部他側に区画して形成される第２冷却空間６１２と、を備える。

第１冷却空間６１１と第２冷却空間６１２、そして第３冷却室６３０はそれぞれ異なる温度帯域を持つ冷気により冷却される。

以下、上記のような様々な温度帯域の冷気を発生させる冷凍サイクル装置について図３〜図８を参照して説明する。

図３に示すように、本発明による冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮して吐出す圧縮器１００と、圧縮器１００に連結されて、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮ユニット２００と、凝縮ユニット２００を通過した冷媒を、第１冷媒流路４１０及び第２冷媒流路５１０に分配する分配装置３００と、第１冷媒流路４１０と第２冷媒流路５１０上で互いに直列及び並列に連結されて、それぞれ異なる温度帯域の冷気を発生させる複数個の蒸発器４３１，４３２，５３０を含む冷気発生ユニット４００，５００と、を含んでなる。

圧縮器１００は、様々な冷凍負荷によって冷力を可変できるように圧縮する冷媒の量を調節できる容量可変圧縮器を使用しても良いが、定速型圧縮器を使用しても良い。定速型圧縮器を使用する場合には、一定量の冷媒が吐出されるので、冷力の可変のためには分配装置３００や各種膨脹装置や弁などを調節して冷力を可変すれば良い。

分配装置３００は、凝縮ユニット２００からの凝縮された冷媒を第１冷媒流路４１０と第２冷媒流路５１０とにそれぞれ分配する装置で、３方弁（3-way valve）などで構成されることができる。

冷気発生ユニット４００，５００は、第１冷気発生ユニット４００と第２冷気発生ユニット５００とを含む。第１冷気発生ユニット４００は、第１冷媒流路４１０と、第１冷媒流路４１０上に設置されて冷媒を膨脹させる第１膨脹装置４２０と、第１膨脹装置４２０で膨脹された冷媒を蒸発させてそれぞれ異なる温度帯域の冷気を発生させる第１蒸発ユニット４３０と、を含んでなる。

第１蒸発ユニット４３０は、第１膨脹装置４２０で膨脹された冷媒を一次的に蒸発させて冷気を発生する第１帯域蒸発器４３１と、第１帯域蒸発器４３１で蒸発された冷媒を再度膨脹させる中間膨脹装置４３３と、中間膨脹装置４３３で膨脹された冷媒を蒸発させて冷気を発生させる第２帯域蒸発器４３２と、を含んで構成される。

一方、第２冷気発生ユニット５００は、第２冷媒流路５１０と、第２冷媒流路５１０上に設置されて冷媒を膨脹させる第２膨脹装置５２０と、第２膨脹装置５２０で膨脹された冷媒を蒸発させて冷気を発生する蒸発器５３０と、第２冷媒流路５１０と第１冷媒流路４１０とを連結させて冷媒が選択的に流動できるようにすることによって、第１蒸発ユニット４３０を通過する冷媒と第２冷媒流路に流れる冷媒との圧力差を減らし、第１蒸発ユニット４３０を通過した冷媒の過熱度を調整できるようにする連結装置５４０と、を含んでなる。

この第１冷気発生ユニット４００及び第２冷気発生ユニット５００は、互いに異なる温度帯域の冷気を発生するが、本明細書では、第１冷気発生ユニット４００の冷気の温度帯域が第２冷気発生ユニット５００の冷気の温度帯域よりも高い場合について説明する。

次に、図３に示す冷凍サイクル装置の冷気発生メカニズムについて図９を参照して説明する。

まず、図９のＰ−ｈ線図において、１→２過程は圧縮器１００で冷媒を圧縮する過程を、２→３→４過程は凝縮ユニット２００で冷媒の凝縮がなされる過程を、４→Ｒ１１過程は第１膨脹装置４２０で冷媒が膨脹される過程を、４→５過程は第２膨脹装置５２０で冷媒が膨脹される過程を、表す。

なお、Ｒ１１→Ｒ１２過程は第１帯域蒸発器４３１で冷媒が蒸発しつつ冷気を発生させる過程を表し、Ｒ１２→Ｒ２１過程は中間膨脹装置４３３で冷媒が膨脹されて、圧力が降下する過程を表す。Ｒ２１→Ｒ２２過程は第２帯域蒸発器４３２で冷媒が蒸発しつつ冷気を発生させる過程を表す。

一方、５→１過程は第２冷気発生ユニット５００の蒸発器５３０で冷媒が蒸発しつつ冷気を発生させる過程を表す。

すなわち、第２冷気発生ユニット５００による冷凍サイクルは、１→２→３→４→５→１の過程でサイクルが進行し、第１冷気発生ユニット４００による冷凍サイクルは、Ｒ２２→２→３→４→Ｒ１１→Ｒ１２→Ｒ２１→Ｒ２２の過程でサイクルが進行する。

図３に示すように、第１冷気発生ユニット４００の冷気の温度帯域がより高いため、第１膨脹装置４２０の長さが第２膨脹装置５２０の長さよりも短く設けられる。したがって、膨脹装置における冷媒の圧力降下は、第１膨脹装置４２０に比べて第２膨脹装置５２０でより大きく発生する。したがって、第２膨脹装置５２０を通過した冷媒は低温低圧状態の液冷媒であり、この液冷媒が蒸発器５３０を通過しながら蒸発しつつ周辺の熱を奪い、冷却がなされる。この時、冷気の温度は、略−１５℃〜−３０℃となる。これは、図９のグラフ上で５→１の過程に該当する。

一方、第１膨脹装置４２０を通過した冷媒は一次的に第１帯域蒸発器４３１を通過しながら蒸発して冷気を発生させるが、図９のグラフ上で確認できるように、圧力降下が完全になされていない状態で第１帯域蒸発器４３１を通過するため、液冷媒のままに残っている冷媒の量が多く、これは、蒸発により周辺から奪う熱が第２冷気発生ユニット５００の場合よりも少ないために相対的に高い温度帯域を具現するということを意味する。第１帯域蒸発器４３１では略５℃〜−１℃の温度帯域を持つ。これは、図９のグラフ上でＲ１１→Ｒ１２の過程に該当する。

第１帯域蒸発器４３１を通過した冷媒は再び中間膨脹装置４３３を通過しながら冷媒を膨脹させ、これは、Ｒ１２→Ｒ２１の過程に該当する。このように膨脹された冷媒は、第２帯域蒸発器４３２を通過しながら蒸発して冷気を発生させるが、略−１℃〜−７℃の温度帯域の冷気を発生させる。これは、図９のグラフ上のＲ２１→Ｒ２２に該当する。

第１冷気発生ユニット４００と第２冷気発生ユニット５００を通過した冷媒は再度圧縮器１００に流入し、次のサイクルが進行される。この時、第２冷気発生ユニット５００を通過した冷媒の圧力が第１冷気発生ユニット４００を通過した冷媒の圧力よりも低いため、第１冷気発生ユニット４００を通過した冷媒が、第２冷気発生ユニット５００側に逆流する恐れがある。そこで、第２冷気発生ユニット５００の後段部側にはチェック弁５５０を設置し、冷媒の逆流を防止できるようにする。

ところが、上記のようにチェック弁５５０を設置すると、冷媒が第２冷気発生ユニット５００側に逆流することを防止することはできるが、第２冷気発生ユニット５００を通過した冷媒が圧力差によって圧縮器１００に流入されないという問題は解決できない。したがって、このような圧力差を減らし、圧縮器への冷媒復帰が完全になされるようにすべく、第２冷気発生ユニット５００側と第１冷気発生ユニット４００側とを連結する連結装置５４０を備える。

連結装置５４０は、図３に示すように、第２冷媒流路５１０と第１冷媒流路４１０とを連結するもので、第２冷媒流路５１０の第２膨脹装置５２０後段部側と第１冷媒流路４１０の第２帯域蒸発器４３２の後段部側とを連結する連結管５４１と、連結管５４１上に設置されて、冷媒の流動を制御する制御弁５４２と、を含んでなる。

したがって、図９のグラフ上に示すように、冷媒の圧力降下が十分になされず、Ｒ２'１→Ｒ２'２過程が発生すると、第１冷気発生ユニット４００と第２冷気発生ユニット５００間の圧力差が大きく発生するから、制御弁５４２を開いて圧力差を減らし、冷媒の循環を円滑にする。

また、第１冷気発生ユニット４００を通過した冷媒の温度と、第２冷気発生ユニット５００を通過した冷媒の温度間に大きな差が出ることがあるが、すなわち、冷媒の過熱度が大きく表れる場合があるが、これは、第１冷気発生ユニット４００で発生する冷気の温度が、第２冷気発生ユニット５００で発生する冷気の温度よりも高いためである。このように過熱度が大きい場合には、圧縮器１００に復帰する冷媒が気体状態ではなく液体状態に相変化する可能性が大きく、好ましくない。

このような場合には、制御弁５４２を開き、第１冷気発生ユニット４００を通過した冷媒を、第２冷気発生ユニット５００にも流入させることによって、すなわち、第１冷気発生ユニット４００を通過した冷媒を連結管５４１を通して第２冷媒流路５１０へとバイパスさせることによって、過熱度の問題を解決することができる。

一方、図４に示す本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置は、連結装置５４０が異なる以外は、図３に示す冷凍サイクル装置と実質的に同一な構成と作用効果を有する。したがって、連結装置についてのみ説明し、その他共通する部分についての説明は省略する。

図４に示す実施例による冷凍サイクル装置の連結装置５４０は、第２冷媒流路５１０の第２膨脹装置５２０の後段部側と、第１冷媒流路４１０の中間膨脹弁４３３と第２帯域蒸発器４３２間側とを連結する連結管５４１と、連結管５４１上に設置されて、冷媒の流動を制御する制御弁５４２と、を含んでなる。

図４に示す連結装置５４０は、第２帯域蒸発器４３２で冷媒の蒸発が十分になされず、発生する冷気の温度が必要な分だけ形成されない場合、制御弁５４２を開き、第２帯域蒸発器４３２に流入する冷媒の圧力をより下げることによって蒸発が円滑になされるようにし、必要な温度帯域が形成されるようにする。

一方、図３及び図４では、連結装置５４０が第２帯域蒸発器４３２を通過する前の冷媒、または第２帯域蒸発器４３２を通過した後の冷媒がそれぞれ第２冷媒流路５１０へと流動できるようにする構成について示したが、これに限定されず、第２帯域蒸発器４３２の前と後に同時に連結される連結装置を設置し、第２帯域蒸発器４３２の前後両方で冷媒の圧力と温度を調節しても良い。この場合には、第２帯域蒸発器４３２前の冷媒流動を制御する制御弁、及び第２帯域蒸発器４３後の冷媒流動を制御する制御弁を両方備え、運転環境に応じて制御弁を適宜作動させることが好ましい。

図３及び図４に示す本発明による冷凍サイクル装置は、凝縮ユニット２００から分配される冷媒を用いてそれぞれ異なる温度帯域の冷気を発生させる第１冷気発生ユニット４００と第２冷気発生ユニット５００が互いに並列に連結される特徴があり、また、第１冷気発生ユニット４００も二つの蒸発器を直列に連結し、冷媒の段階的膨脹及び蒸発によってそれぞれ異なる温度帯域の冷気を発生させることによって、高い温度帯域、中間温度帯域、そして低い温度帯域の様々な温度帯域を持つ冷気を発生させることができる特徴があり、このような冷凍サイクル装置を用いて、図１及び図２に示すような様々な温度帯域の冷却室を持つ冷蔵庫を具現できる。

すなわち、図３及び図４に示すように、本発明による冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮して吐出す圧縮器１００と、圧縮器から吐出された冷媒を凝縮させる少なくとも一つの凝縮器を含む凝縮ユニット２００と、凝縮ユニットで凝縮された冷媒を用いて複数個の冷凍サイクル運転を同時にまたは選択的に行なうことによって様々な温度帯域に対する冷却がなされるようにする冷凍サイクルユニットと、を含むことによって、一つの冷凍サイクル装置で複数個の冷凍サイクルが具現されるようにし、それら複数個の冷凍サイクルを同時に全て駆動したり、その一部のサイクルを選択的に駆動できるようにすることによって様々な温度帯域の冷気を同時にまたは選択的に発生可能にする特徴がある。ここで、冷凍サイクルユニットは、分配装置３００と冷気発生ユニット４００，５００などを含む概念である。

一方、図３及び図４に示す実施例では、第１冷気発生ユニット４００に２個の蒸発器を直列に連結して設置し、第２冷気発生ユニット５００には一つの蒸発器を設置した構成について示したが、第１冷気発生ユニット４００に３個の蒸発器を設置したり４個の蒸発器を設置する等、３個以上の蒸発器を直列に連結することでより様々な温度帯域の冷却を可能にし、また、第２冷気発生ユニット５００にも同様に、複数の蒸発器を直列に連結することで様々な温度帯域の冷却を可能にすることもできる。第２冷気発生ユニット５００に複数の蒸発器を直列に連結する構成は図５及び図６に示されており、それについては後述する。

そして、分配装置３００で第１冷媒流路４１０と第２冷媒流路５１０の２部分に分配することに限定されず、第１冷媒流路、第２冷媒流路、そして第３冷媒流路の３部分に冷媒を分配し、それぞれの冷媒流路上にそれぞれ直列及び並列に連結される蒸発器を設置することも可能であり、冷媒流路を３部分以上とし、それぞれに冷媒を分配し、多数の蒸発器を駆動することも可能である。

また、それぞれの蒸発器と並列に連結される別の蒸発器を設置することも可能であり、それらの蒸発器の一部は間冷式蒸発器とし、他の一部は直冷式蒸発器とすることで、一般的な冷却室やキムチ冷蔵庫の冷却室として具現させることも可能である。図１に示す第２冷却室６２０は、直冷式蒸発器を用いてキムチ冷蔵庫の冷却室を具現したものである。

一方、図３及び図４に示す未説明符号Ｆは、凝縮ユニット２００と各蒸発器に設置されたファンで、熱交換がなされるように送風を行なう装置である。それ以降の図面に示すＦもいずれもこのようなファンを表す。

図５に示すように本発明のさらに他の実施例による冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮して吐出す圧縮器１００と、圧縮器１００に連結されて、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮ユニット２００と、凝縮ユニット２００を通過した冷媒を第１冷媒流路４１０及び第２冷媒流路５１０に分配する分配装置３００と、第１冷媒流路４１０と第２冷媒流路５１０上で互いに直列及び並列に連結されて、それぞれ異なる温度帯域の冷気を発生させる複数個の蒸発器４３１，４３２，５３１，５３２を含む冷気発生ユニット４００，５００と、を含んでなる。

圧縮器１００と分配装置３００は、図３及び図４で説明した通りであるので、その説明は省略する。

冷気発生ユニット４００，５００は、第１冷気発生ユニット４００と第２冷気発生ユニット５００とを含む。第１冷気発生ユニット４００は、第１冷媒流路４１０と、第１冷媒流路４１０上に設置されて冷媒を膨脹させる第１膨脹装置４２０と、第１膨脹装置４２０で膨脹された冷媒を蒸発させて、それぞれ異なる温度帯域の冷気を発生させる第１蒸発ユニット４３０と、を含んでなり、第１蒸発ユニット４３０は、第１膨脹装置４２０で膨脹された冷媒を一次的に蒸発させて冷気を発生させる第１帯域蒸発器４３１と、第１帯域蒸発器４３１で蒸発された冷媒を再度膨脹させる第１中間膨脹装置４３３と、中間膨脹装置４３３で膨脹された冷媒を蒸発させて冷気を発生させる第２帯域蒸発器４３２と、を含んで構成される。

一方、第２冷気発生ユニット５００は、第２冷媒流路５１０と、第２冷媒流路５１０上に設置されて冷媒を膨脹させる第２膨脹装置５２０と、第２膨脹装置５２０で膨脹された冷媒を蒸発させて、それぞれ異なる温度帯域の冷気を発生させる第２蒸発ユニット５３０と、を含んでなり、第２蒸発ユニット５３０は、第２膨脹装置５２０で膨脹された冷媒を一次的に蒸発させて冷気を発生させる第３帯域蒸発器５３１と、第３帯域蒸発器５３１で蒸発された冷媒を再度膨脹させる第２中間膨脹装置５３３と、第２中間膨脹装置５３３で膨脹された冷媒を蒸発させて冷気を発生させる第４帯域蒸発器５３２と、第１蒸発ユニット４３０を通過する冷媒と第２冷媒流路５１０に流れる冷媒との圧力差を減らし、第１蒸発ユニット４３０の過熱度を調節できるようにする連結装置５４０と、を含んでなる。

連結装置５４０は、図５に示すように、連結管５４１と、連結管５４１を開閉して冷媒の流動を制御する制御弁と、を含んで構成され、第１制御弁５４２ａと第２制御弁５４２ｂのうち少なくとも一つを備えるように構成されることができる。この制御弁の機能は、図３及び図４で説明された通りであるので、その具体的な説明は省略する。

一方、図５に示す冷凍サイクル装置の第１冷気発生ユニット４００と第２冷気発生ユニット５００は互いに並列に連結され、第１冷気発生ユニット４００は、第１帯域蒸発器４３１と第２帯域蒸発器４３２が直列に連結され、第２冷気発生ユニット５００の第３帯域蒸発器５３１と第４帯域蒸発器５３２も直列に連結され、４個の蒸発器がそれぞれ異なる温度帯域の冷気を発生させるように構成することができる。

第１冷気発生ユニット４００の冷気の発生メカニズムは、図３及び図４で説明された通りであり、第２冷気発生ユニット５００の冷気発生メカニズムもそれと実質的に同一であるので、その具体的な説明は省略する。

一方、図６に示す本発明のさらに他の実施例による冷凍サイクル装置は、第１冷気発生ユニット４００において、第１帯域蒸発器４３１と並列に連結される第１並列連結蒸発器４３４と、第２帯域蒸発器４３２と並列に連結される第２並列連結蒸発器４３５と、をさらに含んで構成される。

第１並列連結蒸発器４３４及び第２並列連結蒸発器４３５はそれぞれ、第１帯域蒸発器４３１及び第２帯域蒸発器４３２と略同じ状態の冷媒が流入して蒸発がなされるため、第１帯域蒸発器４３１と第１並列連結蒸発器４３４は略同一の温度帯域の冷気を発生させ、第２帯域蒸発器４３２と第２並列連結蒸発器４３５も略同一の温度帯域の冷気を発生させる。図６では、第１並列連結蒸発器４３４を直冷式蒸発器とし、第２並列連結蒸発器４３５は間冷式蒸発器とした例を示した。

上記した以外は、図５に示す冷凍サイクル装置と実質的に同一なので、その具体的説明は省略する。

一方、図７及び図８に示す本発明のさらに他の実施例は、凝縮ユニットにおいて凝縮器が複数個構成された場合を示している。すなわち、図７及び図８に示す実施例において、蒸発器は、図３〜図６で説明した通りであるので、その具体的説明は省略し、複数個の凝縮器を備える凝縮ユニットについて重点的に説明する。

図７に示すように、冷凍サイクル装置は、圧縮器１００と、複数個の凝縮器（第１凝縮器２１０及び第２凝縮器２２０）を備える凝縮ユニット２００と、を含み、圧縮器１００と凝縮ユニット２００との間には分配弁３１０が設置される。分配弁３１０は、圧縮器１００から吐出される冷媒がそれぞれ第１凝縮器２１０と第２凝縮器２２０とに流入するように冷媒を分配する装置で、３方弁（3-way valve）などで具現可能である。

第１凝縮器２１０と第２凝縮器２２０はそれぞれ、第１冷気発生ユニット４００と第２冷気発生ユニット５００とに流入する冷媒を凝縮し、よって、第１凝縮器２１０の大きさと第２凝縮器２２０の大きさは異ならせることができる。

図９には、第１凝縮器と第２凝縮器によってそれぞれの蒸発器負荷に合う適正凝縮がなされるようにする冷凍サイクル装置のＰ−ｈ線図を示す。

すなわち、図７に示す各凝縮器２１０，２２０の使用によって、図９に示すＰ−ｈ線図に示すように、いずれか一つの凝縮器を使用する場合または複数個の凝縮器を全部使用する場合によって、冷凍サイクルを循環する冷媒が凝縮ユニットで放熱する量を異ならせることができる。すなわち、凝縮効率を蒸発器の大きさなどの負荷に合わせて調節して駆動することができる。ここで、放熱量は、２ａ→３ａ→４ａまたは２ｂ→３ｂ→４ｂ過程の長さによって変わる。放熱量が大きいということは、凝縮される冷媒の量が多いということを意味する。

図９に示すように、冷凍サイクル装置の一部の蒸発器を駆動する場合、放熱量は２ａ→３ａ→４ａの過程に進行し、駆動される蒸発器が多くなってより多くの冷媒の凝縮が必要な場合には、冷媒が２ｂ→３ｂ→４ｂの過程に進行する。ここで、２ａ→３ａ→４ａの過程と２ｂ→３ｂ→４ｂの過程はそれぞれ、圧縮器の容量の可変による吐出冷媒の圧力が異なる場合を前提とする。すなわち、各蒸発器における蒸発器負荷に応じて適宜の冷凍サイクルを選択的に具現することができる。

したがって、第１冷気発生ユニット４００や第２冷気発生ユニット５００のいずれか一つのみを運転する場合、それに合う凝縮器を選択的に使用することができ、一つの大きい凝縮器のみを使用する場合に比べて凝縮損失を大幅に低減でき、また、第１冷気発生ユニット４００と第２冷気発生ユニット５００の両方とも稼動する場合には、これら両凝縮器を全て使用することによって凝縮効率を高めることができ、システムの全体効率を向上させることができる。

図７に示す冷凍サイクルでは、第１凝縮器２１０と第２凝縮器２２０がそれぞれの配管２１１，２２１が合流して一つの共通配管２３０として分配装置３００に連結されるため、互いに凝縮容量の異なる第１凝縮器２１０と第２凝縮器２２０を同時に使用するよりは、順次に使用することが好ましい。

この場合、分配装置３００は各凝縮器の容量に応じて第１冷媒流路４１０または第２冷媒流路５１０へ冷媒が分配されるように方向を切り換える必要がある。したがって、方向切換の可能な装置、例えば、３方弁のような装置で分配装置を具現する必要がある。

一方、図８では、第１凝縮器２１０と第２凝縮器２２０のそれぞれの個別配管２１１，２２１が分配装置３００と直接連結されて、それぞれ第１冷媒流路４１０及び第２冷媒流路５１０と連結される構成を取る。本実施例では、分配装置３００が第１凝縮器２１０及び第２凝縮器２２０を通過した冷媒の方向を切り換える必要がなく、第１凝縮器２１０の個別配管２１１と第１冷媒流路４１０との連結を断続したり、第２凝縮器２２０の個別配管２２１と第２冷媒流路５１０との連結を断続するようにすればよい。

図８に示す実施例による冷凍サイクル装置は、上記のような凝縮器、分配装置及び配管の構成以外は、図７に示す実施例による冷凍サイクル装置と実質的に同一なため、その具体的な説明は省略する。

一方、図７及び図８では凝縮器が２つ備えられた凝縮ユニット２００を例示したが、これに限定されず、２つ以上の凝縮器を備えた凝縮ユニットを用いて冷凍サイクルを具現することも可能である。

本発明による冷凍サイクル装置及び冷蔵庫は、様々な温度帯域を持つ複数の蒸発器を備えることができ、よって、様々な温度帯域の冷却が可能な冷却室を具現できるため、消費者の様々な欲求を満たすことができる他、それぞれの冷却室が独立して蒸発器を使用することから、庫内の湿度維持及び精密温度制御において非常に有利であるとともに、個別の運転が可能なためエネルギー消費を低減できるという産業上の利用可能性を持つ。

Claims

冷媒を圧縮して吐出する圧縮器と、
前記圧縮器から吐出された冷媒を凝縮する少なくとも一つの凝縮器を含む凝縮ユニットと、
前記凝縮ユニットで凝縮された冷媒を分配する分配装置と、
前記分配装置により分配された冷媒をそれぞれ蒸発させ、直列及び並列に連結されてそれぞれ異なる温度帯域の冷気を発生させる複数個の蒸発器を含む冷気発生ユニットと、を含んで、
前記冷気発生ユニットは、
前記分配装置から分配されたいずれか一方の冷媒を用いて冷気を発生させる第１冷気発生ユニットと、
前記第１冷気発生ユニットに並列に連結されて、前記分配装置から分配されたいずれか他方の冷媒を用いて冷気を発生させ、前記第１冷気発生ユニットとの冷媒流動が選択的になされる第２冷気発生ユニットと、
前記本体内部に備えられ、前記第１冷気発生ユニット及び前記第２冷気発生ユニットにより具現されて、それぞれ異なる温度帯域の冷気による冷却がなされる複数個の冷却室と、を含んで、
前記第１冷気発生ユニットは、
前記分配装置に連結されて冷媒が流動する第１冷媒流路と、
前記第１冷媒流路に設置されて冷媒を膨脹させる第１膨脹装置と、
前記第１膨脹装置で膨脹された冷媒を蒸発させてそれぞれ異なる温度帯域の冷気を発生させ、直列に連結される複数個の蒸発器を備える第１蒸発ユニットと、を含んで、
前記第２冷気発生ユニットは、
前記分配装置に連結されて冷媒が流動する第２冷媒流路と、
前記第２冷媒流路に設置されて冷媒を膨脹させる第２膨脹装置と、
前記第２膨脹装置で膨脹された冷媒を蒸発させて冷気を発生させる一個以上の蒸発器を備える第２蒸発ユニットと、
前記第１冷媒流路と前記第２冷媒流路とを連結し、前記第１冷媒流路と前記第２冷媒流路間の冷媒流動が選択的になされるようにして、前記第１蒸発ユニットを通過する冷媒と前記第２冷媒流路に流れる冷媒との圧力差を減らし、前記第１蒸発ユニットの過熱度を調節できるようにする連結装置と、を含んで、
前記連結装置は、
前記第１蒸発ユニットの後段部側と前記第２膨脹装置の後段部側とを連結して冷媒が流動するようにする連結管と、
前記連結管を通じた冷媒の流動を制御する制御弁と、を含み、
前記第１膨脹装置の長さは前記第２膨脹装置の長さよりも短く設けられ、膨脹装置における冷媒の圧力降下は、前記第１膨脹装置に比べて前記第２膨脹装置でより大きく発生する、冷凍サイクル装置。
冷媒を圧縮して吐出する圧縮器と、
前記圧縮器から吐出された冷媒を凝縮する少なくとも一つの凝縮器を含む凝縮ユニットと、
前記凝縮ユニットで凝縮された冷媒を分配する分配装置と、
前記分配装置により分配された冷媒をそれぞれ蒸発させ、直列及び並列に連結されてそれぞれ異なる温度帯域の冷気を発生させる複数個の蒸発器を含む冷気発生ユニットと、を含んで、
前記冷気発生ユニットは、
前記分配装置から分配されたいずれか一方の冷媒を用いて冷気を発生させる第１冷気発生ユニットと、
前記第１冷気発生ユニットに並列に連結されて、前記分配装置から分配されたいずれか他方の冷媒を用いて冷気を発生させ、前記第１冷気発生ユニットとの冷媒流動が選択的になされる第２冷気発生ユニットと、
前記本体内部に備えられ、前記第１冷気発生ユニット及び前記第２冷気発生ユニットにより具現されて、それぞれ異なる温度帯域の冷気による冷却がなされる複数個の冷却室と、を含んで、
前記第１冷気発生ユニットは、
前記分配装置に連結されて冷媒が流動する第１冷媒流路と、
前記第１冷媒流路に設置されて冷媒を膨脹させる第１膨脹装置と、
前記第１膨脹装置で膨脹された冷媒を蒸発させてそれぞれ異なる温度帯域の冷気を発生させ、直列に連結される複数個の蒸発器を備える第１蒸発ユニットと、を含んで、
前記第２冷気発生ユニットは、
前記分配装置に連結されて冷媒が流動する第２冷媒流路と、
前記第２冷媒流路に設置されて冷媒を膨脹させる第２膨脹装置と、
前記第２膨脹装置で膨脹された冷媒を蒸発させて冷気を発生させる一個以上の蒸発器を備える第２蒸発ユニットと、
前記第１冷媒流路と前記第２冷媒流路とを連結し、前記第１冷媒流路と前記第２冷媒流路間の冷媒流動が選択的になされるようにして、前記第１蒸発ユニットを通過する冷媒と前記第２冷媒流路に流れる冷媒との圧力差を減らし、前記第１蒸発ユニットの過熱度を調節できるようにする連結装置と、を含んで、
前記連結装置は、
前記第１蒸発ユニットの複数個の蒸発器間と前記第２膨脹装置の後段部側とを連結して冷媒が流動するようにする連結管と、
前記連結管を通じた冷媒の流動を制御する制御弁と、
を含み、
前記第１膨脹装置の長さは前記第２膨脹装置の長さよりも短く設けられ、膨脹装置における冷媒の圧力降下は、前記第１膨脹装置に比べて前記第２膨脹装置でより大きく発生する、冷凍サイクル装置。