KR100209650B1 - 냉장고의 급속동결운전방법 - Google Patents

Abstract

급속동결운전시 외부온도의 저하로 인하여 증발온도가 급속하게 감온되면 냉동실 팬을 동작시켜 증발온도를 상승시킴으로써 압축기 오일과 냉매가 분리되는 현상을 방지함은 물론, 이에 따라 오일이 증발기내에 정체되지 않고 원활하게 순환되도록 하여 압축기의 손상을 미연에 방지할 수 있도록 한 냉장고의 급속동결운전방법에 관한 것으로서, 이를 위한 본 발명은 급속동결운전모드의 인가시 급동실(6)로만 냉기를 공급하는 단계와; 상기 급동실(6)로만 냉기가 공급될 때 증발기(10)의 증발온도를 일정시간 간격으로 센싱하는 단계와; 상기 센싱된 증발온도가 설정된 온도보다 높을 경우 냉기를 계속해서 급동실(6)로만 공급하고, 센싱된 온도가 설정된 온도보다 낮을 경우 급동실(6)과 냉동실(2)로 냉기를 동시에 공급하는 단계를 순차적으로 행하도록 한 것이다.

Description

냉장고의 급속동결운전방법

본 발명은 냉장고에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 급속동결운전시 외부온도의 저하로 인하여 증발온도가 급속하게 감온되면 냉동실 팬을 동작시켜 증발온도를 상승시킴으로써 압축기 오일과 냉매가 분리되는 현상을 방지함은 물론, 이에 따라 오일이 증발기내에 정체되지 않고 원활하게 순환되도록 하여 압축기의 손상을 미연에 방지할 수 있도록 한 냉장고의 급속동결운전방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고는 냉매가 압축 ― 응축 ― 증발하는 냉동사이클을 반복적으로 행함에 따라 고내를 저온화시켜 음식물을 장기간동안 신선하게 보관할 수 있도록 한 제품으로서, 요식업소뿐만 아니라 일반 가정에서도 필수적으로 사용되고 있다.

이와 같은 냉장고의 냉동사이클 과정을 살펴보면, 압축기(Compressor)에 의해 저온, 저압상태의 가스냉매를 단열압축하여 고온 고압가스상태로 변환한후 응축기(Condenser)로 보내지면, 응축기에서는 고온, 고압가스상태의 냉매가 외부공기에 의해 냉각 응축되어 온도 : 40℃, 압력 : 9atm의 액체상태가 되며, 이러한 고압 액체상태의 냉매가 다른부분의 냉매관 직경에 비해 상대적으로 좁은 모세관(Capillary tube)을 통과하면서 저온저압의 냉매로 감압된다.

다음 상기 모세관에 의해 감압된 냉매가 증발기(Evaporator)로 유입되어 저압상태(0 atm이하)에서 낮은온도(-30℃)로 증발함에 따라 고내의 더운 공기를 흡수하여 이를 차가운 공기로 전환시키는 반복적인 열교환작용에 의해 고내를 냉각시키게 된다.

상기와 같은 냉동사이클은 고내의 온도가 설정온도가 될 때 까지 계속되며, 설정온도에 이르면 온도감지센서에 의해 설정온도가 되었음을 감지하여 마이컴에 의해 설정온도이상으로 올라가기 전까지 냉장고의 운전을 일시적으로 정지시킴으로써 과냉의 방지와, 불필요한 소비전력의 낭비를 방지하게 된다.

상기와 같은 냉동사이클에 의해 운영되는 냉장고는 도 1에서와 같이 본체(1)와, 이 본체내에 냉동용 식품을 보존하기 위해 비교적 저온인 -12∼-24℃의 실내온도를 유지하는 냉동실(2)과, 그 상부 또는 하부에 냉장용 식품을 보존하기 위해 통상 0∼7℃정도의 실내온도를 유지하는 냉장실(3)과, 냉동실(2)과 냉장실(3)의 전면에 각 실을 개폐하기 위해 힌지 결합된 도어(4)(5)로 크게 구성되어 있다.

한편, 도 2에서와 같이 냉동실(2) 내의 일측에는 식품을 급속하게 냉동시키기 위한 급속동결실(6)(이하“급동실”이라함)이 구비되어 있는데, 이 급동실은 전면이 개방되어 있으며, 그 나머지 부분은 단열부재에 의해 둘러싸여 냉동실(2)과 구분되어 있다.

상기 도 2와, 도 3을 참조하여 급동실이 구비된 냉장고의 내부구조를 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

냉동실(2)의 배면벽(20)에는 냉기가 유입되는 흡입구(201)와, 냉동실의 냉기가 배출되는 배기구(202)가 각각 형성되어 있으며, 상기 흡입구(201)의 뒤쪽에는 냉동실 팬(21)이 흡입구를 향하도록 근접 설치되어 있다.

또한 상기 급동실(6)의 배면벽(60)에도 냉기가 급동실의 내외로 유입 또는 배출되는 흡입구(601)와 배기구(602)가 각각 구비되어 있으며, 상기 급동실(6)측 흡입구(601)의 뒤쪽에도 이 흡입구를 향하도록 급동실 팬(61)이 근접 설치되어 있다.

한편, 상기 냉동실(2)과 냉장실(3)의 사이에는 각 실을 구획하기 위한 칸막이(7)가 수평으로 형성되어 있는데, 이 칸막이(7) 내부와 냉동실(2)의 뒤쪽에는 서로 연통(連通)되어 있는 흡입덕트(8)가 구비되어 있으며, 냉동실(2)의 뒤쪽에 위치한 흡입덕트(8)에는 증발기(10)가 내장되어 있다.

또한 상기 흡입덕트(8)의 뒤쪽에는 급동실(6) 또는 냉동실(2)로부터 배출되는 냉기가 냉장실(3)로 배출되도록 배기덕트(9)가 수직방향으로 형성되어 있다.

따라서, 일반적인 냉동운전시에는 급동실 팬(61)이 정지한 상태에서 냉동실 팬(21)만이 회전하게 되며, 이러한 냉동실 팬의 회전력에 의해 냉장실(3)내의 냉기가 흡입덕트(8)를 따라 유입되고, 이렇게 유입되는 고온냉기는 상기 흡입덕트(8)내에 설치된 증발기(10)를 통과하면서 저온냉기로 열교환되어 냉동실(2)의 배면벽(20)에 형성된 흡입구(201)를 통해 냉동실내로 강제 유입된다.

이와 같이 냉동실(2)내로 유입된 냉기는 냉동실에서 순환되다가 일부는 냉동실(2)측 배기구(202)를 통해 배기덕트(9)로 유입되어 냉장실(3)로 유출됨에 따라 냉장실을 저온화시키고 냉장실의 고온냉기는 증발기(10)측으로 배출되어 상기와 같은 냉동사이클에 의해 다시 저온의 냉기로 열교환되는 과정을 적정온도가 될 때까지 반복하게 된다.

한편, 급속동결운전시에는 냉동실 팬(21)이 정지한 상태에서 급동실 팬(61)만이 회전하게 되며, 이 회전력에 의해 냉장실(3)내의 고온냉기가 흡입덕트(8)를 따라 유입되어 증발기(10)에 의해 저온의 냉기로 열교환된 뒤 급동실(6)내로만 집중적으로 유입된다.

상기와 같이 급동실(6)내로 많은 양의 냉기가 대략 2∼3시간동안 집중 유입됨에 따라 급동실내에 있는 음식물을 빠른 시간내에 냉동시킬 수 있는 기능을 하게 된다.

그러나 위와 같은 종래의 급속동결운전을 수행하는데 있어서, 외기온도(대기온도)가 떨어질 경우 외기에 의한 냉장고의 냉동부하가 저하되어 증발온도가 급강하 하게 된다.

이에 따라 압축기 오일이 혼입된 냉매가 증발기(10)를 통과할 때 압축기오일과 냉매의 밀도차에 의해 압축기 오일과 냉매가 분리되면서 냉매에 비해 상대적으로 밀도가 큰 압축기 오일이 증발기(10)내에 가라앉아 원활하게 순환되지 못하고 정체된다.

따라서 압축기(11)내로 오일이 회수되지 않으므로 압축기 고장의 원인이 되었고, 이로 인해 압축기의 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 그 목적은 급속동결운전시 증발온도가 압축기 오일과 냉매가 분리되는 이층분리온도 이하로 저하되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 급속동결운전모드의 인가시 급동실로만 냉기를 공급하는 단계와; 상기 급동실로만 냉기가 공급될 때 증발기의 증발온도를 일정시간 간격으로 센싱하는 단계와; 상기 센싱된 증발온도가 설정된 온도보다 높을 경우 냉기를 계속해서 급동실로만 공급하고, 센싱된 온도가 설정된 온도보다 낮을 경우 급동실과 냉동실로 냉기를 동시에 공급하는 단계를 순차적으로 행하는 냉장고의 급속동결운전방법을 제공하는 것이다.

도 1은 급동실이 구비된 냉장고의 일예를 도시한 사시도

도 2는 상기 도 1에서 냉동실을 발췌하여 도시한 정면도

도 3은 상기 도 1의 개략적인 측단면도

도 4는 급속동결운전시 증발온도를 제어하기 위한 본 발명의 플로우 챠트

도 5는 냉매와 압축기 오일이 분리되는 온도를 기준으로 급속동결운전시간에 따른 증발온도의 변화량을 도시한 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 냉동실 6 : 급동실

21 : 냉동실 팬 61 : 급동실 팬

이하, 첨부된 도 4의 급속동결운전시 증발온도를 제어하기 위한 플로우 챠트를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

냉장고의 구조는 종래의 구성에서 언급한바 있으므로 중복되는 부분은 그 설명을 생략하고, 동일한 구조에 한해서는 종래와 동일한 부호를 부여키로 한다.

냉동실(2)과 급동실(6)에는 각각 냉동실 팬(21)과 급동실 팬(61)을 구비하고 있으므로 일반적인 보통운전시에는 냉동실 팬(21)만이 동작하여 냉동실(2)로만 냉기가 유입되도록 하며, 급속동결운전시에는 급동실 팬(61)만이 동작하여 급동실(6)로만 냉기가 유입되도록 하는 냉동시스템에 있어서, 급속동결운전명령을 인가하면 종래와 동일하게 급동실 팬(61)과 압축기(11)가 동작된다.

이때는 상기 급동실 팬(61)의 회전력에 의해 냉장실(3)의 고온냉기가 증발기(10)를 통과 하면서 저온냉기로 열교환되어 급동실(6)으로만 저온냉기가 공급된다.

상기와 같은 급속동결운전중에는 증발기(10)의 온도를 일정시간 간격으로 센싱하여 압축기 오일과 냉매가 분리되기 시작하는 온도(이층분리온도)인 -40 ∼ -50℃ 보다 높을 때에는 급동실 팬(61)만을 회전시키는 급속동결운전을 계속하게 되며, 만약 이층분리온도(-40℃) 이하로 떨어질 경우에는 급동실 팬(61)이 동작중인 상태에서 냉동실 팬(21)을 추가로 동작시켜 증발기의 온도, 즉 증발온도를 상승시킨다.

한편, 냉동실 팬(21)을 구동시켰음에도 불구하고 센싱된 증발온도가 상승하지 않을 경우에는 급속동결운전을 정지시키고 정상운전으로 복귀시킨다.

즉, 급동실 팬(61)의 동작을 정지시켜 급동실(6)로의 냉기공급을 차단하고 냉동실(2)과 냉장실(3)의 온도에 의해 냉동실 팬(21)만을 동작시키는 것이다.

상기에서 외기온도 변화에 따라 증발온도가 변화되는 관계를 예를들어 설명하면 다음과 같다.

증발온도의 변화요인은 (증발온도 = 풍량 × 증발기의 입,출구온도) 의 관계식에 의해 풍량과 증발온도는 비례관계에 있으며, 급동실 팬(61)은 항상 일정한 속도로 회전하고, 냉장고의 냉동실(2)과 냉장실(3)의 온도는 각각 -18℃와 3℃를 항상 유지하고 있다는 것을 전제조건으로 한다.

이에 대한 변수인 냉장고의 외부온도가 30℃에서 10℃로 떨어졌다고 가정하면, 이 외부온도의 변화량에도 불구하고 냉장고 내부에는 상기와 같은 일정한 온도를 유지하기 위한 냉동부하가 발생한다.

즉, 냉장고의 외부온도가 30℃일때는 -18℃와의 온도차가 크므로 냉동실(2)내의 내부온도를 유지하기 위한 부하량도 커지게 되며, 외부온도가 10℃로 떨어졌다면 -18℃와의 온도차이가 30℃일때와 비교하여 크지 않으므로 그만큼 부하량도 작아지게 되는데, 부하량의 감소는 냉기를 송풍하는 풍량의 감소와 동일한 효과가 있으므로 증발온도가 떨어지게 되며, 증발온도를 높이기 위해서는 냉동실 팬(21)을 추가로 구동시킴으로써 풍량을 증가시켰을 경우 증발온도도 상기의 관계식에 의해 상승하게 된다.

따라서 도 5의 냉매와 압축기 오일이 분리되는 이층분리온도를 기준하여 급속동결운전시간에 따른 증발온도의 변화량을 나타낸 그래프를 참조하면, 이 그래프 상에서 기존의 급속동결운전시에는 급속동결운전시간이 경과됨에 따라 “L”점을 기점으로 증발온도가 차츰 하강하는 반면(실선부분), 본 발명의 급속동결운전 도중에 이층분리온도가 되었을때는 소정온도로 상승하였다가 일정시간이 경과하여 다시 이층분리온도가 되면 다시 상승하는 변화가 반복된다(일점쇄선부분).

즉, 이는 전술한 바와 같이 증발온도가 하사점(L)에 도달했을때 냉동실 팬(21)을 구동시켜 냉기 송풍량을 증가시킴으로써 증발온도를 이층분리온도인 -40℃ 이상으로 상승시키고, 상사점(H)에서는 냉동실 팬(21)의 구동을 정지시켜 냉기 송풍량을 줄임으로써 증발온도의 상승을 제어하게 된다.

상기와 같이 냉동실 팬(21)을 구동시켰음에도 불구하고 증발온도가 -40℃이상으로 올라가지 않으면 급동실 팬(61)의 가동을 정지시켜 급속동결을 위한 운전을 해제함으로써 증발기(10)의 온도가 항상 냉매와 압축기 오일이 분리되지 않는 -40℃ 이상을 유지토록하여 압축기 오일이 압축기내로 회수될 수 있도록 한 것이다.

급속동결운전시 외부온도의 저하로 인하여 증발온도가 급속하게 감온되면 냉동실 팬을 동작시켜 증발온도를 상승시킴으로써 압축기 오일과 냉매가 분리되는 현상을 방지함은 물론 이에 따라 오일이 증발기내에 정체되지 않고 원활하게 순환되도록 하여 압축기의 손상을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 급속동결운전모드의 인가시 급동실로만 냉기를 공급하는 단계와;

   상기 급동실로만 냉기가 공급될 때 증발기의 증발온도를 일정시간 간격으로 센싱하는 단계와;

   상기 센싱된 증발온도가 설정된 온도보다 높을 경우 냉기를 계속해서 급동실로만 공급하고, 센싱된 온도가 설정된 온도보다 낮을 경우 급동실과 냉동실로 냉기를 동시에 공급하는 단계를 순차적으로 행하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 급속동결운전방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   급동실과 냉동실로 냉기가 동시에 공급될 때 증발기의 증발온도를 일정시간 간격으로 센싱하는 단계와;

   상기 급동실과 냉동실로 동시에 냉기가 공급되는 상태에서 센싱된 증발기의 온도가 설정된 온도보다 높아지지 않았을 경우 급동실로의 냉기공급을 중단하고 냉동실로만 냉기를 공급하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 냉장고의 급속동결운전방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   설정된 증발온도가 영하 40∼50℃ 사이인 것을 특징으로 하는 냉장고의 급속동결운전방법.

Images